CN108179397B - 并行周向连续式等离子体镀膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并行周向连续式等离子体镀膜装置，其包括工艺腔体、回转腔体、进料系统、真空系统、物料车，工艺腔体内设置有多组工艺组件密封板、周向分布的多组储料腔、回转装置、物料引导装置，回转腔体设置有回转伸缩装置、物料传导装置、物料腔，进料口设置有可开合的密封门板，真空系统分别对工艺腔体与回转腔体的组合体、进料口进行真空处理，物料车上可装载树形单挂物料，工艺腔体内可形成独立真空室并独立进行工艺处理，回转装置可实现物料车的传动及自转，回转腔体内的物料腔可与储料腔及进料口形成密封的独立真空室并实现物料车传导，进料系统可将物料取出及放入。采用上述方案，本发明可实现批量单挂物料并行连续式镀膜生产。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜设备技术领域，具体涉及一种并行周向连续式等离子体镀膜装置。
背景技术
现有的真空镀膜设备按照真空设备中真空腔的数目可分为单体式镀膜机及连续式镀膜设备。
单体式镀膜机通常是有一个真空腔体及抽气系统组成，真空镀膜工艺模块装载在腔体不同位置上，在达到所需真空度时，按顺序启用所需真空镀膜工艺模块，来实现材料表面的加工，单一腔体导致产品进出料时需要开关门，不能对产品进行连续生产，这会大大降低生产效率，增大人工成本，而且生产的不连续性造成实际生产中的产品差异性增大，一定程度上会影响产品质量。同时单体式镀膜转架在腔体内公转，转架往往比较大，等离子体在整个镀膜空间的分布极其不均匀，真正镀膜时间短，镀膜等待时间过长，严重影响产品质量，镀膜效率低。
自动连续式真空镀膜设备是多个独立的镀膜腔的真空镀膜装置，具有连续不间断生产、工艺稳定、生产节拍短的特点，目前大量应用于工业生产。连续式真空镀膜设备可以大大提高生产的自动化程度，提高生产效率，提高良品率。
现有技术中的连续式真空镀膜设备包含具有复数独立的镀膜腔、具有清洁缓冲腔及缓冲真空腔的缓冲真空装置、具有前置准备腔及完成腔的准备装置、传送装置及包括复数闸门的闸门单元。其工作原理是通过线性串联多组不同的工艺处理组件，通过传输系统实现产品逐步的工艺过程。
连续式真空镀膜设备结构复杂，多个独立的镀膜腔需要配置多个高真空泵组，大量闸门的使用，增加了生产成本、生产时间、生产空间，复杂的设备增加了待镀工件传动的难度，多个腔体的存在也使增加了生产过程中故障维修的难度和成本，连续式镀膜设备的高门槛大大提高了企业的使用成本；对于一些异型尺寸的工件，连续生产时，一方面闸板尺寸限制了异形件的加工尺寸，另一方面加工过程需要大量的人力装、卸载，成本高昂，不利于实现连续化生产。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可在一个真空腔内实现对产品连续式镀膜生产的并行周向连续式等离子体镀膜装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：其包括工艺腔体、回转腔体、进料系统、真空系统、物料车，工艺腔体内设置有多组工艺组件密封板、周向分布的多组储料腔、回转装置、物料引导装置、进料口，回转腔体设置有回转伸缩装置、物料传导装置、物料腔，进料口设置有可开合的密封门板，真空系统分别对工艺腔体与回转腔体的组合体、进料口进行真空处理，物料车上装载树形单挂物料，工艺腔体内形成独立真空室并独立进行工艺处理，回转装置实现物料车的传动及自转，回转腔体内的物料腔可与储料腔及进料口形成密封的独立真空室并实现物料车传导，进料系统可将物料取出及放入。
本发明进一步设置为：所述的工艺腔体内设置有多组工艺组件密封板、周向分布的多组储料腔、回转装置、物料引导装置，所述的多组工艺组件密封板装配有气相沉积工艺模块，并可与之相对的储料腔形成独立的真空室，从而独立进行相应的气相沉积工艺处理，所述的多组储料腔装配在回转装置上，所述回转装置可实现储料腔的公转及储物腔内的物料车自转，所述物料引导装置装配在储料腔内，通过气缸伸展推动，可实现物料车在工艺腔体及回转腔体之间传导。
本发明进一步设置为：所述的回转腔体设置有回转伸缩装置、物料传导装置、物料腔，所述物料腔有两组，装配在回转伸缩装置上，所述回转伸缩装置可通过双向气缸实现物料腔的伸缩及转动，一个物料腔与所述工艺腔体内的储料腔形成密封的导料真空室并通过物料传导装置实现物料车的传导，另一个物料腔与进料口形成进出料真空室，可通过进料口门板的开合将物料取出放入物料车上。
