Устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесения их в вакууме

Изобретение относится к средствам наблюдения за процессом нанесения покрытий, в частности к устройству для контроля толщины покрытий в процессе нанесении их в вакууме, и может быть использовано в приборостроении, электронной промышленности и машиностроении для контроля толщины покрытий при нанесении их в вакууме. Устройство содержит, по крайней мере, один контрольный образец, регулируемый источник питания, нагреватель контрольного образца, соединенный с выходом регулируемого источника питания, преобразователь температуры контрольного образца, блок регистрации толщины покрытия и преобразователь толщины покрытия контрольного образца. Упомянутый преобразователь содержит систему возбуждения колебаний, связанную с блоком регистрации толщины покрытия, и колебательную систему и выполнен в виде камертона, содержащего, по крайней мере, две ветви. Контрольный образец закреплен на каждой ветви камертона. Такое выполнение устройства обеспечивает повышение точности контроля и уменьшение минимальной контролируемой толщины покрытий за счет уменьшения реакции преобразователя толщины покрытия контрольного образца на опору и исключения возникновения паразитной термоэлектродвижущей силы. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к средствам наблюдения за процессом нанесения покрытий и может быть использовано в приборостроении, электронной промышленности и машиностроении для контроля толщины покрытий при нанесении их в вакууме.

Известно устройство для контроля толщины покрытий, содержащее колебательную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный блок, генератор одиночных импульсов и электромагнит. Колебательная система выполнена в виде стержня, подвешенного на упругих элементах в виде пружин-консолей и жестко соединенного одним торцом с контрольным образцом, другим - с пластиной-якорем электромагнита, причем обмотка электромагнита подключена к выходу генератора одиночных импульсов / А.с. СССР № 1127913, МПК 3 С 23 С 13/00, заявл. 30.03.1983, опубл. 07.12.1984, бюл. № 45/.

Недостатком данного устройства является сильная реакция колебательной системы на опору, что приводит к снижению добротности колебательной системы, влиянию жесткости опоры (т.е. элементов крепления устройства) на период колебаний и увеличению минимальной контролируемой толщины покрытий.

Наиболее близким к заявляемому из известных устройств является устройство для непрерывного контроля толщины покрытий в процессе их нанесения в вакууме, содержащее, по крайней мере, один контрольный образец, регулируемый источник питания, нагреватель контрольного образца, соединенный с выходом регулируемого источника питания, преобразователь температуры контрольного образца, выполненный в виде термопары, блок регистрации толщины покрытия и преобразователь толщины покрытия контрольного образца, содержащий систему возбуждения колебаний, связанную с блоком регистрации толщины покрытия, и колебательную систему / А.с. СССР № 1415041, МПК 4 G 01 B 7/06, С 23 С 14/56, заявл. 15.09.1986, опубл. 07.08.1988, бюл. № 29/.

Преобразователь толщины покрытия контрольного образца выполнен в виде стержня, подвешенного на упругих элементах в виде пружин-консолей и жестко соединенного одним торцом с контрольным образцом, другим - с пластиной-якорем электромагнита. Такая реализация преобразователя толщины покрытия контрольного образца имеет недостаток, связанный с сильной реакцией его на опору, что приводит к снижению добротности колебательной системы, влиянию жесткости опоры (т.е. элементов крепления устройства) на период колебаний и увеличению минимальной контролируемой толщины покрытия.

Вторым недостатком данного устройства является использование в качестве преобразователя температуры контрольного образца термопары, из-за чего возникает паразитная термоэлектродвижущая сила, приводящая к погрешности измерения температуры в несколько десятков градусов, что в свою очередь приводит к нестабильности температуры контрольного образца и уменьшению точности измерения толщины покрытия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение реакции преобразователя толщины покрытия контрольного образца на опору.

Дополнительным техническим результатом является исключение возникновения паразитной термоэлектродвижущей силы.

Достижение этих технических результатов приведет к повышению точности контроля и уменьшению минимальной контролируемой толщины покрытий.

Предлагаемое устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесении их в вакууме содержит, по крайней мере, один контрольный образец, регулируемый источник питания, нагреватель контрольного образца, соединенный с выходом регулируемого источника питания, преобразователь температуры контрольного образца, блок регистрации толщины покрытия и преобразователь толщины покрытия контрольного образца, содержащий систему возбуждения колебаний, связанную с блоком регистрации толщины покрытия, и колебательную систему.

Новым в изобретении является то, что преобразователь толщины покрытия контрольного образца выполнен в виде камертона, содержащего, по крайней мере, две ветви, при этом контрольный образец закреплен на каждой ветви камертона.

Для достижения дополнительного технического результата преобразователь температуры контрольного образца может быть выполнен в виде терморезистора.

Система возбуждения колебаний может содержать датчик колебаний, выход которого соединен с входом усилителя сигнала, выход которого соединен с выходом устройства для возбуждения колебаний и блоком регистрации.

Преобразователь температуры контрольного образца может быть расположен вблизи ветвей камертона.

Устройство может быть снабжено задатчиком температуры, при этом регулируемый источник питания имеет два входа, один из которых соединен с преобразователем температуры контрольного образца, а другой с задатчиком температуры.

В данном устройстве в качестве контрольных образцов могут быть использованы поверхности ветвей камертона.

