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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen eines wenigstens einen Beschichtungsvorgang aufweisenden Beschichtungsprozesses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überwachen eines wenigstens einen Beschichtungsvorgang aufweisenden Beschichtungsprozesses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren zum Überwachen eines wenigstens einen Beschichtungsvorgang aufweisenden Beschichtungsprozesses sind aus
DE 10 2017 118 609 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung und dem vorbekannten Verfahren ist eine Trägerplatte vorhanden, die eine durch eine kreisförmige Ausnehmung gebildete Zentralfreimachung und eine Anzahl von um die Zentralfreimachung angeordneten Aufnahmeräume aufweist. Die Vorrichtung verfügt weiterhin über eine Drehscheibe, die drehbar in der Zentralfreimachung der Trägerplatte gelagert ist und die wenigstens eine Analyseausnehmung aufweist. Weiterhin ist die vorbekannte Vorrichtung mit einem Antrieb ausgestattet, mit dem die Drehscheibe in wenigstens einer Drehrichtung zu einer Drehung antreibbar ist, und verfügt über eine Triggereinheit zum Ansteuern des Antriebs. Dadurch lässt beziehungsweise lassen sich durch aufeinanderfolgendes Drehen der Drehscheibe insbesondere nach Durchführen des gesamten Beschichtungsprozesses die bei jeweils einem Beschichtungsvorgang aufgetragene Schicht beziehungsweise aufgetragenen Schichten beispielsweise zu Zwecken der Prozesssteuerung oder Qualitätssicherung untersuchen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen sich ein wenigstens einen Beschichtungsvorgang aufweisender Beschichtungsprozess in situ sehr genau überwachen lässt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Überwachen eines wenigstens einen Beschichtungsvorgang aufweisenden Beschichtungsprozesses mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Dadurch, dass bei der Vorrichtung und bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Triggereinheit über eine eine Sensoreinheit aufweisende Steuerelektronik ansteuerbar ist und die Sensoreinheit für einen Beschichtungsprozess charakteristische und auch miteinander verknüpfbare Messsignale liefert, lässt sich die Drehscheibe mit der Analyseausnehmung sehr genau beispielsweise zu Beginn oder am Ende eines Beschichtungsvorgangs versetzen. Dadurch lässt beziehungsweise lassen sich die während eines Beschichtungsvorgangs abgeschiedene Schicht beziehungsweise abgeschiedenen Schichten im Rahmen einer Auswertung insbesondere zu Zwecken der Prozesssteuerung und Qualitätsüberwachung sehr genau untersuchen, da sichergestellt ist, dass das Abscheiden der Schicht oder der Schichten in dem unter der Analyseausnehmung liegenden Bereich eines Substrats sehr genau mit dem jeweiligen Beschichtungsvorgang synchronisiert ist beziehungsweise sind.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.
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Es zeigen:
- 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Eckbereich einer Flachglasplatte als Substrat aufgelegt ist, mit Blick auf eine auf eine Trägerplatte aufgelegte Deckplatte,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit abgenommener Deckplatte mit Blick auf eine mit einer Zahnstruktur ausgebildeten Drehscheibe sowie auf in Aufnahmeräumen angeordneten weiteren Komponenten,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht die Trägerplatte des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 mit einem eine Zentralfreimachung umgebenden Drehscheibenlagerring,
- 4 in einem Blockschaubild wesentliche elektrische und elektromechanische Elemente des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 und
- 5 in einem beispielhaften Schaubild den zeitlichen Verlauf von durch einfallende elektromagnetische Strahlung im sichtbaren oder ultravioletten Strahlbereich gebildeten Messsignalen beim beispielhaften Durchführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Eckbereich 103 einer Flachglasplatte 106 als Substrat für einen vorzugsweise mehrere Beschichtungsvorgänge aufweisenden Beschichtungsprozess. In dem Eckbereich 103 der Flachglasplatte 106 ist als Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Messgerät 109 aufgelegt und zweckmäßigerweise mittels eines sehr dünnen, gegenüber einem Beschichtungsprozess, dem die Flachglasplatte 106 unterzogen wird, widerstandsfähigen Klebeband lösbar fest mit der Flachglasplatte 106 verbunden. Dadurch verbleibt das Messgerät 109 während des Beschichtungsprozesses auf der Flachglasplatte 106 an Ort und Stelle.