本发明进一步设置为：所述的进料口上设置有可开合的进料门板，进料口与回转腔体、工艺腔体通过螺栓禁锢。
本发明进一步设置为：所述的真空系统包括分别对工艺腔体与回转腔体的组合体、进料口进行独立真空处理的真空泵组。
本发明进一步设置为：所述的物料车为带有转动轮的可装载单挂树形夹具的运输平台，所述物料车通过机械装配实现物料车与所述工艺腔体内的回转装置之间齿轮传动，从而实现物料车上树形夹具的自转。
本发明进一步设置为：所述的工艺腔体内可独立进行气相沉积工艺处理，所述导料真空室及进出料真空室可进行物料的传导及取出、放入,所述的工艺模块包括磁控溅射模块、电弧离子镀模块、离子源模块及其他气相沉积模块。
本发明进一步设置为：所述的物料传导装置及物料引导装置是通过气缸的伸展推动物料的移动，并通过机械杆卡位实现物料车的平稳传导，所述的工艺腔体内通过气缸驱动工艺组件密封板与相对的储料腔形成独立的密封工艺真空室，所述回转腔体内的两组物料腔通过回转伸缩装置的伸缩分别与工艺腔体内的储物腔及进料口形成独立的密封导料真空室及进出料真空室。
本发明进一步设置为：所述的回转腔体内气体、水冷及其他辅助组件是通过装配在工艺腔体、回转腔体上板上的同步转动轴通过与工艺腔体及回转腔体转动电极同步转动来实现传动过程组件的同轴转动，同步转动轴外端装配有万向接头。
本发明进一步设置为：所述的物料腔上装配有电磁控制的外接抽气阀，可通过抽气阀的开合，实现在形成独立密封导料真空室时的真空处理；所述的工艺组件密封板上有通过波纹管与真空系统连接的管路,可对工艺真空室在工艺过程中进行真空处理。
与现有技术相比，本发明提供的并行周向连续式等离子体镀膜装置，具有如下实质性区别和显著性进步：
1）在一个工艺腔内可以连续不间断镀膜加工。
2）设备简单，没有使用闸门控制真空，降低了机械加工难度，降低了设备成本及维护成本。
3）设备通过回转部分的公转来实现工艺腔体室的转换，并可在工艺腔体室内实现工件的自转，沉积速率快，提高了工艺试验的效率。
4）设备工艺组件可换性强，可对待镀工件进行多种工艺的试验。
5)设备真空维持方式简单，可在同一节拍中实现不同工艺的同时使用。
总之，本发明所提供的并行周向连续式等离子体镀膜装置，不仅可在一个真空室内实现工件涂层的连续不间断生产，而且可对同一批次工件进行多种工艺的复合加工；单腔连续式设备的简单实用化，可以大大降低设备的成本，提高生产效率，降低生产成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的剖面立体图；
图2为本发明具体实施方式的工艺腔体的剖面结构图；
图3为具体实施方式的中形成工艺真空室时工艺腔体部分结构示意图；
图4为具体实施方式的中部分回转装置及物料引导装置的结构示意图；
图5为具体实施方式中形成导料真空室及进出料真空室时部分部件结构示意图；
图6为具体实施方式中的回转腔体结构剖面图；
图7为具体实施方式中的物料车结构示意图；
图8为具体实施方式中的单组物料工艺过程流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明：
为便于描述，本发明中，对真空装置真空系统的真空获得与恢复大气进行简要阐述。
真空装置是用结构金属碳钢、不锈钢等焊接装配而成，为获得所需要的真空度，需要对真空装置装载抽气系统，一般抽气系统分为两部分：粗抽系统、精抽系统，粗抽系统一般包括大抽速的机械泵、罗茨泵、由气缸及电磁阀控制的前级阀组成，精抽系统包括一套或多套高真空抽气泵及高真空泵的前级泵组；真空获得的过程是：启动粗抽系统的泵组及前级阀对真空装置进行抽气，待达到一定真空度时，使用精抽系统对真空装置进行进一步的抽气，直至达到所需要的本底真空；真空装置的恢复大气过程就是启动设备上装配的放气阀，通入空气或保护气，使得真空装置恢复到标准大气压。
本发明中用到的真空系统未画出，真空系统将通过工艺腔体、回转腔体、进料口上的抽气管道进行装配，本实施例中，工艺腔体及回转腔体的组合体将配置2组320口径的分子泵、2组250口径的分子泵及前级泵组，进料口将配置低温泵及前级泵组。真空系统所有组件均为规格制品，属于真空设备中的常用组件，本实施例未画出，不影响装备的具体说明。
