专利名称：大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于真空磁控溅射镀膜技术领域，特别是一种大型复 杂曲面制件磁控溅射镀膜机。
技术背景近些年来，由于国内航空航天工业技术、天文技术的不断发展， 在很多高端装备和装置上，需要安装内表面需要真空镀膜的大型复杂曲面的零 部件，要求真空镀膜机具有对复杂曲面零部件进行均匀镀膜的能力，比如天文 望远镜镜片、隐身战斗机中关键部件透明座舱整流罩，不但要能够镀多层膜，
而且要求膜层均匀性达到3 5%。部件镀层的质量水平直接关系所应用设备的 性能和水平。这些零件或是复杂曲面或是球面，而且面积都比较大。对这种复 杂曲面内表面进行单靶镀膜是无法满足均匀性、电性能及光学性能的要求。要 满足膜层均匀性要求，不进行跟踪镀膜是无法达到要求；而通用镀膜机没有对 复杂曲面或球面基材进行跟踪镀膜的能力，只能镀制型体曲面在镀膜过程中可 以忽略的小型制件、平面制件或桶型制件，需要进行多次抽真空才能实现多层 镀膜。査新表明，目前国内没有对大型复杂曲面或球面基材进行真空镀膜的设 备，国外相应的技术及其装备完全处于保密状态
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能对复杂曲面或 球面进行跟踪镀膜的大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，以实现对大型复杂曲 面零部件内表面均匀镀膜，并达到相关的均匀性、电性能及光学性能的要求， 满足国内航空航天工业技术、天文技术高端装备和装置的需求。
本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下 一种大型复杂曲面 制件磁控溅射镀膜机，包括真空室，制件，加热系统，磁控靶，工件支架，计 算机控制系统；其特征在于它还包括移动平台和镀膜机器人；移动平台位于 真空室底部，镀膜机器人与移动平台以滑移方式连接；加热系统包括固定支架 和数十块加热模块，固定支架的形状与制件的形状相适配，固定支架安装于真 空室顶部，数十块加热模块沿真空室纵向分成数个区域分别固定安装于固定支 架；制件固定于工件支架并位于加热模块的下方，各加热模块与制件 面的距离相等；计算机控制系统与真空室、真空系统和镀膜机器人连接；磁控靶为一 种至四种。
本实用新型的数十块加热模块沿真空室纵向分成数个区域分别固定安装于 固定支架，这样，每一个加热模块是一个独立的加热单元。固定支架的形状与 制件的形状相适配，固定支架根据制件的形状模拟制作，即根据被镀制件的不 同形状，固定支架需制作成与制件形状相适配的平面、曲面、弧面等各种形状; 从而，固定在支架上安装的数十块加热模块拼成了与制件相适配的平面、曲面、 弧面等各种形状，等距罩在制件上方。因各加热模块与制件表面的距离相等， 从微观角度看复杂曲面制件的加热源是由数十个等距离的点热源组成，故制件 受热均匀。所以本实用新型能适用于各种形状、规格制件的镀制，不仅能镀制 形状简单的制件，而且能镀制大型复杂曲面的制件，可以往的通用磁控镀膜机 只能镀制形状简单的平面制件和桶形制件。
本实用新型其真空室内的镀膜机器人是七轴真空磁控溅射镀膜机器人，它 是具有六个自由度加一个辅助自由度的机器人，机器人由北京自动化研究所制 造，型号为JQR-7，这种机器人的空间定位精度可以达到±0.5111111，可以对制件 内表面采取示教的方法，实现形体跟踪，从而保证膜层的均匀性。在一个工作周 期镀膜工作中，七轴真空磁控溅射镀膜机器人一次或多次握持一只小型相同或 不同的磁控溅射靶，根据制件的形状通过前后移动、腰转动、手臂升降、手臂 旋转、手臂偏转、手爪角度调整、手爪夹紧等七个关节机构联动实现对大型复 杂曲面制件内表面从前端自动进行数控逐行扫描、多维跟踪溅射镀膜，直至运 行到制件末端，完成整个制件一层或多层的整体镀膜。
本实用新型的计算机控制系统， 一方面采集真空室的真空数据，控制真空 系统；另一方面控制镀膜机器人。
