Vakuuminės kameros deformacijos aptikimasVakuuminės dengimo mašinos: Metodai ir sistemos procedūros
Vakuuminės dengimo mašinos plačiai naudojamos optikos, elektronikos, kosmoso ir medicinos prietaisuose. Pagrindinis jų komponentas -vakuuminė kamera- reikalauja ilgalaikio- stabilaus veikimo esant ypač žemam slėgiui (paprastai nuo 10⁻³ Pa iki 10⁻⁵ Pa). Siurbimo, šildymo ir aušinimo procesų metu vakuuminę kamerą veikia bendras atmosferos slėgio, šiluminės įtampos ir mechaninio įrengimo įtempių poveikis. Pernelyg didelė deformacija tiesiogiai sukels sandariklio gedimą, per didelį nuotėkį ir santykinės taikinio bei pagrindo padėties pasikeitimus, todėl paveiks plėvelės vienodumą ir įrangos patikimumą. Todėl sistemingas ir tikslus vakuuminės kameros deformacijų nustatymas yra esminis žingsnis siekiant užtikrinti dengimo mašinos veikimą ir tarnavimo laiką. Šiame straipsnyje sistemingai aprašomos vakuuminės kameros deformacijos priežastys, aptikimo metodų sistema, standartinės procedūros ir tipiniai instrumentai, siekiant pateikti vakuuminės įrangos projektavimo, priėmimo ir priežiūros nuorodą.
Vienas. Pagrindinės vakuuminės kameros deformacijos priežastys
Vakuuminės kameros paprastai yra pagamintos iš suvirinto nerūdijančio plieno (304, 316L) arba aliuminio lydinio. Jų konstrukcijoje yra angų ir silpnų vietų, tokių kaip durys, langai, elektrodų įleidimo jungės, šildymo komponentai ir sukamieji mechanizmai. Pagrindinės deformacijos varomosios jėgos yra:
Atmosferos slėgio skirtumas: Po siurbimo slėgio skirtumas viduje ir išorėje gali siekti 0,1 MPa, todėl sienų plokštės, durys ir langai veikia vienodą slėgį. Plonasienės-ar nesutvirtintos sritys yra linkusios į elastinę arba plastinę deformaciją.
Šiluminė apkrova: dengimo procesą reikia kaitinti iki 150–200 laipsnių (ar net daugiau), todėl aušinant susidaro didelis temperatūros gradientas. Šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumai įvairiose srityse ir suvaržymai sukelia šiluminį įtempį, dėl kurio atsiranda deformacija arba vietinis išsipūtimas.
Liekamoji įtampa dėl surinkimo ir suvirinimo: Suvirinimo liekamasis įtempis pašalinamas po siurbimo, pagreitinant vietinę deformaciją.
Aukšto{0}}dažnio vibracija arba smūgis: vibracija, kurią sukelia vakuuminiai siurbliai ir besisukančios mechaninės dalys, gali sukelti nuovargio deformaciją.
Pirmiau nurodyti veiksniai dažnai veikia kartu, todėl deformacijos bandymai turi apimti statinį konstrukcijos stiprumą, termo{0}}mechaninį sujungimą ir ilgalaikį stabilumą.
Du. Deformacijų nustatymo metodų klasifikacija ir techniniai principai
Remiantis matavimo principais, sąlyčio metodais ir taikomais etapais, pagrindinius aptikimo metodus galima suskirstyti į penkias kategorijas: modeliavimo analizę, kontaktinį geometrinį matavimą, optinį ne{0}}kontaktinį matavimą, deformacijų stebėjimą ir su nuotėkiu{1}}susijusią diagnozę.
2.1 Baigtinių elementų modeliavimas: Deformacijos aptikimo „Peržiūra“.
Projektavimo ar modifikavimo etape pirmiausia reikia sukurti vakuuminės kameros CAD modelį, jį sujungti, pritaikyti slėgio ir temperatūros ribines sąlygas iš tikro proceso ir apskaičiuoti deformaciją naudojant netiesinį sprendiklį. Modeliavimas gali pateikti bendrą poslinkio kontūro žemėlapį, įtempių koncentracijos vietas ir silpnąsias vietas. Pavyzdžiui, stačiakampės vakuuminės kameros modeliavimas gali numatyti didžiausią deformaciją durų skydo centre. Šis veiksmas paverčia aptikimo darbą iš pasyvaus matavimo į aktyvią prevenciją, žymiai sumažinant akląsias zonas vėlesniuose fiziniuose bandymuose.
