一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法及装置与流程

1.本发明属于镀膜技术领域，具体涉及一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法及装置。


背景技术：

2.硬质合金薄膜能够有效提高材料表面的硬度、韧性、耐磨性，大幅延长产品使用寿命，在机械加工行业中被广泛应用于刀具、工模具等产品。现有硬质合金薄膜的制备主要通过真空多弧离子镀技术实现，属于物理气相沉积（physical vapor deposition，pvd）技术的一种。在工艺过程中，首先需要利用等离子体对基体表面进行预处理，通过等离子体轰击基体表面．达到清洗目的并进一步改善基体表面性能，以提高薄膜结合力等。因此，在真空多弧离子镀设备中必须配备清洗离子源装置。
3.传统的清洗离子源装置普遍采用微波放电、射频放电等方式，如专利 cn 201621381280.6即提出了一种基于射频放电原理的离子源清洗装置。但此类方式往往造成真空镀膜设备结构复杂，难以控制，由此带来电流不稳定、离子不够均匀并且制造与维护成本高昂等问题。
4.基于现有清洗离子源装置存在的问题，本发明提出了一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法及装置。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提供一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法及装置，通过以下技术方案实现：首先，一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法，通过获取离子源电源的实时电流值，以及根据实时电流值与给定电流值快速调整离子源电源电流大小，以使离子源电源恒流输出。
6.进一步，实时检测离子源电源的实时电流值，计算出实时电流值与给定电流值的电流差值，根据电流差值计算灯丝电流调整值，即通过调整灯丝对应的离子源电源的电流大小，使得离子源电源恒流输出；通过类pid算法，调节离子源电源的电流大小，使得离子源电源输出的电流值达到给定电流值；以及根据灯丝安装位置，获取各灯丝分布情况与工件表面离子浓度关系函数，并通过实际检测的工件处的离子密度，以确保工件表面的离子浓度的均匀性，若一灯丝故障不能工作时，按照离子分布函数调整相邻灯丝的电流进行补偿。
7.第二方面，本发明还提供了一种真空镀膜设备的灯丝离子源装置，包括：真空机构，以及设置在所述真空机构内的支撑机构，所述支撑机构适于支撑工件，所述真空机构适于采用上述真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法将工件所处环境抽离成真空状态；
偏压电源，所述偏压电源适于向支撑机构提供负电压；电离机构，所述电离机构适于对真空机构内的气体进行电离，以对支撑机构上的工件表面进行清洗。
8.进一步，所述真空机构包括：腔体、真空泵和真空调节阀；所述真空泵通过所述真空调节阀与所述腔体连接；所述支撑机构设置在所述腔体内；所述真空泵适于通过所述真空调节阀抽取腔体内的气体。
9.进一步，所述支撑机构包括：旋转电机和工件架；所述旋转电机设置在所述腔体内；所述工件架设置在所述旋转电机上；所述工件架适于固定工件；所述偏压电源适于向所述工件架提供负电压；所述旋转电机适于带动所述工件架转动，以带动所述工件转动。
10.进一步，所述电离机构包括：离子源控制电源、若干离子源电源和若干灯丝；所述离子源电源与所述灯丝对应，并电性连接；所述离子源控制电源与各离子源电源电性连接；所述离子源控制电源适于根据离子源电源的实时电流值与预设电流值之间的电流差值，获取离子源电源对应灯丝的电流调整值，通过调整离子源电源的电流以调整灯丝电流。
11.进一步，所述离子源控制电源适于通过各离子源分布位置与工件表面离子浓度的关系函数调节各离子源电源的电流。
12.进一步，所述腔体内设置有加热模块；所述加热模块适于加热腔体内工件。
13.进一步，所述灯丝离子源装置还包括：气源装置；所述气源装置适于对腔体内通入工艺气体。