本实用新型的计算机控制系统，安装有膜层控制仪，膜层控制仪连接的探 头放置在被镀制件的旁边，镀膜机器人在镀制制件的同时对探头也给予相同的 镀制，从而实现分级在线测量实时监测镀层厚度，将信息及时反馈给镀膜机器 人，及时调整镀膜工艺参数，来控制膜层厚度，膜层均匀一致，没有死角。而 现有的通用磁控镀膜机没有跟踪系统无法实现任意位置镀膜，存在死角，膜层不均匀，不能控制制件膜层质量。
本实用新型的计算机控制系统，控制镀膜机器人在真空状态下自动更换镀 膜耙，对制件实现多层镀膜，可以更换的工作源包括离子源、氧化铟锡耙、钛
靶、金靶等，可以镀制Ti02、 Ti、 Au、 Ag、 Cu、 ln203-Sn02、 Si02等膜层，在一个 工作周期内可以变换四种不同的工作源。而现有的通用磁控镀膜机在一个工作 周期内对制件只能完成单层镀膜。
本实用新型真空室的空间尺寸是3800 mmX 1800咖X卯Omm，是现阶段国内 最大的真空磁控溅射镀膜机。
本实用新型已经制作出样品，并在生产上应用；实践证明，本实用新型镀 层均匀，没有死角， 一次抽空状态下能进行多次镀膜；实现了大型复杂曲面零 部件内表面均匀镀膜，并达到相关的均匀性、电性能及光学性能等技术要求， 满足国内航空航天工业技术、天文技术高端装备和装置的需求。
图1是本实用新型结构示意图， 图2是图1的A—A剖视图， 图3是加热模块的结构示意图， 图4是图3的俯视图。
图中l一真空室，2—加热系统，3—制件，4一镀膜机器人，5—工件支架， 6—移动平台，7—磁控靶，8—计算机控制系统，9一探头，IO—固定支架，11 一支架，12—反射屏，13—加热丝，14-散热盘，15—蝶形螺母，16—加热模 块，17—连接螺杆，18—绝缘套。
具体实施方式如图1与图2所示 一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机， 包括真空室l，制件3，加热系统2，磁控靶7，工件支架5，计算机控制系统； 它还包括移动平台6和镀膜机器人4;移动平台6位于真空室1底部，镀膜机器 人4与移动平台6以滑移方式连接；加热系统2包括固定支架10和数十块加热 模块16,固定支架10的形状与制件3的形状相适配，本实施例所示是加镀制曲 面制件的加热系统2，固定支架10安装于真空室1顶部，九十六块加热模块16 沿真空室1纵向分成九个区域分别固定安装于固定支架10，因为被镀制件3的 形状不规则，如制件3的宽度有大、小头，每个区域所安装的加热模块16数量不等；对于形状规则的制件而言，每个区域所安装的加热模块16数量相等；制 件3固定于工件支架5并位于加热模块16的下方，各加热模块16与制件3表 面的距离相等；计算机控制系统8与真空室1、真空系统和镀膜机器人4连接； 磁控靶7为一种至四种，放置在移动平台6的一端，供镀膜机器人4取用，在 一个工作周期内可以变换四种不同的工作源，完成一至四层镀膜。计算机控制 系统8，安装有膜层控制仪，膜层控制仪连接的探头9放置在被镀制件3的旁边， 镀膜机器人4在镀制制件3的同时对探头9也给予相同的镀制，探头9采集镀 制信息，并将采集的镀制信息实时传至计算机控制中心，从而实现分级在线测 量实时监测镀层厚度，
镀膜机器人4由北京自动化研究所制造，型号为JQR-7。 参见图3与图4:每一块加热模块16由支架ll、反射屏12、加热丝13和 散热盘14组成；支架11下方依次安装反射屏12、加热丝13与散热盘14;支 架11上装有两排连接螺杆17，连接螺杆17侧面装有绝缘套18，绝缘套18下 端设有凹槽，加热丝13盘绕于凹槽，蝶形螺母15将散热盘14固定于加热丝13 下方。
本实用新型真空室的空间尺寸是3800 mmX1800 mmX900咖，完全能满足大 型制件的镀制需要。在3800咖X1800咖X卯0nrai的三维空间真空环境下，七轴 真空磁控溅射镀膜机器人可以在任意位置镀膜，七轴真空磁控溅射镀膜机器人 握持小型的磁控溅射靶逐行扫描、多维跟踪大型复杂曲面内表面，进行磁控溅 射真空镀膜，镀膜机器人在机器人控制系统操纵下自动更换镀膜靶，曲面形状 可以复杂多样， 一次抽真空可以实现多层镀膜。对制件实现多层镀膜。利用镀 膜机器人实现形体跟踪，实现分级在线测量适时监测镀层厚度，控制膜层厚度， 无死角。3800咖X1800咖X卯0nim的真空空间，能适应大型制件的镀制；固定 支架的形状与制件的形状相适配，为复杂曲面制件镀制提 了可靠保证；等距 罩在制件上方的加热模块，使制件受热均匀一致。
