專利名稱：大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空磁控濺射鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種大型復(fù) 雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)。
技術(shù)背景近些年來，由于國內(nèi)航空航天工業(yè)技術(shù)、天文技術(shù)的不斷發(fā)展， 在很多高端裝備和裝置上，需要安裝內(nèi)表面需要真空鍍膜的大型復(fù)雜曲面的零 部件，要求真空鍍膜機(jī)具有對(duì)復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行均勻鍍膜的能力，比如天文 望遠(yuǎn)鏡鏡片、隱身戰(zhàn)斗機(jī)中關(guān)鍵部件透明座艙整流罩，不但要能夠鍍多層膜，
而且要求膜層均勻性達(dá)到3 5%。部件鍍層的質(zhì)量水平直接關(guān)系所應(yīng)用設(shè)備的 性能和水平。這些零件或是復(fù)雜曲面或是球面，而且面積都比較大。對(duì)這種復(fù) 雜曲面內(nèi)表面進(jìn)行單靶鍍膜是無法滿足均勻性、電性能及光學(xué)性能的要求。要 滿足膜層均勻性要求，不進(jìn)行跟蹤鍍膜是無法達(dá)到要求；而通用鍍膜機(jī)沒有對(duì) 復(fù)雜曲面或球面基材進(jìn)行跟蹤鍍膜的能力，只能鍍制型體曲面在鍍膜過程中可 以忽略的小型制件、平面制件或桶型制件，需要進(jìn)行多次抽真空才能實(shí)現(xiàn)多層 鍍膜。査新表明，目前國內(nèi)沒有對(duì)大型復(fù)雜曲面或球面基材進(jìn)行真空鍍膜的設(shè) 備，國外相應(yīng)的技術(shù)及其裝備完全處于保密狀態(tài)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種能對(duì)復(fù)雜曲面或 球面進(jìn)行跟蹤鍍膜的大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)雜曲 面零部件內(nèi)表面均勻鍍膜，并達(dá)到相關(guān)的均勻性、電性能及光學(xué)性能的要求， 滿足國內(nèi)航空航天工業(yè)技術(shù)、天文技術(shù)高端裝備和裝置的需求。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下 一種大型復(fù)雜曲面 制件磁控濺射鍍膜機(jī)，包括真空室，制件，加熱系統(tǒng)，磁控靶，工件支架，計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)；其特征在于它還包括移動(dòng)平臺(tái)和鍍膜機(jī)器人；移動(dòng)平臺(tái)位于 真空室底部，鍍膜機(jī)器人與移動(dòng)平臺(tái)以滑移方式連接；加熱系統(tǒng)包括固定支架 和數(shù)十塊加熱模塊，固定支架的形狀與制件的形狀相適配，固定支架安裝于真 空室頂部，數(shù)十塊加熱模塊沿真空室縱向分成數(shù)個(gè)區(qū)域分別固定安裝于固定支 架；制件固定于工件支架并位于加熱模塊的下方，各加熱模塊與制件 面的距離相等；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與真空室、真空系統(tǒng)和鍍膜機(jī)器人連接；磁控靶為一 種至四種。
本實(shí)用新型的數(shù)十塊加熱模塊沿真空室縱向分成數(shù)個(gè)區(qū)域分別固定安裝于 固定支架，這樣，每一個(gè)加熱模塊是一個(gè)獨(dú)立的加熱單元。固定支架的形狀與 制件的形狀相適配，固定支架根據(jù)制件的形狀模擬制作，即根據(jù)被鍍制件的不 同形狀，固定支架需制作成與制件形狀相適配的平面、曲面、弧面等各種形狀; 從而，固定在支架上安裝的數(shù)十塊加熱模塊拼成了與制件相適配的平面、曲面、 弧面等各種形狀，等距罩在制件上方。因各加熱模塊與制件表面的距離相等， 從微觀角度看復(fù)雜曲面制件的加熱源是由數(shù)十個(gè)等距離的點(diǎn)熱源組成，故制件 受熱均勻。所以本實(shí)用新型能適用于各種形狀、規(guī)格制件的鍍制，不僅能鍍制 形狀簡(jiǎn)單的制件，而且能鍍制大型復(fù)雜曲面的制件，可以往的通用磁控鍍膜機(jī) 只能鍍制形狀簡(jiǎn)單的平面制件和桶形制件。