本发明中工艺腔体的回转装置、回转腔体的回转伸缩装置中的回转及两组装置的外接组件的同轴传动组件都需要外接伺服电机及转动密封组件，其所配置伺服电机及转动密封组件（磁流体密封传动）均为真空设备传动密封过程中的基本组件，本实施例未画出，不影响装备的具体说明。
本发明中多组工艺组件密封板及储物腔是相向的组件，其数目相差一个，在本实施例中，将以四组储物腔及三组工艺密封板为例进行说明。
如图1所示，本发明公开了一种并行周向连续式等离子体镀膜装置，包括工艺腔体11、回转腔体12、进料口13、真空系统14、物料车15，工艺腔体11与回转腔体12及进料口13通过螺栓紧固可拼接在一起，真空系统14可通过工艺腔体11、回转腔体12及进料口13上的抽气口装配，并相应的对工艺腔体11与回转腔体12的组合体、进料口进行独立的真空处理。
如图2、图3、图4所示，工艺腔体11包括多组工艺组件密封板111、周向分布的多组储料腔112、回转装置113、物料引导装置114、工艺腔体腔体拼接组件1100、外接真空系统14的抽气口1101、与回转装置113同轴转动的外接组件转动轴1102 及外接抽气口1103。工艺腔体腔体拼接组件1100包括多组盲板及真空腔体件，工艺组件腔体拼接组件1100通过螺栓紧固形成工艺腔体11，工艺组件密封板111装配在工艺腔体11的盲板上，并可通过气缸1601的伸展与相向的储料腔112形成密封的工艺真空室16。工艺真空室16上装配有工艺模块1602、气缸1601的部分固定组件，外接抽气口1103与焊接在工艺密封板111上的工艺真空室抽气口1110通过波纹管装配，便于控制工艺过程中的真空度，回转装置113包括公转组件1131、自转组件1132、自转密封1133，储料腔112通过螺栓固定在固定盘上，固定盘与公转组件1131通过支撑套及螺栓装配，从而可使多组储料腔112实现公转，自转密封1133装配在储料腔112内，可与物料车15的自转齿轮啮合传动，实现物料车上树形夹具的自转，自转密封1133与自转组件1132通过齿轮啮合实现自转传动。特别说明的是：本发明中公转组件实现公转时，自转组件作为定齿盘，待储料腔公转到相应位置时，公转组件不工作，自转组件自转，从而实现物料车上的树形夹具的自转。物料引导装置114包括物料传输杆1141、气缸推杆组件1142，物料车15在储料腔的轨道内滑动，其受到回转腔体12内物料传导装置气缸推动，导入到物料传输杆1141上，并与自转密封1133齿轮啮合实现树形夹具的自转。
外接组件转动轴1102将与回转装置113实现同步转动，外接组件转动轴1102真空室外通过空心轴焊接内管道方式将外接组件（水冷、气动、部分电力传输等）接入真空腔室，在真空室外外接转动轴通过外接万向密封接头的方式，实现外接组件转动的稳定性，真空室内，转动轴1102的同步转动，将便于整个结构的稳定性。
如图5、图6、图7所示，回转腔体12设置有回转伸缩装置121、物料传导装置122、物料腔123，物料腔123有两组，装配在回转伸缩装置121上，回转伸缩装置121可通过双向气缸实现物料腔123的伸缩及转动，一个物料腔122与工艺腔体11内的储料腔112形成密封的导料真空室17并通过物料传导装置122实现物料车的传导，另一个物料腔122与进料口13形成进出料真空室18，可通过进料口门板131的开合将物料取出放入物料车15上，导料真空室17的真空处理将通过装配在物料腔123上的电磁阀控制的抽气阀1231的开合实现稳定的真空度。
回转伸缩装置121设置有回转组件1214、支撑板1213，及具有伸缩功能的双向气缸1211、气缸固定板1212，因此回转伸缩装置121包括两个功能，一方面可利用双向气缸1211及固定在物料腔123上的气缸固定板1212将物料腔沿支撑板1213上的轨道伸缩物料腔，另一方面回转组件固定在支撑板1213上，受外接伺服电极驱动将支撑板1213及装配在上面的气缸1211及两组物料腔123转动，从而实现物料车在工艺腔体及进料口之间的传动。
回转腔体及进料口的真空腔室都是由真空盲板及真空腔体装配而成，上面预留抽气口，为同步回转外接组件，回转腔体上也装配了外接组件转动轴1201。外接组件转动轴1201与工艺腔体上外接组件转动轴1102结构类似，尺寸有所变化，功能及工作方式原理相同。
物料传导装置122与工艺腔体11中的物料引导装置结构相同，都是通过气缸推杆组件推动物料车滑动，物料传输杆起到传输导向的作用。
进料口是由可开合的门板、锁定装置及进料腔体组成，其为简单的真空腔体结构，主要实现物料车上树形夹具的放入及取出。
