CC BY
25
■а о
У даншробютг представлено автома-тизовану систему для вакуумно-дугово-го нанесення покриттгв на др1бш детали, побудовану на сучаснш елементнш баз1 за модульним принципом. Вивчеш режимт параметри технологичного процесу напилення I гх вплив на як1сть покриття. Система мае тдвищену завадозахищен1сть I забезпечуе нанесення покриттгв ¡з визначеними показника-ми якост1
Ключовг слова: вакуумно-дугове напилення, покриття, стандарт ОРС, SCADA
□-□
В работе представлена автоматизированная система для вакуумно-дугового нанесения покрытий на мелкие детали, построенная на современной элементной базе по модульному принципу. Изучены режимные параметры технологического процесса напыления и их влияние на качество покрытия. Система обладает повышенной помехозащищенностью и обеспечивает нанесение покрытий с заданными показателями качества
Ключевые слова: вакуумно-дуговое напыление, покрытие, ОРС стандарт, SCADA
■о о
УДК 620.178
БАГАТОКАНАЛЬНА СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦП РОБОТИ УСТАНОВКИ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО НАПИЛЕННЯ
I. В. Смирнов
Доктор техшчних наук, доцент Кафедра шженери поверхш Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «Кшвський пол^ехшчний шститут» вул. Дашавська, 6/2, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: (044) 454-92-56 E-mail: smirnovkpi@gmail.com М. А. Долгов Кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб^ник Лабораторiя поверхневого змщнення елеменлв конструкцт 1нститут проблем мщносп iM. Г.С.Писаренка НАН УкраТни вул. Тимiрязeвська, 2, м. КиТв, УкраТна, 01014 Контактный тел.: (044) 286-69-57 E-mail: coating@ipp.kiev.ua О. В. 1ванченко Кандидат техшчних наук, доцент * Контактний тел.: (066) 806-35-45 E-mail: kmcc@knutd.com.ua М. Л. Огродн^ча* Контактний тел.: (063) 030-50-01 E-mail: prinston@pochta.ru *Кафедра мерологи, стандартизацп i сертиф^ацп КиТвський нацiональний унiверситет технолопй та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. КиТв, УкраТна, 01011
1. Вступ
Покриття, що напилюються у вакуум^ дозво-ляють вирiшити ряд проблем в шженерп поверхнi, пов'язаних з захистом деталей машин, елеменив кон-струкцiй та окремих вузлiв вiд зношування, впливу високих температур i агресивних корозшно-еро-зiйних середовищ. Як свiдчить досвiд проведення таких роби, особлива увага придiляeться вакуумно-дуговому методу [1-3]. Даний метод, дозволяе в широкому дiапазонi керувати параметрами процесу та властивостями конденсапв за рахунок наявностi ви-сокоiонiзованоT складовоТ в продуктах ерозп катоду. Використовуючи катоди з рiзних металiв, i змiнюючи склад середовища в робочому просторi та режими роботи вакуумноТ установки можна створювати ба-гатошаровi, градiентнi та наноструктурш покриття.
Тому завдання автоматизацп роботи установок для нанесення вакуум-дугових покритпв слщ вва-жати актуальною науково-техшчною задачею. Мета роботи полягае в розробщ багатоканальноТ системи автоматизацп роботи установки для нанесення ваку-умно-дугових покритив.
Система побудована на сучаснш елементнш базi i дозволяе проводити довготривалi безперервнi вимiрювання, струму дуги, залишкового тиску у вакуумнiй камера температури деталей, напруги змiщення, проводити моделювання процесу напилення i визначати оптимальнi значення п1дконтрольних параметрiв, а також накопичувати i збер^ати резуль-тати вимiрювань.
Розвиток систем автоматичного збору i обробки шформацп дозволяе повнiстю автоматизувати про-цес вимiрювання i управлiння технологiчним про-цесом нанесення покриття. Модульний принцип
побудови системи гарантуе гнучюсть експерименту i досягнення необхщно1 точностi вимiрювань. При-клади реалiзащl такого пiдходу до побудови систем описаш в роботах [4, 5].