本實(shí)用新型其真空室內(nèi)的鍍膜機(jī)器人是七軸真空磁控濺射鍍膜機(jī)器人，它 是具有六個(gè)自由度加一個(gè)輔助自由度的機(jī)器人，機(jī)器人由北京自動(dòng)化研究所制 造，型號(hào)為JQR-7，這種機(jī)器人的空間定位精度可以達(dá)到±0.5111111，可以對(duì)制件 內(nèi)表面采取示教的方法，實(shí)現(xiàn)形體跟蹤，從而保證膜層的均勻性。在一個(gè)工作周 期鍍膜工作中，七軸真空磁控濺射鍍膜機(jī)器人一次或多次握持一只小型相同或 不同的磁控濺射靶，根據(jù)制件的形狀通過前后移動(dòng)、腰轉(zhuǎn)動(dòng)、手臂升降、手臂 旋轉(zhuǎn)、手臂偏轉(zhuǎn)、手爪角度調(diào)整、手爪夾緊等七個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù) 雜曲面制件內(nèi)表面從前端自動(dòng)進(jìn)行數(shù)控逐行掃描、多維跟蹤濺射鍍膜，直至運(yùn) 行到制件末端，完成整個(gè)制件一層或多層的整體鍍膜。
本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 一方面采集真空室的真空數(shù)據(jù)，控制真空 系統(tǒng)；另一方面控制鍍膜機(jī)器人。
本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，安裝有膜層控制儀，膜層控制儀連接的探 頭放置在被鍍制件的旁邊，鍍膜機(jī)器人在鍍制制件的同時(shí)對(duì)探頭也給予相同的 鍍制，從而實(shí)現(xiàn)分級(jí)在線測(cè)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍍層厚度，將信息及時(shí)反饋給鍍膜機(jī)器 人，及時(shí)調(diào)整鍍膜工藝參數(shù)，來控制膜層厚度，膜層均勻一致，沒有死角。而 現(xiàn)有的通用磁控鍍膜機(jī)沒有跟蹤系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)任意位置鍍膜，存在死角，膜層不均勻，不能控制制件膜層質(zhì)量。
本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，控制鍍膜機(jī)器人在真空狀態(tài)下自動(dòng)更換鍍 膜耙，對(duì)制件實(shí)現(xiàn)多層鍍膜，可以更換的工作源包括離子源、氧化銦錫耙、鈦
靶、金靶等，可以鍍制Ti02、 Ti、 Au、 Ag、 Cu、 ln203-Sn02、 Si02等膜層，在一個(gè) 工作周期內(nèi)可以變換四種不同的工作源。而現(xiàn)有的通用磁控鍍膜機(jī)在一個(gè)工作 周期內(nèi)對(duì)制件只能完成單層鍍膜。
本實(shí)用新型真空室的空間尺寸是3800 mmX 1800咖X卯Omm，是現(xiàn)階段國內(nèi) 最大的真空磁控濺射鍍膜機(jī)。
本實(shí)用新型已經(jīng)制作出樣品，并在生產(chǎn)上應(yīng)用；實(shí)踐證明，本實(shí)用新型鍍 層均勻，沒有死角， 一次抽空狀態(tài)下能進(jìn)行多次鍍膜；實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜曲面零 部件內(nèi)表面均勻鍍膜，并達(dá)到相關(guān)的均勻性、電性能及光學(xué)性能等技術(shù)要求， 滿足國內(nèi)航空航天工業(yè)技術(shù)、天文技術(shù)高端裝備和裝置的需求。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2是圖1的A—A剖視圖， 圖3是加熱模塊的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖4是圖3的俯視圖。