如图7所示，物料车15包括车架151、自转底座152、夹具上顶座153、滑动轮组件154，自转底座152装配在车架151上，并可与工艺腔体11内的回转装置113的自转密封1133齿轮啮合，实现自转，夹具上顶座153套装在车架151上，可上下移动，从而便于上下挂树形夹具。
物料车车架151横梁上有两组装配孔1501、1502，其中装配孔1501可与工艺腔体11内的储物腔112上装配的物料引导装置114的物料传输杆1141卡位，实现在储物腔内的平稳自转；装配孔1502可与回转腔体12内的物料腔123上装配的物料传导装置122的物料传输杆实现卡位，提升物料腔传导物料车时的稳定性，物料引导装置114及物料传导装置122上的气缸推杆组件将作用于车架151上，并且储料腔112、物料腔123上下都有卡位轨道，便于滑动轮组件154在轨道内传导物料车。
基本实施过程
如图1所示，并行周向连续式等离子体镀膜装置将配置：2组口径320的分子泵、2组口径为250的分子泵及前级泵组；1组低温泵及前级泵组。
气相沉积装备运行过程中出现的各种真空室简要说明
进出料真空室18：通过回转伸缩装置121驱动气缸1211伸展，物料腔可与进料口形成进出料真空室18，其真空处理过程将依赖于装配在进料口预留的抽气口的真空系统，回转伸缩装置121驱动气缸1211收缩，在恢复大气压或与外界本底真空相近时分离进出料真空室18.
导料真空室17：通过回转伸缩装置121驱动气缸1211伸展，物料腔可与储物腔形成导料真空室17，其真空处理过程将依赖于装配在物料腔上电磁阀控制的抽气阀开合并通过工艺腔体及回转腔体的组合体的真空系统进行真空处理，回转伸缩装置121驱动气缸1211收缩，在与外界本底真空相近时分离导料真空室17。
工艺腔室16：通过气缸1601的伸展，将装配在盲板上的工艺组件密封板111与相向的储物腔形成工艺腔体室P1、P2、P3。
如图8所示，一组物料在气相沉积装备中所经历的过程如下：
进料：通过恢复进出料真空室18到大气压，开启进料口门板131，将物料放入，并将进出料真空室18真空处理到本底真空。
回转：分离进出料真空室18及导料真空室17，启动回转伸缩装置121回转电机，将两组物料腔M1、M2位置对调。
导料：重新获得进出料真空室18及导料真空室17，并通过物料引导装置114及物料传导装置122将物料导入储物腔C1。
公转：分离进出料真空室18及导料真空室17，启用回转装置公转，将C1转动到工艺组件密封板P1处。
工艺1：通过气缸1601的伸展，将装配在盲板上的工艺组件密封板111与相向的储物腔形成工艺腔体室P1，并开启气相沉积工艺模块，对物料Q1进行工艺处理，在这一过程中，回转装置公转停止，启用自转。
工艺2：分离工艺真空室P1，启用回转装置公转，自转静止作为定齿轮，将C1转动到工艺组件密封板P2处；通过气缸1601的伸展，将装配在盲板上的工艺组件密封板111与相向的储物腔形成工艺腔体室P2，并开启气相沉积工艺模块，对物料Q1进行工艺处理，在这一过程中，回转装置公转停止，启用自转。
工艺3：分离工艺真空室P2，启用回转装置公转，自转静止作为定齿轮，将C1转动到工艺组件密封板P3处；通过气缸1601的伸展，将装配在盲板上的工艺组件密封板111与相向的储物腔形成工艺腔体室P3，并开启气相沉积工艺模块，对物料Q1进行工艺处理，在这一过程中，回转装置公转停止，启用自转。
公转：分离工艺真空室P3，启用回转装置公转，自转静止作为定齿轮，将C1转动到与物料腔相向的位置。
导料：重新获得导料真空室17，并通过物料引导装置114及物料传导装置122将物料导入物料腔。
回转：分离进出料真空室18及导料真空室17，启动回转伸缩装置121回转电机，将两组物料腔M1、M2位置对调。
出料：通过恢复进出料真空室18到大气压，开启进料口门板131，将物料Q1取出，并放入新的物料，并将进出料真空室18真空处理到本底真空。
对于连续式生产过程，每一个物料Q都要经历上述每一个过程，在每一个生产节拍中，放入一组新的物料，取出一组经过工艺处理的物料，整个过程循环同步进行，尽可能的节约生产时间，降低生产成本，提高工艺稳定性。