Типовi системи автоматичного збору и обробки шформацп включають в себе:
- технiчнi засоби: штелектуальш прилади (датчики i виконавчi механiзми), контролери, комп'ютернi робочi станцп та iнформацiйнi мережi;
- прикладш програмнi засоби: SCADA - про-грами (програми збору i вiзуалiзащl технолопчно1 шформацп') i засоби програмування контролерiв.
Iнтеграцiя и взаемозв'язок систем подiбного класу, якi складаються iз рiзнорiдних компонентiв, реалiзуються шляхом використання ряду способiв [6].
2. Опис установки
В процес експлуатацп установки вакуумно-ду-гового напилення вивчеш режимнi параметри i !х вплив на яюсть покриття. Встановлено, що най-важливiшими параметрами е струм вакуумно-ду-гового розряду, остаточний тиск реакцшного газу, потенцiал змiщення на деталях. Крiм того, на еташ iонного очищення i в процес напилення необхiдним е контроль температури поверхш деталей, в залеж-ност вiд чого здiйснюеться корекцiя режимних па-раметрiв. Для контролю власне процесу нанесення покриття вимiрюють тривалшть вiдкачування ва-куумно1 системи, час затрачений на очищення, напилення та охолодження виробiв, що обробляють-ся. Таким чином, для отримання заданих значень властивостей покриття (товщина, мiкротвердiсть, мщшсть зчеплення та iн.) на основi моделей управ-лiння визначають оптимальш значення режимiв напилення.
Ситуацiя ускладнюеться коли в якост об'ектiв металiзацil е дрiбнi деталi, наприклад метизи, кр^ плення, дрiбний рiзальний iнструмент, порошковi матерiали та iн. [7]. В цьому випадку висуваються бiльш жорстга вимоги до пiдтримки та контролю ре-жимiв напилення. Для нанесення покритав на дрiбнi деталi, що мають вид сипучо1 маси призначена установка АНГА-1, яка оснащена спещальних пристроем барабанного типу для перемшування деталей в про-цес напилення. За умови отримання яюсного покриття, оброблювана поверхня повинна бути рiвною або випуклою без рiзких переходiв та мiкротрiщин, i мати не менше 7 класу чистоти.
Для швидкiсного вiдкачування i перезавантажен-ня вакуумнiй камери, в установки використовуеться трьохстушнчаста система вiдкачування, яка склада-еться з форвакуумного агрегату АВР-50 i паромасля-ного насосу НВДМ-400. В агрегатi АВР-50 застосо-вуеться два типи насосiв — пластинчасто-роторний i двороторний насос з лемШскатними профiлями (насос Рутса).
Загальний вид установки та функщональна блок схема наведет на рис. 1 i рис. 2 ввдповщно.
Функщональна схема вакуумно1 системи установки АНГА-1 наведена на рис. 3.
Рис. 1. Загальний вид установки АНГА-1 для вакуумно-дугового напилення покритлв
Рис. 2. Блок-схема установки.1 — вакуумна камера; 2 — дрiбнi детал^ що покриваються; 3 — завантажувальний
барабан; 4 — катод; 5 — стабЫзуюча котушка; 6 — фокусуюча котушка; 7 — блок живлення стабшзуючоТ i фокусуючоТ котушок; 8 — блок живлення випаровувача ВДУЧ-315; 9 — високовольтне джерело живлення; 10 — двигун обертання завантажувального барабану
Рис. 3. Функцюнальна схема вакуумноТ системи установки
АНГА-^ - дифузшний насос (НВДМ-400); NL — механiчний насос (агрегат АВР-50); VC — вакуумна камера; VE1, VE2, VE3 — електромагштш клапани ДУ-25; VM — вакуумний затвор; РТ1, РТ2, РТ3 — перетворювачi манометричнi ПМТ-6-3; РМ — перетворювач манометрич-ний ПММ-32-1
8
9
щ
Очищення в / Пiдпрограма тл^чому регулювання
розрядi \ параметрiв ,
4. Вимiрювальнi прилади
Вимiрювання тиску в вакуум-нiй системi установки АНГА-1 проводиться за допомогою трьох ваку-умметрiв 13ВТЗ-003 i магнiтного електророзрядного блокувального вакуумметру ВМБ-14. Вакуумметр 13ВТЗ-003, який призначено для ро-боти в дiапазонi тискiв 10-1...105 Па, працюе з перетворювачем тисюв ПМТ-6-3. Вiдлiк тискiв ведеться по шкалi мiкроамперметру i градую-вальних графИв. Вакуумметр мае релейний блок, який забезпечуе авто-матичну сигналiзацiю про досягнен-ня двох заданих рiвнiв тиску по двом незалежним каналам.
