專利名稱：基于計算機的電子束蒸發(fā)速率自動控制設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學鍍膜，特別是一種用于電子束蒸發(fā)鍍膜機的基于計算機的 電子束蒸發(fā)速率自動控制設備。
技術背景由于現(xiàn)代鍍膜的需要，許多儀表和設備都朝著智能化方向發(fā)展。通過計算機程 序精確控制鍍膜過程中鍍膜設備的運轉和鍍膜參數(shù)的改變，成為鍍膜生產的迫切需 要。電子束蒸發(fā)在整個光學鍍膜過程中，是個很重要的環(huán)節(jié)，它能否在整個鍍膜過 程中提供穩(wěn)定的蒸發(fā)速率，將直接影響鍍膜產品的光譜指標和成品率。電子束蒸發(fā) 鍍膜的過程是高能量的電子束入射在靶材表面上轟擊加熱，使靶材氣化蒸發(fā)后凝結 在基板表面成膜。膜料的蒸發(fā)速率與電子槍的加熱功率成正比。在高壓不能隨意變 動的情況下，電子槍功率與一定時間內打入靶材的電子數(shù)成正比，而調節(jié)燈絲兩端 電壓則可控制燈絲發(fā)射電子的速率，故調節(jié)燈絲端電壓可實現(xiàn)對蒸發(fā)速率的實時調 節(jié)。傳統(tǒng)的電子槍功率調節(jié)是通過機械電位器，如手動旋轉式電阻器來實現(xiàn)對燈絲 端電壓調節(jié)的，手動調節(jié)存在反應慢、調節(jié)完全憑個人經驗，而且調節(jié)精度差，無 法滿足快速準確、穩(wěn)定調節(jié)的要求。發(fā)明內容本實用新型的目的是要克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于光學鍍膜機的 基于計算機的電子束蒸發(fā)速率自動控制設備，它能夠以設定的速率要求對鍍膜過程 中的蒸發(fā)速率進行穩(wěn)定控制，該設備在速度、精度和可靠性上大大提高，智能化程 度也大大提高。本實用新型的技術解決方案如下-一種用于電子束蒸發(fā)鍍膜機的電子束蒸發(fā)速率的自動控制設備，其特點是該設 備包括蒸發(fā)速率探測器，該蒸發(fā)速率探測器的晶振探頭置于電子束蒸發(fā)鍍膜機的真空 室內，以探測電子束蒸發(fā)速率；數(shù)據(jù)采集卡；電子槍燈絲電壓調節(jié)機構，由所述的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)模轉換器、品閘管智能調 壓模塊和電子槍燈絲變壓器構成，該數(shù)模轉換器的輸出端接所述的晶閘管智能調壓 模塊的控制端，該晶閘管智能調壓模塊輸入端接220V交流電，其輸出端接在所述的電子槍燈絲變壓器的原邊，該電子槍燈絲變壓器的副邊接所述的電子槍燈絲的兩端；開關量輸入輸出機構，包括所述的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸入口和數(shù)字輸出口，該 數(shù)字輸入口接收外界的高低電平輸入，該數(shù)字輸出口通過擋板控制模塊與真空室內 的擋板相連；具有控制程序的計算機，所述的數(shù)據(jù)采集卡接該計算機，所述的蒸發(fā)速率探測 器接計算機的串口。在鍍膜機內，每一把電子槍各對應一個所述的電子槍燈絲電壓調節(jié)機構；每一 塊相應的擋板各對應一個數(shù)字輸出口及相應的擋板控制模塊。所述的數(shù)模轉換器、數(shù)字輸入口和數(shù)字輸出口是集成在所述的數(shù)據(jù)采集卡上的 三個獨立的功能部件，該數(shù)據(jù)采集卡與所述的控制程序的計算機相連。