权利要求1、一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，包括真空室，制件，加热系统，磁控靶，工件支架，计算机控制系统；其特征在于它还包括移动平台(6)和镀膜机器人(4)；所述移动平台(6)位于所述真空室(1)底部，所述镀膜机器人(4)与所述移动平台(6)以滑移方式连接；所述加热系统(2)包括固定支架(10)和数十块加热模块(16)，所述固定支架(10)的形状与所述制件(3)的形状相适配，所述固定支架(10)安装于所述真空室(1)顶部，所述数十块加热模块(16)沿所述真空室(1)纵向分成数个区域分别固定安装于所述固定支架(10)；所述制件(3)固定于工件支架(5)并位于所述加热模块(16)的下方，各所述加热模块(16)与所述制件(3)表面的距离相等；所述计算机控制系统(8)与所述真空室(1)、真空系统和所述镀膜机器人(4)连接；所述磁控靶(7)为一种至四种。
2、 如权利要求l所述的一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，其特征在 于所述加热模块(16)为九十六块，所述九十六块加热模块(16)沿所述真 空室(1)纵向分成九个区域分别固定安装于所述固定支架(10)。
3、 如权利要求l所述的一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，其特征在 于所述计算机控制系统(8)安装有膜层控制仪，所述膜层控制仪连接的探头(9)放置在所述制件(3)的旁边。
4、 如权利要求l、 2或3所述的一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机， 其特征在于所述加热模块(16)由支架(11)、反射屏(12)、加热丝(13) 和散热盘(14)组成；所述支架(11)下方依次安装所述反射屏(12)、所述加 热丝(13)与所述散热盘(14)。
5、 如权利要求4所述的一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，其特征在 于所述支架(11)上装有两排连接螺杆(17),所述连接螺杆(17)侧面装有 绝缘套(18)，所述绝缘套(18)下端设有凹槽，所述加热丝(13)盘绕于所述 凹槽，蝶形螺母(15)将所述散热盘(14)固定于所述加热丝(13)下方。
6、 如权利要求5所述的一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，其特征在 于所述真空室(1)的空间尺寸是3800咖X1800咖X900咖。
专利摘要本实用新型涉及一种大型复杂曲面制件磁控溅射镀膜机，包括真空室，制件，加热系统，磁控靶，工件支架，计算机控制系统，移动平台和镀膜机器人；移动平台位于真空室底部，镀膜机器人与移动平台以滑移方式连接；加热系统包括固定支架和数十块加热模块，固定支架的形状与制件的形状相适配，固定支架安装于真空室顶部，数十块加热模块沿真空室纵向分成数个区域分别固定安装于固定支架；制件固定于工件支架并位于加热模块的下方，各加热模块与制件表面的距离相等。它镀层均匀，没有死角，一次抽空状态下能进行多次镀膜；实现了大型复杂曲面零部件内表面均匀镀膜，并达到相关的均匀性等技术要求，满足国内航空航天工业、天文技术高端装备的需求。
文档编号C23C14/56GK201372310SQ200920008058
公开日2009年12月30日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者武志红, 袁文军 申请人:兰州真空设备有限责任公司