CN100538290C - 转动工件表面颜色的测定装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动工件表面颜色的原位实时测定装置，该装置包括一活动部分和一固定部分，所述的活动部分安装在转动工件转架的中空主轴上，随转架一起转动，所述的固定部分安装在转动工作系统外的静止部位。本发明还公开了所述的原位实时测定装置在真空镀膜系统中的应用方法。本发明的主要作用是实现对工件的实时测定和方便于颜色调控，提高产品质量及产品合格率，降低了成本，应用范围广。本发明可应用于各种镀膜和化学热处理的加工工艺过程中。

Description

转动工件表面颜色的测定装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜测控设备及其应用方法，尤其是一种转动工件表面的颜色原位实时测定装置及其应用方法。

背景技术

颜色是工件镀膜的重要质量指标之一，在真空镀膜，特别是真空反应镀膜过程中，工件镀膜的颜色受诸多工艺条件的交互影响，处于不断变化中，目前本领域工件镀膜的颜色测定只是面对这个变化过程的最终结果；在镀膜工艺研究和批量生产中，能否原位实时调控工艺条件以达到期望的颜色及其重现性成为至关重要而又难以解决的问题，长期困扰着真空镀膜的研究和生产，其关键在于对工件镀膜的颜色缺少一种原位实时测定和控制装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可对转动工件表面的颜色进行原位实时测定的装置。

本发明的另一个目的是提供该原位实时测定装置的应用方法。

本发明提供了一种转动工件表面颜色的测定装置，所述的测定装置包括一活动部分和一固定部分，所述的活动部分包括依次相连的颜色测定探头、光源与信号处理器单元以及信号收发单元；所述的固定部分包括顺序连接的信号收发器、数据处理与显示单元和接口及控制单元，所述的活动部分与所述的固定部分通过信号收发单元和信号收发器进行信号的发送与接收。所述的转动工件设置成可公转和自转。

另外，活动部分还包括一个电力供给单元，以向活动部分提供电力供给。

作为本发明的进一步改进，所述的颜色测定探头采用光纤集束，其探测端指向一个可公转和自传的标准转动工件表面并使其位置固定，以确保照明和反射光探测的方位与面积稳定；在探测头的周围设置光屏蔽罩，防止干扰光射入，以保证颜色测定结果的准确可靠性。

上述颜色测定装置的工作过程为：所述的光纤集束将标准光源传输至镀膜工件表面提供照明，同时将颜色测定探头所探测的镀膜工件表面的反射光信号作为颜色的源信息，并传输至光源与信号处理器单元的信号处理器，处理成颜色或光谱信息。

所述信号收发单元接收所述信号处理器所获得的颜色或光谱数据并发送到固定部分的信号收发器；其中，信号收发的传输方式可以采用电信号或光信号，或者微波信号。所述的数据处理与显示单元接受来自固定部分信号收发器的颜色数据，进一步完成颜色或光谱数据的计算机采集、运算、存储和显示，同时将颜色或光谱数据处理成模拟量或数字量并发送到所述的接口及控制单元。所述的接口及控制单元用颜色或光谱数据的模拟量或数字量作为反馈信号，在工艺过程中，通过可编程序逻辑控制器或计算机控制颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。

本发明还提供了一种上述的测定装置在真空镀膜系统中的应用方法，镀膜系统包括一真空腔体部分，在真空腔体内设置有转架，转架上安放可公转和自转的标准工件；一真空腔体与外大气的隔离装置固定于与转架固定连接的一中空主轴腔体内；该转架的中空主轴的下部位于外大气中，其上部处于真空腔体中；在该中空主轴的腔体内设置光、电传输通道，光纤束由中空主轴经由镀膜系统中转架的托盘表面安装至标准工件附近；

所述的测定装置中的活动部分安装在真空镀膜系统转架上，随转架一起转动，其中活动部分的光源与信号处理器单元固定于中空主轴末端的大气一侧，其余单元安装在真空侧；

所述的固定部分安装在真空镀膜系统在大气中的静止部位。

所述可公、自转的标准工件的材质和形状与被镀工件基本一致，其工艺条件和工艺过程与被镀工件一致，同样经历清洗、加热、离子清洗、镀膜处理全过程。

光源发射的标准光经过光纤传输到转动工件表面，由颜色测定探头所测到的反射光再由另外的光纤传输到光源与信号处理器单元，探测所获得的信号经过信号处理，由活动部分的信号收发单元发送到固定部分的信号收发器，信号收发器向数据处理与显示单元发送数据，固定部分的信号收发器接收数据并传送至数据处理与显示单元，由数据处理与显示单元进一步处理并显示颜色数据，同时将颜色或光谱数据处理成模拟量或数字量并发送到所述的接口及控制单元，所述的接口及控制单元用颜色或光谱数据的模拟量或数字量作为反馈信号，以其与设定的标准值的差值控制相应工艺参数，在工艺过程中，调控颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。本装置可在原位完成对于转动工件镀膜颜色的实时测定。

