CN103643204A - 柔性化多功能真空镀膜设备及其智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性化多功能真空镀膜设备及其智能控制系统，包括真空室，其特征在于：真空室由真空室腔体及真空室门构成，真空室为呈多边棱柱状或圆柱状的密封结构；在真空室设有一个或多个连接口，在真空室侧立面设有一个或多个矩形法兰孔；在矩形法兰孔处设有易装拆式矩形法兰板，矩形法兰板中设有靶座连接孔，构成柔性化的连接机构；在靶座连接孔处设有挡板装置，通过靶座连接孔装配不同形式靶座，在矩形法兰板上形成具有多种不同形式易装拆式靶座的连接机构，形成具有不同功能的模块装置；由若干个模块化装置，构成模块化多功能镀膜设备，实现设备柔性化的配置。本发明通过不同靶材的组合及智能控制系统，实现多元复合涂层、纳米涂层等工艺，具有提高涂层性能的有益效果。

Description

柔性化多功能真空镀膜设备及其智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜设备，特别是涉及一种柔性化多功能真空镀膜设备及其智能控制系统，属于真空等离子体镀膜技术及其设备领域。

技术背景

电弧离子镀和磁控溅射镀是真空等离子体镀膜技术中常见的两种，两者具有一定的互补性，如电弧离子镀具有较快的沉积速率和良好的结合力，而磁控溅射镀则具有很高的表面光洁度。正因为如此，以前两者应用的领域有所不同。近年来，随着产品要求的提高，磁控溅射镀与电弧离子镀两种技术同时在一个产品上的应用逐渐增多。另一方面，为了改善涂镀性能，有的产品在镀膜过程中，还需要引入一些等离子热处理的相关技术，如离子渗氮或多元共渗等离子化学热处理技术，对产品进行必要的中间处理和增强。传统的镀膜设备往往很难融汇入新的工序以对工艺过程进行革新或改进。另外，一般的真空等离子体镀膜设备，通常是针对某种镀膜技术而开发，只能采用一种镀膜技术进行处理，要么是电弧离子镀，要么是磁控溅射镀等，或者只有两者的简单组合，结构和功能比较单一，不利于用户进行工艺的进一步开发和多品种、中小批量生产。

发明内容

本发明目的之一，是为了解决现有技术的真空等离子体镀膜设备存在结构功能单一的缺陷，引入柔性化机制，提高系统适应内、外部环境变化的能力，提供一种柔性化多功能真空镀膜设备。

本发明的目的之二，是为了提供一种柔性化多功能真空镀膜设备的智能控制系统。

本发明的目的之一可以通过采取以下技术方案达到：

柔性化多功能真空镀膜设备，包括真空室，其特征在于：

1）真空室由真空室腔体及真空室门构成，真空室为呈多边棱柱状或圆柱状的密封结构；在真空室设有一个或多个连接口，通过连接口与真空获得设备连接，在真空室侧立面设有一个或多个矩形法兰孔；在矩形法兰孔处设有易装拆式矩形法兰板，矩形法兰板中设有一个或多个靶座连接孔，构成柔性化的连接机构；

2）在第1）点所述的部分或全部靶座连接孔处设有挡板装置，通过靶座连接孔装配不同形式靶座，在矩形法兰板上形成具有多种不同形式易装拆式靶座的连接机构，形成具有不同功能的模块装置；或者通过更换不同结构的矩形法兰板及挡板装置，进行不同形式靶座的更换，形成具有不同功能的模块装置；由若干个模块化装置，构成模块化多功能镀膜设备，实现设备柔性化的配置。

本发明的目的之一还可以通过采取以下技术方案达到：

进一步地，上述第2）点所述的模块化装置，通过控制挡板装置的不同状态，并且对靶及相关电源系统极性的转换或切换，形成在单一靶位上同时具备阴极靶与阳极靶或磁控靶与阳极靶的结构。