圖中l(wèi)一真空室，2—加熱系統(tǒng)，3—制件，4一鍍膜機(jī)器人，5—工件支架， 6—移動(dòng)平臺(tái)，7—磁控靶，8—計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，9一探頭，IO—固定支架，11 一支架，12—反射屏，13—加熱絲，14-散熱盤，15—蝶形螺母，16—加熱模 塊，17—連接螺桿，18—絕緣套。
具體實(shí)施方式如圖1與圖2所示 一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)， 包括真空室l，制件3，加熱系統(tǒng)2，磁控靶7，工件支架5，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)； 它還包括移動(dòng)平臺(tái)6和鍍膜機(jī)器人4;移動(dòng)平臺(tái)6位于真空室1底部，鍍膜機(jī)器 人4與移動(dòng)平臺(tái)6以滑移方式連接；加熱系統(tǒng)2包括固定支架10和數(shù)十塊加熱 模塊16,固定支架10的形狀與制件3的形狀相適配，本實(shí)施例所示是加鍍制曲 面制件的加熱系統(tǒng)2，固定支架10安裝于真空室1頂部，九十六塊加熱模塊16 沿真空室1縱向分成九個(gè)區(qū)域分別固定安裝于固定支架10，因?yàn)楸诲冎萍?的 形狀不規(guī)則，如制件3的寬度有大、小頭，每個(gè)區(qū)域所安裝的加熱模塊16數(shù)量不等；對(duì)于形狀規(guī)則的制件而言，每個(gè)區(qū)域所安裝的加熱模塊16數(shù)量相等；制 件3固定于工件支架5并位于加熱模塊16的下方，各加熱模塊16與制件3表 面的距離相等；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8與真空室1、真空系統(tǒng)和鍍膜機(jī)器人4連接； 磁控靶7為一種至四種，放置在移動(dòng)平臺(tái)6的一端，供鍍膜機(jī)器人4取用，在 一個(gè)工作周期內(nèi)可以變換四種不同的工作源，完成一至四層鍍膜。計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)8，安裝有膜層控制儀，膜層控制儀連接的探頭9放置在被鍍制件3的旁邊， 鍍膜機(jī)器人4在鍍制制件3的同時(shí)對(duì)探頭9也給予相同的鍍制，探頭9采集鍍 制信息，并將采集的鍍制信息實(shí)時(shí)傳至計(jì)算機(jī)控制中心，從而實(shí)現(xiàn)分級(jí)在線測(cè) 量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍍層厚度，
鍍膜機(jī)器人4由北京自動(dòng)化研究所制造，型號(hào)為JQR-7。 參見圖3與圖4:每一塊加熱模塊16由支架ll、反射屏12、加熱絲13和 散熱盤14組成；支架11下方依次安裝反射屏12、加熱絲13與散熱盤14;支 架11上裝有兩排連接螺桿17，連接螺桿17側(cè)面裝有絕緣套18，絕緣套18下 端設(shè)有凹槽，加熱絲13盤繞于凹槽，蝶形螺母15將散熱盤14固定于加熱絲13 下方。
本實(shí)用新型真空室的空間尺寸是3800 mmX1800 mmX900咖，完全能滿足大 型制件的鍍制需要。在3800咖X1800咖X卯0nrai的三維空間真空環(huán)境下，七軸 真空磁控濺射鍍膜機(jī)器人可以在任意位置鍍膜，七軸真空磁控濺射鍍膜機(jī)器人 握持小型的磁控濺射靶逐行掃描、多維跟蹤大型復(fù)雜曲面內(nèi)表面，進(jìn)行磁控濺 射真空鍍膜，鍍膜機(jī)器人在機(jī)器人控制系統(tǒng)操縱下自動(dòng)更換鍍膜靶，曲面形狀 可以復(fù)雜多樣， 一次抽真空可以實(shí)現(xiàn)多層鍍膜。對(duì)制件實(shí)現(xiàn)多層鍍膜。利用鍍 膜機(jī)器人實(shí)現(xiàn)形體跟蹤，實(shí)現(xiàn)分級(jí)在線測(cè)量適時(shí)監(jiān)測(cè)鍍層厚度，控制膜層厚度， 無死角。3800咖X1800咖X卯0nim的真空空間，能適應(yīng)大型制件的鍍制；固定 支架的形狀與制件的形狀相適配，為復(fù)雜曲面制件鍍制提 了可靠保證；等距 罩在制件上方的加熱模塊，使制件受熱均勻一致。
