Устройство для контроля толщины покрытия Советский патент 1984 года по МПК C23C13/00 

ю со

с

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛПЩНЫ ПОКРЫТИЯ, содержащее колебательную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный ,блок, отличающееся тем что, с целью повьшения надежности устройства в работе, оно снабжено генератором одиночных импульсов и электромагнитом, а 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 электромагмита подключена к выходу генератора одиночных импульсов.

Фыг Иэобр.еФение относится к технологии нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении и производстве микросхем для непрерыв кого контроля толщины покрытий, нан сшшх методами вакуумного напыления катодного распыления и т.п. Известны кварцевые измерители то вщны и скорости напыления пленок, содержащие автогенератор с кварцевым пьеэокристаллом, измеряющим час тоту колебаний при нанесении на него пленки, частотомер и схему управ ления tljl П{Ж использовании таких измерите лей для контроля покрытий значитель ной толщиной снижается точность и надежность работы генератора с квар цевыми пьезокристаллами вследствие появления срьюов колебаний из-за снижения добротности или перекосов частоты при отслаивании от пьезокристалла напыленного покрытия Поскольку контроль производится в вакууме, то операция замены пьезо кристаллов очень сложная и стоит дорого. Наиболее близким к изобретенш из известных устройств для непрерыв ного контроля толщины покрытия при их нанесении является струнный измеритель толщины пленки, содержащий колебательную систему (частота колебаний которой зависит от массы наносимого покрытия), контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный блок 2. Недостатками известного измерителя являются невысокая надежность и9-за наличия сложной электромеханической системы поддержания постоянств суммы частот колебания струн, низкая м ханическая прочность струн, зависимость чувствительности от его ориен тации относительно вертикали, так как устройство реагирует на изменение веса, а не массы контрольного образца, что позволяет использовать его только в подвижных наземных установках. Недостатки известного устройства приводят к снижению качества напыляемых покрытий и уменьшению выхода годных изделий. Целью изобретения является повышение надежности 8 работе ус.тройстг ва. Поставленная цель достигается те что устройство для контроля толщины 13 покрытия, содержащее Колебательную систему, контрольный образец, усилитель напряжения и измерительный блок,, снабжено генератором одиночных импульсов и электромагнитом, а 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. Частота колебаний колебательной системы определяется массой стержня с закрепленным на нем KOHT-I рольным образцом. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - колебательная система, общий вид; на фиг. 3 - закрепление контрольного образца. Структурная схема устройства содержит колебательную систему 1, генератор 2 одиночных импульсов, электромагнит 3, датчик 4 колебаний, усилитель 5 напряжений и измерительный блок 6 (например, частотомер 43-44А). При этом выход генератора 2 одиночных импульсов подключен к электромагниту 3, а датчик 4 колебаний соединен с входом усилитег ля 5 напряжения, выход которого подключен к частотомеру 6. Колебательная система включает стержень 7, жестко соединенный с контрольным образцом 8 и упругими элементами, выполненными в виде пружин-консолей: пружиной 9, ближайшей к контрольному образцу, и пружиной 10, удаленной от контрольного образца,закрепленную на торце стеряг ня металлическую пластину-якорь 11 .электромагнита. Датчик колебаний может быть построен на любом из известных принципов :емкостном,индуктивном,фотоэлектрическом и т.д. В изобретении использован фотоэлектрический датчик, содержащий миниатюрную лампу 12 накаливания и фотодиод 13. Дампа и фотодиод расположены с разных стороноТ непрозрачного флажка 14, закреп-. ленного на стержне. Совершая вместе со стержнем поступательно-возвратные ко-лебания, флажок периодически перекрывает путь света от лампы к фотодиofjyt Модулированный сигнал фотодиода подается на вход усилителя 5. Лампа и светодиод помещены в защитный корпус 15. . Контрольный образец крепится к стержню с помощью держателя, содержащего опорную планку 16, закрепленную на стержне пластиной 17 и ви тами 18, и прижимную планку 19, заж мающую контрольный образец с помощью винта 18. Прутшны-консоли крепятся с помощью одинаковых зажимов, содержащих основание 20 и пластину 21. Основан крепится к стержню винтом 22, а пру жины консоли зажимаются одним концом между основанием 20 и пластиной 21 винтом 23. Другой конец пружин закреплен на корпусе 24 устройства пластиной 25 и двумя винтами 26. Генератор 2 одиночных импульсов представляет собой, например, мультивибратор, собранный на логических элементах, счетчик и дешифратор. Контрольный образец вьшолнен в виде тонкой пластинки из металла или диэлектрика, которая может легко заменяться после нанесения покрытия Усилитель напряжения содержит операционный усилитель с цепями кор рекции. Устройство работает следующим образом. При включении питания устройства генератор 2 одиночных импульсов фор мирует на выходе через равные промежутки времени короткие импульсы электрического тока, которые преобр зуются электромагнитом 3 в импульсы магнитного поля, а последние, взаимодействуя с металлической пластин 11, приводят в режим колебаний стержень 7. Период колебаний стержня фиксируется датчиком 4 колебаний, с помощью которого механические ко; ебания преобразуются в электриче КИЙ сигнал с периодом, равным период колебаний стержня, данный сигнал усиливается усилителем 5 напряжения и поступает на вход измерительного блока. 6. На табло измерительного блока в цифровом виде индицируется период колебаний стержня. При нанесении на контрольньй образец покрытия масса контрольного образца увеличивается, что приводит к увеличению периода колебаний стержня. Разность между начальным периодом колебаний (до нанесения покрытия) и текущим значением периода содержит информацию о массе и, следовательно, толщине покрытия при известной площади контрольного образца. Величина изменения периода колебаний зависит от напьшяемого материала, в частности от удельного веса, и определяется зкспериментально, используя весовые методы контроля толщины покрытий. Использование предлагаемого устройства, по сравнению с известным, позволяет повысить качество напыляемых покрытий и увеличить выход год-г ных изделий путем псвьшения надежности устройства, которое достигается за счет упрощения колебательной системы, увеличения ее механической прочности. Кроме того, использование изобретения позволяет повысить точность измерения за счет исключения влияния ориентации устройств относительно нормали к Земле на .его чувствительность и уменьшения влияния температуры нагреза контрольного образца на стабильность периода колебаний путем применения пружин с разным -коэффициелтом упругости, а также обеспечить эффективный контроль в большом диапазоне толщип напыляемьЕс покрытий в различных условиях напыления, в т.ч. на подвижных объектах и в космосе.

Фиг.З

16 /7