CN118028746A - 一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，步骤包括：定位并固定测试工件；设定镀膜工艺参数，进行镀膜处理；测量测试工件前端及轴向不同位置的镀膜厚度，生成膜厚与位置关系表；通过曲线拟合描述棒状工件镀膜的空间分布；根据实际需求，确定工件目标位置的膜厚或膜厚范围，根据曲线拟合确定最佳位置；按照最佳位置进行工件定位并固定，设定镀膜工艺参数后批量镀膜；测量镀膜完成后工件端及轴向不同位置的镀膜厚度，并利用修正的数据点重新进行拟合，获得更准确的曲线模型。本发明通过有效的定位装夹、拟合曲线模型和修正数据点的使用，实现了对棒状工件镀膜厚度的准确控制和均匀分布，具有成本可控和易实现等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法。
背景技术
真空镀膜是一种将金属蒸汽沉积在基材表面形成薄膜的技术，在如冲棒等棒状工件的镀膜过程中得到广泛应用。但是，在实际操作中，由于棒状部件的形状特殊，常常存在厚度不均匀、控制不准确的问题。特别的，棒状工件的镀膜分为端部和棒身两部分，对棒身镀膜厚度的控制尤为困难。
现阶段，一些先进的技术被应用于棒状部件镀膜厚度的控制中。例如，利用传感器实时监测薄膜的生长速率和厚度，通过反馈系统来精确调节镀膜过程。还有一些基于模型的方法，结合数学建模和仿真技术，预测并优化棒状部件的镀膜厚度。但这些技术都比较复杂，其控制系统成本也较高，在生产实践的大规模推广应用受到限制。基于此，有必要开发一种成本可控、容易实现的棒状工件真空镀膜涂层厚度控制方法。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法。
本发明采用的技术方案如下：一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，包括以下步骤：
S1. 将棒状的测试工件定位并固定，要求前端对准靶材，确保准确稳定的镀膜；
S2. 设定镀膜工艺参数后，对测试工件进行镀膜；
S3. 在镀膜完成后，测量测试工件的前端及轴向不同位置处的镀膜厚度，形成膜厚与位置关系表；
S4. 通过拟合曲线来描述棒状工件镀膜的空间分布；
S5. 结合工件的实际镀膜需求，确定目标位置的膜厚或膜厚范围，根据拟合曲线，确定目标位置的最佳位置；
S6. 将工件按最佳位置进行定位并固定，设定镀膜工艺参数后，对工件进行镀膜；
S7. 测量镀膜完成工件的端及轴向不同位置处的镀膜厚度，使用修正的数据点进行重新拟合，获得更准确的曲线模型。
优选的，所述步骤S1与步骤S6中，工件的装夹治具为旋转盘，所述旋转盘，中心为旋转驱动件的安装部，外缘为工件的固定部，所述固定部上布置安装孔，所述安装孔呈多道、环形布置。
优选的，所述步骤S2中，镀膜工艺参数包括镀膜材料的选择、镀膜时间及镀膜温度。
优选的，所述步骤S3中，对测试工件同一轴向位置的不同周向位置处进行多次测量并取平均值，为当前轴向位置的膜厚度
优选的，所述步骤S4具体为：
S4.1. 选择曲线模型和拟合算法；
S4.2. 根据步骤3所得的膜厚与位置关系表，进行曲线拟合和参数求解，获得膜厚的位置公式；
S4.3. 评估拟合曲线与实际数据的拟合程度，确保曲线描述棒状工件镀膜分布的准确性。
优选的，所述步骤S5具体为：
S5.1. 结合棒状工件实际镀膜需求，确定目标膜厚或膜厚范围；
S5.2. 根据拟合曲线，预测工件不同位置处的镀膜厚度；
S5.3. 确定使得镀膜厚度符合要求的最佳定位位置，满足工件的实际需求。
优选的，所述步骤S7中具体为：
S7.1 选择与所述膜厚与位置关系表中不同的轴向位置作为测量点，记录测得的镀膜厚度数据，与对应的位置数据进行配对，并更新所述膜厚与位置关系表；
S7.2 利用更新后的所述膜厚与位置关系表重新进行拟合，以获得更准确的曲线模型；
S7.3 根据拟合曲线的结果，分析镀膜厚度与位置的关系，重新评估拟合程度。
本发明具有如下有益效果：
1. 解决了棒状工件镀膜厚度控制不准确的问题，通过采用拟合曲线模型，实现对棒状工件镀膜厚度的空间分布进行描述和预测，从而提高了镀膜的控制精度；
2. 使用工件装夹定位的方法，在镀膜过程中能够准确稳定地保持工件的位置，确保棒状工件前端对准靶材，有助于实现更准确的镀膜结果，并避免不必要的测量和调整过程；
3. 通过修正的数据点进行重新拟合，能够获得更准确的曲线模型，进一步提高了对棒状工件镀膜厚度分布的描述和预测能力；
