柔性化多功能真空鍍膜設備及其智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性化多功能真空鍍膜設備及其智能控制系統(tǒng)，包括真空室，其特征在于：真空室由真空室腔體及真空室門構成，真空室為呈多邊棱柱狀或圓柱狀的密封結構；在真空室設有一個或多個連接口，在真空室側立面設有一個或多個矩形法蘭孔；在矩形法蘭孔處設有易裝拆式矩形法蘭板，矩形法蘭板中設有靶座連接孔，構成柔性化的連接機構；在靶座連接孔處設有擋板裝置，通過靶座連接孔裝配不同形式靶座，在矩形法蘭板上形成具有多種不同形式易裝拆式靶座的連接機構，形成具有不同功能的模塊裝置；由若干個模塊化裝置，構成模塊化多功能鍍膜設備，實現設備柔性化的配置。本發(fā)明通過不同靶材的組合及智能控制系統(tǒng)，實現多元復合涂層、納米涂層等工藝，具有提高涂層性能的有益效果。
【專利說明】柔性化多功能真空鍍膜設備及其智能控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空鍍膜設備，特別是涉及一種柔性化多功能真空鍍膜設備及其智能控制系統(tǒng)，屬于真空等離子體鍍膜技術及其設備領域。
技術背景
[0002]電弧離子鍍和磁控濺射鍍是真空等離子體鍍膜技術中常見的兩種，兩者具有一定的互補性，如電弧離子鍍具有較快的沉積速率和良好的結合力，而磁控濺射鍍則具有很高的表面光潔度。正因為如此，以前兩者應用的領域有所不同。近年來，隨著產品要求的提高，磁控濺射鍍與電弧離子鍍兩種技術同時在一個產品上的應用逐漸增多。另一方面，為了改善涂鍍性能，有的產品在鍍膜過程中，還需要引入一些等離子熱處理的相關技術，如離子滲氮或多元共滲等離子化學熱處理技術，對產品進行必要的中間處理和增強。傳統(tǒng)的鍍膜設備往往很難融匯入新的工序以對工藝過程進行革新或改進。另外，一般的真空等離子體鍍膜設備，通常是針對某種鍍膜技術而開發(fā)，只能采用一種鍍膜技術進行處理，要么是電弧離子鍍，要么是磁控濺射鍍等，或者只有兩者的簡單組合，結構和功能比較單一，不利于用戶進行工藝的進一步開發(fā)和多品種、中小批量生產。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明目的之一，是為了解決現有技術的真空等離子體鍍膜設備存在結構功能單一的缺陷，引入柔性化機制，提高系統(tǒng)適應內、外部環(huán)境變化的能力，提供一種柔性化多功能真空鍍膜設備。
[0004]本發(fā)明的目的之二，是為了提供一種柔性化多功能真空鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的之一可以通過采取以下技術方案達到:
[0006]柔性化多功能真空鍍膜設備，包括真空室，其特征在于:
[0007]I)真空室由真空室腔體及真空室門構成，真空室為呈多邊棱柱狀或圓柱狀的密封結構；在真空室設有一個或多個連接口，通過連接口與真空獲得設備連接，在真空室側立面設有一個或多個矩形法蘭孔；在矩形法蘭孔處設有易裝拆式矩形法蘭板，矩形法蘭板中設有一個或多個靶座連接孔，構成柔性化的連接機構；
[0008]2)在第I)點所述的部分或全部靶座連接孔處設有擋板裝置，通過靶座連接孔裝配不同形式靶座，在矩形法蘭板上形成具有多種不同形式易裝拆式靶座的連接機構，形成具有不同功能的模塊裝置；或者通過更換不同結構的矩形法蘭板及擋板裝置，進行不同形式靶座的更換，形成具有不同功能的模塊裝置；由若干個模塊化裝置，構成模塊化多功能鍍膜設備，實現設備柔性化的配置。
[0009]本發(fā)明的目的之一還可以通過采取以下技術方案達到:
[0010]進一步地，上述第2)點所述的模塊化裝置，通過控制擋板裝置的不同狀態(tài)，并且對靶及相關電源系統(tǒng)極性的轉換或切換，形成在單一靶位上同時具備陰極靶與陽極靶或磁控靶與陽極靶的結構。
[0011]由陰極靶、陽極靶與弧電流源等相關電源系統(tǒng)的連接，加上擋板裝置可以形成離子源裝置。由于離子源裝置是由陰極靶陽極靶配對實現，陰極靶陽極靶可以對稱布置于真空腔的立面上，其對稱性對于真空室而言，可以是平行、垂直或斜對角等形式，進一步地，在真空室同時裝有陰極電弧靶、陽極靶和擋板裝置，通過相關電源連接，構成離子源裝置，具有離子與電子刻蝕、離子與電子轟擊加熱、多元共滲等離子體化學熱處理、離子滲氮和等離子體增強沉積等功能，同時也可以作為磁控濺射鍍膜的離子源使用。通過擋板裝置的切換，所述的離子源裝置可以快速轉換為沉積源。在單一真空室內，充分利用有效空間的前提下，可實現鍍膜設備柔性化多功能的需要。