由阴极靶、阳极靶与弧电流源等相关电源系统的连接，加上挡板装置可以形成离子源装置。由于离子源装置是由阴极靶阳极靶配对实现，阴极靶阳极靶可以对称布置于真空腔的立面上，其对称性对于真空室而言，可以是平行、垂直或斜对角等形式，进一步地，在真空室同时装有阴极电弧靶、阳极靶和挡板装置，通过相关电源连接，构成离子源装置，具有离子与电子刻蚀、离子与电子轰击加热、多元共渗等离子体化学热处理、离子渗氮和等离子体增强沉积等功能，同时也可以作为磁控溅射镀膜的离子源使用。通过挡板装置的切换，所述的离子源装置可以快速转换为沉积源。在单一真空室内，充分利用有效空间的前提下，可实现镀膜设备柔性化多功能的需要。

进一步地，所述每个矩形法兰板，根据不同涂层产品或零件的需要，安装电弧离子镀阴极靶、阳极靶、磁控溅射镀的磁控靶、气体离子源或电加热装置；针对不同涂层要求，靶的形式是圆形、矩形或柱形。

进一步地，每个矩形法兰板布置单个或多个靶；在各个矩形法兰板安装不同的靶材，通过多个法兰板上的靶材组合实现多元复合涂层工艺的柔性化结构。

进一步地，在真空室的顶部，设有一个或多个圆形法兰孔，通过圆形法兰孔构成安装长条形工件装挂旋转夹具结构，或者构成安装柱形电弧靶、柱形磁控溅射靶、阳极靶或离子源装置。

进一步地，真空室的横截面呈圆形或四边形、六边形、八边形或十边以上的多种形；矩形法兰板中设置的靶座连接孔为圆形或矩形形状，以适应各种不同形式的靶座连接装置，方便增加沉积源及离子源装置。

进一步地，通过增加单元，扩展系统结构，构成不同的涂层系统，实现设备柔性化功能扩展。

本发明的目的之二可以通过采取以下技术方案达到：

柔性化多功能真空镀膜设备的智能控制系统，其结构特点在于：由专家系统模块、中央控制单元、输入输出控制单元、在线参数控制模块和质量输入及反馈模块构成一个闭环的智能控制系统；专家系统模块设有产品信息输入端，在产品信息输入端向专家系统模块输入涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过专家系统模块自动生成和优化工艺参数；中央控制单元与在线参数控制模块相连，中央控制单元的I/O端口通过输入输出控制单元连接若干个负载单元，输入输出控制单元将各负载单元的状态反馈给中央控制单元的I/O端口，所述若干个负载单元包括真空获得及测量系统、离子镀膜系统、冷热水系统、传动系统、加热与测温系统和配气系统；在加工过程中，输入输出控制单元将负载单元的各项运行参数反馈到在线参数控制模块上，并可通过在线参数控制模块实时调整工艺参数；当产品加工完毕后，其加工结果的检验信息从质量信息输入端输入，并且通过输入输出控制单元将在负载单元采集到的运行状态，通过质量输入及反馈模块反馈到专家系统模块。

本发明的目的之二还可以通过采取以下技术方案达到：

专家系统模块包括柔性化多功能沉积模块和工艺参数生成模块，专家系统模块根据接收到的关于涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过柔性化多功能沉积模块形成涂层的有效区域、工件装夹及摆放、电源配置、靶材种类及靶的形式、数量及位置、是否设置挡板及位置等实施方案，通过工艺参数生成模块形成加热系统工艺参数、工艺气体工艺参数、真空工艺参数和传动工艺参数、相关电源工艺参数，按照工艺运行的顺序，自动进行相关电源的连接、挡板装置状态的转换，生成相关的涂层工艺或参考涂层工艺，由中央控制单元对其进行监控与修正，以达到辅助工艺生成、优化工艺和精确生产的目的。

在工艺执行阶段，由中央控制单元通过输入输出控制单元，控制涂层设备的真空系统、离子镀膜系统、配气系统、加热系统、传动系统及辅助系统，使设备实现离子刻蚀与加热、电子刻蚀与加热、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、等离子体增强沉积功能的快速转换；根据涂层产品的大小、形状与产量，以及涂层工艺的需要，对上述功能进行优化与组合，调整涂层区域的有效高度，快速改变与组合不同涂层技术、等离子体热处理技术的种类，实现涂层工艺柔性化。当涂层工艺完成后，将涂层产品的各个检测数据及应用结果录入质量输入及反馈模块并反馈到专家系统模块，为涂层质量追踪、工艺改进及新工艺设计提供依据，保证涂层加工工艺质量的稳定性。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明通过靶座连接孔，使矩形法兰板上具有安装不同形式靶座的柔性化连接机构，形成柔性化多功能模块；或者通过更换不同结构的矩形法兰板，进行不同形式靶座的更换，形成柔性化多功能模块，由若干个柔性化多功能模块构成柔性化多功能镀膜设备。真空室的每个侧面均可通过设置矩形法兰板，连接不同形式的靶座以及相应的挡板装置，可快速调整涂层工艺结构，适应中少批量多品种的柔性化生产需要，具有减少镀膜设备投资的有益效果。