權(quán)利要求1、一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，包括真空室，制件，加熱系統(tǒng)，磁控靶，工件支架，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；其特征在于它還包括移動(dòng)平臺(tái)(6)和鍍膜機(jī)器人(4)；所述移動(dòng)平臺(tái)(6)位于所述真空室(1)底部，所述鍍膜機(jī)器人(4)與所述移動(dòng)平臺(tái)(6)以滑移方式連接；所述加熱系統(tǒng)(2)包括固定支架(10)和數(shù)十塊加熱模塊(16)，所述固定支架(10)的形狀與所述制件(3)的形狀相適配，所述固定支架(10)安裝于所述真空室(1)頂部，所述數(shù)十塊加熱模塊(16)沿所述真空室(1)縱向分成數(shù)個(gè)區(qū)域分別固定安裝于所述固定支架(10)；所述制件(3)固定于工件支架(5)并位于所述加熱模塊(16)的下方，各所述加熱模塊(16)與所述制件(3)表面的距離相等；所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(8)與所述真空室(1)、真空系統(tǒng)和所述鍍膜機(jī)器人(4)連接；所述磁控靶(7)為一種至四種。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，其特征在 于所述加熱模塊(16)為九十六塊，所述九十六塊加熱模塊(16)沿所述真 空室(1)縱向分成九個(gè)區(qū)域分別固定安裝于所述固定支架(10)。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，其特征在 于所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(8)安裝有膜層控制儀，所述膜層控制儀連接的探頭(9)放置在所述制件(3)的旁邊。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)， 其特征在于所述加熱模塊(16)由支架(11)、反射屏(12)、加熱絲(13) 和散熱盤(14)組成；所述支架(11)下方依次安裝所述反射屏(12)、所述加 熱絲(13)與所述散熱盤(14)。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，其特征在 于所述支架(11)上裝有兩排連接螺桿(17),所述連接螺桿(17)側(cè)面裝有 絕緣套(18)，所述絕緣套(18)下端設(shè)有凹槽，所述加熱絲(13)盤繞于所述 凹槽，蝶形螺母(15)將所述散熱盤(14)固定于所述加熱絲(13)下方。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，其特征在 于所述真空室(1)的空間尺寸是3800咖X1800咖X900咖。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大型復(fù)雜曲面制件磁控濺射鍍膜機(jī)，包括真空室，制件，加熱系統(tǒng)，磁控靶，工件支架，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，移動(dòng)平臺(tái)和鍍膜機(jī)器人；移動(dòng)平臺(tái)位于真空室底部，鍍膜機(jī)器人與移動(dòng)平臺(tái)以滑移方式連接；加熱系統(tǒng)包括固定支架和數(shù)十塊加熱模塊，固定支架的形狀與制件的形狀相適配，固定支架安裝于真空室頂部，數(shù)十塊加熱模塊沿真空室縱向分成數(shù)個(gè)區(qū)域分別固定安裝于固定支架；制件固定于工件支架并位于加熱模塊的下方，各加熱模塊與制件表面的距離相等。它鍍層均勻，沒有死角，一次抽空狀態(tài)下能進(jìn)行多次鍍膜；實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜曲面零部件內(nèi)表面均勻鍍膜，并達(dá)到相關(guān)的均勻性等技術(shù)要求，滿足國內(nèi)航空航天工業(yè)、天文技術(shù)高端裝備的需求。
文檔編號(hào)C23C14/56GK201372310SQ200920008058
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者武志紅, 袁文軍 申請(qǐng)人:蘭州真空設(shè)備有限責(zé)任公司