Вакуумметр ВМБ-14 призначений для вимiрювання тиску в дiапазонi 10-7...1 Па в автоматизованих ваку-умних системах. Цей прилад працюе в комплект з магштним електророз-рядним перетворювачем тиску ПММ-32-1. Вiдлiк тиску вщображаеться на свiтлоцифровому iндикаторi i рее-струеться унiверсальним рееструю-чим блоком АЦП. У вакуумметрi пе-редбачет вих1д аналогового сигналу 0.10 В, який пропорцшний тиску, що вимiрюеться у вiдповiдностi з граду-ювальною характеристикою, свiтлова сигналiзацiя про несправносп пере-творювача, а також сигналiзацiя по двом незалежним каналам про досяг-нення заданого рiвня тиску. Температура поверхт деталi контролюеться трометром ППТ iз вторинним ви-мiрювальним перетворювачем, який мае на виходi сигнал постiйного струму 4.20 мА.
Структурна схема технолопчного процесу оброб-ки деталi приведена на рис. 4. Вимiрювальна частина системи побудована по модульному принципу, що гарантуе ряд переваг при експлуатацГТ i технiчному обслуговуваннГ Структурна схема вимiрювальноT час-тини системи приведена на рис. 5.
МодулГ аналогового вводу мають розширений ди-намiчний дiапазон г роздГльну здатнiсть, яка в1дпов1дае 16 бГтам. ПГдключення модулГв органГзовано за допо-могою унГверсальноТ витоТ пари провщниюв, електро-живлення — вГд джерела напруги постшного струму 10.30 В.
ВибГр використовуваних модулГв Г Тх розташуван-ня визначаються користувачем Г можуть бути змшеш шляхом додавання чи видалення модулГв. Використан-ня цифрового промислового штерфейсу RS-485 для зв'язку з комп'ютером управлшня Г передачГ даних за-безпечуе тдвищену завадозахищенГсть всГеТ системи.
МодулГ збору даних мають гальвашчну розв'язку по колу живлення Г сигнальним лшгям, що особливо важливо з точки зору завадозахищеностГ Г Гскробез-пеки. Число шд'еднаних до лГнГТ (витоТ пари) модулГв
Параметри режим1в нанесення покриття
/ t / час / / обробки // // U // р /, напруга тиск газу на деталi // // 7 h / струм дуги У 1н / струм генератора магнiтного поля /
Активащя noBepxHi йонним бомбардуван ням
Показники якост1 покриття
h - товщина покриття Н - мiкротвердiсть покриття адгезiйна Мщнють
Рис. 4. Структурна схема технолопчного процесу нанесення покриття
може досягати 32 од. без додаткового обладнання. При необхщносп подальшого розширення системи число модул1в зб1льшують, встановлюючи спещальний блок розширення, так званого повторювача (Repeater). Модул! дозволяють проводити зб1р вим1рювальноТ шфор-мацп на вщсташ до 1 км вщ персонального комп'ютера, а використання блоюв Repeater зб1льшуе в1дстань на 1 км на кожен блок.