2、本发明通过在镀膜设备的真空室立面上设有矩形法兰孔，在矩形法兰孔处安装有矩形法兰板，矩形法兰板上可安装阳极靶、阴极靶、磁控靶以及相应的挡板装置，与相应电源组合，通过智能控制系统，根据涂层产品需要，柔性地调整涂层工艺，在同一台镀膜设备上实现对工件进行离子刻蚀与加热、电子刻蚀与加热、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、等离子体增强沉积等功能的工艺快速转换，提高了设备的利用率，减少镀膜设备的投资。本发明具有通用性好，工艺开发及使用效率高，操作方便和生产成本低等显著的有益效果。

3、本发明通过不同靶材的组合及智能控制系统，实现多元复合涂层、纳米涂层等工艺，具有提高涂层性能的有益效果。特别是本发明的涂层智能控制系统，有利于提高涂层加工工艺质量的稳定性，减少人为影响的因素，适应多品种、中小批量涂层产品的加工需要，保证涂层加工工艺质量的稳定性。

4、本发明采用模块化的靶安装结构及其电源配置系统，当生产需要时，通过智能控制系统调整或增加靶及其电源系统，可以很容易地扩展整个系统结构，或通过增加相关系统单元，构成一个更大或结构不同的涂层系统。

附图说明

图1是本发明具体实例1的模块化镀膜设备结构示意图。

图1-1、图1-2和图1-3是本发明具体实例1中矩形法兰板的结构示意图。

图2是本发明具体实例2的模块化镀膜设备的结构示意图

图3为本发明具体实例1的柔性化模块化镀膜设备靶位原理图。

图4是本发明具体实施例3的结构展开示意图。

图5是本发明具体实施例4的结构展开示意图。

图6是本发明具体实施例5的结构展开示意图。

图7是本发明具体实施例6的结构展开示意图。

图8是柔性化模块化多功能等离子体镀膜设备的智能控制系统原理图。

图9是图8中专家系统原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的方法作进一步详细描述：

具体实施例1：

参照图1，本实施例涉及的柔性化模块化多功能等离子镀膜设备，其真空室1为等边八边形棱柱状的密封结构，由真空室门2及多块不同形式与用途的矩形立面围合而成，其中央形成密封腔体；真空室1的侧壁由若干个矩形立面构成，其中一个立面设有真空获得设备连接口5，其余立面各设有一矩形法兰孔3，在矩形法兰孔3处设有易装拆式矩形法兰板6，矩形法兰板6中设有一个或二个以上靶座连接孔7，构成柔性化的连接机构；真空室门2包括一个或两个以上立面，在每个立面各设有一矩形法兰孔3，在矩形法兰孔3处设有矩形法兰板6，矩形法兰板6中设有一个或二个以上靶座连接孔7，构成柔性化的连接机构；通过靶座连接孔7使矩形法兰板6上形成用于装配不同形式易装拆式靶座的连接机构，形成多功能模块，或者通过更换不同结构的矩形法兰板6进行不同形式靶座更换，形成多功能模块；由若干个多功能模块，构成柔性化模块化多功能等离子镀膜设备，实现工艺柔性化。

参照图1-1、图1-2和图1-3，本实施例涉及的矩形法兰板6，可以设置三个圆形靶座连接孔或二个圆形靶座连接孔，或者设置一个矩形靶座连接孔。

本实施例中：

真空室1由五个立面和真空室门2构成等边八边形棱柱结构，其中三个侧立面构成真空室门2，真空室1的一个侧面开有真空获得设备连接口5，另外四个侧面均设有矩形法兰孔3，用于安装矩形法兰板6。矩形法兰板6的上面，可以根据需要分别开有一个或多个圆形、矩形的靶座连接孔7，以适应不同形式靶座的连接需要。真空室顶部中心和边缘分别开有一个或多个圆形法兰孔4，用于连接管状靶、阳极靶或者吊装式工件旋转挂具。