利用上述電子束蒸發(fā)速率自動控制設備進行電子束蒸發(fā)速率自動控制的方法， 包括下列歩驟① 啟動鍍膜機和程序控制的計算機并初始化，在所述的程序控制的計算機的輸 入窗口設定要鍍制的膜系及每一層膜的目標速率、膜厚和對應的電子槍；程序從膜 系的第一層膜開始載入各層膜的控制參數(shù)，并由此選擇控制對應的電子槍和擋板；② 蒸發(fā)速率探測器通過置于鍍膜機真空室內的晶振探頭測得即時蒸發(fā)速率并計 算膜厚，通過串口將即時蒸發(fā)速率和膜厚傳給程序控制的計算機并顯示，在默認的 情況下計算機程序進入開環(huán)工作，在開環(huán)的情況下由程序界面的手動輸入來控制輸 出量，即控制電子槍燈絲的端電壓，在開環(huán)的情況下可進行膜料的預融和預沉積， 所述的數(shù)字輸出口處于低電平，擋板關閉；③ 當操作人員判斷可以打開擋板正式鍍膜時，操作人員通過給數(shù)字輸入口輸入 一個高低電平的切換量，由數(shù)字輸出口輸出高電平驅動擋板控制模塊去打開擋板開 始鍍膜，所述的程序控制的計算機進入閉環(huán)自動反饋控制；④ 所述的程序控制的計算機從蒸發(fā)速率探測器獲得即時蒸發(fā)速率，并和用戶設 定的目標蒸發(fā)速率相比較得誤差信號，該誤差信號經PID算法計算得控制信號，該 控制信號經所述的數(shù)模轉換器轉變成模擬控制信號，所述的晶閘管智能調壓模塊的 控制端接收該模擬控制信號并根據(jù)該模擬控制信號調節(jié)輸出交流電壓的大小，該交 流電壓接在燈絲變壓器的原邊，實現(xiàn)對接在燈絲變壓器副邊的電子槍燈絲兩端的電 壓調節(jié)，從而控制蒸發(fā)速率；⑤ 如果該層膜厚度已到，則退出閉環(huán)切換到開環(huán)狀態(tài)，計算機通過數(shù)字輸出口 輸出低電平驅動擋板控制模塊去關閉擋板，并將控制信號降為0并輸出；⑥ 同時判斷膜系是否鍍完，如果是則退出循環(huán)終止程序，否則程序載入下一層膜的控制參數(shù)，重復上述歩驟②、③、 、⑤，直至膜系鍍完。在鍍膜蒸發(fā)速率自動控制的過程中如果出現(xiàn)意外，人們可以通過數(shù)字輸入口輸 入高低電平的切換量，告訴程序進入開環(huán)狀態(tài)并關閉擋板，控制信號降為0并輸出。所述的程序控制計算機上運行的程序核心是PID控制算法。該程序以一定的周 期從串口讀取所述的蒸發(fā)速率探測器測得的即時蒸發(fā)速率，與用戶在程序界面設定 的目標速率相比較的誤差信號，該誤差信號經PID算法計算得到實時控制信號。所述的燈絲電壓調節(jié)機構依次由數(shù)模轉換器D/A、品閘管控制模塊及燈絲變壓 器構成。該數(shù)模轉換器D/A與所述的程序控制的計算機相連接并將PID算法算得的 實時控制信號轉換成模擬控制信號并輸出。所述的晶閘管控制模塊的控制端接數(shù)模 轉換器D/A的輸出端，輸出端與燈絲變壓器的原邊相連，輸入端接入220V的交流電 壓。該晶閘管控制模塊根據(jù)控制端輸入的模擬控制信號調節(jié)輸出到燈絲變壓器原邊 的交流電壓大小，從而對接在燈絲變壓器副邊的電子槍燈絲端電壓實現(xiàn)實時調節(jié)。本實用新型的技術效果本實用新型電子束蒸發(fā)速率控制設備引入了自動反饋控制的思想，克服了人工 調節(jié)存在的經驗化、反應慢、調節(jié)精度差的問題，具有以下優(yōu)點1 、根據(jù)設定的膜層控制參數(shù)自動選擇對應的電子槍和擋板進行速率自動反饋控 制，無需人工調節(jié)。2、程序控制算法可根據(jù)實際的控制效果進行修改或改進，極具靈活性。4、能在程序運行的過程中接受外界輸入高低電平開關量，進行判斷，做出相應 的響應并輸出高低電平開關量。

