CN1157495C - 真空镀膜计算机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种真空镀膜计算机控制装置，由带有控制程序的计算机主机等组成，计算机主机与多功能数据采集器电连接后分三路：控制驱动样品架的步进电机，控制交流调速电机，与机械定位效准机构光电开关连接；串口与真空计、温控电源的串口连接：驱动板与阀门及开关电源接口连接，控制程序部分由初始化、真空度监视、电源开关及阀门控制、样品架公转控制、样品架自转控制、基片加热监控及退出模块组成。具有定位精度高，通用性强，自动化程度高，成本低等特点。

Description

真空镀膜计算机控制装置

本发明涉及真空镀膜技术，具体地说是一种装有计算机程序的真空镀膜计算机控制设备。

在现有技术中，真空镀膜技术为科学研究与生产提供了膜层涂覆的新工艺，为光学研究、半导体电子学、表面科学，装饰工业等广泛的应用领域提供了新的技术手段，随着真空镀膜技术的飞速发展，以及其应用领域的不断延伸和扩展，带动国内真空镀膜设备的制造水平得到了很大的提高，在许多方面缩短了与发达国家之间的差距。然而，目前国内大多数的镀膜设备，很少采用计算机控制系统；有的即使配有计算机控制系统也只能实现部分组成设备的计算机控制，自动化程度较低，而且，设备的计算机控制系统大多采用工控机、可编程控制器等组成控制系统，硬件成本高，国内用户难以接受；在软件方面，程序设计上大多采用DOS下编程，人机交换接口不够友好，扩展性、移植性及通用性较差。功能与工艺结合性差。

为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种定位精度高、通用性强，自动化程度高，成本低，具有友好界面，装有计算机程序的真空镀膜计算机控制装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：由带有控制程序的计算机主机、多功能数据采集器、驱动板、串口、电源、机械定位效准机构、驱动样品架的步进电机、驱动基片架的交流调速电机组成，其中：计算机主机与多功能数据采集器电连接后，分三路：一路通过驱动信号控制电路控制步进电机，一路通过小步进马达带动的电位器控制交流调速电机，第三路与机械定位效准机构的光电开关连接；计算机主机的串口与真空计电源、温控电源的串口连接；计算机主机的驱动板与阀门及开关电源接口连接，控制程序部分由初始化模块、真空度监视模块、电源开关及阀门控制模块、样品架公转控制模块、样品架自转控制模块、基片加热监控模块及退出模块组成；

所述初始化模块初始化应用程序界面，创建用于真空度监视的串口通信对象并打开连接；初始化数据对象靶位号、基片号、换位方向、定时器的初值；控制多功能数据采集器的数据输入输出DIO、数据转换器D/A、模数转换器A/D状态初始化；所述真空度监视模块为一串口通信程序，在创建的Comm类中建立一串口监视线程，当串口中有数据时，发送消息给消息处理函数，由消息处理函数进行数据处理，完成真空度的显示；同时进行与设定值的比较，根据结果控制各阀门及电源的工作状态；所述电源开关及阀门控制模块利用VisalC++6.0中对I/O口的操作，由计算机控制多功能数据采集器通过继电器实现；所述样品架公转控制模块通过多功能数据采集器驱动信号控制电路及步进电机的驱动器带动样品架公转，执行复位、换位、微调、定时转动程序；

所述复位程序实现初始化定位校准，其流程为：首先禁止重复响应复位，将复位按钮文本改为“复位中”，进行状态显示，禁止公转、微调、换位，然后获得工作方向值，设置多功能数据采集器控制状态，设置复位速度，当所述样品架由步进电机驱动按所选工作方向转动时，查询起始标志，然后校准偏差，更新状态位图，将靶位与基片状态图由未复位状态更新为复位，置复位完成标志，允许复位响应，允许公转、微调、换位，发出完成通知；

所述换位程序是根据操作者对靶位、基片号及方向的选择，用速度控制步进电机转动步数，完成靶与新基片的对正；同时，由光耦机械定位校准机构保证定位的最大允许误差，其流程为：在复位完成后，首先确定预溅射位和要处理的基片，通过计算机显示器屏幕上的换位对话框确认操作，如取消操作则恢复靶位号、基片号原值，否则取换位方向值，计算需要转过的工位次数N，如果N为9，预溅射位转半个工位，则更新位图显示，完成换位；如果N值不为9，判断N值是否为0，如果为0，完成换位，否则驱动转过一个工位，通过光耦机械定位校准机构中的光电开关测试其误差，误差大时显示故障，否则更新位图，让N＝N-1，重新查测N值是否为0；