进一步地，在真空室门2的三个侧立面上，也分别设有矩形法兰孔3，用于安装矩形法兰板6。矩形法兰板6的上面，可以根据需要分别开有一个或多个圆形、矩形的靶座连接孔7，以适应不同形式靶座的连接需要。

图3为本发明具体实例1的柔性化模块化镀膜设备靶位原理图。在真空室1中，其中一个侧面用于连接真空获得设备连接口5，另外有四个侧面各装有一个矩形法兰板6，分别连接有二个阴极靶8、磁控溅射靶13和阳极靶14；其中一个阴极靶8前面还设置一个挡板装置9。每个阴极靶8、阳极靶14连接有专用的弧电源10，磁控溅射靶13连接有磁控溅射电源12。真空室中心设置一个供摆放涂层产品的工件转盘15，工件转盘15连接有偏压电源11。在带活动挡板装置9的阴极靶8和阳极靶14之间，串联有两台弧电源10，两台弧电源的中间通过一个二极管16连接到真空室外壳。

通过控制阴极电弧靶前活动挡板装置的不同位置状态，以及对相关电源的连接，可在单一靶位上实现阴极靶、阳极靶、离子源的功能切换，方便地进行气体离子刻蚀、金属离子刻蚀、电子刻蚀、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜等功能，根据涂层工艺的需要，对上述功能进行选择与组合，实现柔性化的涂层工艺。

本实施例的工作原理：

通过智能控制系统进行电路转换和挡板装置的调整，使设备实现离子刻蚀与加热、电子刻蚀与加热、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、等离子体增强沉积等工艺的实施。

同时装有一对或多对阴极阳极电弧靶时，通过相关电源的连接可作为离子源使用，代替气体离子源或空心阴极电子枪等其他离子源，作为磁控溅射镀膜离子源使用。

进一步地，同时装有一对或多对阴极阳极电弧靶时，通过相关电源的连接可作为离子源使用，实现低能离子刻蚀或离子多元共渗等离子化学热处理工艺。当加入氮气或者含氮的混合气体时，将会把氮气离化产生氮离子，实现离子渗氮作用。当加入含碳或者其他共渗的气体时，也同样产生相应的离子，实现多元共渗的效果。

这种离子源由于成对性，可以很方便组合成对称性很好的离子源，比如水平对称、垂直对称或者斜角对称等，均匀分布在真空室的侧面，使得离子刻蚀或者离子离化更均匀，离子离化率比常规单一离子源更高。

此外，当不需要进行刻蚀或离子多元共渗等离子化学热处理时，通过特殊的转换控制电路，阳极靶也可以灵活快速地转换为阴极靶，使得离子源变成沉积源，节省炉腔空间，降低投资，方便工艺柔性化调整。

采用电弧离子镀的阴极靶、阳极靶配对，为磁控溅射工艺提供溅射离子源。

一对阴极阳极电弧靶作为离子源，阴极靶的前面有一个挡板装置，该挡板装置可以是固定的，也可以是活动的。该挡板装置用于遮挡阴极电弧靶产生的金属离子，而阴极电弧靶产生的电子可以绕过挡板装置进入真空腔，在对应阳极的作用下，电子把真空腔内的气体离化，产生等离子体。

通过智能控制系统的控制，只要输入相应涂层种类、沉积类型、工件摆放位置等数据，系统可以自动推荐相应的阴极靶、阳极靶、挡板装置状态及相关电源的组合模式，以及控制工艺气体质量流量计的配比、流量、压力，以及工件加热温度。可记录并写入专家系统模块，供用户参考。