圖1是本實用新型電子束蒸發(fā)速率自動控制設備的實施例1的總體結構示意圖。圖2是本實用新型電子束蒸發(fā)速率自動控制設備的實施例2的總體結構示意圖。圖3是本實用新型計算機控制程序的主程序流程圖。圖4是并行的接受外界輸入并響應輸出的從屬程序流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型做進一步的說明，但不應以此限制本實用新型的 保護范圍。請先參閱圖1，圖1是本實用新型電子槍蒸發(fā)速率自動控制設備的實施例1的 整體結構示意圖。由圖可見，本實用新型的電子槍蒸發(fā)速率自動控制設備，包括蒸發(fā)速率探測器3，該蒸發(fā)速率探測器3的晶振探頭31置于電子束蒸發(fā)鍍膜機的真空室9內，以探測即時電子束蒸發(fā)速率； 數(shù)據(jù)采集卡2;電子槍燈絲電壓調節(jié)機構，由所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)模轉換器21、晶閘管智 能調壓模塊4和電子槍燈絲變壓器5構成，該數(shù)模轉換器21的輸出端接所述的晶 閘管智能調壓模塊4的控制端，該晶閘管智能調壓模塊4輸入端接220V交流電，其 輸出端接在所述的電子槍燈絲變壓器5的原邊，該電子槍燈絲變壓器5的副邊接所 述的電子槍燈絲7的兩端；開關量輸入輸出結構，包括所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)字輸入口 22和數(shù)字輸出 口 23，該數(shù)字輸入口 22接收外界的開關量輸入，該數(shù)字輸出口 23通過擋板控制模 塊6與真空室9內的擋板8的控制端相連；一具有控制程序計算機l，所述的數(shù)據(jù)采集卡2接該計算機1，所述的蒸發(fā)速 率探測器3接計算機1的串口 11 。數(shù)據(jù)采集卡2包含3個獨立的功能部件數(shù)模轉換器D/A 21,數(shù)字輸入口 D/I 22，數(shù)字輸出口 D/0 23。蒸發(fā)速率探測器3通過置于鍍膜機真空室9內的晶振頭 31以每秒10HZ的頻率探測到實時的蒸發(fā)速率并計算得膜厚，并通過計算機的串口 11將該蒸發(fā)速率和膜厚以數(shù)字數(shù)據(jù)形式傳給計算機1。計算機1中的程序則相應的 以每秒10HZ的頻率從串口 11讀取該數(shù)據(jù)進行程序運算并顯示。在一個循環(huán)周期中， 計算機1中的程序將獲得的蒸發(fā)速率數(shù)據(jù)與用戶在計算機程序面板上設定的目標蒸 發(fā)速率相比較獲得誤差信號，該誤差信號經PID算法計算得到一數(shù)字控制信號，該 數(shù)字控制信號通過數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)模轉換器21轉換輸出為模擬控制信號。本實 施例的數(shù)據(jù)采集卡2采用的是NI公司的pci-6221，其數(shù)模轉換器D/A 21的位數(shù)為 16位，轉換速度為833ks/s。數(shù)模轉換器D/A 21轉換輸出的模擬控制信號為電壓 信號，電壓范圍為0-10V，采用軟件定時，即每一次程序向其寫入數(shù)字控制信號就 立即轉換輸出為相應的模擬控制信號。晶閘管智能控制模塊4的控制輸入端與數(shù)模 轉換器D/A21模擬輸出相接，其主電路輸入端接入220V的交流電，主電路輸出端 接在電子槍燈絲變壓器5的原邊。晶閘管智能控制模塊4根據(jù)控制輸入端輸入的模 擬控制信號在0-10V間變化，而在主電路輸出端正比地輸出0-220V的交流電壓。 該受計算機控制的0-220V的交流電壓接在燈絲變壓器5的原邊從而實現(xiàn)對接在燈 絲變壓器5副邊的電子槍燈絲7的調節(jié)與控制。