所述微调程序，用于精细调整，其流程为：获得用户在微调步数编辑框中输入的步数n，判断其值0＜n＜2500的有效性，若其值不具有有效性，提示错误，重新获得微调步数值n，若其值具有有效性，则获得方向值，设置步进电机驱动器的方向控制端电平，输出一个步数脉冲，步数减1，然后判断步数是否减到0，若没有减到0，再输出一个脉冲，直至步数减为0完成微调操作，给出提示；

所述定时转动程序，由一软件定时器定时，在设定时间内，以设定的速度、方向连续转动，在需要较高速度运转时，采用了软启动和软停止，允许在启动和转动过程中停车，其流程为：首先禁止转动输入响应，然后获得公转定时值设置定时器，启动公转线程；

所述样品架自转控制模块，由交流调速电机提供动力，由控制多功能数据采集器实现电机速度调节和采样，并显示，其流程为：首先进行速度调整，按其速度是增加还是减少，分两步走，若速度是增加的，则正向转动小步进马达带动电位器上调，执行速度增加操作；若速度是减少的，则反向转动小步进马达带动电位器下调，执行速度减少操作，其速度采样显示利用A/D转换实现；所述基片加热监控模块主要完成实际温度显示、设定温度显示、输出百分度显示，以及智能调节器的参数设定功能；所述退出模块流程为：确认对话框，若否定回答，置退出标志为假信息，当退出标志为假时，继续程序运行；若肯定回答，置退出标志真信息，当退出标志为真时，判断温度监控程序启动否，若启动温度监控程序关闭所述温度监控程序，停止公转处理，否则直接停止公转处理，中止程序；公转线程流程为首先将转动按钮文本改为“转动中”，进行状态显示，同时屏蔽对步进电机其他操作，然后获得转动的方向值和速度值V，并对速度值V校验，如速度值V不在大于1或小于10的范围内，则提示有错误，否则进行软启动否的判断，设输入的速度值V大于7时，启动软件编程实现软启动，否则由硬件处理，允许停止情况下在启动过程中检测“停止事件”是否置位，若已置位，则停止公转处理，否则继续执行并正常运转；所述停止公转处理流程为当停止公转处理开始时，将停止事件置位，停止公转，然后允许转动输入响应，复位相关按钮，取消屏蔽，再复位停止事件，复位多功能数据采集器控制。

本发明具有如下优点：

1.自动化程度高。本发明采用计算机控制，电源配有计算机接口，全部自动化控制。

2.成本低。本发明采用商业机为主体，配以多功能数据采集器，以低成本实现高可靠性自动化控制。

3.通用性好。本发明采用WIN98操作系统下的VC++6.0编程，界面直观友好，命令输入操作方便；程序采用模块化设计，可扩展，易移植。

4.本发明换位控制的定位精度高，可靠性好，由计算机全机时控制，即在“换位”功能执行过程中屏蔽其他任务，使其优先级最高，减少干扰；步进电机连续运转时可软起动，软停车。

5.本发明具有状态监视，报警提示等功能。在“复位”、“微调”、“定时转动”等功能模块中，编程采用“工作者线程”的方式，使得“真空度监测”和“温度监控”分时同步进行，保证时数据采集有较好的实时性。镀膜工艺可编程，实现了“参数化”操作。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明样品架公转控制模块中复位流程图。

图3为本发明样品架公转控制模块中换位流程图。

图4为本发明样品架公转控制模块中微调流程图。

图5为本发明样品架公转控制模块中定时转动流程图。

图6为图5中公转线程流程图。

图7为图6中停止公转处理流程图。

图8为本发明样品架自转控制模块流程图。

图9为本发明退出模块流程图。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明由带有控制程序的计算机主机10、多功能数据采集器9、驱动板8、串口7、电源、机械定位效准机构3、驱动样品架的步进电机2、驱动基片架的交流调速电机1组成，其中：计算机主机10与多功能数据采集器9总线连接后，分三路：一路通过驱动信号控制电路控制步进电机2，一路通过小步进马达带动的电位器控制交流调速电机1，第三路与机械定位效准机构3的光电开关连接；计算机主机10的RS232串口7与真空计电源4、温控电源5的串口连接；计算机主机10的驱动板8与阀门及开关电源6接口连接，控制程序部分由初始化模块、真空度监视模块、电源开关及阀门控制模块、样品架公转控制模块、样品架自转控制模块、基片加热监控模块及退出模块组成；计算机主机10通过多功能数据采集器9的数字输入输出通道和数模转换器D/A控制步进电机2转动的方向、转速等，实现单步定位功能和定时转动功能。