进一步地，在真空室的顶部，还设有一个或多个圆形法兰孔，可安装长条形工件装挂夹具，也可安装柱形电弧靶、柱形磁控溅射靶、阳极靶或离子源等，适应柔性化涂层工艺要求。

真空室侧面采用矩形法兰形式的优点在于，可以根据涂层产品需要，方便灵活地进行靶座的更换，快速调整涂层工艺，减少镀膜设备的投资。

参照图8，本实施例涉及的柔性化多功能真空镀膜设备的智能控制系统包括中央控制单元、输入输出控制单元、在线参数控制模块和质量输入及反馈模块。专家系统模块设有产品信息输入端，在产品信息输入端向专家系统模块输入涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过专家系统模块自动生成和优化工艺参数。中央控制单元与在线参数控制模块相连，中央控制单元的I/O端口通过输入输出控制单元连接若干个负载单元，输入输出控制单元将各负载单元的状态反馈给中央控制单元的I/O端口，所述若干个负载单元包括真空获得及测量系统、离子镀膜系统、冷热水系统、传动系统、加热与测温系统和配气系统。在加工过程中，输入输出控制单元将负载单元的各项运行参数反馈到在线参数控制模块上，并可通过在线参数控制模块实时调整工艺参数；当产品加工完毕后，其加工结果的检验信息从质量信息输入端输入，并且通过输入输出控制单元将在负载单元采集到的运行状态，通过质量输入及反馈模块反馈到专家系统模块。

参照图9，专家系统模块包括柔性化多功能沉积模块和工艺参数生成模块，专家系统模块根据接收到的关于涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过柔性化多功能沉积模块形成涂层的有效区域、工件装夹及摆放、电源配置、靶材种类及靶的形式、数量及位置、是否设置挡板及位置等实施方案，通过工艺参数生成模块形成加热系统工艺参数、工艺气体工艺参数、真空工艺参数和传动工艺参数、相关电源工艺参数，按照工艺运行的顺序，自动进行相关电源的连接、挡板装置状态的转换，生成相关的涂层工艺或参考涂层工艺，由中央控制单元对其进行监控与修正，以达到辅助工艺生成、优化工艺和精确生产的目的。

本实施例中，设备输入输出控制单元的控制输出端与柔性化模块化多功能等离子体镀膜设备电连接；专家系统模块通过柔性化多功能沉积模块和工艺参数生成模块连接工艺在线控制模块，中央控制单元连接设备输入输出控制单元的I/O端口；质量输入及反馈模块的信号输入端连接设备输入输出控制单元的信号输出端，质量输入及反馈模块的信号输出端连接专家系统模块的反馈信号输入端。专家系统模块的输入端连接有产品信息输入端。

进一步地，专家系统模块具设有产品信息输入接口，以在涂层产品工艺生成阶段，根据工艺要求将涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求在产品信息输入端输入到专家系统模块内，通过柔性化多功能沉积模块推荐涂层有效区域、工件装夹及摆放方式、电源配置、靶材种类和靶的形式、数量及位置，以及相关电源配置、挡板装置与位置柔性化的配置，以实现柔性化涂层工艺或参考涂层工艺方案。利用专家系统模块优化涂层工艺，通过工艺参数生成模块，输出系列工艺参数，包括加热系统工艺参数、工艺气体工艺参数、真空工艺参数、传动工艺参数、相关电源工艺参数，按照工艺运行的顺序，自动进行相关电源的连接、挡板装置状态的转换，生成相关的涂层工艺或参考工艺，当进行新产品生产时，可以方便地通过对生成的参考工艺进行简单的修改，就可快速形成适合新产品的新工艺，并由中央控制单元对其进行监控与修正，以达到辅助工艺生成、优化工艺和精确生产。

在工艺执行阶段，由中央控制单元通过输入输出控制单元，控制涂层设备的真空系统、离子镀膜系统、配气系统、加热系统、传动系统及辅助系统，使设备实现离子刻蚀与加热、电子刻蚀与加热、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、等离子体增强沉积功能的快速转换；根据涂层产品的大小、形状与产量，以及涂层工艺的需要，对上述功能进行优化与组合，调整涂层区域的有效高度，快速改变与组合不同涂层技术、等离子体热处理技术的种类，实现涂层工艺柔性化。当涂层工艺完成后，将涂层产品的各个检测数据及应用结果录入质量输入及反馈模块并反馈到专家系统模块，为涂层质量追踪、工艺改进及新工艺设计提供依据，保证涂层加工工艺质量的稳定性。

