CN214252547U - 一种用于圆柱靶的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于圆柱靶的测量装置，包括：支撑机构，其被配置为能够提供使圆柱靶保持水平的可转动支撑；第一驱动模组，其被配置为能够驱动使所述圆柱靶在所述支撑机构上作轴向转动；第二驱动模组，其被配置为能够携带检测单元作相对于所述圆柱靶的多轴运动，以对所述圆柱靶进行测量。本实用新型能够快速判断出圆柱靶的外观尺寸及磁场强度是否合格，并能对圆柱靶的磁场强度分布作出准确的立体反映，采集的数据稳定，采集数据多，数据准确，适于推广。

Description

一种用于圆柱靶的测量装置

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜测试设备技术领域，特别是涉及一种针对圆柱靶的磁场强度和直线度进行测量的测量装置。

背景技术

圆柱靶在真空镀膜(例如磁控溅射)设备中通常作为阴极靶。圆柱靶一般包括作为靶材的中空圆柱管，和设于圆柱管内的磁芯，磁芯可以在圆柱管内作相对于圆柱管的同轴转动。

圆柱靶在使用过程中，会受到运输、安装及高温等因素的影响，因而容易产生弯曲变形，造成直线度不良。这不仅会对镀膜质量带来不利影响，还会导致靶材发生过多损耗。并且，圆柱靶(磁芯)的磁场均匀性是否良好，也是影响镀膜质量的重要因素。因此，需要对圆柱靶的磁场强度和直线度进行测量和管控。

然而，由于圆柱靶的体积较大，且重量较重，尚缺乏与之配套的测量设备。因而实际工作中，通常都是采用人工方式来检测圆柱靶材的磁场强度及直线度等指标的。但是，这种方式存在着测量难度高，测量结果不够准确，难以测量到靶材的立体面，以及重复测量数据之间的一致性较差等诸多问题。

因此，针对上述不足，需要设计一种适合针对圆柱靶的磁场强度和直线度等进行测量的测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于圆柱靶的测量装置。

本实用新型实现上述目的的一种技术方案是：

本实用新型提供了一种用于圆柱靶的测量装置，包括：

支撑机构，其被配置为能够提供使圆柱靶保持水平的可转动支撑；

第一驱动模组，其被配置为能够驱动使所述圆柱靶在所述支撑机构上作轴向转动；

第二驱动模组，其被配置为能够携带检测单元作相对于所述圆柱靶的多轴运动，以对所述圆柱靶进行测量。

进一步地，所述第一驱动模组包括依次连接的转动驱动机构、传动机构和夹持机构，所述传动机构套设于位于所述圆柱靶一端的靶头上，并通过所述夹持机构与所述圆柱靶相固定，所述转动驱动机构驱动所述传动机构转动，带动所述夹持机构及被其固定的所述圆柱靶在所述支撑机构上作轴向转动。

进一步地，所述传动机构包括一第一齿轮和两个第二齿轮，所述第一齿轮套设于所述圆柱靶的靶头上，所述夹持机构设于所述第一齿轮的侧面上，两个所述第二齿轮对应设于所述第一齿轮的斜下方，所述第一齿轮和第二齿轮上共同套设有一与其相配合的齿形传送带，所述转动驱动机构与所述第二齿轮中的其中一个相连。

进一步地，所述夹持机构包括设于所述第一齿轮的第一侧面上的活动卡环，和设于所述第一齿轮相对的第二侧面上的活动靠压部，其中，所述第一侧面为相对所述靶头的一面，所述卡环用于对所述靶头的外周进行固定，所述靠压部用于对由所述靶头中伸出的设于中空的所述圆柱靶内的磁芯的端部外周进行靠压以约束其的相对转动。

进一步地，所述支撑机构包括两对转轮，两对所述转轮被配置为分别自所述圆柱靶的靶头端侧和靶尾端侧的下方对所述圆柱靶提供可转动的支撑。

进一步地，所述第二驱动模组包括依次正交相连的z向平移机构、x向平移机构和y向升降机构；其中，所述z向平移机构被配置为能够带动所述x向平移机构作相对于所述圆柱靶轴向的水平移动，所述x向平移机构被配置为能够带动所述y向升降机构作相对于所述圆柱靶轴向的正交方向的水平移动，所述y向升降机构被配置为能够带动所述检测单元作相对于所述圆柱靶轴向的正交方向的垂直移动。

进一步地，所述z向平移机构包括z向电缸，所述x向平移机构包括x向电缸，所述y向升降机构包括y向电缸，所述x向电缸设于所述z向电缸的滑块上，所述y向电缸设于所述x向电缸的滑块上，所述检测单元设于所述y向电缸的滑块上。

进一步地，所述检测单元包括测距单元，所述测距单元包括测距仪，用于检测所述圆柱靶的直线度；或者，所述检测单元还包括磁场强度检测单元，所述磁场强度检测单元包括特斯拉计，用于检测所述圆柱靶的磁场强度，所述特斯拉计与所述测距仪处于同一水平基准线上。

进一步地，所述转动驱动机构包括电机。

进一步地，还包括：底座，用于在其上设置所述支撑机构、所述第一驱动模组和所述第二驱动模组；限位设于所述底座上，用于对所述圆柱靶的靶尾端进行轴向的限制。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：

(1)通过设置可以自由转动的转轮作为圆柱靶的支撑机构，并通过带有夹持机构的传动机构与圆柱靶安装配合，可以使具有一定重量的圆柱靶能够在电机的带动下平稳自转，使得转动角精确可测，并通过设置限位防止圆柱靶轴向串动，避免了测量过程中的位置偏移和跳动现象，提高了测量精度。

(2)通过设置可以沿x、y、z三轴向运动的电缸组合，能够带动检测单元作相对于圆柱靶的多轴运动，从而能够对检测单元进行精确定位，并能快速判断出圆柱靶的外观尺寸(直线度等)及磁场强度是否合格，以及对圆柱靶的立体磁场强度分布作出准确反映。

(3)利用测距仪的测量值作为固定特斯拉计与圆柱靶表面之间距离时的参照，保证了特斯拉计与圆柱靶表面各测量点之间距离始终保持在一致的测量距离上，从而保证了测量采集的多个数据的稳定及准确。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的一种用于圆柱靶的测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型一较佳实施例的一种传动齿轮的安装结构示意图。

图3为本实用新型一较佳实施例的一种电机与传动齿轮的安装结构示意图。

图4为本实用新型一较佳实施例的一种带有夹持机构的传动齿轮的结构示意图。

图5为本实用新型一较佳实施例的一种转轮的安装结构示意图。

图6为本实用新型一较佳实施例的一种带有检测单元的x向平移机构和y向升降机构的安装结构示意图。

图中1.底座，2.齿轮支架，3.电机(转动驱动机构)，4.第一齿轮，5.y向升降机构(y向电缸)，6.圆柱靶，7.转轮支架，8.转轮，9.限位，10.z向平移机构(z向电缸)，11.x向平移机构(x向电缸)，12.z向滑块，13.齿形传送带，14.第二齿轮，15.靠压部(靠压块)，16.锁紧螺母，17/18.卡环，19.铰链，20.测距仪(测距单元)，21.y向滑块，22.特斯拉计(磁场强度检测单元)/特斯拉计探头。

具体实施方式

为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体的实施例进行详细的说明。

请参阅图1。本实用新型的一种用于圆柱靶的测量装置，可设置在一个底座1上，并可包括：支撑机构，第一驱动模组，第二驱动模组以及检测单元等几个主要结构组成部分。

其中，支撑机构用于提供使被测量的圆柱靶6保持水平的可转动支撑。第一驱动模组用于驱动使圆柱靶6在支撑机构上作轴向转动。第二驱动模组用于携带检测单元作相对于圆柱靶6的多轴运动，包括沿形成相互正交的z向、x向和y向运动(移动)。检测单元用于对圆柱靶6进行测量。

圆柱靶6包括作为靶材的中空圆柱管，和设于圆柱管内的磁芯。镀膜时，磁芯可以在圆柱管内作相对于圆柱管的同轴转动。

请参阅图1并结合参阅图5。支撑机构可包括两对转轮8，每对转轮8包括水平并列设置的两个可自由转动的转轮8，且每对转轮8的布置方式为与圆柱靶6的轴向平行。每对转轮8可通过转轮支架7安装在底座1上。这样，两对转轮8可分别自圆柱靶6的靶头端侧(图示为左侧)和靶尾端侧(图示为右侧)的下方，对圆柱靶6提供可转动的支撑，并能够使圆柱靶6保持水平状态。

请参阅图1。第一驱动模组可包括依次连接的转动驱动机构3、传动机构和夹持机构。其中，传动机构套设于位于圆柱靶6一端的靶头上，并通过夹持机构与圆柱靶6相固定。转动驱动机构3驱动传动机构转动，带动夹持机构及被其固定的圆柱靶6在两对转轮8上作轴向转动(自转)。

请参阅图1并结合参阅图2-图4。传动机构可包括一个第一齿轮4和两个第二齿轮14。其中，第一齿轮4悬空套设于圆柱靶6的靶头上，两个第二齿轮14对应设于第一齿轮4的斜下方，并可通过齿轮支架2安装在底座1上。第一齿轮4和两个第二齿轮14上共同套设有一根与其相配合的齿形传送带13。

转动驱动机构3可与两个第二齿轮14中的其中一个相连，两个第二齿轮14中的另一个可用于通过调整其在底座1上的位置来调节齿形传送带13的松紧。转动驱动机构3可包括电机3和减速器，电机3例如可以是伺服电机3，可以实现对圆柱靶6转动角度的精确控制，如图2所示。

如图3所示(其显示透视图)，夹持机构设于第一齿轮4的侧面上。夹持机构可包括设于第一齿轮4的第一侧面(图示向外的一面)上的活动卡环17、18，和设于第一齿轮4相对的第二侧面(图示向内的一面)上的活动靠压部15。其中，第一侧面为相对圆柱靶6靶头的一面，卡环17、18用于对靶头的外周进行固定。靠压部15用于对由靶头中伸出的设于中空的圆柱靶6内的磁芯的端部外周进行靠压，以约束使磁芯不会发生相对圆柱靶6的圆柱管的转动，即在测量时，需要使磁芯与圆柱靶6的圆柱管作相对固定。

进一步地，卡环17、18可采用两个半圆弧环17、18结构；两个半圆弧环17、18的一端可采用铰链19相活动连接，在通过卡环17、18与圆柱靶6安装时，将靶头套入两个半圆弧环17、18中，并通过设于两个半圆弧环17、18另一端上的锁紧螺母16将两个半圆弧环17、18另一端锁紧，以便将靶头卡紧。还可采用螺钉将靶头与卡环17、18作进一步固定。

进一步地，靠压部15可采用一个具有与磁芯轮廓相对应的轮廓的靠压块15结构，将靠压块15靠压在磁芯露出的端部上，并可采用螺钉将磁芯与靠压块15作固定。

请参阅图1并结合参阅图6。第二驱动模组可包括依次正交相连的z向平移机构10、x向平移机构11和y向升降机构5。其中，z向平移机构10向着圆柱靶6的轴向方向水平布置，用于带动x向平移机构11(包括y向升降机构5)作相对于圆柱靶6轴向的水平移动。x向平移机构11水平设置，并与z向平移机构10相垂直，用于在z向平移机构10上移动，并自身带动y向升降机构5作相对于z向平移机构10(圆柱靶6轴向)的正交方向的水平移动。y向升降机构5垂直设置在x向平移机构11上，用于带动检测单元作相对于z向平移机构10(圆柱靶6轴向)的正交方向的垂直移动。

在一优选实施例中，z向平移机构10可包括z向电缸10，x向平移机构11可包括x向电缸11，y向升降机构5可包括y向电缸5。其中，z向电缸10上设有z向滑块12，x向电缸11设于z向滑块12上；x向电缸11设有x向滑块，y向电缸5设于x向滑块上；检测单元设于y向电缸5的y向滑块21上。

请参阅图6。在一可选实施例中，检测单元可包括测距单元20；测距单元20可包括测距仪20，例如可以是激光测距仪20(图示为激光测距仪20的探头)。测距仪20用于检测圆柱靶6的直线度。

在另一可选实施例中，检测单元可同时包括测距单元20和磁场强度检测单元22。其中，测距单元20可包括测距仪20，例如可以是激光测距仪20；磁场强度检测单元22可包括特斯拉计22(图示为特斯拉计22的探头)，特斯拉计22用于检测圆柱靶6的磁场强度。

可选地，特斯拉计22与测距仪20可设置为处于同一水平基准线上。

进一步地，底座1上还设有限位9结构，限位9安装在靠近靶尾一端的底座1上，用于对圆柱靶6的靶尾端进行轴向的限制，防止测量时圆柱靶6发生轴向的串动。

本实用新型还提供了一种用于圆柱靶的测量方法，并可利用上述的用于圆柱靶的测量装置加以实现(但不限于此)。

本实用新型的一种用于圆柱靶的测量方法，可包括以下步骤：

步骤01：将圆柱靶6水平放置在作为支撑机构的转轮8上，并将圆柱靶6的靶头和磁芯与传动机构(第一齿轮4及卡环17、18、靠压块15)安装连接，同时，使圆柱靶6的靶尾抵触在限位9上，完成被测量的圆柱靶6在测量装置上的安装，如图1所示。

然后，根据测量要求，在圆柱靶6上沿圆柱靶6的轴向定义一个测量区间(即测量长度)。

步骤02：将测距单元20，例如激光测距仪20通过安装支架安装在y向电缸5的y向滑块21上(参考图6)。

此时，x向电缸11位于圆柱靶6的靶头一侧，并位于与测量区间的起点对应的位置上，即激光测距仪20也位于圆柱靶6的靶头一侧，并位于与测量区间的起点对应的位置上。

将激光测距仪20的此时位置定义为坐标原点，并建立一空间直角坐标系。

可将各向电缸(z向、x向、y向电缸10、11、5)与控制模块连接，控制模块例如可包括伺服驱动器和上位机，可通过上位机对伺服驱动器进行控制。可通过上位机的预设软件，建立空间直角坐标系，并据此对各向电缸10、11、5的位移进行控制，以便对激光测距仪20的移动及位置(包括零点)进行控制及校准。通过上位机的预设软件，还可对转动驱动机构3的伺服电机3进行转动角度控制，并可与对各向电缸的控制进行联动。

步骤03：在坐标原点位置，即与测量区间的起点对应的位置，使激光测距仪20沿空间直角坐标系的y轴向垂直移动，获取圆柱靶6侧面上相距激光测距仪20(探头)最近的第一点的坐标位置，以及第一点与激光测距仪20之间的距离(第一距离)。

在使激光测距仪20沿空间直角坐标系的y轴向垂直移动时，为消除y向电缸5的误差，可根据原点坐标(或校零位)，通过控制各向电缸的组合移动，对激光测距仪20沿空间直角坐标系的y轴向垂直移动时的误差进行修正，保证激光测距仪20是准确沿空间直角坐标系的y轴向进行垂直移动的。

步骤04：将激光测距仪20沿空间直角坐标系的z轴向平移至一预定坐标，即在测量区间中按设定的扫描步长进行扫描测量时的第二个测量点的位置。

在将激光测距仪20平移至第二个测量点位置时，同样可以对其移动坐标进行修正，并保证激光测距仪20是准确沿空间直角坐标系的z轴向进行平移的。

同样地，使激光测距仪20沿空间直角坐标系的y轴向垂直移动，获取圆柱靶6侧面上相距激光测距仪20最近的第二点的坐标位置，以及第二点与激光测距仪20之间的距离(第二距离)。

步骤05：依此类推，重复步骤04，直至获取圆柱靶6侧面上相距激光测距仪20最近的第N点的坐标位置，以及第N点与激光测距仪20之间的距离(第N距离)。其中，第N点的坐标位置与测量区间的终点对应，N为正整数，其值可根据扫描步长确定。

步骤06：根据第一点和第N点(最后一点)的坐标位置，可通过软件程序的计算，得到圆柱靶6在测量区间段上的斜率(第一斜率)。进而可根据第二点至第N-1点(最后第二点)的坐标位置中与第一斜率(其表征为一直线)之间的距离最大值，得到圆柱靶6此初始角度(例如设为零度)下的直线度(第一直线度)。

还可进一步对圆柱靶6表面进行磁场强度检测，方法可包括以下步骤：

步骤07：使激光测距仪20返回至与第一点对应的坐标位置，利用一磁场强度检测单元22，例如特斯拉计22，将特斯拉计22安装在激光测距仪20一侧(实际可将特斯拉计22与激光测距仪20同时进行安装)，并调整使特斯拉计22(探头)与圆柱靶6侧面保持一定距离(第一感应距离，测量时，特斯拉计探头22需要与圆柱靶6侧面保持一定距离，例如1毫米)。

步骤08：将特斯拉计22探头移动至与第一点对应的坐标位置(可通过计算并控制各向电缸组合运动实现)，并通过控制电机3使圆柱靶6旋转一周，通过特斯拉计探头22检测，获取圆柱靶6侧面上磁场强度峰值，并得到与检测到的圆柱靶6侧面上磁场强度峰值对应的圆柱靶6的峰值转动角(即对应该峰值的电机3的转动角)。

步骤09：根据该转动角，控制电机3转动，将圆柱靶6旋转至峰值转动角(此时与该峰值对应的圆柱靶6侧面上的峰值点正好面对特斯拉计探头22)。

接着，控制各向电缸，使特斯拉计探头22沿之前得到的第一斜率方向移动，对测量区间之间的圆柱靶6侧面上的第一点至第N点的磁场强度进行扫描测量，得到沿圆柱靶6轴向的对应各测量点的磁场强度分布(第一磁场强度分布)。其中测量时，根据第一距离至第N距离，通过控制各向电缸，调整使特斯拉计探头22与圆柱靶6侧面保持第一感应距离进行测量。