最后有必要在此说明的是，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，基于本文论述的原理所做的其它变化，只要仍能达成上述的连续式试验，都应包含在本文所保护的范围内。关于试验机的各部分，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以作出多种变化和改进，这些变化和改进都将落入本发明所要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：包括工艺腔体、回转腔体、进料系统、真空系统、物料车，工艺腔体内设置有多组工艺组件密封板、周向分布的多组储料腔、回转装置、物料引导装置、进料口，回转腔体设置有回转伸缩装置、物料传导装置、物料腔，进料口设置有可开合的密封门板，真空系统分别对工艺腔体与回转腔体的组合体、进料口进行真空处理，物料车上装载树形单挂物料，工艺腔体内形成独立真空室并独立进行工艺处理，回转装置实现物料车的传动及自转，回转腔体内的物料腔可与储料腔及进料口形成密封的独立真空室并实现物料车传导，进料系统可将物料取出及放入。
2.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的工艺腔体内设置有多组工艺组件密封板、周向分布的多组储料腔、回转装置、物料引导装置，所述的多组工艺组件密封板装配有气相沉积工艺模块，并可与之相对的储料腔形成独立的真空室，从而独立进行相应的气相沉积工艺处理，所述的多组储料腔装配在回转装置上，所述回转装置可实现储料腔的公转及储物腔内的物料车自转，所述物料引导装置装配在储料腔内，通过气缸伸展推动，可实现物料车在工艺腔体及回转腔体之间传导。
3.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的回转腔体设置有回转伸缩装置、物料传导装置、物料腔，所述物料腔有两组，装配在回转伸缩装置上，所述回转伸缩装置可通过双向气缸实现物料腔的伸缩及转动，一个物料腔与所述工艺腔体内的储料腔形成密封的导料真空室并通过物料传导装置实现物料车的传导，另一个物料腔与进料口形成进出料真空室，可通过进料口门板的开合将物料取出放入物料车上。
4.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的进料口上设置有可开合的进料门板，进料口与回转腔体、工艺腔体通过螺栓禁锢。
5.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的真空系统包括分别对工艺腔体与回转腔体的组合体、进料口进行独立真空处理的真空泵组。
6.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的物料车为带有转动轮的可装载单挂树形夹具的运输平台，所述物料车通过机械装配实现物料车与所述工艺腔体内的回转装置之间齿轮传动，从而实现物料车上树形夹具的自转。
7.根据权利要求3所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的工艺腔体内可独立进行气相沉积工艺处理，所述导料真空室及进出料真空室可进行物料的传导及取出、放入,所述的工艺模块包括磁控溅射模块、电弧离子镀模块、离子源模块及其他气相沉积模块。
8.根据权利要求2或3所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的物料传导装置及物料引导装置是通过气缸的伸展推动物料的移动，并通过机械杆卡位实现物料车的平稳传导，所述的工艺腔体内通过气缸驱动工艺组件密封板与相对的储料腔形成独立的密封工艺真空室，所述回转腔体内的两组物料腔通过回转伸缩装置的伸缩分别与工艺腔体内的储物腔及进料口形成独立的密封导料真空室及进出料真空室。
9.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的回转腔体内气体、水冷及其他辅助组件是通过装配在工艺腔体、回转腔体上板上的同步转动轴通过与工艺腔体及回转腔体转动电极同步转动来实现传动过程组件的同轴转动，同步转动轴外端装配有万向接头。
10.根据权利要求1所述的并行周向连续式等离子体镀膜装置，其特征在于：所述的物料腔上装配有电磁控制的外接抽气阀，可通过抽气阀的开合，实现在形成独立密封导料真空室时的真空处理；所述的工艺组件密封板上有通过波纹管与真空系统连接的管路,可对工艺真空室在工艺过程中进行真空处理。
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