CN1308484C - 夹具三维运动的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于物理气相沉积镀膜机的夹具三维运动的控制装置，其特征在于它由计算机、驱动器、两个步进电机和支撑支架三部分组成，所述的支撑支架固定在镀膜机真空室内，该支撑支架固定第一步进电机，该第一步进电机的转轴上固定一直角钢板的一钢板，第二步进电机的转轴穿过该直角钢板的另一钢板并固定在盖钢板外侧，该步进电机的转轴的顶端固定一夹具，该夹具上安装基片；所述的计算机与驱动器相连，该驱动器通过电缆分别与第一步进电机和第二步进电机相连。本发明使镀膜的夹具相对于蒸发源的运动由二维扩展为三维，更有利于镀膜的控制。
Description
技术领域
本发明涉及物理气相沉积镀膜机，特别是一种用于物理气相沉积镀膜机的夹具三维运动的控制装置。
背景技术
薄膜材料在现代科学与技术中得到了极为广泛的应用。有大量的工作者都投身到薄膜的研究和开发领域中，但要开发一种具有特定性能的薄膜，无论是光学薄膜还是功能薄膜，均要做大量的探索性工作。采用真空镀膜技术是目前制备各种性能薄膜的主要途径之一，如物理气相沉积(PVD)法。采用PVD法制备薄膜一般采用的夹具是水平放置的，在蒸发过程中，夹具由电机带动在水平面内作高速转动。这种夹具适用于镀制规整膜系的光学薄膜。这种镀膜机所制备出来的薄膜基本上是各向同性的，但对于制备各向异性或旋光性薄膜，这种夹具装置则难以实现。为了有效地增加夹具运动的自由度，实现对薄膜生长过程的人工引导，制备各向异性的光学薄膜，有必要对夹具的控制装置进行重新设计。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有镀膜夹具装置的缺陷，提供一种夹具三维运动的控制装置，提高对薄膜生长过程引导的能力和镀膜方式的灵活性。
本发明的设计思想是：夹具三维运动的控制装置，利用一步进电机控制夹具的二维旋转运动，另一步进电机控制夹具相对于蒸发源的倾角，基片与蒸发源的距离由夹具的支撑支架来调节，从而实现夹具的三维运动，最大限度地对薄膜生长过程进行引导。
本发明的技术解决方案：
一种用于物理气相沉积镀膜机的夹具三维运动的控制装置，其特征在于它由计算机、驱动器、两个步进电机和支撑支架三部分组成，所述的支撑支架的构成是：三根钢柱固定在镀膜机真空室的底座上，第一铝板通过螺母固定在所述的两根钢柱上部的螺纹段，该第一铝板的中间沿该铝板有第一线槽，第二铝板的一端通过一螺母连接在第三根钢柱上部的螺纹段，该第二铝板的中段的两侧是两平行的第三和第四线槽，该第二铝板的另一端中间设有第二线槽，一螺栓穿过两铝板的第一线槽和第二线槽将该两铝板连接在一起，通过螺栓穿过第三和第四线槽将第一直角板的底面固定在处于水平状态的第二铝板上，该第一直角板的垂直面上固定第一步进电机，该第一步进电机的转轴与第一直角板的一直角面固定连接，第二步进电机的转轴穿过该第二直角板的另一直角面并固定在该直角面的外侧，该第二步进电机的转轴的顶端固定一夹具，该夹具上安装基片；所述的计算机与驱动器相连，该驱动器通过电缆分别与第一步进电机和第二步进电机相连。
通过上述夹具的支撑支架，可以手动地调节蒸发源与夹具的距离，同时也可以在薄膜制备过程中自动地、有目的地调节夹具的转动方式。由于后一过程由计算机控制实现，避免了传统夹具调整方式所带来的二次真空问题，而且夹具在竖直平面内有接近-180°到+180°的转动角度，倾斜角的选择余地非常大。在选定的倾角位置，夹具自身可以在其所在平面内作360°的转动。此外，通过步进电机驱动器细分数的改变，可以实现两个步进电机的转速的调控，进一步扩大了该夹具控制装置的自由度。这样可以根据实验的设计，选择特定的夹具运转方式，达到薄膜生长过程的精确调控，进而可以制备特殊光学性质的薄膜元器件。
本发明的优点在于：
1、使夹具的运动由二维扩大到三维，大幅度增加了薄膜生长过程引导方式的可选择性；
2、该控制装置建立在原来的镀膜装置基础之上，对原来镀膜机的相关结构装置没有任何不良影响，仅需将原来的平板夹具卸下，换上本装置即可，装卸方便，使用灵活；
3、装置的结构选材没有苛刻的加工要求，成本较低，可操作性强。
附图说明
图1是本发明夹具三维运动控制装置的连接示意图
图2是本发明夹具三维运动控制装置的步进电机与支撑支架连接的俯视图
图3是本发明夹具三维运动控制装置的步进电机与支撑支架连接的侧视图
图4是本发明夹具三维运动控制装置的支撑支架俯视图
图5是本发明夹具三维运动控制装置的支撑支架侧视图
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明夹具三维运动控制装置的连接示意图，由图可见，本发明是计算机1通过步进电机驱动器2控制两个步进电机51、52的转动，所述的步进电机51、52及其支撑支架安置在镀膜机的真空室4内，计算机1控制信号通过电缆3由真空室4的外部输入，计算机1的操控不影响镀膜机内的真空度。