4. 成本较低且易于实施，相对于一些先进的复杂技术，如传感器监测和反馈系统，以及基于数学建模和仿真的方法，更加经济实用，易于推广和应用于生产实践中。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明中装夹治具的结构示意图。
图3是本发明各实施例中工件测量点的示意图。
图4是本发明第一个实施例镀膜厚度与位置分布的拟合曲线。
图5是本发明第二个实施例镀膜厚度与位置分布的拟合曲线。
图6是本发明第三个实施例镀膜厚度与位置分布的拟合曲线。
图7是本发明第四个实施例镀膜厚度与位置分布的拟合曲线。
图8是本发明第五个实施例镀膜厚度与位置分布的拟合曲线。
图中：旋转盘1，安装部2，固定部3，安装孔4。
具体实施方式
下面结合实施例与附图，对本发明作进一步说明。
如图1，为本发明的利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法的流程示意图，具体布置如下。
步骤S1.将棒状的测试工件定位并固定，要求前端对准靶材，确保准确稳定的镀膜。
其中，如图2所示，工件的装夹治具为旋转盘1，旋转盘1中心为旋转驱动件的安装部2，外缘为工件的固定部2，固定部2上布置安装孔4，安装孔4呈多道、环形布置。旋转盘1形式的装夹治具在镀膜过程旋转，起到避免死角、加快反应速度和去除气泡等作用，有助于提高涂层的质量和性能。特别的，多道安装孔4的形式，最大的作用用于实现将工件定位固定在不同的轴向位置，从而方便利用工件装夹定位控制涂层厚度。另外，环形安装孔的布置可以均匀装夹多个工件，而且使得装夹和卸载工件变得更加简便和方便，减少了操作人员的工作负担，易于清洁和维护，有利于设备的正常运行和长期稳定性。
步骤S2.设定镀膜工艺参数后，对测试工件进行镀膜，镀膜工艺参数包括镀膜材料的选择、镀膜时间及镀膜温度等。
选择镀膜工艺参数时，首先要明确所需的镀膜用途和要求，不同的应用可能需要不同的镀膜性质，如抗腐蚀、抗磨损、导电性等，这决定了镀膜参数选择上的方向。然后根据所需的性能要求和应用环境，选择适合的镀膜靶材，如金属、合金、氧化物等。再选择适合的镀膜工艺，不同的工艺（如PVD、CVD、电镀等）有不同的优势和适用范围，需要根据具体情况选择，对于获得良好的镀层质量和性能至关重要。最后确定包括温度、时间、压力、电流等具体的工艺参数。这些参数直接影响到镀膜的质量和性能，需要根据实验和经验进行调整和优化。
步骤S3.在镀膜完成后，测量测试工件的前端及轴向不同位置处的镀膜厚度，形成膜厚与位置关系表。
如图3所示，为测试工件检测点的示意图，其中0#为测试工件对准靶材的前端，总长L为整个镀膜范围，1#~6#则为不同的检测点。特别的，对测试工件同一轴向位置的不同周向位置处进行多次测量并取平均值，为当前轴向位置的膜厚度，以保证检测的精确度。
步骤S4.通过拟合曲线来描述棒状工件镀膜的空间分布。
S4.1. 选择曲线模型和拟合算法，其中常见的拟合曲线方法包括线性回归、多项式拟合、指数拟合、对数拟合等，具体根据数据的性质和预期的曲线形式进行选择；
S4.2. 根据步骤3所得的膜厚与位置关系表，进行曲线拟合和参数求解，获得膜厚的位置公式；
S4.3. 评估拟合曲线与实际数据的拟合程度，确保曲线描述棒状工件镀膜分布的准确性。
步骤S5.结合工件的实际镀膜需求，确定目标位置的膜厚或膜厚范围，根据拟合曲线，确定目标位置的最佳位置。
S5.1. 结合棒状工件实际镀膜需求，确定目标膜厚或膜厚范围；
S5.2. 根据拟合曲线，预测工件不同位置处的镀膜厚度；
S5.3. 确定使得镀膜厚度符合要求的最佳定位位置，满足工件的实际需求。
步骤S6.将工件按最佳位置进行定位并固定，设定镀膜工艺参数后，对工件进行镀膜。同样的，采用与步骤S2相同的方式选择镀膜工艺参数时。
步骤S7.测量镀膜完成工件的端及轴向不同位置处的镀膜厚度，使用修正的数据点进行重新拟合，获得更准确的曲线模型。
S7.1 选择与膜厚与位置关系表中不同的轴向位置作为测量点，记录测得的镀膜厚度数据，与对应的位置数据进行配对，并更新膜厚与位置关系表；
S7.2 利用更新后的膜厚与位置关系表重新进行拟合，以获得更准确的曲线模型；
S7.3 根据拟合曲线的结果，分析镀膜厚度与位置的关系，重新评估拟合程度。
下面以如下的镀膜工艺对不同规格的测试工件进行镀膜，测量测试工件的前端及轴向不同位置处的镀膜厚度，形成膜厚与位置关系表，并进一步获得曲线模型。
涂层时间：4500秒；
工件距离靶距离：22cm；
工件材料：方钢；
使用靶材型号：Ti；
涂层温度：450℃；
镀膜工艺：PVD；