[0012]進一步地，所述每個矩形法蘭板，根據不同涂層產品或零件的需要，安裝電弧離子鍍陰極靶、陽極靶、磁控濺射鍍的磁控靶、氣體離子源或電加熱裝置；針對不同涂層要求，靶的形式是圓形、矩形或柱形。
[0013]進一步地，每個矩形法蘭板布置單個或多個靶；在各個矩形法蘭板安裝不同的靶材，通過多個法蘭板上的靶材組合實現多元復合涂層工藝的柔性化結構。
[0014]進一步地，在真空室的頂部，設有一個或多個圓形法蘭孔，通過圓形法蘭孔構成安裝長條形工件裝掛旋轉夾具結構，或者構成安裝柱形電弧靶、柱形磁控濺射靶、陽極靶或離子源裝置。
[0015]進一步地，真空室的橫截面呈圓形或四邊形、六邊形、八邊形或十邊以上的多種形；矩形法蘭板中設置的靶座連接孔為圓形或矩形形狀，以適應各種不同形式的靶座連接裝置，方便增加沉積源及離子源裝置。
[0016]進一步地，通過增加單元，擴展系統(tǒng)結構，構成不同的涂層系統(tǒng)，實現設備柔性化功能擴展。
[0017] 本發(fā)明的目的之二可以通過采取以下技術方案達到:
[0018]柔性化多功能真空鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)，其結構特點在于:由專家系統(tǒng)模塊、中央控制單元、輸入輸出控制單元、在線參數控制模塊和質量輸入及反饋模塊構成一個閉環(huán)的智能控制系統(tǒng)；專家系統(tǒng)模塊設有產品信息輸入端，在產品信息輸入端向專家系統(tǒng)模塊輸入涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過專家系統(tǒng)模塊自動生成和優(yōu)化工藝參數；中央控制單元與在線參數控制模塊相連，中央控制單元的I/o端口通過輸入輸出控制單元連接若干個負載單元，輸入輸出控制單元將各負載單元的狀態(tài)反饋給中央控制單元的I/o端口，所述若干個負載單元包括真空獲得及測量系統(tǒng)、離子鍍膜系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱與測溫系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)；在加工過程中，輸入輸出控制單元將負載單元的各項運行參數反饋到在線參數控制模塊上，并可通過在線參數控制模塊實時調整工藝參數；當產品加工完畢后，其加工結果的檢驗信息從質量信息輸入端輸入，并且通過輸入輸出控制單元將在負載單元采集到的運行狀態(tài)，通過質量輸入及反饋模塊反饋到專家系統(tǒng)模塊。
[0019]本發(fā)明的目的之二還可以通過采取以下技術方案達到:
[0020]專家系統(tǒng)模塊包括柔性化多功能沉積模塊和工藝參數生成模塊，專家系統(tǒng)模塊根據接收到的關于涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過柔性化多功能沉積模塊形成涂層的有效區(qū)域、工件裝夾及擺放、電源配置、靶材種類及靶的形式、數量及位置、是否設置擋板及位置等實施方案，通過工藝參數生成模塊形成加熱系統(tǒng)工藝參數、工藝氣體工藝參數、真空工藝參數和傳動工藝參數、相關電源工藝參數，按照工藝運行的順序，自動進行相關電源的連接、擋板裝置狀態(tài)的轉換，生成相關的涂層工藝或參考涂層工藝，由中央控制單元對其進行監(jiān)控與修正，以達到輔助工藝生成、優(yōu)化工藝和精確生產的目的。
[0021]在工藝執(zhí)行階段，由中央控制單元通過輸入輸出控制單元，控制涂層設備的真空系統(tǒng)、離子鍍膜系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)，使設備實現離子刻蝕與加熱、電子刻蝕與加熱、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、等離子體增強沉積功能的快速轉換；根據涂層產品的大小、形狀與產量，以及涂層工藝的需要，對上述功能進行優(yōu)化與組合，調整涂層區(qū)域的有效高度，快速改變與組合不同涂層技術、等離子體熱處理技術的種類，實現涂層工藝柔性化。當涂層工藝完成后，將涂層產品的各個檢測數據及應用結果錄入質量輸入及反饋模塊并反饋到專家系統(tǒng)模塊，為涂層質量追蹤、工藝改進及新工藝設計提供依據，保證涂層加工工藝質量的穩(wěn)定性。
[0022]本發(fā)明具有如下突出的有益效果:
[0023]1、本發(fā)明通過靶座連接孔，使矩形法蘭板上具有安裝不同形式靶座的柔性化連接機構，形成柔性化多功能模塊；或者通過更換不同結構的矩形法蘭板，進行不同形式靶座的更換，形成柔性化多功能模塊，由若干個柔性化多功能模塊構成柔性化多功能鍍膜設備。真空室的每 個側面均可通過設置矩形法蘭板，連接不同形式的靶座以及相應的擋板裝置，可快速調整涂層工藝結構，適應中少批量多品種的柔性化生產需要，具有減少鍍膜設備投資的有益效果。
[0024]2、本發(fā)明通過在鍍膜設備的真空室立面上設有矩形法蘭孔，在矩形法蘭孔處安裝有矩形法蘭板，矩形法蘭板上可安裝陽極靶、陰極靶、磁控靶以及相應的擋板裝置，與相應電源組合，通過智能控制系統(tǒng)，根據涂層產品需要，柔性地調整涂層工藝，在同一臺鍍膜設備上實現對工件進行離子刻蝕與加熱、電子刻蝕與加熱、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、等離子體增強沉積等功能的工藝快速轉換，提高了設備的利用率，減少鍍膜設備的投資。本發(fā)明具有通用性好，工藝開發(fā)及使用效率高，操作方便和生產成本低等顯著的有益效果。
[0025]3、本發(fā)明通過不同靶材的組合及智能控制系統(tǒng)，實現多元復合涂層、納米涂層等工藝，具有提高涂層性能的有益效果。特別是本發(fā)明的涂層智能控制系統(tǒng)，有利于提高涂層加工工藝質量的穩(wěn)定性，減少人為影響的因素，適應多品種、中小批量涂層產品的加工需要，保證涂層加工工藝質量的穩(wěn)定性。
[0026]4、本發(fā)明采用模塊化的靶安裝結構及其電源配置系統(tǒng)，當生產需要時，通過智能控制系統(tǒng)調整或增加靶及其電源系統(tǒng)，可以很容易地擴展整個系統(tǒng)結構，或通過增加相關系統(tǒng)單元，構成一個更大或結構不同的涂層系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明具體實例I的模塊化鍍膜設備結構示意圖。
[0028]圖1-1、圖1-2和圖1-3是本發(fā)明具體實例I中矩形法蘭板的結構示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明具體實例2的模塊化鍍膜設備的結構示意圖[0030]圖3為本發(fā)明具體實例I的柔性化模塊化鍍膜設備靶位原理圖。
[0031]圖4是本發(fā)明具體實施例3的結構展開示意圖。
[0032]圖5是本發(fā)明具體實施例4的結構展開示意圖。
[0033]圖6是本發(fā)明具體實施例5的結構展開示意圖。
[0034]圖7是本發(fā)明具體實施例6的結構展開示意圖。
[0035]圖8是柔性化模塊化多功能等離子體鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)原理圖。
[0036]圖9是圖8中專家系統(tǒng)原理框圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合實施例對本發(fā)明的方法作進一步詳細描述:
[0038]具體實施例1:
[0039]參照圖1，本實施例涉及的柔性化模塊化多功能等離子鍍膜設備，其真空室I為等邊八邊形棱柱狀的密封結構，由真空室門2及多塊不同形式與用途的矩形立面圍合而成，其中央形成密封腔體；真空室I的側壁由若干個矩形立面構成，其中一個立面設有真空獲得設備連接口 5，其余立面各設有一矩形法蘭孔3，在矩形法蘭孔3處設有易裝拆式矩形法蘭板6，矩形法蘭板6中設有一個或二個以上靶座連接孔7，構成柔性化的連接機構；真空室門2包括一個或兩個以上立面，在每個立面各設有一矩形法蘭孔3，在矩形法蘭孔3處設有矩形法蘭板6，矩形法蘭板6`中設有一個或二個以上靶座連接孔7，構成柔性化的連接機構；通過靶座連接孔7使矩形法蘭板6上形成用于裝配不同形式易裝拆式靶座的連接機構，形成多功能模塊，或者通過更換不同結構的矩形法蘭板6進行不同形式靶座更換，形成多功能模塊；由若干個多功能模塊，構成柔性化模塊化多功能等離子鍍膜設備，實現工藝柔性化。
[0040]參照圖1-1、圖1-2和圖1-3，本實施例涉及的矩形法蘭板6，可以設置三個圓形靶座連接孔或二個圓形靶座連接孔，或者設置一個矩形靶座連接孔。
[0041]本實施例中:
[0042]真空室I由五個立面和真空室門2構成等邊八邊形棱柱結構，其中三個側立面構成真空室門2，真空室I的一個側面開有真空獲得設備連接口 5，另外四個側面均設有矩形法蘭孔3，用于安裝矩形法蘭板6。矩形法蘭板6的上面，可以根據需要分別開有一個或多個圓形、矩形的靶座連接孔7，以適應不同形式靶座的連接需要。真空室頂部中心和邊緣分別開有一個或多個圓形法蘭孔4，用于連接管狀靶、陽極靶或者吊裝式工件旋轉掛具。