本发明装置各部件的连接方式如下：
一种夹具三维运动的控制装置，它由计算机1、驱动器2、两个步进电机51、52和支撑支架三部分组成，所述的支撑支架固定在镀膜机真空室4内，该支撑支架固定第一步进电机51，该第一步进电机51的转轴上固定一直角钢板54(定义为第二直角板)的一直角面541，第二步进电机52的转轴穿过该第二直角板54的另一直角面542并固定在直角面542的外侧，该第二步进电机52的转轴的顶端固定一夹具55，该夹具55上安装基片56；所述的计算机1与驱动器2相连，该驱动器2通过电缆3分别与第一步进电机51、第二步进电机52相连。
所述的支撑支架的构成是：三根钢柱9、10、11(分别定义为第一钢柱9、第二钢柱10和第三钢柱11)固定在镀膜机真空室4的底座15上，一铝板12(定义为第一铝板)通过螺母固定在第一钢柱9和第二钢柱10上部的螺纹段，该第一铝板12的中间沿该铝板12有一线槽121(定义为第一线槽)，另一铝板(定义为第二铝板)13的一端通过一螺母连接在第三钢柱11上部的螺纹段，该第二铝板13的中段的两侧是两平行的线槽132、133(分别定义为第三线槽和第四线槽)，该第二铝板13的另一端中间设有线槽131(定义为第二线槽)，一螺栓14穿过第二线槽131和第一线槽121将第一铝板12和第二铝板13连接在一起，一直角钢板53(定义为第一直角板)的底面531通过螺栓516、517将其固定在处于水平状态的第二铝板13上。
本发明装置的安装过程和作用如下：
第一步：将三根不锈钢柱9，10，11通过其螺杆固定在真空室4底板15上，构成三角鼎立，作为整个夹具装置的支柱，可以通过钢柱上部的和螺母可调整与蒸发源57的距离，如图1、4、5所示；
第二步：先将第一铝板12固定在第一钢柱9和第二钢柱10上，再将第二铝板13的一端固定在第三钢柱11上部的螺纹上，另一端通过螺栓14将第二铝板13的第二线槽131与第一铝板12的第一线槽121结合在一起。借助两块铝板的第一线槽121和第二线槽131，可以改变两者在水平面内的相互连接关系，增加了夹具在该水平面位置的选择；
第三步：如图2、3所示，将第一直角板53的底面531通过螺栓516和517穿过第二铝板13的第三线槽132和第四线槽133与第二铝板13连接固定，再在第一直角板53的垂直面532上将第一步进电机51固定，使第一步进电机51轴成为水平方向；
第四步：借助钢套58将第一步进电机51的转轴与第二直角板54的一个直角面541固定连接，而另一个直角面542与第二步进电机52连接，其轴垂直于所对应的直角面542。再由另外一个钢套将第二步进电机52的转轴与夹具55固定相连，基片56安装在夹具55上面。
这样，由计算机1发出脉冲信号给步进电机驱动器2，通过电缆3控制第一步进电机51和第二步进电机52的转动，这样就可以改变夹具55相对于蒸发源57的夹角α，即蒸发源57入射方向与夹具法线方向的夹角，调整基片56的不同速度的自转运动。两个步进电机51、52的配合运动可以实现夹具的三维运动，最大自由度的引导薄膜的生长过程。
Claims (1)
1、一种用于物理气相沉积镀膜机的夹具三维运动的控制装置，其特征在于它由计算机(1)、驱动器(2)、两个步进电机(51、52)和支撑支架三部分组成，所述的支撑支架的构成是：三根钢柱(9、10、11)固定在镀膜机真空室(4)的底座(15)上，第一铝板(12)通过螺母固定在其中第一钢柱(9)和第二钢柱(10)上部的螺纹段，该第一铝板(12)的中间沿该铝板(12)有第一线槽(121)，第二铝板(13)的一端通过一螺母连接在第三钢柱(11)上部的螺纹段，该第二铝板(13)的中段的两侧有两平行的第三线槽(132)和第四线槽(133)，该第二铝板(13)的另一端中间设有第二线槽(131)，一螺栓(14)穿过所述的第二线槽(131)和第一线槽(121)将第一铝板(12)和第二铝板(13)连接在一起，通过螺栓(516、517)穿过第三线槽(132)和第四线槽(133)将第一直角板(53)的底面(531)固定在处于水平状态的第二铝板(13)上，该第一直角板(53)的垂直面(532)上固定第一步进电机(51)，该第一步进电机(51)的转轴与第二直角板(54)的一直角面(541)固定连接，第二步进电机(52)的转轴穿过该第二直角板(54)的另一直角面(542)并固定在该直角面(542)的外侧，该第二步进电机(52)的转轴的顶端固定一夹具(55)，该夹具(55)上安装基片(56)；所述的计算机(1)与驱动器(2)相连，该驱动器(2)通过电缆(3)分别与第一步进电机(51)、第二步进电机(52)相连。
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