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Das Messgerät 109 weist eine quaderartige Gestalt mit einer rechteckförmigen Grundfläche und einer gegenüber den Seitenkanten der Grundfläche sehr niedrigen Höhe von einigen Millimetern bis typischerweise höchstens etwa 10 Millimeter auf, um die maximale Durchlaufhöhe von bei dem Beschichtungsprozess eingesetzten Abscheideeinrichtungen für auf die Flachglasplatte 106 aufzubringenden Schichten einzuhalten oder zu unterschreiten.
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Das Messgerät 109 verfügt als wesentliche, in 1 sichtbare mechanische Komponenten über eine Trägerplatte 112 mit einer aus Gründen der Gewichtsersparnis relativ großflächigen, kreisförmigen Zentralfreimachung 115 als Ausnehmung, in der eine runde, aus Gründen der Gewichtsersparnis relativ kleinflächig kreisringartig ausgebildete Drehscheibe 118 angeordnet ist, die gegenüber der Trägerplatte 112 drehbar ist. Die Drehscheibe 118 ist mit einer Analyseausnehmung 121 ausgebildet, die in Abhängigkeit der Drehstellung der Drehscheibe 118 einen definierten Analysebeschichtungsbereich der Flachglasplatte 106 freiliegen lässt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Analyseausnehmung 121 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung in etwa gleich.
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Weiterhin ist das Messgerät 109 mit einer Deckplatte 124 ausgestattet, die die Trägerplatte 112 bis auf die Zentralfreimachung 115 auf der der Flachglasplatte 106 abgewandten Oberseite abdeckt. Die Deckplatte 124 ist über eine Anzahl von Schraubverbindungen 127 lösbar mit der Trägerplatte 112 verbunden.
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In der Deckplatte 124 sind weiterhin Sensorausnehmungen 130, 133 ausgebildet, deren Zweck weiter unten näher erläutert ist.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das anhand 1 erläuterte Messgerät 109 mit abgenommener und in 2 demnach nicht dargestellter Deckplatte 124 mit Blick auf die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Messgeräts 109 einem Substrat, beispielsweise in Gestalt einer Flachglasplatte 106, abgewandten Oberseite. Die Trägerplatte 112 verfügt über eine Anzahl von bodenseitig geschlossenen Aufnahmeräumen 203, 206, 209, 212, die in Eckbereichen der Trägerplatte 112 um die Zentralfreimachung 115 herum ausgebildet sind. Zwischen den Aufnahmeräumen 203, 206, 209, 212 erstrecken sich Kabelkanäle 215, 218, 221. In zwei an einer Langseite ausgebildeten Aufnahmeräumen 203, 206 ist als wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie jeweils ein Akku 224, 227 angeordnet, die über in Kabelkanälen 215, 218 liegende elektrische Leitungen 230, 233 mit einer ebenfalls in einem Aufnahmeraum 209 angeordneten Steuerelektronik 236 verbunden sind und unter anderem diese mit elektrischer Energie versorgen.
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In einem weiteren Aufnahmeraum 212 wiederum ist als Antrieb für ein Drehen der Drehscheibe 118 um jeweils einen Drehschritt über einen bestimmten Winkelbereich, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zweckmäßigerweise etwas größer als die Erstreckung der Analyseausnehmung 121 in Umfangsrichtung ist, ein elektromechanischer Kipphebelmechanismus 242 angeordnet, der über eine in einem Kabelkanal 221 liegende elektrische Leitung 239 mit der Steuerelektronik 236 und über diese mit den Akkus 224, 227 ansteuerbar beziehungsweise mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.