所述初始化模块实现初始化应用程序界面，单文档界面应用程序的文档/视图框架中视图类的基类应选为CFormView类，该类是包含控制的视的基类，其中的控制是基于对话框模板资源设计的，我们可以编辑该资源IDD_“工程名”_FORM，为其增加“命令按钮”、“单选按钮”、“编辑框”、“列表框”、“位图”、“文本”等通用控件，也可增加ActiveX Controls等，界面初始化就是对这些控件及“菜单”、“工具栏”等所做的一些相关设置，使界面更加美观，操作更方便；创建用于“真空度监视”的串口通信类对象并打开连接；初始化数据对象靶位号、基片号、换位方向、定时器的初值；控制多功能数据采集器9的数据输入输出通道DIO、数模转换器D/A、模数转换器A/D等状态初始化。

所述真空度监视模块为一串口通信程序，在所述程序中创建了一个Comm类来完成这一功能，Comm类创建了一个串口监视线程，当串口中有数据时，发送消息给消息处理函数，由消息处理函数进行数据处理，完成真空度的显示；同时进行与设定值的比较，根据结果控制各阀门及电源的工作状态。

所述电源开关及阀门控制模块利用VisalC++6.0中对I/O口的操作，在各阀门及电源应具备相应的接口电路的情况下，由计算机通过控制多功能数据采集器9的数据输入输出DIO通过继电器实现。

所述样品架公转控制模块通过多功能数据采集器的数据输入输出DIO、数模转换器D/A、模数转换器A/D及步进电机2驱动器的驱动信号控制电路中的控制步进电机带动样品架公转，执行复位、换位、微调、定时转动程序；

如图2所示，所述复位程序实现初始化定位校准，其流程为：首先禁止重复响应复位，将复位按钮文本改为“复位中”，进行状态显示，禁止公转、微调、换位及相关操作，然后获得工作方向值，设置多功能数据采集器9的数据输入输出DIO控制状态，设置复位速度，当所述样品架由步进电机2驱动按所选工作方向转动时，查询起始标志，即通过光耦机械定位校准机构3中的光电开关查询起始定位盘上的起始缝，如果查询结果为正对起始缝，则通过光电开关查询靶位定位盘上的靶位定位缝，否则继续转动样品架，如果找到了第一靶位，则正好对正1号基片(若样品架在相反的工作方向转动时，则找到的是第八靶位)，查询起始标志结束，然后校准偏差，更新状态位图，将靶位与基片状态图由未复位状态更新为复位，置复位完成标志，允许复位响应，允许公转、微调、换位，发出完成通知；本发明在换位时不可改变方向，否则由于齿缝的原因，可能出现“故障”，换位误差超出允许值，此时将提示“复位”。

如图3所示，所述换位程序根据操作者对靶位、基片号及方向的选择，以一定的速度控制步进电机转动一定的步数，完成真空室外中的靶与新基片的对正；同时，由光耦机械定位校准机构3保证定位的最大允许误差，所述程序流程为：在复位完成后，首先确定预溅射位和要处理的基片，通过计算机显示器屏幕上的换位对话框确认操作，如取消操作则恢复靶位号、基片号原值，否则取换位方向值，计算需要转过的工位次数N，如果N为9，预溅射位转半个工位，则更新位图显示，完成换位；如果N值不为9，判断N值是否为0，如果为0，完成换位，否则驱动转一个工位，通过光耦机械定位校准机构3中的光电开关测试其误差，误差大时显示故障，否则更新位图，让N＝N-1，重新查测N值是否为0；通常靶位和基片在圆周上均布，且保持固定的对应关系，因此转过一个工位所需的步数相等。若N＝9为一特殊工位(预溅射位)标志，执行时转过半个工位所需的步数，然后更新位图显示；若N＝0则不需转动，所选靶位与基片已对正。(此情况下使操作者只需选择对应关系，而不必考虑电机转动状态)，若N＞0(N＝n)，则转过一个工位，检测光耦机械定位校准机构3状态是否小于误差，若大于误差则弹出“故障”警告对话框，否则更新位图显示，再转一个工位重复上述操作至完成；在此过程中，位图更新提供了靶位与基片对应关系的一个直观示意，在换位过程可动画显示；所述选择换位功能除了用换位按钮外，还可以通过程序界面上的菜单工具栏输入命令。

如图4所示，所述微调程序，用于特殊情况下的精细调整，其精确度可以通过“细分”得到提高，其流程为：获得用户在微调步数编辑框中输入的步数n，判断其有效性，即0＜n＜2500，2500为本例中转过一个工位所需脉冲个数，若其值不具有有效性，提示错误，重新获得微调步数值n，若其值具有有效性，则获得方向值，设置方向控制端电平，输出一个脉冲，步数减1，然后判断步数是否减到0，若没有减到0，再输出一个脉冲，直至步数减为0完成微调操作，给出提示；

