專利名稱：光學膜厚在線測量折射率的方法
技術領域：
本發明屬于光學鍍膜監控技術領域，特別是一種光學膜厚在線測量折射率的方法。
背景技術：
目前在光學鍍膜中，一般采用光學監控系統進行鍍膜膜厚的監測和控制，即由光源系統發出的光束經過調制、準直、分光，投射到比較片上，再將比較片反射的膜厚光信號投在受光器上，經過光電轉換，獲得帶有膜厚信息的電壓信號。監測時由人工觀察電壓信號儀表，當電壓表針擺動到某一極值時，即認為達到了膜厚要求而停止蒸鍍。但是，由于鍍膜機內的溫度、真空度及蒸鍍速率等各種隨機因素的影響，監測電壓信號并不能準確的反映鍍膜膜厚的變化。況且，在光學鍍膜監控過程中，即便是同樣的膜料同樣的層系在多次蒸鍍中的信號變化也是不一樣的。因此，利用電壓信號峰值作為蒸鍍停止點的電壓值來控制鍍膜厚度，難以保證蒸鍍停止點的準確性，由此造成鍍膜膜厚精度低、鍍件質量差。同時，由于靠人工操作，其蒸鍍停止點的判定也完全憑操作者的經驗，因而也使鍍膜質量無法得到可靠的保證。對于這一問題，國內外尚沒有較好的技術解決方案。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用計算機對膜層的實時折射率進行在線測量，實現準確確定蒸鍍停止點，精確控制鍍膜膜層厚度，提高鍍膜質量的光學膜厚在線測量折射率的方法。
為實現上述目的，本發明的折射率在線測量方法包括以下步驟(1)按照TFCalc和Essential Macleod軟件程序，將鍍膜工藝參數包括實驗參數、設計理論參數和運算模型輸入到計算機軟件中，形成可供機算計操作的鍍膜軟件工藝文件；(2)利用鍍膜軟件工藝文件，通過計算機設定監控波長值，并發送指令至分光器，調整監控波長；(3)利用鍍膜軟件工藝文件，通過計算機發送指令到數字電位器，調整信號放大倍率；(4)利用鍍膜軟件工藝文件，由計算機計算繪制監控電壓信號變化理論鍍膜曲線，并在蒸鍍開始后顯示在計算機屏幕上；(5)按照鍍膜工藝，進行坩鍋切換、自動預熔后，由計算機按照鍍膜軟件工藝文件開始蒸鍍操作，同時進行監控信號的實時采集和轉換處理；(6)當蒸鍍開始后，先由計算機中的軟件驅動數據采集卡采集初始信號電壓值，并傳輸給數據處理軟件；(7)由計算機根據數據采集卡采集的監測電壓值變化，計算繪制實際鍍膜曲線，并顯示在計算機屏幕上；(8)當實際鍍膜曲線進行到第一個峰值點或谷值點時，由計算機根據工藝參數和實時折射率運算模型計算出峰值點或谷值點的實時折射率，并顯示在計算機屏幕上，同時根據該折射率值對理論蒸鍍停止點的折射率值進行修正，確定控制蒸鍍停止點的折射率值；(9)由計算機對繼續蒸鍍過程的折射率變化進行實時計算，當實時折射率值達到控制蒸鍍停止點的數值時，即可由計算機發送命令至蒸鍍操作系統，立即停止蒸鍍。
所述工藝實驗參數包括監控光信號波長、膜料本身的折射率、膜層的折射率和吸收率。
所述設計理論參數包括膜層厚度、預定填充密度、蒸鍍速率、預定成膜時間、蒸鍍基件折射率、真空折射率和大氣折射率。
所述運算模型包括實時折射率、實時反射率、膜厚與時間函數。
按照上述方法，利用計算機對膜層的實時折射率進行在線測量，并利用實時折射率值對監控電壓信號的理論變化曲線進行修正，能夠得到完全符合當前膜層蒸鍍情況的真實參數，獲得與膜層厚度變化相一致的電壓信號變化曲線。從而，可以剔除蒸鍍過程中各種隨機的不可控因素對監控信號的影響，準確地計算控制鍍膜過程中蒸鍍停止點，可使鍍膜精度大幅度提高，適應高精密光學器件的鍍膜質量要求。同時，可以直觀、精確地顯示觀察蒸鍍過程中理論鍍膜曲線和實際鍍膜曲線的實時變化，通過二者的對比分析，還可以對鍍件蒸鍍的工藝條件和環境各項因素進行改進和調整，改善光學鍍膜人機系統諸要素對鍍膜工藝質量的保障水平。
圖1是本發明的流程圖；圖2是本發明的程序控制圖。
具體實施例方式