Приращение периода колебаний камертона определяется приращением массы и, следовательно, толщины покрытия на контрольных образцах или ветвях камертона.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема устройства, на фиг.2 представлен Н-образный камертон и пример расположения контрольных образцов на камертоне, на фиг.3 приведен камертон, не имеющий контрольных образцов, а приемными поверхностями являются поверхности ветвей камертона.

Устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесения их в вакууме (фиг.1) содержит преобразователь толщины покрытия в виде камертона 1 и системы возбуждения колебаний 2. Последняя содержит датчик колебаний 3, построенный, например, на фотоэлектрическом принципе, усилитель сигнала 4 датчика колебаний 3 и устройство возбуждения колебаний 5 камертона 1, выполненное в виде электромагнита. Выход системы возбуждения колебаний 2 соединен с входом блока регистрации 6. На концах ветвей камертона 1 закреплены съемные контрольные образцы 7, приемные поверхности которых обращены навстречу паровому потоку. В месте крепления одного из контрольных образцов 7 или рядом с ними расположен преобразователь температуры 8 контрольных образцов 7, выполненный в виде терморезистора. Преобразователь температуры 8 соединен с одним из входов регулируемого источника питания 9 нагревателя 10 контрольных образцов 7. Камертон 1 с контрольными образцами 7, нагревателем 10 контрольных образцов 7, преобразователем температуры 8, датчиком колебаний 3 и устройством возбуждения колебаний 5 помещен в водоохлаждаемый корпус 11, который размещен в рабочей камере установки для нанесения покрытий в вакууме. Нагрев контрольных образцов 7 производится до температуры, заданной задатчиком температуры 12.

Камертон 1 может иметь любую известную форму, например U-образную (фиг.1), Н-образную (фиг.2), W-образную и другие. Пример расположения контрольных образцов 7 на Н-образном камертоне 1 представлен на фиг.2

Устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесения их в вакууме (фиг.3) отличается от устройства по первому варианту тем, что контрольными образцами являются сами поверхности ветвей камертона. В этом случае предпочтительно, чтобы ветви камертона имели плоскую форму, т.е. относительно малую толщину, тогда наносимое покрытие будет приводить к относительно большому приращению периода колебаний камертона, что повысит его чувствительность и точность контроля толщины покрытий.

Устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесения их в вакууме работает следующим образом. При включении питания устройства система возбуждения колебаний 2 возбуждает непрерывные колебания камертона 1. Включается нагреватель 10 контрольных образцов 7. Температура контрольных образцов 7 и преобразователя температуры 8 увеличивается и через некоторое время становится равной или близкой к заданной температуре. Температура задается сигналом, поступающим на второй вход регулируемого источника питания 9 от задатчика температуры 12. Нагрев контрольных образцов необходим для стабилизации температуры ветвей камертона 1, а также для приближения условий осаждения покрытия на контрольных образцах 7 к соответствующим условиям на покрываемых изделиях. После установления стационарной температуры устройство готово к работе, причем начальный период колебаний камертона 1 определяется жесткостью ветвей камертона 1, а также их массой и массой контрольных образцов 7, регистрируется и отображается блоком регистрации 6.

При нанесении покрытия на контрольные образцы 7 масса их увеличивается, что приводит к увеличению периода колебаний камертона 1. Разность между начальным периодом колебаний и текущим значением периода содержит информацию о толщине покрытия, которую можно рассчитать или определить, откалибровав устройство для контроля толщины покрытий по результатам пробных нанесений покрытия.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет повысить точность контроля толщины и уменьшить минимальную контролируемую толщину до величины менее 1 мкм за счет применения преобразователя толщины покрытия в виде камертонного генератора, имеющего очень малую реакцию на опору. Поэтому изменение условий крепления устройства и жесткости элементов крепления мало влияют на период колебаний камертона 1, что уменьшает погрешность контроля и повышает чувствительность устройства к толщине покрытия. Использование в качестве преобразователя температуры 8 контрольных образцов 7 терморезистора позволяет стабилизировать температуру контрольных образцов 7, что приводит к увеличению точности контроля толщины покрытия.

1. Устройство для контроля толщины покрытий в процессе нанесения их в вакууме, содержащее, по крайней мере, один контрольный образец, регулируемый источник питания, нагреватель контрольного образца, соединенный с выходом регулируемого источника питания, преобразователь температуры контрольного образца, блок регистрации толщины покрытия и преобразователь толщины покрытия контрольного образца, содержащий систему возбуждения колебаний, связанную с блоком регистрации толщины покрытия, и колебательную систему, отличающееся тем, что преобразователь толщины покрытия контрольного образца выполнен в виде камертона, содержащего, по крайней мере, две ветви, при этом контрольные образцы закреплены на каждой ветви камертона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь температуры контрольного образца выполнен в виде терморезистора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система возбуждения колебаний содержит датчик колебаний, выход которого соединен с входом усилителя сигнала, а выход усилителя соединен с выходом устройства для возбуждения колебаний и блоком регистрации.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что преобразователь температуры контрольного образца расположен вблизи ветвей камертона.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено задатчиком температуры, при этом регулируемый источник питания имеет два входа, один из которых соединен с преобразователем температуры контрольного образца, а другой с задатчиком температуры.

6. Устройство п.1, отличающееся тем, что поверхности ветвей камертона являются приемными поверхностями.