如图5所示，所述定时转动程序，目的在于有某些镀膜要求高的应用场合，基片架4自转的同时，还要公转，以消除靶材在公转圆周方向上的不均匀性，提高膜层的均匀性，具有更好的工艺性；公转定时由一软件定时器实现，通常在几分钟～数小时不等，在设定时间内，以设定的速度、方向连续转动，在需要较高速度运转时，采用了软启动和软停止，允许在启动和转动过程中停车，其流程为：首先禁止转动输入响应，该处理是为了避免重复响应，以免影响“计时”和“公转线程”的处理，然后获得公转定时值设置定时器，启动公转线程；

如图6所示，所述公转线程流程为首先将转动按钮文本改为“转动中”，进行状态显示；同时屏蔽对步进电机2其他操作，如复位、微调、换位等，然后获得转动的方向值和速度值V，并对速度值V校验，如速度值V不在大于1或小于10的范围内，则提示有错误，否则进行软启动否的判断，由于步进电机的带载特性，在较高速度运行时，由静止到高速需一软启动的过程，即速度要小于一定值，设输入的速度值V大于7时，启动软件编程实现软启动，否则由硬件处理，由于软启动耗时数十秒，因此允许停止情况下在启动过程中检测“停止事件”是否置位，若已置位，则停止公转处理，否则继续执行并正常运转。

如图7所示，所述停止公转处理流程为当停止公转处理开始时，将停止事件置位，停止公转，然后允许转动输入响应，复位相关按钮，取消屏蔽，再复位停止事件，复位多功能数据采集器的数据输入输出DIO控制。

如图8所示，所述样品架自转控制模块，由交流调速电机1提供动力，由控制多功能数据采集器的模数转换器实现电机速度调节和采样，并显示，其流程为：首先进行速度调整，按其速度是增加还是减少，分两步走，若速度是增加的，则正向转动小步进马达带动电位器上调，执行速度增加操作；若速度是减少的，则反向转动小步进马达带动电位器下调，执行速度减少操作，其速度采样显示利用A/D转换实现。

所述基片加热监控模块主要完成实际温度显示、设定温度显示、输出百分度显示，以及智能调节器的参数设定等功能，根据智能调节器的不同，编程命令不同，有的智能调节器带有动态连接监控程序，可直接调用。

如图9所示，所述退出模块，在退出程序之前进行相应的结束工作，其流程为：确认对话框，若否定回答，置退出标志为假信息，当退出标志为假时，继续程序运行；若肯定回答，置退出标志真信息，当退出标志为真时，判断温度监控程序启动否，若启动温度监控程序关闭所述温度监控程序，停止公转处理，否则直接停止公转处理，中止程序。

本发明在WIN98或WIN NT平台上，利用VisalC++6.0提供的AppWizard生成单文档界面应用程序(根据实际情况，也可选择多文档界面应用程序或基于对话框的应用程序)，选择文档/视图框架支持、ActiveX Controls支持等，基于面向对象的模块化设计思想，利用VisalC++6.0的强大功能，集中精力于各个功能模块的具体实现，通过“菜单”、“工具栏”或界面上的“按钮”来输入命令，完成相应的操作。

本发明在带有串口的电源数量超过两个时，串口7采用RS485串口；所述多功能数据采集器9、继电器、驱动信号控制电路为现有技术。

Claims (10)

1.一种真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：由带有控制程序的计算机主机(10)、多功能数据采集器(9)、驱动板(8)、串口(7)、电源、机械定位效准机构(3)、驱动样品架的步进电机(2)、驱动基片架的交流调速电机(1)组成，其中：计算机主机(10)与多功能数据采集器(9)电连接后，分三路：一路通过驱动信号控制电路控制步进电机(2)，一路通过小步进马达带动的电位器控制交流调速电机(1)，第三路与机械定位效准机构(3)的光电开关连接；计算机主机(10)的串口(7)与真空计电源(4)、温控电源(5)的串口连接；计算机主机(10)的驱动板(8)与阀门及开关电源(6)接口连接，控制程序部分由初始化模块、真空度监视模块、电源开关及阀门控制模块、样品架公转控制模块、样品架自转控制模块、基片加热监控模块及退出模块组成。

2.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述初始化模块初始化应用程序界面，创建用于真空度监视的串口通信对象并打开连接；初始化数据对象靶位号、基片号、换位方向、定时器的初值；控制多功能数据采集器(9)的数据输入输出DIO、数据转换器D/A、模数转换器A/D状态初始化。