圖2是本實用新型電子束蒸發(fā)速率自動控制設備的實施例2的總體結構示意 圖。實施例2是一種用于雙蒸發(fā)源的電子束蒸發(fā)速率自動控制設備，鍍膜機的真空 室內有第一電子槍燈絲71、第二電子槍燈絲72及相應的第一擋板81和第二擋板 82,相應的電子槍燈絲電壓調節(jié)機構也有兩套由所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)模轉換 器211、晶閘管智能調壓模塊41和電子槍燈絲變壓器51構成第一電子槍燈絲71 的電壓調節(jié)機構，由由所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)模轉換器212、晶閘管智能調壓模 塊42和電子槍燈絲變壓器52構成第二電子槍燈絲72的電壓調節(jié)機構。該數(shù)模轉換器21的輸出端接所述的品閘管智能調壓模塊4的控制端，該晶閘 管智能調壓模塊4輸入端接220V交流電，其輸出端接在所述的電子槍燈絲變壓器5 的原邊，該電子槍燈絲變壓器5的副邊接所述的電子槍燈絲7的兩端；開關量輸入輸出結構為對應于第一擋板81，包括所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)字 輸入口 22和數(shù)字輸出口 231，該數(shù)字輸入口 22接收外界的開關量輸入，該數(shù)字輸 出口 231通過第一擋板控制模塊61與真空室9內的第一擋板81的控制端相連；對 應于第堆二擋板82，包括所述的數(shù)據(jù)采集卡2的數(shù)字輸入口 22和數(shù)字輸出口 232,該數(shù)字輸入口 22接收外界的開關量輸入，該數(shù)字輸出口 232通過第二擋板控制模 塊62與真空室9內的第二擋板82的控制端相連。一具有控制程序計算機1，所述的數(shù)據(jù)采集卡2接該計算機1，所述的蒸發(fā)速 率探測器3接計算機1的串口 11 。同理，本實用新型還可以擴展為多蒸發(fā)源的電子束蒸發(fā)速率自動控制設備和控 制方法，在此恕我不再贅述。因為計算機l每獲得一個新的蒸發(fā)速率數(shù)據(jù)，就要輸出一個新的控制信號，故 計算機1中的程序每100ms循環(huán)一次(對應于10HZ的蒸發(fā)速率采樣)。在一次循環(huán) 周期中主程序的流程圖如圖3所示。計算機1從串口 11讀取即時速率并顯示，在 默認的情況下程序進入開環(huán)，在丌環(huán)的情況下由程序界面的手動輸入來控制輸出量 即控制電子槍燈絲端電壓。在開環(huán)的情況下可進行膜料的預融和預沉積。當操作人 員判斷可以打開擋板正式鍍膜時，可通過給數(shù)字輸入口D/1 22輸入一個TTL高低 電平的切換，此時程序能接受此外界的輸入并通過數(shù)字輸出口 D/0 23輸出高電平 來驅動擋板控制模塊6去打開擋板8并在延遲一定的時間(如10s，視具體的鍍膜 機和膜料確定)后切換進入閉環(huán)自動反饋控制。在閉環(huán)自動控制的循環(huán)流程中，程 序會判斷膜厚是否到了預定值，如果未到，則繼續(xù)進行閉環(huán)控制計算誤差e,由 PID算法得控制信號并輸出。如果厚度已到，則退出閉環(huán)切換到開環(huán)狀態(tài)，通過數(shù) 字輸出口 D/0 23輸出低電平來驅動擋板控制模塊6去關閉擋板8并將控制信號降 為0并輸出。此時判讀膜系是否鍍制完成，是的話退出循環(huán)終止程序，否則載入下 一層膜的控制參數(shù)并重復上述循環(huán)。在鍍膜蒸發(fā)速率自動控制的過程中如果出現(xiàn)意 外也可以通過數(shù)字輸入口 D/0 22的TTL高低電平的切換，告訴程序進入開環(huán)狀態(tài) 并關閉擋板8，控制信號降為0并輸出。