結合圖1對本發明的方法做進一步說明(1)按照TFCalc和Essential Macleod軟件程序，將設計文件輸入到計算機中，工藝設計文件中包括監控光信號波長、膜層的折射率、吸收率實驗參數；設計的膜厚、預定填充密度、蒸鍍速率、預定成膜時間、監控光信號波長、蒸鍍基件折射率、真空折射率、大氣折射率的理論參數；實時折射率(當前膜厚下的折射率＝初始折射率×當前信號電壓值÷初始信號電壓值)、實時反射率(當前膜厚下的反射率＝初始反射率×當前信號電壓值÷初始信號電壓值)、膜厚一時間函數(膜厚＝蒸鍍速率×預定成膜時間)的運算模型，并由此形成可供計算機自動操作的鍍膜軟件工藝文件，以實現折射率在線測量及膜厚實時監控系統的自動控制。
(2)在開始蒸鍍之前，計算機利用鍍膜軟件工藝文件，并根據工藝要求計算設定監控波長值，并通過串行口給電路控制系統發送波長監控命令，電路控制系統在接受到命令以后向分光器的步進電機發送轉動信號，控制步進電機旋轉到指定的監控波長。
(3)利用鍍膜軟件工藝文件，根據當前層膜料的特性，設定放大器增益，通過計算機發送指令到程控放大器的數字電位器，依此調節數字電位器的阻值，由放大電路將阻值變化轉換為增益變化，得到需要的信號放大倍率。同時計算機通過A/D采集卡來采集信號處理系統放大的電壓變化信號并轉換為反射率。
(4)根據鍍膜軟件工藝文件以及鍍件基板和膜層的光學性能如反射率、投射率、折射率、大氣折射率等參數計算出蒸鍍過程的信號電壓及折射率理論值，由計算機計算并繪制監控電壓信號變化的理論鍍膜曲線，并在蒸鍍開始后顯示在計算機屏幕上，用于蒸鍍過程中實際值的比較。
(5)按照鍍膜工藝，計算機通過IO端口發送命令至蒸鍍操作系統，進行坩鍋切換，將當前蒸鍍膜層需用的坩鍋旋轉到指定工藝位置；并由計算機通過1O端口輸出脈沖信號，并通過D/A轉換輸出電子槍的束流值，開始預定的自動預熔工藝。在預熔完成以后，將電子槍控制權交給晶控進行束流控制，由計算機通過串口發送命令至電路切換繼電器將控制信號切換到晶控，晶控將根據膜厚控制器的計算機通過串口發送的速率控制命令進行蒸發速率控制，而后由計算機按照鍍膜軟件工藝文件開始蒸鍍操作。
(6)當蒸鍍開始后，先由計算機中的軟件驅動A/D數據采集卡采集初始信號電壓值，并傳輸給數據處理軟件；然后由計算機根據A/D采集卡采集的監測電壓值變化，計算繪制實時鍍膜曲線，并與預先輸入的理論鍍膜曲線同時顯示在計算機屏幕上。
(7)由計算機驅動A/D采集卡采集由光信號變換的電壓信號，并根據數據采集卡采集的監測電壓值變化，將計算繪制的實際鍍膜曲線，在計算機屏幕上顯示，可以直觀地觀察蒸鍍作業進行情況是否正常，同時將實際鍍膜曲線與理論鍍膜曲線進行比較；(8)在蒸鍍過程中，當蒸鍍曲線進行到第一個峰值點(高折射率膜料)或谷值點(低折射率膜料)的時候，依據光學基板、真空及大氣等介質折射率的穩定性，可以通過電壓信號實時值與理論值的比較及預先輸入的工藝參數，由計算機計算出鍍膜的實時折射率，以修正理論蒸鍍停止點的電壓值，準確地確定控制蒸鍍停止點的折射率值。同時，可將實時折射率顯示在屏幕上，讓操作者及用戶直觀地看到鍍膜產品的折射率指標。另外，也可根據實時曲線與理論曲線差異程度的大小，分析評價蒸鍍作業人機系統的工藝保障條件，從而采取措施，改善工藝技術。
(9)由計算機對繼續蒸鍍過程的折射率變化進行實時計算，當實時折射率值達到控制蒸鍍停止點的數值時，即可由計算機發送命令至蒸鍍操作系統，立即停止蒸鍍。折射率是光學鍍件的一項主要使用性能指標，采用折射率值來控制蒸鍍停止點，能夠可靠的保證蒸鍍質量，并能大大提高蒸鍍膜厚的精度。