2.2 Fizinis patikrinimas:
Visas matavimas nuo statinio iki dinaminio statinio vakuuminio deformacijos testo: Padėkite vakuumo kamerą ant bandymo stendo ir pritvirtinkite ciferblato indikatorius arba lazerio poslinkio jutiklius keliuose pagrindiniuose išorinių sienų plokščių, durų ir žiūrėjimo flanšų taškuose. Lėtai evakuokitės iki didžiausio vakuumo ir užrašykite poslinkio pokyčius kiekviename atmosferos slėgio → žemo vakuumo → didelio vakuumo proceso metu. Paprastai reikalaujama, kad maksimali deformacija neviršytų projektinės leistinos vertės (pvz., sienų plokštės įlinkis Mažiau arba lygus 0,5 mm/m). Šis metodas yra tiesioginė priemonė suvirinimo siūlės standumui ir standiklio išdėstymo racionalumui patikrinti.
Didelio{0}}tikslumo lazerinis kalibravimas
Tiksliojo dengimo mašinoms (tokioms kaip fotolitografija ir lazerinis veidrodinis padengimas) deformacija turi būti kontroliuojama mikrometro lygiu. Šiuo atveju naudojamas lazerinis autokolimatorius: ant vidinės vakuuminės kameros sienelės montuojamas veidrodis, o į veidrodį per tam skirtą langą šviečia lazerio spindulys. Atsispindėjusios vietos padėtis užfiksuojama priėmimo ekranu arba CCD. Taško poslinkio kampas prieš ir po evakuacijos gali būti paverstas plokštumos pasvirimu. Naudojant kelis veidrodžių rinkinius, galima gauti trimatę kampinę ertmės deformaciją. Pažangios sistemos taip pat iš anksto nustato kompensavimo dydžius prieš evakuaciją, kad būtų pasiektas aktyvus optinis derinimas vakuumo sąlygomis.
Šiluminės{0}}struktūros sujungimo testas (dinaminės sąlygos):
Faktinio dengimo terminio ciklo modeliavimas: Vakuuminė kamera šildoma nuo kambario temperatūros iki darbinės temperatūros (pvz., 200 laipsnių), naudojant šildymo juostas, infraraudonųjų spindulių lempas arba kepimo sistemą, išlaikant vakuumo lygį. Termoporos ir deformacijos matuokliai dedami ant vidinių ir išorinių sienų, kad būtų fiksuojamas temperatūros pasiskirstymas ir vietinė deformacija. Infraraudonųjų spindulių termovizorius gali greitai atpažinti karštas ir šaltas vietas ir nustatyti, ar temperatūra nekyla netolygiai. Šis bandymas gali aptikti deformacijos problemas, kurių negalima atskleisti atliekant vien tik kambario temperatūros vakuuminį bandymą, pvz., vietinius iškilimus šalia šildymo vamzdžio, dėl kurio keičiasi atstumas tarp pagrindo ir taikinio.
Visiškas -lauko deformacijos matavimas (DIC), naudojant skaitmeninę vaizdo koreliaciją, pastaraisiais metais sparčiai tobulėja. Tai apima atsitiktinio dėmių rašto purškimą ant išorinio vakuuminės kameros paviršiaus, vaizdų fiksavimą realiuoju-laiku siurbimo arba šildymo proceso metu, naudojant dvi ar daugiau didelės raiškos -kamerų, o tada dėmių poslinkio lauko apskaičiavimas naudojant programinę įrangą, kad būtų gautas dviejų-dimensijų žemėlapis arba trijų matmenų debesų{}{}. Šis metodas yra ne-kontaktinis ir bemasis, todėl jis ypač tinkamas sudėtingų formų (pvz., sustiprintų cilindrinių ertmių) bendrų deformacijų modeliams analizuoti.
2.3 Nuotėkio koreliacijos aptikimas: galutinis deformacijos poveikio funkcionalumui įvertinimas
Net jei išmatuota deformacija yra leistinoje diapazone, sandarinimo efektyvumas vis tiek turi būti patikrintas. Dažniausiai naudojamas helio masių spektrometrijos nuotėkio aptikimo metodas: vakuuminė kamera ištuštinama iki reikiamo vakuumo lygio, o į įtariamas suvirinimo siūles, flanšus ir durų sandariklius įpurškiamos helio dujos. Nuotėkio detektoriaus rodmenų pokyčiai atspindi vietinį nuotėkio greitį. Bendras nuotėkio greitis turi atitikti projektinius reikalavimus (paprastai geresnis nei 1×10−7 Pa⋅m³/s).
Kai dėl deformacijos netolygiai suspaudžiamas sandarinimo žiedas arba atsiranda mikroįtrūkimų suvirinimo siūlėje, nuotėkio greitis neįprastai padidės. Todėl nuotėkio aptikimas yra galutinis pagrindas nustatant, ar deformacija turi įtakos faktiniam naudojimui.