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Die Steuerelektronik 236 ist mit einer Sensoreinheit ausgestattet, die über einen Strahlungssensor 245 für elektromagnetische Strahlung verfügt, der im Bereich einer in der Deckplatte 124 ausgebildeten Sensorausnehmung 130 auf der Steuerelektronik 236 positioniert sind. Mit dem Strahlungssensor 245 ist insbesondere bei Beschichtungsvorgängen eines Beschichtungsprozesses auf ein Substrat wie eine Flachglasplatte 106 applizierte elektromagnetische Strahlung vom ultravioletten bis nahen infraroten Spektralbereich in Gestalt von Messsignalen erfassbar. Weiterhin verfügt die Sensoreinheit der Steuerelektronik 236 über einen im Bereich der anderen Sensorausnehmung 133 angeordneten und für langwelligere Strahlung im nahen bis fernen infraroten Spektralbereich empfindlichen Temperatursensor 248 zum Erfassen der Temperatur der Umgebung des Messgeräts 109 als weiteres Messsignal und über einen Beschleunigungssensor 251 zum Erfassen der Beschleunigungen, die auf das Messgerät 109 einwirken, als weiteres Messsignal im zeitlichen Verlauf.
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Die einen Prozessor 254 aufweisende Steuerelektronik 236 ist weiterhin mit einem Wechseldatenspeicher 257, mit einem Festspeicher 260 und mit einem Programmspeicher 263 bestückt, wobei während eines Beschichtungsprozesses in dem Wechseldatenspeicher 257 und in dem Festspeicher 260 die Messsignale in deren zeitlichen Verlauf abspeicherbar sind, während in dem Programmspeicher 263 im Zugriff ein den Prozessor 254 steuerndes Programm abgelegt ist.
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Zum Zugriff auf den Festspeicher 260 und den Programmspeicher 263 sind drahtgebundene Schnittstellen 266 zum Datenaustausch sowie zum Aufladen der Akkus 224, 227 und eine drahtlose Schnittstelle 269 zum Datenaustausch in der Steuerelektronik 236 integriert.
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Der über einen Leitungsverteiler 272 mit der an die Steuerelektronik 236 angeschlossenen elektrischen Leitung 239 verbundene elektromechanische Kipphebelmechanismus 242 ist mit einem elektromagnetisch arbeitenden Antrieb 275 ausgestattet, mit dem über einen sich in Richtung der Drehscheibe 118 erstreckenden und zwischen zwei Anschlagnasen 278, 281 angeordneten Zwischenhebel 284 ein Schwenkhebel 287 anlenkbar ist, der in der Darstellung gemäß 2 über einen Rastzahn 290 mit einer umfänglich an der Drehscheibe 118 ausgebildeten Zahnstruktur 293 in Eingriff ist. Der Schwenkhebel 287 ist mit einer Rückzugsfeder 296 als Rückzug bei nicht angesteuertem Kipphebelmechanismus 242 im Eingriff mit der Zahnstruktur 293 gehalten.
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3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Trägerplatte 112 ohne die in der gemäß der Beschreibung zu 2 in der Trägerplatte 112 verbauten Komponenten bei dem anhand 1 und 2 erläuterten Messgerät 109 als Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Aus 3 ist ersichtlich, dass die Anschlagsnasen 278, 281 einander gegenüberliegen und dass zwischen ihnen ein Freiraum zur Aufnahme des in 3 nicht dargestellten Zwischenhebels 284 belassen ist. Zwischen den Anschlagsnasen 278, 281 ist ein Gelenkstift 303 vorhanden, an dem der Zwischenhebel 284 drehbar gelagert ist. Bei Betätigen des Zwischenhebels 284 mittels des Antriebs 275 wirken die Anschlagsnasen 278, 281 so auf den Zwischenhebel 284 ein, dass mittels des Rastzahns 290 über die Zahnstruktur 293 ein Drehen der Drehscheibe 118 und damit der Analyseausnehmung 121 in einer Richtung bewirkt ist.
