CN101182634A - 一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器 - Google Patents

Abstract

一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器，它包括单片机、触摸显示单元、A/D转换单元、D/A转换单元、放大器单元、驱动单元、继电器单元和开关量输入单元。该控制器可由现场操作者通过触摸显示屏输入制定的镀膜生产工艺，控制器按照工艺流程，通过控制真空多弧离子镀膜机的真空压强、电弧源电流、镀膜室温度、工件负偏压、充气流量以及真空泵、电磁阀门等设备，实现镀膜机的智能一体化控制，使真空镀膜工艺得到稳定，保证镀膜质量和设备安全。

Description

一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器

技术领域

本发明涉及一种真空离子镀膜机智能控制器，尤其是一种真空多弧离子镀膜机的智能一体化控制器。

背景技术

现有的产品未见有单片机用于真空多弧离子镀膜机真空压强、电弧源电流、工件温度、工件负偏压以及充气流量进行一体化控制的智能控制器。目前国内使用较多的真空多弧离子镀膜机控制方案是真空压强、电弧源电流、工件温度、工件负偏压以及充气流量各自独立采用控制器控制或手动控制，例如用温控器控制镀膜室及工件温度，用压强仪控制镀膜室真空压强，而电弧源电流、工件负偏压、充气流量以及各级真空泵的启停、阀门开和关则采用手动控制。部分真空多弧离子镀膜机也采用工控机和组态软件通过可编程控制器进行自动控制，当模拟量采集使用A/D或D/A卡时抗干扰性能相对较差，而采用多个PLC扩展模拟量模块则成本高，可编程控制器运算工作量大，其控制实时性受到影响。

真空离子镀膜室工作气体和反应气体的总气压是决定和维持稳定放电的条件，它影响沉积速率，还会影响镀层的均匀性，合适的反应气体气压则可以使荷能原子获得较高的能量，提高镀膜质量。基体温度是影响离子镀膜组织结构的重要因素，不同的基体温度可以生长出晶粒形状、大小、结构完全不同的薄膜涂层，基体温度的提高会提高膜层与基体的结合力，改善膜层组织结构及性能，但温度过高会使沉积速率下降，甚至会使膜层组织粗大，性能变坏。此外，薄膜涂层的密度随工件负压值升高而增加，镀层厚度则与阳极-阴极间距和放电电流相关。因此，在镀膜过程中，真空镀膜室压强、电弧源电流、工件负偏压、真空镀膜室温度、充入气体的流量和比例都需要准确设定及控制，才能得到较高的镀膜质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种以单片机为核心的真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器。该控制器可由现场操作者通过触摸显示屏输入制定的生产工艺，控制器按照工艺曲线，通过控制真空多弧离子镀膜机的真空压强、电弧源电流、镀膜室温度、工件负偏压、充气流量以及真空泵、电磁阀门等设备，实现真空多弧离子镀膜机的智能一体化控制，使镀膜工艺得到稳定，保证产品质量和设备安全。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是——

一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器，它包括单片机、触摸显示单元、A/D转换单元、D/A转换单元、放大器单元、驱动单元、继电器单元和开关量输入单元，其特征：所述单片机通过I/O接口与触摸显示单元连接，用于人机信息交换；所述单片机通过I/O接口与A/D转换单元连接，控制A/D转换器实时采集真空多弧离子镀膜机的镀膜室温度、镀膜室真空压强、充气流量、工件负偏压、电弧源电流、电弧源电压的模拟量信息；所述单片机通过I/O接口与D/A转换单元连接，将控制量转换成电压信号，再由放大器单元进行电压、功率放大，控制真空多弧离子镀膜机的镀膜室温度、镀膜室真空压强、充气流量、工件负偏压、电弧源电流及电弧源电压；所述单片机通过I/O接口输出开关信号实现引弧控制、真空泵启停控制、真空管路电磁阀门控制、充气阀门控制、工件旋转控制、电源控制及报警输出；所述单片机还通过I/O接口输入开关信号实现冷却水压力检测、关键真空压强点检测及紧急控制开关信号的输入。

具体实施时，所述的单片机选用以高速8051微控制器为内核的C8051F020混合信号微控制器，触摸显示单元选用MT500触摸屏，A/D转换单元由2片分辨率12位、多模拟量输入通道的TLC2543组成，D/A转换单元由2片8位分辨率、多模拟量输出通道的MAX521组成，放大器单元由4片LM324通用运放组成，驱动单元由3片型号为ULN2003的驱动器组成，继电器单元由19个型号为HK3FF-DC12V-SH的继电器组成，而开关量输入单元由1片74HC244缓冲器组成。

