智能真空在线镀膜测厚仪

    真空镀膜技术在工业生产中获得了广泛的应用,为了保证真空镀膜产品的质量,必须实时在线测取镀膜的厚度以及镀膜速率。真空镀膜在线测厚仪的研制,对于真空蒸发、高频溅射、直流溅射、离子镀膜等的在线镀膜厚度实现实时的检测,并提供各种镀膜所需的测量精度。对各种不同的镀膜材料具有广泛的适应性。系统采用精确的测量方法和高集成度的AVR单片机作为核心处理部件,使整体性能和测量精度达到了很高的水平。

    1　基本要求

    为了使用户可以直接在显示器上看到在线镀膜机在喷镀过程中给设备所镀膜的厚度和喷镀速率,系统应满足以下基本要求:

    (1)有三位LED显示镀膜速率及五位LED显示镀膜厚度。

    (2)可由键盘输入镀膜材料的声阻抗、密度。

    (3)在镀膜时所镀厚度与预定值相符时应停止在线镀膜机的工作。

    (4)若镀膜时出现厚度大于预定值的情况应及时报错显示。

    (5)应有工控机系统,能实现数据接收、处理、存储、显示、报警及打印功能。

    2　测厚仪硬件设计

    2.1　基本组成

    根据以上要求,设计系统硬件组成及原理框图如图1所示:

    该测厚仪主要包括三个模块:可产生自激振荡信号的测厚传感器部分、工控机系统和单片机系统。工控机系统选用研华工控机,实现镀膜实时监测。测厚传感器部分由自激振荡电路和施密特触发器74HC14组成。测厚时将6 MHz基准晶体振荡器作为前端传感器,输出正弦信号,利用施密特触发器的波形变换、脉冲整形及限幅功能将正弦信号转换成方波信号,即可进入单片机系统。单片机系统主要包括AVR单片机AT90S8515、RS-232C电平转换器MAX232、2KB的E2PROMDCM0064C,分别组成信号处理单元、计数测频单元、键盘显示单元及串行通信单元。

    2.2　AVR单片机特点

    AVR系列单片机是一种在单一时钟周期内指令功能强大,即每1 MHz可实现1MIPS的处理能力的高性价比的8位嵌入式控制器,具有:高密度、速度快、功耗低、体积小、I/O口线多、非易失存储器技术、可下载的Flash存储器、指令简单易学等特点。该系列单片机中多数型号都有可编程看门狗定时器WDT、串行通信接口UART,通过选用AT90S8515单片机PD口的PD0接收端、PD1发送端连接电平转换器MAX232,编写相应的通信程序可实现与上位机串行通信。AVR是目前应用最广泛的一种高性能单片机。

    2.3　信号处理单元

    信号处理单元是测厚仪的输入部分,主要通过施密特触发器74HC14将前端传感器送来的5～6MHz的正弦信号变为与之同频率的脉冲信号,作为单片机的输入信号。具体实现见图2。