由于采用上述的技术方案，本发明具有以下的有益效果：

根据本发明，实现了在镀膜工艺中对工件颜色的实时测定，进而通过对获得的数据的处理，实现了对整个工艺过程的控制，大幅度提高了产品质量及产品合格率，同时减低了生产成本。本发明可应用于各种镀膜和化学热处理的加工工艺过程中，其应用范围广泛。由于采用了上述的方法，本装置可在原位完成对于转动工件镀膜颜色的实时测定。

附图说明

图1是本发明转动工件表面颜色的原位实时测定装置结构示意图；

图2是本发明的颜色测定探头结构示意图；

图3是本发明的中空主轴中真空与大气的隔离和传输装置示意图

图4是本发明原位实时测定装置的结构框图。

其中各附图标记为：

1-标准工件，2-颜色测定探头，3-光源与反射光的传输光纤，4-真空与大气的隔离装置，5-光源与信号处理器单元，6-信号收发单元，7-信号收发器，8-电力供给，9-数据处理与显示单元，10-接口及控制单元；11-磁流体密封12-真空腔体壁；13-对杂散光的屏蔽罩，14-标准光源照明，15-工件的反射光

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式加以说明：

如图1所示，提供了一种应用于真空镀膜系统的颜色实时测定装置。该真空镀膜系统通过一真空与大气的隔离装置4而限定出一真空腔体部分，可转动的标准工件1固定于真空腔体内的转架上，该转架与一中空主轴连接，在该主轴的腔体内设置由真空腔体与外大气的隔离装置和光/电信号传输通道。

本发明颜色测量装置包括活动部分、固定部分，现将它们的结构、功能和应用方法详述如下：

1、活动部分安装在真空镀膜系统的转架上，随转架一起转动，其中包括颜色测定探头2、光源与信号处理器单元5、信号收发单元6、电力供给8。

(1)颜色测定探头2：由光纤集成束，其探测端指向一个可公转和自转的标准工件1表面，发射标准光源照明，同时接收工件表面的反射光信号测色，并固定方位和限制背景光的干扰，确保照明和观测的方位与面积稳定，以保证颜色测定结果的准确可靠性；

光纤集束，通过中空主轴内装传输机构的真空与大气的隔离装置，将真空室外的标准光源传入真空室对工件表面的被探测区域照明，同时将上述反射光信号由真空室传出至大气中的信号处理器。

另外如图2所示，为了减少杂散光的影响，可以在颜色测定探头2的两侧与其成一定角度安装对杂散光的屏蔽罩13。这样可以最大限度保障颜色测定探头2最大限度地探测工件的反射光15，而减少杂散光的影响。

(2)光源与信号处理器单元5：本单元固定于工件架转轴下端大气一侧，其中光源为颜色测定提供标准发射光，光源与信号处理器单元的信号处理器处理探头所接收的由工件表面反射的光信号，产生相应的数据信号。

(3)信号收发单元6：本单元将光源与信号处理器单元5所获得的数据传输到固定部分；其中，信号收发的传输方式可以采用有线或无线电信号，或光信号(可见光、红外光、激光等)，或者微波等信号。

(4)电力供给单元8：本单元为活动部分各单元的工作提供动力供给，其中电源可采用交流、直流或电池、电刷，以及机械或电磁耦合传输等多种方案驱动各活动部分，或者采用多种方案组合实施。

2、固定部分安装在真空镀膜系统的静止部位，其中包括信号收发器7、数据处理与显示器9、接口及控制单元10。

(1)信号收发器7：接受来自活动部分收发单元发送的数据；其中，信号收发的传输方式可以采用电信号(有线或无线)，或光信号(可见光、红外光、激光等)，或者微波信号等。

(2)数据处理与显示器9：接受来自信号收发器所发送来的数据，完成颜色等数据的采集、运算、存储和显示，同时将颜色(或光谱等)数据处理成模拟量和/或数据量并发送到接口及控制单元10。

(3)接口及控制单元10：用颜色(或光谱等)数据的模拟量或数字量作为反馈信号，在工艺过程中随时与设定的标准值比较得到差值，以该差值控制相应工艺参数以调控颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。

如图3及图1所示，本装置在真空镀膜系统中的应用方法为：

真空镀膜系统通过一真空与大气的隔离装置4而限定出一真空腔体部分。所述隔离装置主要包括真空腔体壁12及磁流体密封装置11。工件1固定于真空腔体内镀膜区域中的转架上，该隔离装置固定于与转架固定连接的一中空主轴腔体内，光源通过光纤由外大气穿过隔离装置进入到真空腔体中；光源与信号处理器单元固定于中空主轴末端的大气一侧，并随中空主轴一起转动。

所述的活动部分安装在真空镀膜系统转架上随转架一起转动，所述的固定部分安装在真空镀膜系统处在大气中的静止部位，所述的测定装置通过所述的光源与信号处理器单元5、信号收发单元6以及活动部分电力供给单元8完成信号和动力的传输；

在中空主轴的真空一侧，在镀膜区域中设置可公、自转的标准工件1，光纤束由中空主轴经由所述转架的托盘表面安装至标准工件附近；标准工件的材质和形状与被镀工件相似，其工艺条件和工艺过程与被镀工件一致，同样经历清洗、加热、离子清洗、镀膜处理全过程；