14.第三方面，本发明还提供一种真空镀膜设备的灯丝离子源装置的工作步骤，包括：对腔体抽真空，使腔体内达到预设的真空度；抽真空结束后，对腔体和工件进行加热，使工件达到预设的温度；控制气源装置向腔体内通入对应工艺气体，真空调节阀使腔体内真空度稳定在所需的范围内；设定离子源控制目标电流，并启动离子源控制电源，同时启动偏压电源；离子源控制电源根据各离子源分布函数实时调节各离子源电源的电流，使得控制电源的电流达到设定值，并保证工件表面的离子浓度的均匀性；离子源工作后将腔体内的气体进行电离，形成等离子体，对工件表面进行清洗。
15.本发明的有益效果是，通过获取离子源电源的实时电流值，持续与设定电流值进行复核，从而快速调整离子源控制电源电流大小，实现离子源电源的动态恒稳输出。另一方面，本发明可根据离子源机构安装位置与工件表面离子密度，主动迭代计算出二者的关系函数并以此为控制基准对离子源控制电源持续校准，保证工件表面离子密度均匀并且避免单个或多个离子源机构故障状态下设备工艺停机，从而提高生产效率。本发明安装维护简
单、成本较低，有利于工业生产设备的规模化部署安装。
16.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
18.附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法的流程图；图2是本发明的一种真空镀膜设备的灯丝离子源装置的结构示意图；图3是本发明的电离机构的原理框图。
21.图中：1腔体、2真空泵、3真空调节阀、4旋转电机、5工件架、6灯丝、7加热模块。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1-图3所示，本实施例提供一种真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法，包括：获取离子源电源的实时电流值；以及根据实时电流值与给定电流值快速调整离子源电源电流大小，以使离子源电源恒流输出，实现动态的平衡和恒流输出的目的，控制速度快并且等离子均匀性好。
24.在本实施例中，实时检测离子源电源的实时电流值，计算出实时电流值与给定电流值的电流差值，根据电流差值计算灯丝6电流调整值，即通过调整灯丝6对应的离子源电源的电流大小，使得离子源电源恒流输出；通过类pid算法，调节离子源电源的电流大小，使得离子源电源输出的电流值达到给定电流值，实现动态的平衡和恒流输出的目的；以及根据灯丝6安装位置，获取各灯丝6分布情况与工件表面离子浓度关系函数，并通过实际检测的工件处的离子密度，以确保工件表面的离子浓度的均匀性，若一灯丝6故障不能工作时，按照离子分布函数调整相邻灯丝6的电流进行补偿，以根据离子源电源的电流和电压可以进行灯丝6的故障诊断，并报警提示，以提醒管理人员进行维修；根据离子源机构（灯丝6）安装位置与工件表面离子密度，主动迭代计算出二者的关系函数并以此为控制基准对离子源控制电源持续校准，保证工件表面离子密度均匀并且避免单个或多个离子源机构故障状态下设备工艺停机，从而提高生产效率。
25.本实施例还提供了一种真空镀膜设备的灯丝离子源装置，包括：真空机构，以及设
置在所述真空机构内的支撑机构，所述支撑机构适于支撑工件，所述真空机构适于将工件所处环境抽离成真空状态；偏压电源，所述偏压电源适于向支撑机构提供负电压；电离机构，所述电离机构适于采用上述真空镀膜设备的灯丝离子源控制方法对真空机构内的气体进行电离，以对支撑机构上的工件表面进行清洗，实现了使用灯丝6作为离子源，结构简单，生产难度小，有离子均匀性好、等离子体密度大、金属离化率高、电流稳定快稳定性好等特点，以及在清洗工件，作为涂层的准备，通过等离子体轰击被清洗产品表面，以达到清洗目的，在完成清洗去污的同时，还可以改善材料本身的表面性能，如改善膜的结合力等，并且安装维护简单、成本较低，有利于工业生产设备的规模化部署安装。
26.在本实施例中，所述真空机构包括：腔体1、真空泵2和真空调节阀3；所述真空泵2通过所述真空调节阀3与所述腔体1连接；所述支撑机构设置在所述腔体1内；所述真空泵2适于通过所述真空调节阀3抽取腔体1内的气体；通过真空调节阀3可以调节腔体1内的真空度，使得真空度保持在所需的范围或一个恒定的预设值，确保电离效果。