Взаемод1я м1ж комп'ютером управл1ння i модулями збору iнформацiТ реалiзуeться шляхом формування простих команд в формат ASCII. Архитектура системи побудована по стандарту OPC, що дозволяе використо-вувати вимiрювальнi модулi рiзних виробниюв.
Встановлене на комп'ютерi управлiння прикладне програмне забезпечення виконуе наступш функцп:
• обмiн даними мiж комп'ютером управлшня i пристроями для вимiрювання (контролерами, модулями вводу-виводу, аналоговими датчиками, пiрометром) по каналам вводу-виводу, iз п1дтримкою протоколiв обмшу;
• ведення бази даних реального часу для вимiрюваних параметрiв;
архiвування icTopi'i змiни вимiрюваних napaMeTpiB;
вщображення значень вимiрюваних napaMeTpiB на MOHiTopi комп'ютера упpaвлiння у виглядi динaмiчних eлeмeнтiв мнемосхем, а також в числовому, табличному i гpaфiчнoму видах; обробка подш, розрахунок швидкoстi конденсацп, швидкoстi змiни температури дeтaлi, остаточного тиску та ш.
3.
Рис. 5. Структурна схема вимiрювальноT частини системи
5. Висновки
Розроблено автоматизовану систему для вакуум-дугового нанесення покритпв.
1. Розроблено дванадцятиканальну автоматизо-вану систему для вакуум-дугового нанесення покритпв.
2. Система розроблена на сучасн ш елементнш баз 1 1 дозволяе проводити вим1рювання параметр1в
процесу вакуум-дугового нанесення покритпв, а саме:
тиск в вакуумнш камер1 на етап1 п1дготовки установки до роботи 1 в робочому циклг, струм вакуумно-дугового розряду на катодг, напругу зм1щення; температуру деталей.
Система дозволяе обчислити оптимальн1 па-раметри технолопчного процесу 1 генерувати вщповщт впливи управл1ння режимами напилення покритпв для забезпечення встановлених показник1в якост покрит-тя.
В майбутньому плануеться вико-ристання системи для досл1дження 1 вщпрацювання технолог1чного процесу плакування порошюв вакуумно-дуговим методом.
Лiтepaтуpa
1. Mitterer, C. Thermal stability of PVD hard coatings [Текст] / C. Mitterer, P.H. Mayrhofer, J. Musil // Vacuum. - 2003. - V. 71, No 1 - 2. - P. 279 - 284.
2. Carvalho, N. Stress analysis and microstructure of PVD monolayer TiN and multilayer TiN/(Ti,Al) N coatings [Текст] /N. Carvalho, E. Zoestbergen, B.J. Kooi, et al. // Thin Solid Films. - 2003. - V. 429, No 1. - P. 179 - 189.
3. Копейкина, М. Ю. Повышение работоспое собности режущих инструментов, оснащенных ПСТМ на основе КНБ, вакуумно-дуговыми покрытиями [Текст] / М. Ю. Копейкина, С. А. Клименко, Ю. А. Мельничук, В. М. Береснев // Сверхтвердые материалы. - 2008. - № 5. - С . 87 - 97.
4. Стухляк, П. Д. Теор1я шформацп (шфор-мацшно-вим1рювальш системи, похибки, щен-тиф1кащя) [Текст] / П. Д. Стухляк, О. В. Данченко, А. В. Букетов, М. А. Долгов. - Херсон: Айлант, 2011. - 371 с.
5. Булгаков, Э. Б., Голованов В. В., Климов А. В. Информационно-измерительная систес ма контроля состояния авиационных и общемашиностроительных редукторов, приводов и коробок передач [Текст]. - М.: ЦИАМ, 1990. -28 с.
6. Ицкович, Э. Л. Способы взаимосвязи и инм теграции отдельных систем автоматизации на предприятиях [Текст] / Э. Л. Ицкович // Датчи]
ки и системы. - 2004. - №1 (56). - С. 56 - 62. Смирнов, И. В. Некоторые особенности ионно-плазмено ной металлизации керамических порошков [Текст] / И. В. Смирнов // Современная электрометаллургия. -2011. - № 2. - С. 56 - 60.