Trys. Standartinė testavimo procedūra ir projekto ciklas
Visiškas vakuuminės kameros deformacijos bandymo projektas paprastai apima šiuos veiksmus:
**Schemos dizainas:** apibrėžkite bandymo tikslą (tik statinis? su terminiu ciklu?), pagrindines bandymo vietas, leistiną deformaciją ir atskaitos standartus (pvz., GB/T 3163, ISO 3529, ASTM E595).
**Imitavimo išankstinė-analizė:** atlikite baigtinių elementų analizę, kad nustatytumėte didžiausią deformacijos plotą ir kritines veikimo sąlygas.
**Parengimas ir montavimas:** Išvalykite vakuumo kamerą, sumontuokite jutiklius (skaitiklius, įtempimo matuoklius, termoporas, optinius taikinius) ir prijunkite duomenų rinkimo sistemą.
**Etalonaminis matavimas:** užrašykite pradinę geometrinę būseną esant normaliam slėgiui (naudojant koordinačių matavimo mašiną arba lazerinį sekiklį).
**Statinio vakuumo matavimas:** Evakuuokite iki didžiausio vakuumo ir registruokite jutiklio rodmenis; palaikyti slėgį 1–2 valandas ir stebėti deformacijos poslinkį.
**Šiluminio ciklo matavimas (jei reikia):** Pakaitinkite iki nustatytos temperatūros vakuumo sąlygomis ir palaikykite 2–4 valandas, registruodami temperatūrą, deformaciją ir poslinkį; leisti natūraliai atvėsti iki kambario temperatūros ir išbandyti liekamąją deformaciją.
Tikslus lazerinis kalibravimas: optinio dengimo mašinoje atlikite automatinio kolimavimo arba interferometrijos matavimus lazeriu ir, jei reikia, kompensuokite optinį kelią vakuume.
Nuotėkio aptikimas: naudokite helio masės spektrometrą, kad aptiktumėte bendrą nuotėkio greitį ir vietinius nuotėkius.
Duomenų analizė ir ataskaitų teikimas: palyginkite modeliavimo ir išmatuotus duomenis, kad įvertintumėte, ar laikomasi projektavimo specifikacijų, ir pateikite priežiūros arba optimizavimo pasiūlymus.
Keturi. Pagrindinės priemonės aptikimo tikslumui pagerinti
Temperatūros kompensavimas: Deformacijos matavimams didelę įtaką daro aplinkos temperatūra, ypač tempimo matuokliai ir matuokliai. Kambario temperatūros pokyčiai turi būti registruojami ir prireikus naudojami temperatūros kompensavimo matuokliai arba korekcijos algoritmai.
Kelių-taškų perteklius: mažiausiai du jutikliai, pagrįsti skirtingais principais (pvz., lazeris ir deformacijos matuoklis), turi būti išdėstyti pagrindinėse vietose, kad būtų galima patikrinti duomenis.
Išankstinis siurbimas ir stabilizavimas: po siurbimo reikia skirti pakankamai laiko (paprastai 1–2 val.), kad stabilizuotųsi elastinė deformacija ir šiluminė pusiausvyra, prieš matuojant rodmenis.
Reguliarus kalibravimas: Visi ilgio jutikliai, deformacijos matuokliai ir nuotėkio detektoriai turi būti siunčiami į metrologijos įstaigą kalibruoti pagal nustatytą tvarkaraštį.
Penkios. Išvada Vakuuminės kameros deformacijos aptikimas vakuuminio dengimo mašinoje yra išsamus procesas, apimantis modeliavimo numatymą ir fizinį patikrinimą, vietos taško matavimą ir pilną -lauko dinaminę analizę bei geometrinius matavimus, taip pat nuotėkio aptikimą. Tinkamas aptikimo metodų pasirinkimas (pradinė patikra su ciferblato indikatoriumi, tikslus lazerinis kalibravimas, viso -lauko DIC analizė, deformacijos matuoklio terminio ciklo stebėjimas ir galutinis helio nuotėkio aptikimas) ir standartizuotų procedūrų laikymasis gali tiksliai įvertinti deformacijos būseną ir užtikrinti dengimo proceso stabilumą bei pakartojamumą. Didėjant optinės dangos ir puslaidininkinės įrangos tikslumo reikalavimams, bus plačiau naudojami didelio{5}}tikslumo nekontaktiniai matavimai (pvz., lazerinė interferometrija ir DIC) ir termo-mechaninio sujungimo modeliavimas. Projektavimo, gamybos ir techninės priežiūros personalas turėtų atsižvelgti į deformacijų aptikimą kaip esminę viso vakuuminės įrangos gyvavimo ciklo valdymo dalį, kad būtų galima efektyviau užkirsti kelią gedimams ir optimizuoti veikimą.
Daugiau informacijos apie mašiną vaizdo įrašo rasite mūsų „Tiktok“ svetainėje: https://www.tiktok.com/@vacuum.coatingmachine?lang=zh-Ačiū, Hansai.