參看圖2，本發明的計算機控制程序如下(1)輸入鍍膜工藝設計文件及運算參數；(2)發送指令到分光器，調整監控波長；(3)發指令到數字電位器，調整信號放大倍率；(4)計算機通過IO端口發送BCD碼進行坩鍋切換；(5)發指令到蒸鍍操作系統，執行蒸鍍操作；(6)計算繪制理論鍍膜曲線，屏幕顯示；(7)驅動數據采集卡AI端口，采集電壓信號；
(8)根據采集的電壓信號變化繪制鍍膜曲線，屏幕顯示；(9)檢測第一個電壓信號峰值點或谷值點；(10)計算峰值點或谷值點的實時折射率，計算設定蒸鍍停止點；(11)當實時折射率達到所確定的蒸鍍停止點的數值時，計算機發送命令控制晶控，停止該層的蒸鍍；(12)如果繼續下一個膜層的蒸鍍，則重復2-9步驟操作，或者結束鍍膜操作。
權利要求
1.一種光學膜厚在線測量折射率的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)、按照TFCalc和Essential Macleod軟件程序將工藝參數輸入到光學膜厚控制器的計算機中，形成計算機操作的鍍膜軟件工藝文件；(2)、由計算機軟件工藝文件自動生成監控電壓信號變化的理論鍍膜曲線，并在蒸鍍開始后顯示在計算機屏幕上；(3)、在開始蒸鍍之前，計算機根據蒸鍍工藝設置監控波長值，并發送命令至分光器調整到位；(4)、在鍍膜機的真空系統準備完成以后，按照軟件工藝文件程序開始執行蒸鍍操作；(5)、計算機根據蒸鍍工藝設置監控信號放大增益，并發送命令至膜厚信號處理系統，調整增益到位，同時由計算機中的軟件驅動數據采集卡采集初始電壓變值，并傳輸給數據處理軟件；(6)、切換坩鍋，按照蒸鍍工藝將相應的坩堝轉動到當前蒸鍍工位；(7)、計算機通過IO端口輸出脈沖信號，開始預定的自動預熔工藝；(8)、當預熔完成以后，計算機發送命令至蒸鍍操作系統，開始執行蒸鍍工藝，同時開始監控信號的采集和處理；(9)、由計算機根據A/D采集卡采集的監測電壓值變化，自動生成實際鍍膜曲線，并顯示在計算機屏幕上；(10)、當實際鍍膜曲線進行到第一個峰值點或谷值點時，由計算機根據工藝參數和實時折射率運算模型計算出峰值點或谷值點的實時折射率，并顯示在計算機屏幕上，修正停止點電壓值和理論鍍膜曲線，同時根據該折射率值對理論蒸鍍停止點電壓值進行修正，確定蒸鍍停止點控制電壓值；(11)、由計算機對繼續蒸鍍過程的折射率變化進行實時計算，當實時電壓值達到蒸鍍停止控制點的數值時，并對實時折射率進行核對，即可由計算機發送命令至蒸鍍操作系統，立即停止蒸鍍。
2.根據權利要求1所述的光學膜厚在線測量折射率的方法，其特征在于所述工藝參數包括監控光信號波長、膜層的折射率、吸收率實驗參數；設計的膜厚、預定填充密度、蒸鍍速率、預定成膜時間、監控光信號波長、蒸鍍基件折射率、真空折射率、大氣折射率的理論參數；實時折射率、實時反射率、膜厚與時間函數和反射率與膜厚函數的運算模型。
全文摘要
本發明涉及一種光學膜厚在線測量折射率的方法，該方法利用計算機對膜層的實時折射率進行在線測量，并利用實時折射率值對監控電壓信號的理論變化曲線進行修正，當鍍膜曲線進行到峰值點或谷值點的時候，自動計算出實時折射率，修正停止點電壓值和理論曲線，并將實時折射率顯示在屏幕上。從而可以剔除蒸鍍過程中各種隨機的不可控因素對監控信號的影響，準確地計算和控制蒸鍍停止點，同時，可以直觀、精確地顯示觀察蒸鍍情況的理論曲線和實際曲線的實時變化，還可以對鍍件蒸鍍的工藝條件和環境各項因素進行改進和調整，改善光學鍍膜人機系統諸要素對鍍膜工藝質量的保障水平。
文檔編號G01N21/41GK101017085SQ20071005402
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月27日 優先權日2007年2月27日
發明者趙升林, 孫龍, 菊池和夫 申請人:河南中光學集團有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