[0043]進一步地，在真空室門2的三個側立面上，也分別設有矩形法蘭孔3，用于安裝矩形法蘭板6。矩形法蘭板6的上面，可以根據需要分別開有一個或多個圓形、矩形的靶座連接孔7，以適應不同形式靶座的連接需要。
[0044]圖3為本發(fā)明具體實例I的柔性化模塊化鍍膜設備靶位原理圖。在真空室I中，其中一個側面用于連接真空獲得設備連接口 5，另外有四個側面各裝有一個矩形法蘭板6，分別連接有二個陰極靶8、磁控濺射靶13和陽極靶14 ;其中一個陰極靶8前面還設置一個擋板裝置9。每個陰極靶8、陽極靶14連接有專用的弧電源10，磁控濺射靶13連接有磁控濺射電源12。真空室中心設置一個供擺放涂層產品的工件轉盤15，工件轉盤15連接有偏壓電源11。在帶活動擋板裝置9的陰極靶8和陽極靶14之間，串聯有兩臺弧電源10，兩臺弧電源的中間通過一個二極管16連接到真空室外殼。[0045]通過控制陰極電弧靶前活動擋板裝置的不同位置狀態(tài)，以及對相關電源的連接，可在單一靶位上實現陰極靶、陽極靶、離子源的功能切換，方便地進行氣體離子刻蝕、金屬離子刻蝕、電子刻蝕、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜等功能，根據涂層工藝的需要，對上述功能進行選擇與組合，實現柔性化的涂層工藝。
[0046]本實施例的工作原理:
[0047]通過智能控制系統(tǒng)進行電路轉換和擋板裝置的調整，使設備實現離子刻蝕與加熱、電子刻蝕與加熱、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、等離子體增強沉積等工藝的實施。
[0048]同時裝有一對或多對陰極陽極電弧靶時，通過相關電源的連接可作為離子源使用，代替氣體離子源或空心陰極電子槍等其他離子源，作為磁控濺射鍍膜離子源使用。
[0049]進一步地，同時裝有一對或多對陰極陽極電弧靶時，通過相關電源的連接可作為離子源使用，實現低能離子刻蝕或離子多元共滲等離子化學熱處理工藝。當加入氮氣或者含氮的混合氣體時，將會把氮氣離化產生氮離子，實現離子滲氮作用。當加入含碳或者其他共滲的氣體時，也同樣產生相應的離子，實現多元共滲的效果。
[0050]這種離子源由于成對性，可以很方便組合成對稱性很好的離子源，比如水平對稱、垂直對稱或者斜角對稱等，均勻分布在真空室的側面，使得離子刻蝕或者離子離化更均勻，離子離化率比常規(guī)單一離子源更高。
[0051]此外，當不需要進行刻蝕或離子多元共滲等離子化學熱處理時，通過特殊的轉換控制電路，陽極靶也可以靈活快速地轉換為陰極靶，使得離子源變成沉積源，節(jié)省爐腔空間，降低投資，方便工藝柔性化調整。
[0052]采用電弧離子鍍的陰極靶、陽極靶配對，為磁控濺射工藝提供濺射離子源。
[0053]一對陰極陽極電弧靶作為離子源，陰極靶的前面有一個擋板裝置，該擋板裝置可以是固定的，也可以是活動的。該擋板裝置用于遮擋陰極電弧靶產生的金屬離子，而陰極電弧靶產生的電子可以繞過擋板裝置進入真空腔，在對應陽極的作用下，電子把真空腔內的氣體離化，產生等離子體。
[0054]通過智能控制系統(tǒng)的控制，只要輸入相應涂層種類、沉積類型、工件擺放位置等數據，系統(tǒng)可以自動推薦相應的陰極靶、陽極靶、擋板裝置狀態(tài)及相關電源的組合模式，以及控制工藝氣體質量流量計的配比、流量、壓力，以及工件加熱溫度?？捎涗洸懭雽＜蚁到y(tǒng)模塊，供用戶參考。
[0055]進一步地，在真空室的頂部，還設有一個或多個圓形法蘭孔，可安裝長條形工件裝掛夾具，也可安裝柱形電弧靶、柱形磁控濺射靶、陽極靶或離子源等，適應柔性化涂層工藝要求。
[0056]真空室側面采用矩形法蘭形式的優(yōu)點在于，可以根據涂層產品需要，方便靈活地進行靶座的更換，快速調整涂層工藝，減少鍍膜設備的投資。