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Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 3 entnehmen, dass ein Drehscheibenlagerring 306 als Drehscheibenlager aus einem reibungsarmen, chemisch und thermisch widerstandsfähigen Kunststoffmaterial die Zentralfreimachung 115 der Trägerplatte 112 umgibt, so dass die Drehscheibe 118 reibungsarm gelagert ist.
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4 zeigt in einem Blockschaubild wesentliche elektrische, elektronische und elektromechanische Komponenten des Messgeräts 109 als Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die teilweise in der Steuerelektronik 236 integriert und teilweise bereits insbesondere in Zusammenhang mit 2 erläutert worden sind. Aus 4 ist ersichtlich, dass an den Prozessor 254 der Strahlungssensor 245, der Temperatursensor 248, der Beschleunigungssensor 251 sowie der Wechseldatenspeicher 257 und der Festspeicher 260 angeschlossen sind. Weiterhin sind an den Prozessor 254 die drahtgebundenen Schnittstellen 266, die Drahtlosschnittstelle 269 sowie die Akkus 224, 227 mit einer Ladeschaltung 403 angeschlossen, die auch die Schnittstellen 266, 269 mit elektrischer Energie versorgen. An den Prozessor 254 ist weiterhin eine Treiberstufe 406 einer Triggereinheit angeschlossen, die ebenfalls über die Akkus 224, 227 mit elektrischer Energie versorgt sind, und mit der der elektromechanische Antrieb 275 des Kipphebelmechanismus 242 als Aktor ansteuerbar ist.
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Weiterhin ist in 4 eine externe Datenverarbeitungseinheit 409 dargestellt, die über die Schnittstellen 266, 269 mit dem Prozessor 254 verbindbar ist, um Steuersoftware für den Prozessor 254 einzuspeisen, den Wechseldatenspeicher 257 sowie den Festspeicher 260 auszulesen und das Messgerät 109 zu parametrieren.
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Der Prozessor 254 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der von dem Strahlungssensor 245, dem Temperatursensor 248 und/oder dem Beschleunigungssensor 251 gelieferten, für den oder jeden Beschichtungsvorgang eines Beschichtungsprozesses charakteristischen Messsignale zum einen diese dem Wechseldatenspeicher 257 und/oder dem Festspeicher 260 einzuschreiben sowie dahingehend zu verarbeiten, dass die Drehscheibe 118 über Ansteuern des elektromechanischen Antriebs 275 über die Treiberstufe 406 vor oder nach einem Beschichtungsvorgang zu einer Drehung um einen Drehschritt angetrieben wird.
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5 zeigt in einem Schaubild den Verlauf eines gegen die Zeit t abgetragenen Messsignals 503 bei Durchlauf durch zwei typische Beschichtungsvorgänge eines Beschichtungsprozesses. Bei dem Messsignal 503 gemäß 5 handelt es sich um das Ausgangssignal des Strahlungssensors 245, der hier relativ hochenergetische sichtbare oder ultraviolette Strahlung in ihrer jeweiligen Intensität erfasst.
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Aus 5 ist ersichtlich, dass bei einem Beschichtungsvorgang, bei dem eine im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich emittierende Strahlungsquelle Verwendung findet, das Messsignal 503 zwischen einer zu Beginn einer ansteigenden Flanke liegenden Zeit t1 und einer am Ende einer absteigenden Flanke liegenden Zeit t2 ein einziges Maximum vorhanden ist, während zwischen einer Zeit t3, die zu Beginn einer ansteigenden Flanke liegt, und einer Zeit t4, die am Ende einer absteigenden Flanke liegt, das Messsignal 503 während des zugehörigen Beschichtungsvorgangs zwei Maxima aufweist. Dadurch ist ersichtlich, dass mit dem Messsignal 503 des Strahlungssensors 245 zum einen der Intensitätsverlauf von für den jeweiligen Beschichtungsvorgang charakteristischer Strahlung erfassbar ist, aber auch die Beschichtungsvorgänge mit ihren jeweiligen typischen Intensitätsverläufen an erfasster Strahlung voneinander unterscheidbar und damit bestimmten Positionen eines Substrats beim Durchlaufen eines Beschichtungsprozesses zuweisbar sind.
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Der Darstellung gemäß 5 lässt sich weiterhin entnehmen, dass die Zeitpunkte t1, t2, t3, t4 grundsätzlich für das Ansteuern des elektromechanischen Antriebs 275 verwendbar sind, da diese für jeweils einen Beschichtungsvorgang charakteristisch sind.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Aktivieren der Treiberstufe 406 zu den Zeiten t1, t3 zu Beginn einer ansteigenden Flanke bei einem höheren Signalniveau 12 des Messsignals 503, während bei einem tieferen Signalniveau 11 zu den Zeiten t2, t4 am Ende einer absteigenden Flanke die Drehscheibe 118 in ihre nächste Position gedreht wird. Dadurch ist eine Schalthysterese erreicht und sichergestellt, dass die Analyseausnehmung 121 zu Beginn eines neuen Beschichtungsvorgangs an ihrer neuen Position ist. Für den Fall, dass beispielsweise aufgrund eines Defekts der Sensoreinheit kein für das Weiterschalten verwertbares Messsignal 503 vorhanden sein sollte, ist vorgesehen, dass im Rahmen einer Notfallprozedur das Weiterschalten nach einem vorgegebenen, an den zu erwartenden zeitlichen Verlauf des Beschichtungsprozesses angepassten festen Zeitplan erfolgt.
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Zweckmäßigerweise werden die durch die vorteilhafterweise von mehreren Sensoren unterschiedlichen Typs, wie bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel dem Strahlungssensor 245, dem Temperatursensor 248 und dem Beschleunigungssensor 251, bereitgestellten Messsignale derart miteinander verknüpft, dass sich in der Summe der Messsignale die Gesamtheit der während eines Beschichtungsprozesses auftretenden Ereignisse wiederspiegelt.
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So lassen sich beispielsweise die Messsignale des Beschleunigungssensors 251 dahingehend auswerten, dass typische beschleunigte Bewegungen des Substrats beispielsweise zu Beginn und am Ende eines Beschichtungsprozesses ausgewertet werden, um die Vorrichtung gemäß der Erfindung anzuschalten und abzuschalten, während die von dem Strahlungssensor 245 und/oder dem Temperatursensor 248 gelieferten Messsignale das schrittweise Drehen der Drehscheibe 118 auslösen.
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Eine weitere Funktion des Beschleunigungssensors 251 besteht zweckmäßigerweise darin, über diesen den Gleichlauf der das Substrat bewegenden Fördereinrichtung zu überwachen und bei Abweichungen beispielsweise durch verschlissene Rollen als Transportelemente einen Warnhinweis zu veranlassen.
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Bei einer nicht dargestellten Abwandlung des anhand 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiels ist die Drehscheibe 118 mit einer sich über einen mehrere Drehschritte der Drehscheibe 118 umfassenden größeren Winkelbereich in Umfangsrichtung erstreckenden Analyseausnehmung 121 ausgebildet. Dadurch lassen sich im Bereich der kreisbogenartig ausgebildeten Analyseausnehmung 121 über mehrere Beschichtungsvorgänge Stapel von Schichten jeweils unterschiedlicher Abfolge analysieren.
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Bei einer weiteren Abwandlung ist vorgesehen, unter Unterdrücken wenigstens eines Drehschrittes der Drehscheibe 118 die Analyseausnehmung 121 bei wenigstens zwei Beschichtungsvorgängen unbewegt zu lassen. Dadurch lässt sich ein Stapel von zwei oder mehr Schichten aufbauen und in diesem Sinne herausfiltern.