设备：高性能纳米复合膜层离子镀膜设备（嘉兴云浩纳米科技有限公司研发，型号YH1000）。
实施例一
测试工件为7.8x7.8x100mm方钢，获得的镀膜涂层总长为67.2mm，膜厚与位置关系如表1所示，膜厚曲线模型如图4所示。
表1.实施例一膜厚与位置关系表
实施例二
测试工件为15x15x100mm方钢，获得的镀膜涂层总长为67mm，膜厚与位置关系如表2所示，膜厚曲线模型如图5所示。
表2.实施例二膜厚与位置关系表
实施例三
测试工件为11.3x11.3x96.2mm方钢，获得的镀膜涂层总长为67.2mm，膜厚与位置关系如表3所示，膜厚曲线模型如图6所示。
表3.实施例三膜厚与位置关系表
实施例四
测试工件为11.5x11.2x100mm方钢，获得的镀膜涂层总长为37.5mm，膜厚与位置关系如表4所示，膜厚曲线模型如图7所示。
表4.实施例四膜厚与位置关系表
实施例四
测试工件为15x15x100mm方钢，获得的镀膜涂层总长为80mm，膜厚与位置关系如表5所示，膜厚曲线模型如图8所示。
表5.实施例五膜厚与位置关系表
由上述实施例可知，通过对这些数据进行线性回归分析，可以得到一个关于膜厚与位置的数学模型，可以根据位置来预测膜厚，进而反过来利用工件装夹定位来控制涂层厚度。这种方法可以实现对膜厚曲线的精确拟合，从而更好地理解和控制镀膜过程中的膜厚变化。通过这种具体化的方法，可以更好地分析和应用镀层的膜厚数据，以达到更好的工程实践和优化涂层性能的目的。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。其他由本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将棒状的测试工件定位并固定，要求前端对准靶材，确保准确稳定的镀膜；
S2. 设定镀膜工艺参数后，对测试工件进行镀膜；
S3. 在镀膜完成后，测量测试工件的前端及轴向不同位置处的镀膜厚度，形成膜厚与位置关系表；
S4. 通过拟合曲线来描述棒状工件镀膜的空间分布；
S5. 结合工件的实际镀膜需求，确定目标位置的膜厚或膜厚范围，根据拟合曲线，确定目标位置的最佳位置；
S6. 将工件按最佳位置进行定位并固定，设定镀膜工艺参数后，对工件进行镀膜；
S7. 测量镀膜完成工件的端及轴向不同位置处的镀膜厚度，使用修正的数据点进行重新拟合，获得更准确的曲线模型。
2.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S1与步骤S6中，工件的装夹治具为旋转盘（1），所述旋转盘（1），中心为旋转驱动件的安装部（2），外缘为工件的固定部（3），所述固定部（3）上布置安装孔（4），所述安装孔（4）呈多道、环形布置。
3.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S2中，镀膜工艺参数包括镀膜材料的选择、镀膜时间及镀膜温度。
4.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S3中，对测试工件同一轴向位置的不同周向位置处进行多次测量并取平均值，为当前轴向位置的膜厚度。
5.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
S4.1. 选择曲线模型和拟合算法；
S4.2. 根据步骤3所得的膜厚与位置关系表，进行曲线拟合和参数求解，获得膜厚的位置公式；
S4.3. 评估拟合曲线与实际数据的拟合程度，确保曲线描述棒状工件镀膜分布的准确性。
6.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
S5.1. 结合棒状工件实际镀膜需求，确定目标膜厚或膜厚范围；
S5.2. 根据拟合曲线，预测工件不同位置处的镀膜厚度；
S5.3. 确定使得镀膜厚度符合要求的最佳定位位置，满足工件的实际需求。
7.根据权利要求1所述的一种利用工件装夹定位控制涂层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S7中具体为：
S7.1 选择与所述膜厚与位置关系表中不同的轴向位置作为测量点，记录测得的镀膜厚度数据，与对应的位置数据进行配对，并更新所述膜厚与位置关系表；
S7.2 利用更新后的所述膜厚与位置关系表重新进行拟合，以获得更准确的曲线模型；
S7.3 根据拟合曲线的结果，分析镀膜厚度与位置的关系，重新评估拟合程度。
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