[0057]參照圖8，本實施例涉及的柔性化多功能真空鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)包括中央控制單元、輸入輸出控制單元、在線參數控制模塊和質量輸入及反饋模塊。專家系統(tǒng)模塊設有產品信息輸入端，在產品信息輸入端向專家系統(tǒng)模塊輸入涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過專家系統(tǒng)模塊自動生成和優(yōu)化工藝參數。中央控制單元與在線參數控制模塊相連，中央控制單元的I/o端口通過輸入輸出控制單元連接若干個負載單元，輸入輸出控制單元將各負載單元的狀態(tài)反饋給中央控制單元的I/o端口，所述若干個負載單元包括真空獲得及測量系統(tǒng)、離子鍍膜系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱與測溫系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)。在加工過程中，輸入輸出控制單元將負載單元的各項運行參數反饋到在線參數控制模塊上，并可通過在線參數控制模塊實時調整工藝參數；當產品加工完畢后，其加工結果的檢驗信息從質量信息輸入端輸入，并且通過輸入輸出控制單元將在負載單元采集到的運行狀態(tài)，通過質量輸入及反饋模塊反饋到專家系統(tǒng)模塊。 [0058]參照圖9，專家系統(tǒng)模塊包括柔性化多功能沉積模塊和工藝參數生成模塊，專家系統(tǒng)模塊根據接收到的關于涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過柔性化多功能沉積模塊形成涂層的有效區(qū)域、工件裝夾及擺放、電源配置、靶材種類及靶的形式、數量及位置、是否設置擋板及位置等實施方案，通過工藝參數生成模塊形成加熱系統(tǒng)工藝參數、工藝氣體工藝參數、真空工藝參數和傳動工藝參數、相關電源工藝參數，按照工藝運行的順序，自動進行相關電源的連接、擋板裝置狀態(tài)的轉換，生成相關的涂層工藝或參考涂層工藝，由中央控制單元對其進行監(jiān)控與修正，以達到輔助工藝生成、優(yōu)化工藝和精確生產的目的。
[0059]本實施例中，設備輸入輸出控制單元的控制輸出端與柔性化模塊化多功能等離子體鍍膜設備電連接；專家系統(tǒng)模塊通過柔性化多功能沉積模塊和工藝參數生成模塊連接工藝在線控制模塊，中央控制單元連接設備輸入輸出控制單元的I/o端口 ；質量輸入及反饋模塊的信號輸入端連接設備輸入輸出控制單元的信號輸出端，質量輸入及反饋模塊的信號輸出端連接專家系統(tǒng)模塊的反饋信號輸入端。專家系統(tǒng)模塊的輸入端連接有產品信息輸入端。
[0060]進一步地，專家系統(tǒng)模塊具設有產品信息輸入接口，以在涂層產品工藝生成階段，根據工藝要求將涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求在產品信息輸入端輸入到專家系統(tǒng)模塊內，通過柔性化多功能沉積模塊推薦涂層有效區(qū)域、工件裝夾及擺放方式、電源配置、靶材種類和靶的形式、數量及位置，以及相關電源配置、擋板裝置與位置柔性化的配置，以實現柔性化涂層工藝或參考涂層工藝方案。利用專家系統(tǒng)模塊優(yōu)化涂層工藝，通過工藝參數生成模塊，輸出系列工藝參數，包括加熱系統(tǒng)工藝參數、工藝氣體工藝參數、真空工藝參數、傳動工藝參數、相關電源工藝參數，按照工藝運行的順序，自動進行相關電源的連接、擋板裝置狀態(tài)的轉換，生成相關的涂層工藝或參考工藝，當進行新產品生產時，可以方便地通過對生成的參考工藝進行簡單的修改，就可快速形成適合新產品的新工藝，并由中央控制單元對其進行監(jiān)控與修正，以達到輔助工藝生成、優(yōu)化工藝和精確生產。
[0061]在工藝執(zhí)行階段，由中央控制單元通過輸入輸出控制單元，控制涂層設備的真空系統(tǒng)、離子鍍膜系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)，使設備實現離子刻蝕與加熱、電子刻蝕與加熱、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、等離子體增強沉積功能的快速轉換；根據涂層產品的大小、形狀與產量，以及涂層工藝的需要，對上述功能進行優(yōu)化與組合，調整涂層區(qū)域的有效高度，快速改變與組合不同涂層技術、等離子體熱處理技術的種類，實現涂層工藝柔性化。當涂層工藝完成后，將涂層產品的各個檢測數據及應用結果錄入質量輸入及反饋模塊并反饋到專家系統(tǒng)模塊，為涂層質量追蹤、工藝改進及新工藝設計提供依據，保證涂層加工工藝質量的穩(wěn)定性。
[0062]具體實施例2:
[0063]參照圖2，本實施例2的特點是:真空室I為圓柱體狀時的密封結構，真空室門2及真空室I的中央形成密封腔體；真空室I的側立面設有真空獲得設備連接口 5，其余位置設有一個或多個矩形法蘭孔3，在矩形法蘭孔3處設有矩形法蘭板6，矩形法蘭板6中設有一個或二個以上靶座連接孔7，構成柔性化的連接機構；真空室門2的立面根據需要也可設有矩形法蘭孔，在矩形法蘭孔3處設有矩形法蘭板6，矩形法蘭板6中設有一個或二個以上靶座連接孔7，構成柔性化的連接機構；通過靶座連接孔7使矩形法蘭板6上形成用于裝配不同形式靶座的連接結構，形成多功能模塊，或者通過更換不同結構的矩形法蘭板6進行不同形式靶座更換，形成多功能模塊；由若干個多功能模塊，構成柔性化模塊化多功能真空鍍膜設備，實現工藝柔性化。
[0064]具體實施例3:
[0065]參照圖4，本實施例3的特點是:由真空室I的立面和真空室門2構成等邊八邊形棱柱結構，其中三條邊構成真空室門2，真空室的一個側面開有真空獲得設備連接口，另外六個側面均設有矩形法蘭孔，用于安裝矩形法蘭板6。位置相對的二塊矩形法蘭板構成一組，第一組矩形法蘭板各設有一個圓形靶座連接孔，用于安裝陽極靶14 ;第二組矩形法蘭板各設有兩個圓形靶座連接孔，用于安裝陰極靶8;第三組矩形法蘭板各設有三個圓形靶座連接孔，用于安裝陰極靶8。
[0066]具體實施例4:
[0067]參照圖5，本實施例4的特點是:真空室I的立面和真空室門2構成等邊八邊形棱柱結構，其中三條邊構成真空室門2，真空室的一個側面開有真空獲得設備連接口，另外六個側面均設有矩形法蘭孔，用于安裝六塊矩形法蘭板。其中三塊矩形法蘭板各設有二個圓形靶座連接孔，另外三塊矩形法蘭板各設有三個圓形靶座連接孔，所有的圓形靶座連接孔均安裝陰極靶8。
[0068]具體實施例5:
[0069]參照圖6，本實施例5的特點是:真空室I的立面和真空室門2構成等邊八邊形棱柱結構，其中三條邊構成真空室門2，真空室的一個側面開有真空獲得設備連接口，另外六個側面均設有矩形法蘭孔，用于安裝矩形法蘭板。其中兩塊矩形法蘭板各設有一個圓形靶座連接孔安裝陽極靶14 ;另外兩塊矩形法蘭板各設有兩個圓形靶座連接孔，分別安裝陰極靶8和磁控靶13 ;還有兩塊矩形法蘭板各設有三個圓形靶座連接孔，分別安裝陰極靶8和磁控靶13。
[0070]具體實施例6:
[0071]參照圖6，本實施例6的特點是:真空室I的立面和真空室門2構成等邊八邊形棱柱結構，其中三條邊構成真空室門2，真空室的一個側面開有真空獲得設備連接口，另外六個側面均設有矩形法蘭孔，用于安裝矩形法蘭板。其中兩塊矩形法蘭板各設有一個圓形靶座連接孔安裝陽極靶14 ;另外兩塊矩形法蘭板各設有一個矩形靶座連接孔，分別安裝磁控靶13 ;還有兩塊矩形法蘭板分別設有兩個和三個圓形靶座連接孔，用于安裝陰極靶13。
[0072]其他具體實施例:[0073]本發(fā)明其他具體實施例的特點是:在真空室I的內腔同時裝有陰極電弧靶和陽極靶，通過相關電源連接，構成離子源裝置，具有離子與電子刻蝕、離子與電子轟擊加熱、多元共滲等離子體化學熱處理和離子滲氮等功能，同時也可以作為磁控濺射鍍膜的離子源使用。在充分利用真空室有效空間的前提下，可實現鍍膜設備多功能的需要。在真空室的頂部，還可設有一個或多個圓形法蘭孔4，通過圓形法蘭孔4構成安裝長條形工件裝掛旋轉夾具結構，或者構成安裝柱形電弧靶、柱形磁控濺射靶、陽極靶或離子源結構。真空室I采用等邊多邊形棱柱結構，其橫截面可以呈四邊形、六邊形、八邊形等多種形式。矩形法蘭孔3的尺寸接近真空室側面的尺寸。真空室I的高度、側立面的數量、側立面的寬度，可以根據需要涂層的產品大小而設定。
[0074]從以上具體實施可知，本發(fā)明的基本特點:
[0075](I)設備柔性，結合涂層裝備的模塊化設計，系統(tǒng)的設備及部件具有隨產品變化而涂鍍不同產品的能力；
[0076](2)工藝柔性，系統(tǒng)能夠根據涂層加工對象的變化或涂鍍要求的變化而選擇相應的工藝流程與涂層工藝；
[0077](3)生產能力柔性，當生產量改變時，系統(tǒng)能及時作出反應，調整工藝過程及配置，提聞涂鍛的經濟性；
[0078](4)維護柔性，系統(tǒng)采用多種示警和自愈方式，查詢、處理故障，保障生產正常進行；
[0079](5)擴展柔性，當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結構，增加單元，構成一個更大的或結構不同的涂層系統(tǒng)。
