ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 6, с. 142-143
_ ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ _
--В ЛАБОРАТОРИЯХ -
УДК 621.793
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ПЛАЗМЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА
© 2004 г. Л. Б. Беграмбеков, А. М. Калачев
Поступила в редакцию 25.02.2004 г. После доработки 23.04.2004 г.
Ионно-плазменное ассистирование процесса напыления [1] во многих случаях значительно повышает адгезию покрытий и улучшает их структуру. В одной из разновидностей этого способа напыляемые изделия располагаются непосредственно в плазме газового разряда, а само покрытие формируется из частиц, распыляемых ионами плазмы с поверхности мишеней, также помещен-
ных в область разряда [2]. Реализация этого метода связана с определенными трудностями. Условия зажигания разряда, режим горения, устойчивость разряда в той или иной степени видоизменяются в зависимости от объема и формы обрабатываемых изделий и мишеней, их расположения, качества поверхности, потока газовыделения из изделий. В частности, переменные потоки газов из
A B C N
Тр1
Si
Qv
Тр2
, I-rm. jva
-TYY^-i I
, -I/YY\
Q2
Тр3
, I-rm_ -ПГУЧ
_rvwi I
, -rml I_/-w\
O
M.
TEMPI сри INT
TEMP2 A
INP1
INP2 VALV
INP3 TXD
PRES1 RXD
PRES2 GND
Mv
A2 B2 C2 N2 SW G1 G2 G3
INT A B
-A-
M2
M3
A2 B2 C2 N2 SW G1 G2 G3
INT A B
1-12
роя то
У-
R
D DO
A
B рая
C у
_ -М жо
G1
G2 N
G3
1-12
M5
VE
RXD TXD GND
Д 6
и
M7
TERM+ П /# TEMP
TERM-
M6
INP1+ INP1- П/# OUT1
INP2+ OUT2
INP2-
INP3+ OUT3
INP3-
F
B
T
2
3
T
2
SW
N
T
3
B
Рис. 1. Блок-схема системы управления напылительной установки. А, В, С, N - электросеть 380/220В; ^ - предохранитель; Т1 - ТС0142-80; Тр1 - трансформатор питания накала катода; Тр2, Тр3 - трехфазные трансформаторы питания анода и мишени соответственно; ¡21, ¡2 - АП50Б-3МТ; Г2Т3 - регулируемые выпрямители; М1-М3 - модули формирования фазовой задержки; М4 - контроллер; М5 - персональный компьютер; М6, М7 - изолирующие преобразователи напряжение-частота; В1 - вакуумметр; В2 - плазменная установка (1, 2 - катоды; 3 - анод; 4 - мишень; 5 -образцы; 6 - термопара; 7 - плазменная камера); Л1-Л3 - шунты; УЕ - вибрационный натекатель.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ
143
объема и с поверхности изделий при их прогреве в плазме в начальный период обработки могут существенно затруднить зажигание разряда и установление заданного режима горения. В этот период возможны пробои, возникновение униполярных дуг, самопроизвольное изменение интенсивности разряда, его локализация или гашение. Опыт эксплуатации установки с размещением напыляемых изделий и распыляемых мишеней в плазме разряда, зажигаемого в трехэлектродной системе (накальный катод-промежуточный анод-анод) [2], и других установок подобного типа показал, что успешная реализация этого метода напыления возможна только при автоматизированном управлении, обеспечивающем согласованное регулирование всех процессов в установке.
Блок-схема системы управления плазменной напылительной установки показана на рисунке. Центральным элементом системы управления является компьютер M5 с программой проведения эксперимента, выполненной в среде Labview [3]. Программа обеспечивает зажигание разряда, вывод его параметров на заданные значения по мере прогрева и обезгаживания камеры, поддерживает установленный режим напыления, проводит запись протокола эксперимента в память компьютера и т.д. При отклонении какого-либо параметра разряда от заданного значения компьютер рассчитывает новые значения потенциалов на катоде, аноде и мишени, а также воздействие на натекатель VE, чтобы вернуть разряд в заданное состояние. Выработанные команды передаются по интерфейсу RS-232 в модуль M4, а оттуда распределяются по сетевому интерфейсу RS-485 в однотипные модули регуляторов Mb M2 и M3, осуществляющих непосредственное управление потенциалами. Их работа основана на фазово-импульсном регулировании напряжения с усилителем мощности из 6 оптотиристоров, соединенных по схеме Ларионова. Формирование необходимых фазо-модулированных импульсов включения тиристоров осуществляется цифровым способом в модулях M1, M2 и M3 по методу, описанному в [4]. Модули содержат в себе: входы синхронизации с сетью A2, B2, C2, N2; вход сигнала прерывания INT для экстренного выключения тиристоров при превышении допустимого тока; коммутационное устройство SW на базе микроконтроллера ATMEGA162 (фир-
мы ATMEL); интерфейс RS-485 A, B; выходы для управления оптотиристорами G1, G2, G3. По сигналам синхронизации и в зависимости от загруженного по интерфейсу RS-485 значения выходной мощности, встроенный в модуль микроконтроллер рассчитывает момент подачи тока на выходы управления оптотиристорами G1, G2, G3.
Измерительная часть системы управления представлена модулем M7 для измерения температуры образцов по данным термопары 6, модулем M6 для измерения токов анода, мишени и накала катодов, а также вакуумметром B1 для измерения давления в плазменной камере. Токи измеряются на стандартных (75 мВ) резистивных шунтах Rb R2, R3. Для измерения тока накала катода напряжение с шунта перед преобразованием усиливается и выпрямляется. Модули M6, M7 выполнены на основе микросхем преобразователей напряжение-частота AD654 фирмы Analog Devices. Оптически изолированный частотный сигнал поступает на счетные входы INP1, INP2, INP3, TEMPI модуля M4, а оттуда в компьютер. Для регулирования давления используется вибрационный натекатель VE, управляемый компьютером по программе эксперимента на основе данных вакуумметра B1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Костржицкий А.И., Карпов В.Ф., Кабаченко МП. и др. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М.: Машиностроение, 1991. С. 77.
2. Беграмбеков Л.Б., Вергазов С В., Вечтомов Л.В. и др. // Тез. Докл. IV Всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск: ТПИ, 1996. С. 474-476.
3. Жаркое Ф.П., Каратаев В В., Никифоров В.Ф., Панов В С. Использование виртуальных инструментов Labview. М.: Радио и связь, 1999.
4. Калачев А.М., Курнаев В.А., Левчук Д.В. // ПТЭ. 2003. № 2. С. 152.
Адрес для справок: Россия, 115409, Москва, Каширское ш., 31, Московский государственный инженерно-физический институт (государственный университет), тел. (095)323-93-22. E-mail: kalachev_andrew@mail.ru, lbb@plasma.mephi.ru
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 6 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.