具体实施例2：

参照图2，本实施例2的特点是：真空室1为圆柱体状时的密封结构，真空室门2及真空室1的中央形成密封腔体；真空室1的侧立面设有真空获得设备连接口5，其余位置设有一个或多个矩形法兰孔3，在矩形法兰孔3处设有矩形法兰板6，矩形法兰板6中设有一个或二个以上靶座连接孔7，构成柔性化的连接机构；真空室门2的立面根据需要也可设有矩形法兰孔，在矩形法兰孔3处设有矩形法兰板6，矩形法兰板6中设有一个或二个以上靶座连接孔7，构成柔性化的连接机构；通过靶座连接孔7使矩形法兰板6上形成用于装配不同形式靶座的连接结构，形成多功能模块，或者通过更换不同结构的矩形法兰板6进行不同形式靶座更换，形成多功能模块；由若干个多功能模块，构成柔性化模块化多功能真空镀膜设备，实现工艺柔性化。

具体实施例3：

参照图4，本实施例3的特点是：由真空室1的立面和真空室门2构成等边八边形棱柱结构，其中三条边构成真空室门2，真空室的一个侧面开有真空获得设备连接口，另外六个侧面均设有矩形法兰孔，用于安装矩形法兰板6。位置相对的二块矩形法兰板构成一组，第一组矩形法兰板各设有一个圆形靶座连接孔，用于安装阳极靶14；第二组矩形法兰板各设有两个圆形靶座连接孔，用于安装阴极靶8；第三组矩形法兰板各设有三个圆形靶座连接孔，用于安装阴极靶8。

具体实施例4：

参照图5，本实施例4的特点是：真空室1的立面和真空室门2构成等边八边形棱柱结构，其中三条边构成真空室门2，真空室的一个侧面开有真空获得设备连接口，另外六个侧面均设有矩形法兰孔，用于安装六块矩形法兰板。其中三块矩形法兰板各设有二个圆形靶座连接孔，另外三块矩形法兰板各设有三个圆形靶座连接孔，所有的圆形靶座连接孔均安装阴极靶8。

具体实施例5：

参照图6，本实施例5的特点是：真空室1的立面和真空室门2构成等边八边形棱柱结构，其中三条边构成真空室门2，真空室的一个侧面开有真空获得设备连接口，另外六个侧面均设有矩形法兰孔，用于安装矩形法兰板。其中两块矩形法兰板各设有一个圆形靶座连接孔安装阳极靶14；另外两块矩形法兰板各设有两个圆形靶座连接孔，分别安装阴极靶8和磁控靶13；还有两块矩形法兰板各设有三个圆形靶座连接孔，分别安装阴极靶8和磁控靶13。

具体实施例6：

参照图6，本实施例6的特点是：真空室1的立面和真空室门2构成等边八边形棱柱结构，其中三条边构成真空室门2，真空室的一个侧面开有真空获得设备连接口，另外六个侧面均设有矩形法兰孔，用于安装矩形法兰板。其中两块矩形法兰板各设有一个圆形靶座连接孔安装阳极靶14；另外两块矩形法兰板各设有一个矩形靶座连接孔，分别安装磁控靶13；还有两块矩形法兰板分别设有两个和三个圆形靶座连接孔，用于安装阴极靶13。

其他具体实施例：

本发明其他具体实施例的特点是：在真空室1的内腔同时装有阴极电弧靶和阳极靶，通过相关电源连接，构成离子源装置，具有离子与电子刻蚀、离子与电子轰击加热、多元共渗等离子体化学热处理和离子渗氮等功能，同时也可以作为磁控溅射镀膜的离子源使用。在充分利用真空室有效空间的前提下，可实现镀膜设备多功能的需要。在真空室的顶部，还可设有一个或多个圆形法兰孔4，通过圆形法兰孔4构成安装长条形工件装挂旋转夹具结构，或者构成安装柱形电弧靶、柱形磁控溅射靶、阳极靶或离子源结构。真空室1采用等边多边形棱柱结构，其横截面可以呈四边形、六边形、八边形等多种形式。矩形法兰孔3的尺寸接近真空室侧面的尺寸。真空室1的高度、侧立面的数量、侧立面的宽度，可以根据需要涂层的产品大小而设定。