27.在本实施例中，所述支撑机构包括：旋转电机4和工件架5；所述旋转电机4设置在所述腔体1内；所述工件架5设置在所述旋转电机4上；所述工件架5适于固定工件；所述偏压电源适于向所述工件架5提供负电压；所述旋转电机4适于带动所述工件架5转动，以带动所述工件转动；通过旋转电机4带动工件架5转动，只需将电离机构安装在同一侧，降低成本，通过工件架5旋转带动工件旋转，使得工件表面均可以经受高能粒子撞击。
28.在本实施例中，偏压电源提供给工件架5一定的负电压，提高真空等离子体内带电粒子的能量，轰击清洗所镀工件表面，使工件表面经受高能粒子撞击后得到崭新的表层，从而提高后续沉积膜层的结合力。
29.在本实施例中，所述电离机构包括：离子源控制电源、若干离子源电源和若干灯丝6；所述离子源电源与所述灯丝6对应，并电性连接；所述离子源控制电源与各离子源电源电性连接；所述离子源控制电源适于根据离子源电源的实时电流值与预设电流值之间的电流差值，获取离子源电源对应灯丝6的电流调整值，通过调整离子源电源的电流以调整灯丝6电流；在离子源（灯丝6）工作过程中，实时检测离子源电源的实时电流值，计算出实时电流值与给定电流值的电流差值，根据电流差值计算灯丝6电流调整值，通过调整灯丝6电源的电流大小，使得离子源电源恒流输出。使用类pid算法，可以快速调节灯丝6电源的电流大小，使得离子源输出的电流值达到给定电流值，实现动态的平衡和恒流输出的目的；使用灯丝6作为离子源，结构简单，生产难度小，有离子均匀性好、等离子体密度大、金属离化率高、电流稳定快稳定性好等特点。
30.在本实施例中，所述离子源控制电源适于通过各离子源分布位置与工件表面离子浓度的关系函数调节各离子源电源的电流；根据各离子源（灯丝6）的安装位置，推算出各离子源分布情况与工件表面离子浓度的关系函数，并通过实际监测工件处的离子密度进行验证，以保证工件表面的离子浓度的均匀性。
31.在本实施例中，所述腔体1内设置有加热模块7；所述加热模块7适于加热腔体1内工件，对腔体1和工件进行加热，使工件达到要求的温度。
32.在本实施例中，所述灯丝离子源装置还包括：气源装置；所述气源装置适于对腔体1内通入工艺气体。
33.本实施例还提供一种真空镀膜设备的灯丝离子源装置的工作步骤，包括：对腔体1
抽真空，使腔体1内达到预设的真空度；抽真空结束后，对腔体1和工件进行加热，使工件达到预设的温度；控制气源装置向腔体1内通入对应工艺气体，真空调节阀3使腔体1内真空度稳定在所需的范围内，并保证在离子源工作时也能稳定在一定范围；设定离子源控制目标电流，并启动离子源控制电源，同时启动偏压电源；离子源控制电源根据各离子源分布函数实时调节各离子源电源的电流，使得控制电源的电流达到设定值，并保证工件表面的离子浓度的均匀性；离子源工作后将腔体1内的气体进行电离，形成等离子体，对工件表面进行清洗。
34.综上所述，本发明通过真空机构，以及设置在所述真空机构内的支撑机构，所述支撑机构适于支撑工件，所述真空机构适于将工件所处环境抽离成真空状态；偏压电源，所述偏压电源适于向支撑机构提供负电压；电离机构，所述电离机构适于对真空机构内的气体进行电离，以对支撑机构上的工件表面进行清洗，实现了使用灯丝6作为离子源，结构简单，生产难度小，有离子均匀性好、等离子体密度大、金属离化率高、电流稳定快稳定性好等特点，以及在清洗工件，作为涂层的准备，通过等离子体轰击被清洗产品表面，以达到清洗目的，在完成清洗去污的同时，还可以改善材料本身的表面性能，如改善膜的结合力等。通过获取离子源电源的实时电流值，持续与设定电流值进行复核，从而快速调整离子源控制电源电流大小，实现离子源电源的动态恒稳输出。另一方面，本发明可根据离子源机构安装位置与工件表面离子密度，主动迭代计算出二者的关系函数并以此为控制基准对离子源控制电源持续校准，保证工件表面离子密度均匀并且避免单个或多个离子源机构故障状态下设备工艺停机，从而提高生产效率。本发明安装维护简单、成本较低，有利于工业生产设备的规模化部署安装。
35.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
36.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
37.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。