光源发射的标准光经光纤传输到标准工件1表面，其反射光再由光纤传输到信号处理器，探测所获得的信号经过信号处理，由活动部分的信号收发单元6发送到固定部分的信号收发器7，信号收发器向数据处理与显示器9发送数据，由数据处理与显示器9进一步处理并显示颜色数据，同时将颜色或光谱数据处理成模拟量或数字量并发送到所述的接口及控制单元10，用颜色或光谱数据的模拟量或数字量作为反馈信号，在工艺过程中，随时与设定的标准值比较得到差值，以该差值控制相应工艺参数以调控颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。本装置可在原位完成对于转动工件镀膜颜色的实时测定。

根据本发明，实现了在镀膜工艺中对工件颜色的实时测定，进而通过对获得的数据的处理，实现了对整个工艺过程的控制，大幅度提高了产品质量及产品合格率，同时减低了生产成本。本发明可应用于各种镀膜和化学热处理的加工工艺过程中，其应用范围广泛。由于采用了上述的方法，本装置可在原位完成对于转动工件镀膜颜色的实时测定。

Claims (10)

1、一种转动工件表面颜色的测定装置，其特征在于，所述测定装置包括一活动部分和一固定部分，所述的活动部分包括依次相连的颜色测定探头(2)、光源与信号处理器单元(5)、信号收发单元(6)；所述的固定部分包括信号收发器(7)、数据处理与显示单元(9)、接口及控制单元(10)，信号收发器(7)、数据处理与显示单元(9)、接口及控制单元(10)顺序连接，所述的活动部分与所述的固定部分通过信号收发单元(6)和信号收发器(7)进行信号的发送与接收。

2、根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：所述的转动工件设置成可公转和自转。

3、根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于：所述的颜色测定探头(2)采用光纤集束传输光源和反射光，其探测端指向可公转和自转的转动工件表面并且位置固定，以确保照明和反射光探测的方位与面积稳定。

4、根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：在颜色测定探头(2)的周围设置光屏蔽罩，防止干扰光射入，以保证颜色测定结果的准确可靠性。

5、根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：其中信号收发的传输方式采用电信号，光信号或者微波信号。

6、一种使用权利要求1所述测定装置对转动工作表面颜色进行测定的方法，其特征在于包括如下步骤：

利用颜色测定探头(2)探测工件表面的反射光信号作为颜色的源信息，并传输至光源与信号处理器单元(5)中的信号处理器，处理成颜色或光谱数据；所述信号收发单元(6)接收所述信号处理器处理得到的颜色或光谱数据并发送到固定部分的信号收发器(7)；

所述的数据处理与显示单元(9)接受来自固定部分的信号收发器(7)的颜色或光谱数据，进一步完成颜色或光谱数据的计算机采集、运算、存储和显示，同时将颜色或光谱数据处理成模拟量或数字量并发送到所述的接口及控制单元(10)。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的接口及控制单元(10)用颜色或光谱数据的模拟量或数字量作为反馈信号，在工艺过程中，随时与设定的标准值比较得到差值，以该差值控制相应工艺参数以调控颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。

8、一种权利要求1所述的测定装置在真空镀膜系统中的应用。

9、根据权利要求8所述的应用，其特征在于：

镀膜系统包括一真空腔体部分，在真空腔体内设置有转架，转架上安放可公转和自转的标准工件；一真空腔体与外大气的隔离装置固定于与转架固定连接的一中空主轴腔体内；该转架的中空主轴的下部位于外大气中，其上部处于真空腔体中；在该中空主轴的腔体内设置光、电传输通道，光纤集束由中空主轴经由镀膜系统中转架的托盘表面安装至标准工件附近；

所述的测定装置中的活动部分安装在真空镀膜系统转架上，随转架一起转动，其中活动部分的光源与信号处理器单元(5)固定于中空主轴末端的大气一侧，颜色测定探头(2)安装在真空侧，其余单元位于大气一侧；

所述的固定部分安装在真空镀膜系统在大气中的静止部位。

10、根据权利要求8所述的应用，其特征在于其具体操作步骤为：

光源发射的标准光经过光纤集束的光纤传输到转动工件表面，由颜色测定探头(2)所测到的反射光信号再由光纤集束中的另外的光纤传输到光源与信号处理器单元(5)，探测所获得的反射光信号经过信号处理器处理成颜色或光谱数据，由活动部分的信号收发单元(6)发送到固定部分的信号收发器(7)，固定部分的信号收发器(7)接收颜色或光谱数据并传送至数据处理与显示单元(9)，由数据处理与显示单元(9)进一步处理并显示颜色或光谱数据，同时将颜色或光谱数据处理成模拟量或数字量并发送到所述的接口及控制单元(10)，所述的接口及控制单元(10)用颜色或光谱数据的模拟量或数字量作为反馈信号，以其与设定的标准值的差值控制相应工艺参数，在工艺过程中，调控颜色的加重或减弱、工艺过程的启动或停止。

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