本发明的有益效果是，该控制器可由现场操作者通过触摸显示屏输入制定的镀膜生产工艺流程，主要为预抽真空压强、工作真空压强、溅射和轰击次数以及镀膜时间、温度、真空压强、充气流量、电弧源电流、工件负偏压等参数，控制器按照工艺流程，通过控制真空多弧离子镀膜机的真空系统设备、温控系统设备、充气系统设备、电弧源设备、负偏压源设备，实现真空多弧离子镀膜机的智能一体化控制，有效地降低劳动强度，使真空镀膜工艺得到稳定，保证镀膜质量和设备安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的功能框图。

图2是本发明的实施例电路原理图。

图中：U1-单片机，U2-触摸显示单元，U3-A/D转换单元，U4-D/A转换单元，U5-放大器单元，U6-驱动单元，U7-继电器单元，U8-开关量输入单元。

具体实施方式

在图2所示的典型实施例电路原理图中，单片机U1选择采用高速8051微控制器为内核的C8051F020混合信号微控制器，其片上集成有64KB的ISP Flash ROM和4352字节的SRAM，带片内JTAG调试、片内可编程振荡器、片内上电复位功能，有64位I/O口、一个I²C接口、一个SPI接口和二个UART串行接口；触摸显示单元U2选用MT500触摸屏，触摸屏通过RS-485总线与单片机U1进行通信；A/D转换单元U3由2片12位分辨率、多模拟量输入通道的TLC2543组成，共有22个模拟量输入通道，TLC2543的DATAI、DATAO、CLOCK并联后接至单片机U1的SPI串行口，各个CS、EOC信号则分别与单片U1的I/O口连接，不同变送器送来的4～20mA电流信号径250Ω电阻转换成1～5V电压信号后，被分别输入至TLC2543的各个模拟量输入通道，输入的模拟信号包括1路镀膜室温度、2路镀膜室真空压强、2路充气流量、1路工件负偏压、8路电弧源电流以及8路电弧源电压；D/A转换单元U4选择由2片8位分辩率、多模拟量输出通道的MAX521共同组成，共有16个模拟量输出通道，2片MAX521的SCL、SDA信号均与单片机U1的I²C接口连接，实现串行数据传输；D/A转换单元U4输出的电压送到4片LM324通用运放组成的放大器单元U5进行电压和功率放大，分别用于控制1路升温功率、1路抽气速率、2路充气流量、1路工件负偏压以及8路电弧源电流；继电器单元U7由19个HK3FF-DC12V-SH继电器组成，单片机U1输出的开关信号经3片ULN2003组成的驱动器U6放大后驱动继电器线圈，19个继电器的控制触头分别用于控制8路引弧控制、3路真空泵控制、3路真空管路电磁阀门控制、2路充气阀门控制、1路工件旋转控制、1路电源控制以及1路报警输出；开关量输入单元U8由1片74HC244缓冲器组成，1路冷却水压开关、2路真空压力开关、1路紧急控制开关经开关量输入单元U8输入至单片机U1的输入接口。

Claims (2)

1.一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器，它包括单片机(U1)、触摸显示单元(U2)、A/D转换单元(U3)、D/A转换单元(U4)、放大器单元(U5)、驱动单元(U6)、继电器单元(U7)和开关量输入单元(U8)，其特征在于：

所述单片机(U1)通过I/O接口与触摸显示单元(U2)连接，用于人机信息交换；

所述单片机(U1)通过I/O接口与A/D转换单元(U3)连接，控制A/D转换器实时采集真空多弧离子镀膜机镀膜室温度、镀膜室真空压强、充气流量、工件负偏压、电弧源电流、电弧源电压的模拟量信息；

所述单片机(U1)通过I/O接口与D/A转换单元(U4)连接，将控制量转换成电压信号，再由放大器单元(U5)进行电压、功率放大，控制真空多弧离子镀膜机镀膜室温度、镀膜室真空压强、充气流量、工件负偏压、电弧源电流及电弧源电压；

所述单片机(U1)通过I/O接口输出开关信号实现引弧控制、真空泵启停控制、真空管路电磁阀门控制、充气阀门控制、工件旋转控制、电源控制及报警输出；

所述单片机(U1)还通过I/O接口输入开关信号实现冷却水压力检测、关键真空压强点检测及紧急控制开关信号的输入。

2.根据权利要求1所述的一种真空多弧离子镀膜机智能一体化控制器，其特征是：所述的单片机(U1)选用以高速8051微控制器为内核的C8051F020混合信号微控制器，所述的触摸显示单元(U2)选用MT500触摸屏，所述的A/D转换单元(U3)由2片分辨率12位、多模拟量输入通道的TLC2543组成，所述的D/A转换单元(U4)由2片8位分辨率、多模拟量输出通道的MAX521组成，所述的放大器单元(U5)由4片LM324通用运放组成，所述的驱动单元(U6)由3片型号为ULN2003的驱动器组成，所述的继电器单元(U7)由19个型号为HK3FF-DC12V-SH的继电器组成，而所述的开关量输入单元(U8)由1片74HC244缓冲器组成。

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