从以上具体实施可知，本发明的基本特点：

(1)设备柔性，结合涂层装备的模块化设计，系统的设备及部件具有随产品变化而涂镀不同产品的能力；

(2)工艺柔性，系统能够根据涂层加工对象的变化或涂镀要求的变化而选择相应的工艺流程与涂层工艺；

(3)生产能力柔性，当生产量改变时，系统能及时作出反应，调整工艺过程及配置，提高涂镀的经济性；

(4)维护柔性，系统采用多种示警和自愈方式，查询、处理故障，保障生产正常进行；

(5)扩展柔性，当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加单元，构成一个更大的或结构不同的涂层系统。

本发明的柔性化多功能涂层系统，是由真空镀膜设备、涂镀工件储运与传送装置以及计算机控制单元等组成的自动化涂层制备系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量的涂镀生产。并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。通过这种柔性化涂层系统加工，使涂镀工艺技术水平进一步提升，技术与产品更新升级容易，降低生产成本，当生产需要的时候，可以快速扩展系统结构，增加模块，构成一个具有更大涂镀能力柔性化的涂层系统。

本发明解决现有技术的真空等离子体镀膜设备存在结构功能单一的缺陷，引入柔性化机制，提高系统适应内、外部环境变化的能力，不但使用户可方便地进行工艺的进一步开发和多品种、中小批量生产，并且利用本发明对设备的扩展性，可满足用户大批量生产的需要，达到柔性化多功能涂层生产的目的。

本发明是通过在镀膜设备的真空室立面设有一个或多个矩形法兰孔，在矩形法兰孔处装有易装拆式矩形法兰板，而且矩形法兰板中设有一个或多个靶座连接孔，以及相应的挡板装置，靶座连接孔用于装配不同形式靶座，使矩形法兰板上具有多种不同形式易装拆式靶座的连接机构，或者通过更换不同结构的矩形法兰板及挡板装置，进行不同形式靶座的更换。通过上述机构形成模块化装置，由若干个模块化装置，构成模块化多功能镀膜设备，实现设备柔性化的配置。

同时，通过智能控制系统，按照工艺要求，利用专家系统模块优化涂层工艺，实现涂层柔性化生产。本发明的智能控制系统主要核心是专家系统模块，其包括柔性化多功能沉积模块和工艺参数生成模块。根据工艺要求，通过柔性化多功能沉积模块，推荐工件摆放方式、靶材和靶的形式、数量及位置，以及相关电源配置等，同时通过工艺参数生成模块，输出一系列的工艺参数。按照工艺运行的顺序，自动进行相关电源的连接、挡板装置状态的转换等，使设备实现离子刻蚀与加热、电子刻蚀与加热、离子渗氮、多元共渗等离子化学热处理、电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、等离子体增强沉积等功能的快速转换。并根据涂层产品的大小、形状与产量，以及涂层工艺的需要，对上述功能进行优化与组合，灵活调整涂层区域的有效高度，快速改变与组合不同涂层技术、等离子体热处理技术的种类，实现涂层工艺柔性化。并且将涂层产品的各个检测数据及应用结果反馈到专家系统，为涂层质量追踪、工艺改进及新工艺设计提供依据，保证涂层加工工艺质量的稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变所形成的相关技术，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.柔性化多功能真空镀膜设备，包括真空室（1），其特征在于：

1）真空室（1）由真空室腔体及真空室门（2）构成，真空室（1）为呈多边棱柱状或圆柱状的密封结构；在真空室（1）设有一个或多个连接口（5），通过连接口（5）与真空获得设备连接，在真空室侧立面设有一个或多个矩形法兰孔（3）；在矩形法兰孔（3）处设有易装拆式矩形法兰板（6），矩形法兰板（6）中设有一个或多个靶座连接孔（7），构成柔性化的连接机构；

2）在第1）点所述的部分或全部靶座连接孔（7）处设有挡板装置（9），通过靶座连接孔（7）装配不同形式靶座，在矩形法兰板上形成具有多种不同形式易装拆式靶座的连接机构，形成具有不同功能的模块装置；或者通过更换不同结构的矩形法兰板及挡板装置（9），进行不同形式靶座的更换，形成具有不同功能的模块装置；由若干个模块化装置，构成模块化多功能镀膜设备，实现设备柔性化的配置。