在程序運行的過程中，存在開環(huán)狀態(tài)和閉環(huán)狀態(tài)的選擇和切換以及擋板8的打 開與關閉。這些可通過數(shù)字輸入口 D/I 22、數(shù)字輸出口 D/0 23及擋板控制模塊6 來實現(xiàn)，其實現(xiàn)過程已在主程序的流程中說明，相應的并行運行的附屬程序流程圖 如圖4所示。實驗表明，本實用新型能夠以設定的蒸發(fā)速率要求對鍍膜過程中的電子束蒸發(fā) 速率進行穩(wěn)定控制。整個設備在速度、精度和可靠性上大大提高，智能化程度也大 大提高。
權利要求1、一種用于電子束蒸發(fā)鍍膜機的基于計算機的電子束蒸發(fā)速率的自動控制設備，其特征在于該設備包括蒸發(fā)速率探測器(3)，該蒸發(fā)速率探測器(3)的晶振探頭(31)置于電子束蒸發(fā)鍍膜機的真空室(9)內，以探測電子束蒸發(fā)速率；數(shù)據(jù)采集卡(2)；電子槍燈絲電壓調節(jié)機構，由所述的數(shù)據(jù)采集卡(2)的數(shù)模轉換器(21)、晶閘管智能調壓模塊(4)和電子槍燈絲變壓器(5)構成，該數(shù)模轉換器(21)的輸出端接所述的晶閘管智能調壓模塊(4)的控制端，該晶閘管智能調壓模塊(4)輸入端接220V交流電，其輸出端接在所述的電子槍燈絲變壓器(5)的原邊，該電子槍燈絲變壓器(5)的副邊接所述的電子槍燈絲(7)的兩端；開關量輸入輸出機構，包括所述的數(shù)據(jù)采集卡(2)的數(shù)字輸入口(22)和數(shù)字輸出口(23)，該數(shù)字輸入口(22)接收外界的高低電平輸入，該數(shù)字輸出口(23)通過擋板控制模塊(6)與真空室(9)內的擋板(8)相連；具有控制程序的計算機(1)，所述的數(shù)據(jù)采集卡(2)接該計算機(1)，所述的蒸發(fā)速率探測器(3)接計算機(1)的串口(11)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的電子束蒸發(fā)速率的自動控制設備，其特征是在鍍膜機 內，每一把電子槍各對應一個所述的電子槍燈絲電壓調節(jié)機構；每一塊相應的擋板 各對應一個數(shù)字輸出口及相應的擋板控制模塊。
3、 根據(jù)權利要求l所述的電子束蒸發(fā)速率的自動控制設備，其特征在于所述的 數(shù)模轉換器(21)、數(shù)字輸入口 (22)和數(shù)字輸出口 (23)是集成在所述的數(shù)據(jù)采集 卡(2)上的三個獨立的功能部件。
專利摘要一種用于光學鍍膜機的基于計算機的電子束蒸發(fā)速率自動控制設備，該設備包括蒸發(fā)速率探測部分、電子槍燈絲電壓調節(jié)部分、開關量輸入輸出部分以及一臺程序控制的計算機。該程序控制的計算機從速率探測器獲得即時蒸發(fā)速率，據(jù)此得一控制信號，該控制信號經燈絲電壓調節(jié)部分輸出加載在燈絲兩端對蒸發(fā)功率進行實時調節(jié)從而控制蒸發(fā)速率。在此過程中控制程序能接收外界的輸入并做出相應的響應。本實用新型能對電子槍的蒸發(fā)速率進行自動反饋控制，整個設備在速度、精度及可靠性上大大提高，也提高了智能化程度。
文檔編號C23C14/28GK201109795SQ200720076828
公開日2008年9月3日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2007年10月31日
發(fā)明者葵 易, 王善成, 郭世海 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所