3.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述真空度监视模块为一串口通信程序，在创建的Comm类中建立一串口监视线程，当串口中有数据时，发送消息给消息处理函数，由消息处理函数进行数据处理，完成真空度的显示；同时进行与设定值的比较，根据结果控制各阀门及电源的工作状态。

4.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述电源开关及阀门控制模块利用VisalC++6.0中对I/O口的操作，由计算机控制多功能数据采集器(9)通过继电器实现。

5.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述样品架公转控制模块通过多功能数据采集器(9)驱动信号控制电路及步进电机(2)的驱动器带动样品架公转，执行复位、换位、微调、定时转动程序；

所述复位程序实现初始化定位校准，其流程为：首先禁止重复响应复位，将复位按钮文本改为“复位中”，进行状态显示，禁止公转、微调、换位，然后获得工作方向值，设置多功能数据采集器(9)控制状态，设置复位速度，当所述样品架由步进电机(2)驱动按所选工作方向转动时，查询起始标志，然后校准偏差，更新状态位图，将靶位与基片状态图由未复位状态更新为复位，置复位完成标志，允许复位响应，允许公转、微调、换位，发出完成通知；

所述换位程序是根据操作者对靶位、基片号及方向的选择，用速度控制步进电机(2)转动步数，完成靶与新基片的对正；同时，由光耦机械定位校准机构(3)保证定位的最大允许误差，其流程为：在复位完成后，首先确定预溅射位和要处理的基片，通过计算机显示器屏幕上的换位对话框确认操作，如取消操作则恢复靶位号、基片号原值，否则取换位方向值，计算需要转过的工位次数N，如果N为9，预溅射位转半个工位，则更新位图显示，完成换位；如果N值不为9，判断N值是否为0，如果为0，完成换位，否则驱动转过一个工位，通过光耦机械定位校准机构(3)中的光电开关测试其误差，误差大时显示故障，否则更新位图，让N＝N-1，重新查测N值是否为0；

所述微调程序，用于精细调整，其流程为：获得用户在微调步数编辑框中输入的步数n，判断其值0＜n＜2500的有效性，若其值不具有有效性，提示错误，重新获得微调步数值n，若其值具有有效性，则获得方向值，设置步进电机(2)驱动器的方向控制端电平，输出一个步数脉冲，步数减1，然后判断步数是否减到0，若没有减到0，再输出一个脉冲，直至步数减为0完成微调操作，给出提示；

所述定时转动程序，由一软件定时器定时，在设定时间内，以设定的速度、方向连续转动，在需要较高速度运转时，采用了软启动和软停止，允许在启动和转动过程中停车，其流程为：首先禁止转动输入响应，然后获得公转定时值设置定时器，启动公转线程。

6.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述样品架自转控制模块，由交流调速电机(1)提供动力，由控制多功能数据采集器(9)实现电机速度调节和采样，并显示，其流程为：首先进行速度调整，按其速度是增加还是减少，分两步走，若速度是增加的，则正向转动小步进马达带动电位器上调，执行速度增加操作；若速度是减少的，则反向转动小步进马达带动电位器下调，执行速度减少操作，其速度采样显示利用A/D转换实现。

7.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述基片加热监控模块主要完成实际温度显示、设定温度显示、输出百分度显示，以及智能调节器的参数设定功能。

8.按照权利要求1所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述退出模块流程为：确认对话框，若否定回答，置退出标志为假信息，当退出标志为假时，继续程序运行；若肯定回答，置退出标志真信息，当退出标志为真时，判断温度监控程序启动否，若启动温度监控程序关闭所述温度监控程序，停止公转处理，否则直接停止公转处理，中止程序。

9.按照权利要求5所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：公转线程流程为首先将转动按钮文本改为“转动中”，进行状态显示，同时屏蔽对步进电机(2)其他操作，然后获得转动的方向值和速度值V，并对速度值V校验，如速度值V不在大于1或小于10的范围内，则提示有错误，否则进行软启动否的判断，设输入的速度值V大于7时，启动软件编程实现软启动，否则由硬件处理，允许停止情况下在启动过程中检测“停止事件”是否置位，若已置位，

则停止公转处理，否则继续执行并正常运转。

10.按照权利要求9所述真空镀膜计算机控制装置，其特征在于：所述停止公转处理流程为当停止公转处理开始时，将停止事件置位，停止公转，然后允许转动输入响应，复位相关按钮，取消屏蔽，再复位停止事件，复位多功能数据采集器(9)控制。

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