[0080]本發(fā)明的柔性化多功能涂層系統(tǒng)，是由真空鍍膜設備、涂鍍工件儲運與傳送裝置以及計算機控制單元等組成的自動化涂層制備系統(tǒng)，它包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環(huán)境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量的涂鍍生產。并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整。通過這種柔性化涂層系統(tǒng)加工，使涂鍍工藝技術水平進一步提升，技術與產品更新升級容易，降低生產成本，當生產需要的時候，可以快速擴展系統(tǒng)結構，增加模塊，構成一個具有更大涂鍍能力柔性化的涂層系統(tǒng)。
[0081]本發(fā)明解決現有技術的真空等離子體鍍膜設備存在結構功能單一的缺陷，引入柔性化機制，提高系統(tǒng)適應內、外部環(huán)境變化的能力，不但使用戶可方便地進行工藝的進一步開發(fā)和多品種、中小批量生產，并且利用本發(fā)明對設備的擴展性，可滿足用戶大批量生產的需要，達到柔性化多功能涂層生產的目的。
[0082]本發(fā)明是通過在鍍膜設備的真空室立面設有一個或多個矩形法蘭孔，在矩形法蘭孔處裝有易裝拆式矩形法蘭板，而且矩形法蘭板中設有一個或多個靶座連接孔，以及相應的擋板裝置，靶座連接孔用于裝配不同形式靶座，使矩形法蘭板上具有多種不同形式易裝拆式靶座的連接機構，或者通過更換不同結構的矩形法蘭板及擋板裝置，進行不同形式靶座的更換。通過上述機構形成模塊化裝置，由若干個模塊化裝置，構成模塊化多功能鍍膜設備，實現設備柔性化的配置。
[0083]同時，通過智能控制系統(tǒng)，按照工藝要求，利用專家系統(tǒng)模塊優(yōu)化涂層工藝，實現涂層柔性化生產。本發(fā)明的智能控制系統(tǒng)主要核心是專家系統(tǒng)模塊，其包括柔性化多功能沉積模塊和工藝參數生成模塊。根據工藝要求，通過柔性化多功能沉積模塊，推薦工件擺放方式、靶材和靶的形式、數量及位置，以及相關電源配置等，同時通過工藝參數生成模塊，輸出一系列的工藝參數。按照工藝運行的順序，自動進行相關電源的連接、擋板裝置狀態(tài)的轉換等，使設備實現離子刻蝕與加熱、電子刻蝕與加熱、離子滲氮、多元共滲等離子化學熱處理、電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、等離子體增強沉積等功能的快速轉換。并根據涂層產品的大小、形狀與產量，以及涂層工藝的需要，對上述功能進行優(yōu)化與組合，靈活調整涂層區(qū)域的有效高度，快速改變與組合不同涂層技術、等離子體熱處理技術的種類，實現涂層工藝柔性化。并且將涂層產品的各個檢測數據及應用結果反饋到專家系統(tǒng)，為涂層質量追蹤、工藝改進及新工藝設計提供依據，保證涂層加工工藝質量的穩(wěn)定性。
[0084]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變所形成`的相關技術，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.柔性化多功能真空鍍膜設備，包括真空室(I)，其特征在于: 1)真空室(I)由真空室腔體及真空室門(2)構成，真空室(I)為呈多邊棱柱狀或圓柱狀的密封結構；在真空室(I)設有一個或多個連接口(5)，通過連接口(5)與真空獲得設備連接，在真空室側立面設有一個或多個矩形法蘭孔(3);在矩形法蘭孔(3)處設有易裝拆式矩形法蘭板(6)，矩形法蘭板(6)中設有一個或多個靶座連接孔(7)，構成柔性化的連接機構； 2)在第I)點所述的部分或全部靶座連接孔(7)處設有擋板裝置(9)，通過靶座連接孔 (7)裝配不同形式靶座，在矩形法蘭板上形成具有多種不同形式易裝拆式靶座的連接機構，形成具有不同功能的模塊裝置；或者通過更換不同結構的矩形法蘭板及擋板裝置(9)，進行不同形式靶座的更換，形成具有不同功能的模塊裝置；由若干個模塊化裝置，構成模塊化多功能鍍膜設備，實現設備柔性化的配置。
2.根據權利要求1所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于--第2)點所述的模塊化裝置，通過對靶及相關電源系統(tǒng)極性的轉換或切換，形成在單一靶位上同時具備陰極靶與陽極靶或磁控靶與陽極靶的結構。
3.根據權利要求1或2所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:在真空室(I)裝有陰極電弧靶和陽極靶，通過電源連接構成離子源裝置，具有離子與電子刻蝕、離子與電子轟擊加熱、多元共滲等離子體化學熱處理、離子滲氮功能結構和等離子體增強沉積結構，以及作為磁控濺射鍍膜的離子源；通過擋板裝置(9)的切換或控制擋板裝置(9)的不同狀態(tài)，所述的離子源裝置轉換為沉積源，在充分利用真空室有效空間的前提下，實現鍍膜設備柔性化多功能的結構。