进一步地，在测量磁场强度时，还可包括：

步骤10：将激光测距仪20返回至坐标原点，将圆柱靶6由峰值转动角继续旋转一定角度；

步骤11：重复步骤03至步骤06，得到圆柱靶6的第二斜率和第二直线度。

步骤12：重复步骤08至步骤09，得到沿圆柱靶6轴向的第二磁场强度分布。

步骤13：重复步骤10至步骤12，直至圆柱靶6旋转一周，得到沿圆柱靶6轴向的第M磁场强度分布，M为正整数。根据第一磁场强度分布至第M磁场强度分布，得到圆柱靶6侧面上的立体磁场强度分布。

利用本实用新型的用于圆柱靶的测量装置和用于圆柱靶的测量方法，能够快速判断出圆柱靶的外观尺寸(直线度等)及磁场强度是否合格，并能对圆柱靶的磁场强度分布作出准确的立体反映，采集的数据稳定，采集数据多，数据准确，适于推广。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，包括：

支撑机构，其被配置为能够提供使圆柱靶保持水平的可转动支撑；

第一驱动模组，其被配置为能够驱动使所述圆柱靶在所述支撑机构上作轴向转动；

第二驱动模组，其被配置为能够携带检测单元作相对于所述圆柱靶的多轴运动，以对所述圆柱靶进行测量。

2.根据权利要求1所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述第一驱动模组包括依次连接的转动驱动机构、传动机构和夹持机构，所述传动机构套设于位于所述圆柱靶一端的靶头上，并通过所述夹持机构与所述圆柱靶相固定，所述转动驱动机构驱动所述传动机构转动，带动所述夹持机构及被其固定的所述圆柱靶在所述支撑机构上作轴向转动。

3.根据权利要求2所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述传动机构包括一第一齿轮和两个第二齿轮，所述第一齿轮套设于所述圆柱靶的靶头上，所述夹持机构设于所述第一齿轮的侧面上，两个所述第二齿轮对应设于所述第一齿轮的斜下方，所述第一齿轮和第二齿轮上共同套设有一与其相配合的齿形传送带，所述转动驱动机构与所述第二齿轮中的其中一个相连。

4.根据权利要求3所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述夹持机构包括设于所述第一齿轮的第一侧面上的活动卡环，和设于所述第一齿轮相对的第二侧面上的活动靠压部，其中，所述第一侧面为相对所述靶头的一面，所述卡环用于对所述靶头的外周进行固定，所述靠压部用于对由所述靶头中伸出的设于中空的所述圆柱靶内的磁芯的端部外周进行靠压以约束其的相对转动。

5.根据权利要求1或2所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述支撑机构包括两对转轮，两对所述转轮被配置为分别自所述圆柱靶的靶头端侧和靶尾端侧的下方对所述圆柱靶提供可转动的支撑。

6.根据权利要求1所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述第二驱动模组包括依次正交相连的z向平移机构、x向平移机构和y向升降机构；其中，所述z向平移机构被配置为能够带动所述x向平移机构作相对于所述圆柱靶轴向的水平移动，所述x向平移机构被配置为能够带动所述y向升降机构作相对于所述圆柱靶轴向的正交方向的水平移动，所述y向升降机构被配置为能够带动所述检测单元作相对于所述圆柱靶轴向的正交方向的垂直移动。

7.根据权利要求6所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述z向平移机构包括z向电缸，所述x向平移机构包括x向电缸，所述y向升降机构包括y向电缸，所述x向电缸设于所述z向电缸的滑块上，所述y向电缸设于所述x向电缸的滑块上，所述检测单元设于所述y向电缸的滑块上。

8.根据权利要求1、6或7所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述检测单元包括测距单元，所述测距单元包括测距仪，用于检测所述圆柱靶的直线度；或者，所述检测单元还包括磁场强度检测单元，所述磁场强度检测单元包括特斯拉计，用于检测所述圆柱靶的磁场强度，所述特斯拉计与所述测距仪处于同一水平基准线上。

9.根据权利要求2或3所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，所述转动驱动机构包括电机。

10.根据权利要求1所述的用于圆柱靶的测量装置，其特征在于，还包括：底座，用于在其上设置所述支撑机构、所述第一驱动模组和所述第二驱动模组；限位设于所述底座上，用于对所述圆柱靶的靶尾端进行轴向的限制。

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