2.根据权利要求1所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：第2）点所述的模块化装置，通过对靶及相关电源系统极性的转换或切换，形成在单一靶位上同时具备阴极靶与阳极靶或磁控靶与阳极靶的结构。

3.根据权利要求1或2所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：在真空室（1）装有阴极电弧靶和阳极靶，通过电源连接构成离子源装置，具有离子与电子刻蚀、离子与电子轰击加热、多元共渗等离子体化学热处理、离子渗氮功能结构和等离子体增强沉积结构，以及作为磁控溅射镀膜的离子源；通过挡板装置（9）的切换或控制挡板装置（9）的不同状态，所述的离子源装置转换为沉积源，在充分利用真空室有效空间的前提下，实现镀膜设备柔性化多功能的结构。

4.根据权利要求1或2所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：所述每个矩形法兰板（6），根据不同涂层产品或零件的需要，安装电弧离子镀阴极靶、阳极靶、磁控溅射镀的磁控靶、气体离子源或电加热装置；针对不同涂层要求，靶的形式是圆形、矩形或柱形。

5.根据权利要求4所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：每个矩形法兰板（6）布置单个或多个靶；在各个矩形法兰板安装不同的靶材，通过多个法兰板上的靶材组合实现多元复合涂层工艺的柔性化结构。

6.根据权利要求1或2所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：在真空室（1）的顶部，设有一个或多个圆形法兰孔（4），通过圆形法兰孔（4）构成安装工件装挂旋转夹具结构，或者构成安装柱形电弧靶、柱形磁控溅射靶、阳极靶或离子源装置。

7.根据权利要求1或2所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：真空室（1）的横截面呈圆形或四边形、六边形、八边形或十边以上的多种形；矩形法兰板（6）中设置的靶座连接孔（7）为圆形或矩形形状，以适应各种不同形式的靶座连接装置，方便增加沉积源及离子源装置。

8.根据权利要求1或2所述的柔性化多功能真空镀膜设备，其特征在于：通过增加单元，扩展系统结构，构成不同的涂层系统，实现设备柔性化功能扩展。

9.柔性化多功能真空镀膜设备的智能控制系统，其特征在于：由专家系统模块、中央控制单元、输入输出控制单元、在线参数控制模块和质量输入及反馈模块构成一个闭环的智能控制系统；专家系统模块设有产品信息输入端，在产品信息输入端向专家系统模块输入涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过专家系统模块自动生成和优化工艺参数；中央控制单元与在线参数控制模块相连，中央控制单元的I/O端口通过输入输出控制单元连接若干个负载单元，输入输出控制单元将各负载单元的状态反馈给中央控制单元的I/O端口，所述若干个负载单元包括真空获得及测量系统、离子镀膜系统、冷热水系统、传动系统、加热与测温系统和配气系统；在加工过程中，输入输出控制单元将负载单元的各项运行参数反馈到在线参数控制模块上，并可通过在线参数控制模块实时调整工艺参数；当产品加工完毕后，其加工结果的检验信息从质量信息输入端输入，并且通过输入输出控制单元将在负载单元采集到的运行状态，通过质量输入及反馈模块反馈到专家系统模块。

10.根据权利要求9所述的柔性化多功能真空镀膜设备的智能控制系统，其特征在于：专家系统模块包括柔性化多功能沉积模块和工艺参数生成模块，专家系统模块根据接收到的关于涂层产品的各种信息参数，包括：大小、形状、数量、材质、预处理状态，以及相关涂层技术要求，通过柔性化多功能沉积模块形成涂层的有效区域、工件装夹及摆放、电源配置、靶材种类及靶的形式、数量及位置、是否设置挡板及位置实施方案，通过工艺参数生成模块形成加热系统工艺参数、工艺气体工艺参数、真空工艺参数和传动工艺参数、相关电源工艺参数，按照工艺运行的顺序，自动进行相关电源的连接、挡板装置状态的转换，生成相关的涂层工艺或参考涂层工艺，由中央控制单元对其进行监控与修正，以达到辅助工艺生成、优化工艺和精确生产的目的。

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