4.根據權利要求1或2所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:所述每個矩形法蘭板(6)，根據不同涂層產品或零件的需要，安裝電弧離子鍍陰極靶、陽極靶、磁控濺射鍍的磁控靶、氣體離子源或電加熱裝置；針對不同涂層要求，靶的形式是圓形、矩形或柱形。
5.根據權利要求4所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:每個矩形法蘭板(6)布置單個或多個靶；在各個矩形法蘭板安裝不同的靶材，通過多個法蘭板上的靶材組合實現多元復合涂層工藝的柔性化結構。
6.根據權利要求1或2所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:在真空室(I)的頂部，設有一個或多個圓形法蘭孔(4)，通過圓形法蘭孔(4)構成安裝工件裝掛旋轉夾具結構，或者構成安裝柱形電弧靶、柱形磁控濺射靶、陽極靶或離子源裝置。
7.根據權利要求1或2所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:真空室(I)的橫截面呈圓形或四邊形、六邊形、八邊形或十邊以上的多種形；矩形法蘭板(6)中設置的靶座連接孔(7)為圓形或矩形形狀，以適應各種不同形式的靶座連接裝置，方便增加沉積源及離子源裝置。
8.根據權利要求1或2所述的柔性化多功能真空鍍膜設備，其特征在于:通過增加單元，擴展系統(tǒng)結構，構成不同的涂層系統(tǒng)，實現設備柔性化功能擴展。
9.柔性化多功能真空鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)，其特征在于:由專家系統(tǒng)模塊、中央控制單元、輸入輸出控制單元、在線參數控制模塊和質量輸入及反饋模塊構成一個閉環(huán)的智能控制系統(tǒng)；專家系統(tǒng)模塊設有產品信息輸入端，在產品信息輸入端向專家系統(tǒng)模塊輸入涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過專家系統(tǒng)模塊自動生成和優(yōu)化工藝參數；中央控制單元與在線參數控制模塊相連，中央控制單元的I/o端口通過輸入輸出控制單元連接若干個負載單元，輸入輸出控制單元將各負載單元的狀態(tài)反饋給中央控制單元的I/O端口，所述若干個負載單元包括真空獲得及測量系統(tǒng)、離子鍍膜系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱與測溫系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)；在加工過程中，輸入輸出控制單元將負載單元的各項運行參數反饋到在線參數控制模塊上，并可通過在線參數控制模塊實時調整工藝參數；當產品加工完畢后，其加工結果的檢驗信息從質量信息輸入端輸入，并且通過輸入輸出控制單元將在負載單元采集到的運行狀態(tài)，通過質量輸入及反饋模塊反饋到專家系統(tǒng)模塊。
10.根據權利要求9所述的柔性化多功能真空鍍膜設備的智能控制系統(tǒng)，其特征在于:專家系統(tǒng)模塊包括柔性化多功能沉積模塊和工藝參數生成模塊，專家系統(tǒng)模塊根據接收到的關于涂層產品的各種信息參數，包括:大小、形狀、數量、材質、預處理狀態(tài)，以及相關涂層技術要求，通過柔性化多功能沉積模塊形成涂層的有效區(qū)域、工件裝夾及擺放、電源配置、靶材種類及靶的形式、數量及位置、是否設置擋板及位置實施方案，通過工藝參數生成模塊形成加熱系統(tǒng)工藝參數、工藝氣體工藝參數、真空工藝參數和傳動工藝參數、相關電源工藝參數，按照工藝運行的順序，自動進行相關電源的連接、擋板裝置狀態(tài)的轉換，生成相關的涂層工藝或參考涂層工藝，由中央 控制單元對其進行監(jiān)控與修正，以達到輔助工藝生成、優(yōu)化工藝和精確生產的目的。
【文檔編號】C23C14/35GK103643204SQ201310554829
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月10日 優(yōu)先權日:2013年11月10日
【發(fā)明者】董小虹, 張中弦, 劉志輝, 黃拿燦, 亞歷山大·哥羅沃依 申請人:廣東世創(chuàng)金屬科技有限公司