Abstract
The developed automated system for vacuum-arc dusting is based on the modern element base and allows the long-term continuous measurement of the arc current, of the residual pressure in the vacuum chamber, of the temperature of parts, of voltage, of the simulation of dusting, as well as determination of the optimal values of controlled parameters and accumulation and storage of measurement results.
During the operation of a vacuum-arc dusting unit, the process parameters and their impact on the quality of coating were studied. The measurement of pressure in the vacuum system of the unit was performed using three vacuum gauges 13ВТЗ-003 and magnetic-discharge locking vacuum gauge BME-14. The countdown of pressure was displayed on a computer monitor and recorded by the universal registration unit with the ADC. Temperature of the surface of details was controlled by a pyrometer BSA with secondary measurement transmitter.
The application of the digital industrial interface RS-485 for connection to a control computer and for data transmission provides increased noise immunity of the entire system. The system architecture is based on standard OPC, which allows the application of measuring modules of different manufacturers.
The automated system allows the measurement of parameters of the vacuum-arc dusting, as well as the calculation of the parameters of the process and generation of the appropriate control influences by modes of dusting
Keywords: vacuum-arc dusting, coating, standard OPC, SCADA
-□ □-
Друкована плата - це пластина з дгелектрика, на якш з'еднат мж собою компоненти електронних приладив. Один з ктцевих етатв виробничого процесу - забезпечення покрит-тя поверхт вгдкритих частин плати. Покриття поверхт в1д1грае важливу роль з двох причин: воно захищае мгдне покриття тдкладки в1д корози, а також створюе поверхню, до яког припаюються компоненти наступних етатв складан-ня
Ключовг слова: покриття поверхт, друкована плата, виргвнювання припою гарячим повгтрям, {мерсшне золочення
по тдшару ткеля, оргатчне захисне покриття
□-□
Печатная плата - это пластина из диэлектрика, на которой соединяют между собой компоненты электронных приборов. Один из конечных этапов производственного процесса - обеспечение покрытия поверхности открытых частей платы. Покрытие поверхности играет важную роль по двум причинам: оно защищает медное покрытие подложки от коррозии, а также создает поверхность, к которой припаиваются компоненты следующих этапов сборки
Ключевые слова: покрытие поверхности, печатная плата, выравнивание припоя горячим воздухом, иммерсионное золочение по подслою никеля, органическое защитное покрытие -□ □-
УДК 004.89
COMPARATIVE ANALYSIS OF SURFACE FINISHES OF PRINTED CIRCUIT BOARDS
Partinova Simona
PhD Student Faculty of Electronic Engineering and Technologies, Technical University - Sofia, 8 Kliment Ohridski Blvd. 1000 Sofia, Bulgaria, E- mail: simona34@abv.bg
1. Introduction
Surface finishes on printed circuit boards are applied in the production process of PCBs to pads and other elements of the outer layers, not covered with protective mask.
Purpose of the application of such finishes is to provide adequate soldering surface for assembly on the PCB copper layers and to protect from oxidation and wear.
The choice of an appropriate finish is determined by the technology of assembly in the process of population of bare boars and main parameters for such choice are solderability and finish's compatibility with the solder paste. If this finish is subject to mechanical damage, one must carefully select its coefficient of friction, wear resistance, and mechanical strength. When there are
pads and other non-covered electrically conductive areas that would provide for various functions on a single board, various finishes can be applied, or only one as a compromise in regard to reliability.
There is a number of standards that define surface finishes and among most important of them are:
• J-STD-003 "Solderability Tests for Printed Boards": This standard prescribes test methods, defect definitions and illustrations for assessing the Solderability of printed board surface conductors, attachment lands, and plated-through holes; [1]
• IPC 2221 "Generic Standard on Printed Board Design": This standard is intended to provide information on the generic requirements for printed board design. [2];
© P:
