автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматическая стабилизация параметров распределения мощности электронного пучка с целью обеспечения качества покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения

Швалев Николай Александрович

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОГО ИСПАРЕНИЯ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск-2005

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Семенов Эрнст Иванович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Блохин Вадим Георгиевич

кандидат технических наук Посадов Владимир Валентинович

Ведущая организация - Институт микроэлектроники и информатики

РАН (г. Ярославль)

Защита состоится 8 июня 2005 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К 212.210.01 в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева по адресу 152934, г. Рыбинск, Ярославская обл., ул. Пушкина, Д. 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева.

Автореферат разослан « 03» ¡у^би?

/

Ученый секретарь диссертационного совета /о—

2005 г.

В. А. Вершинин

45850

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных методов получения различных по своему назначению покрытий является метод электроннолучевого испарения осаждаемого материала в вакууме. Технологический процесс (ТП) данного метода непрерывно развивается в направлении повышения и обеспечения качества получаемых покрытий. Качество покрытий характеризуется следующими основными показателями: толщиной, пластичностью, упругостью, микротвердостью, прочностью сцепления с подложкой, степенью химической и структурной однородности; - и зависит от таких параметров ТП, как мощность электронного пучка, площадь поверхности, с которой происходит испарение, скорость испарения, состав паровой фазы, температура подложки, время нанесения покрытия, давление остаточных газов в рабочей камере. ' :

В установках вакуумного напыления (УВН) с электроннолучевым испарителем имеют место инфранизкочастотные случайные возмущения, приводящие к изменениям параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала (математических ожиданий д и средних квадратичных отклонений а). Этими возмущениями являются колебания ускоряющего напряжения и напряжения смещения электронной пушки, изменения отклоняющих тойоб из-за увеличения сопротивления отклоняющих катушек вследствие их нагрева, постепенное разрушение катода электронной пушки вследствие выработки им своего ресурса.

Нестабильность величин ц и а приводит к неравномерному разогреву материала и, вследствие этого, к нежелательному изменению следующих параметров ТП нанесения покрытий: площади поверхности, с которой происходит испарение, и скорости испарения. Изменение скорости испарения, в свою очередь, влечет изменение состава паровой фазы (например, в случае получения многокомпонентного покрытия при изменении скорости испарения какого-либо компонента соответственно изменяется его содержание в паровой фазе и, в итоге, в готовом покрытии) и времени нанесения покрытия. Все это влияет на показатели качества получаемого покрытия (например, при увеличении содержания иттрия в конденсате Ст-У на 0,5 % в 1,16 раз снижается микротвердость, а при увеличении содержания иттрия на 1,5 % в 1,2 раза снижается предел упругости покрытия). Таким образом, для обеспечения качества и воспроизводимости свойств покрытий необходимо осуществлять непрерывную автоматическую стабилизацию параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала.

Объектом исследования настоящей диссертационной работы является ТП нанесения покрытий методом электроннолучевого испарения.

Предметом исследования являются методы измерения распределения мощности электронного пучка и средства построения системы автоматической стабилизации (САС) параметров распределения.

Цель работы - обеспечение качества покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения, путем разработки аппаратно-программных средств для построения САС параметров распределения пучка по по-

верхности испаряемого материала.

При выполнении работы использованы следующие методы исследования: математический анализ, аналитическая геометрия, теория вероятности и математическая статистика, численное интегрирование, электронная оптика, математическое моделирование, теория систем автоматического регулирования, теория фильтрации сигналов.

Достоверность результатов работы подтверждена корректно полученными данными теоретических расчетов и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена зависимость между распределением мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала и вторичноэмиссионным изображением поверхности, получаемым с помощью камеры-обскуры;

- предложен метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, основанный на сканировании вторично-эмиссионного изображения поверхности;

- разработана математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка.

Теоретическая значимость. Предложенный метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала позволяет получать вторичноэмиссионное изображение любой поверхности, облучаемой рассеянным пучком электронов. По такому изображению можно судить о рельефе поверхности. В частности, предложенный метод может быть использован и в процессе электроннолучевой сварки для определения взаимного положения электронного пучка и стыка свариваемых кромок. При этом, однако, встает задача повышения разрешающей способности метода.

Предложенная математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка может быть использована для теоретических расчетов траекторий движения отраженных заряженных частиц низкоконцентрированных источников энергии в постоянном магнитном поле.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны программные средства для моделирования датчика распределения мощности электронного пучка;

- разработан и внедрен в производство датчик распределения мощности электронного пучка;

- разработана и внедрена в производство система автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка.

Реализация результатов. Научные и практические результаты работы использованы в институте микроэлектроники и информатики РАН (г. Ярославль) и в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева (г. Рыбинск).

Апробация работы. Основные положения работы апробированы на 8 конференциях и симпозиумах: на 4-ом Международном симпозиуме «Вакуумные технологии и оборудование» (Харьков, 2001 г.), на XXVII и XXXI Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, 2001 г., 2005 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков» (Рыбинск, 2002 г.), на VIII и IX Международных на-

-с* *v

учно-технических конференциях «Высокие технологии в промышленности России» (Москва, 2002 г., 2003 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование и обработка информации в технических системах» (Рыбинск, 2004 г.), на XXIX конференции молодых ученых и студентов (Рыбинск, 2005 г.).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из которых 1 статья в центральном научно-техническом журнале, 5 статей и 6 тезисов в сборниках материалов конференций и симпозиумов.

На защиту выносятся:

- метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, основанный на сканировании вторичноэмиссионного изображения поверхности;

- математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка, реализующего данный метод;

- принципы построения датчика распределения мощности электронного пучка;

- принципы построения системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и трех приложений на 166 страницах, содержит 68 рисунков, 18 таблиц, список источников из 111 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены объект и предмет исследования, сформулирована цель работы, перечислены методы исследования, указаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов, а также основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ факторов, влияющих на качество покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения, анализ современного уровня автоматизации ТП электроннолучевого нанесения покрытий и анализ известных методов измерения распределения мощности электронного пучка, на основании которых сформулированы задачи исследования.

Распределение мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала пропорционально распределению плотности тока пучка по этой поверхности. Последнее может быть аппроксимировано двумерной нормальной функцией. Тогда плотность тока пучка в точке с координатами X, У

где I - полный ток пучка, мА; цх, ох, Цу, о у - параметры распределения, мм.

Величины Цх, ¡ly и ах> 0> аналогичны математическим ожиданиям и средним квадратичным отклонениям нормального распределения двумерной случайной величины и определяют, соответственно, координаты центра электронного пятна пуч-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(1)

ка и его размеры по каждой координате. Величины цх, Цг являются функциями ускоряющего напряжения и токов отклоняющей системы УВН, а величины Ох, Оу -функцией напряжения смещения электронной пушки.

Показано, что обеспечение качества и воспроизводимости свойств покрытий, получаемых методом электроннолучевого испарения, возможно только при условии стабильности параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала. Также указано на отсутствие в настоящее время в ТП электроннолучевого нанесения покрытий соответствующих средств стабилизации. Сформулированы требования, которым должны удовлетворять датчик распределения мощности электронного пучка и САС параметров распределения. При этом первостепенным требованием к датчику выступала возможность оперативного контроля распределения. Предложена классификация известных методов измерения распределения мощности электронного пучка (рисунок 1).

Методы измерения распределения мощности электронного пучка

контактные

Рисунок 1 - Классификация методов измерения распределения мощности электронного пучка

Из методов, перечисленных на рисунке 1, для применения в процессе электроннолучевого нанесения покрытий подходят лишь бесконтактные методы: метод рентгеновского излучения и метод вторичной электронной эмиссии. Все контактные методы недопустимы, так как приводят к загрязнению покрытия испарениями с поверхности чувствительного элемента (ЧЭ), которое всегда имеет место при взаимодействии с последним электронного пучка. Однако, ни датчик рентгеновского излучения, ни датчик вторичной электронной эмиссии не позволяют осуществлять оперативный контроль распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала. Это связано с тем, что методы измерения распределения, реализованные в данных датчиках, требуют развертки электронного пучка по специальной траектории, что недопустимо в ходе непрерывного процесса нанесения покрытий.

Таким образом, в настоящее время не существует датчика, удовлетворяющего всем предъявляемым к датчику распределения мощности электронного пучка требованиям.

По результатам анализа факторов, влияющих на качество покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения, и известных методов измерения распределения мощности электронного пучка для достижения поставленной цели работы сформулированы следующие задачи исследования:

- разработать метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, сохраняющий достоинства и лишенный недостатков уже известных методов;

- на основе данного метода разработать и исследовать датчик распределения мощности электронного пучка, удовлетворяющий всем предъявляемым к нему требованиям;

- разработать САС параметров распределения мощности электронного пучка с новым датчиком в своем контуре.

Во второй главе разработан и исследован вторичноэмиссионный метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, рассмотрены вопросы построения математической модели соответствующего датчика, оценивается погрешность датчика, исследуются статические и динамические характеристики датчика как элемента САС параметров распределения мощности электронного пучка.

В качестве ЧЭ в методе используется камера-обскура с одним коллектором вторичных электронов (рисунок 2). Внутри камеры-обскуры создаются однородные магнитные поля с взаимно перпендикулярными линиями напряженности и Нс-

ЧЭ работает следующим образом.

Каждая точка облученной поверхности является источником вторичных электронов, поток которых рассеивается в пространстве рабочей камеры. Часть этих электронов попадает в отверстие камеры-обскуры, играющее роль диафрагмы. В результате в соответствии с законами электронной оптики в плоскости коллектора образуется вторичноэмиссионное изображение облученной поверхности. С помощью переменных магнитных полей Н3 и Нс изображение сканируется коллектором, создавая в коллекторе в каждый момент ток 1К, соответствующий перекрываемому им в этот момент участку изображения. Тем самым производится разложение изображения в растр по значениям #$ и Яс, и выходной сигнал ЧЭ 5=1к(Н$, Нс).

Электронно-оптическая система

Эпектронн

Испаряемый материал

Рисунок 2 - К объяснению сущности метода

Форма выходного сигнала ЧЭ соответствует распределению (1) мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала. Это означает, что в каждый момент времени существует однозначное соответствие между параметрами а у, Цх, ох данного распределения и аналогичными параметрами цН5, аН!, цНс,

в и с Функции 1г{Н5, #с). Поэтому определение параметров (Ту, Цх, вх распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала в рассматриваемом методе осуществляется путем вычисления параметров ¡1Нз, аН5, цИс,

аНс выходного сигнала ЧЭ.

Пусть функция /*(#5, Не) задана на К значениях аргумента и I значениях аргумента Но В этом случае для параметров цНз, аН! получены следующие выражения

Выражения для параметров р.Нс, аНс имеют аналогичный вид.

Разработана имитационная математическая модель формирования выходного сигнала ЧЭ.

Поверхность испаряемого материала 5 разбивается на элементарные площадки А5, плотность тока первичных электронов в пределах каждой из которых можно считать постоянной (рисунок 3).

Каждая площадка АД рассматривается как точечный источник вторичных электронов, за координаты ХА, Ул которого принимаются координаты какой-либо точки А площадки. Вторичные электроны с площадки АД, попадающие в отверстие камеры-обскуры, влетают в магнитное поле под разными углами к линиям напряженности поля. Так как траектория движения электронов в магнитном поле определяется именно этими углами, поток данных электронов нельзя рассматривать как единое целое. Поэтому область отверстия на передней стенке камеры-обскуры 5 разбивается на элементарные площадки Ду, в пределах каждой из которых направление полей электронов, вылетевших из одной и той же точки поверхности испаряемого материала и достигнувших этой площадки, можно считать одинаковым. За координаты каждой площадки Дг принимаются координаты хв, ув какой-либо точки В площадки.

К-1

ь-1

(2)

(3)

-■«К

Траектория движения элементарного потока вторичных электронов с площадки Д5 через площадку Дя внутри камеры-обскуры определяется значениями напря-женностей магнитных полей и геометрией внутреннего пространства камеры-обскуры. Чтобы определить, достигнет ли поток коллектора, необходимо рассчитать эту траекторию. Направление движения всех электронов в элементарном потоке можно считать одинаковым и равным направлению из точки А в точку В. Поэтому при расчете траектории движения потока достаточно ограничиться расчетом траектории движения электронов в луче АВ.

Для расчета траектории движения электронов в луче АВ строится пространственная модель хода луча (рисунок 4). Движение электронов в луче АВ можно разложить на две составляющие:

- движение в плоскости а от точки Аа через точку Ва под действием напряженности магнитного поля Я? (на рисунке 4 - На);

- движение в плоскости р от точки Ар через точку Вр под действием напряженности магнитного поля Яс (на рисунке 4 - Яр).

Выходной сигнал ЧЭ будет равен сумме тех элементарных потоков, которые достигнут коллектора. Для него получено следующее выражение

4(ЯУ,ЯС)= Г^^со&1Р{Н8,Нс,Ха,Уа,Хв,Ув)АХа,¥л)^^, (4) к-\ 1=1 IV

где 1} - коэффициент вторичной электронной эмиссии; г - длина отрезка АВ;

у- угол между лучом АВ и плоскостью ХОТ,

р(#& Нс, ХА, УА, хв, у в) - функция досягаемости коллектора лучом АВ;

]{ХЛ, У^) - плотность тока электронного пучка в точке (ХА, УА);

тип- число площадок Д5 и Д$.

Функция досягаемости коллектора в выражении (4) - это логическая функция, равная 1, если элементарный поток достигает коллектора, и 0 в противном случае. Ее значение определяется после расчета траектории луча АВ (координат характеристических точек А, В, С, Б хода луча) выражением

v{Hs,Hc,XA,YA,xB,yB)= va{Hs,XA,YA,xB,yB)v0{Hc,XA,YA,xB,yB), (5) где va{Hs,XA,YA,xB,yB)=<

v^Hc,XA,YA,xB,yB)=

M^f _

л I I LK '

Л I I

Выходной сигнал ЧЭ выше описан как функция напряженностей Hs и Но Однако на практике заданными являются не сами напряженности, а создающие их токи is, ic отклоняющих катушек. Поэтому выходной сигнал рассчитывается в виде S=Ik('s, 'с), где выражение для I^is, ic) получается подстановкой выражений для Щ¿s), Hdjc). Вид выражений H&s), Hdk) определяется конструкцией отклоняющей системы. При этом параметры выходного сигнала ЧЭ измеряются в единицах отклоняющих токов is, ic-

Математическая модель реализована в программной среде Mathcad 2000 Professional. С помощью нее рассчитаны кривые выходного сигнала ЧЭ (рисунки 5 и 6) и статические характеристики датчика как элемента САС. Последние представляют собой зависимости /i(j(fiy), als(aY), fl,c(flx)>ffic((7x) параметров выходного сигнала ЧЭ от параметров распределения мощности электронного пучка по координатам Y, X поверхности испаряемого материала и рассчитываются по формулам (2), (3) при подстановке в них вместо Hs и Не выражений H£is), Яс(/с). Зависимости nls(fiY),

a,s (°v) приведены на рисунках 7 и 8.

Конструктивно датчик распределения мощности электронного пучка состоит из ЧЭ, размещаемого в рабочей камере, и вычислителя параметров распределения, реализованного на базе ПК типа IBM PC.

Основными статическими параметрами датчика как элемента САС являются чувствительность и коэффициенты передачи по д и а, а также погрешности определения ц и а. Эти параметры рассчитываются по статическим характеристикам датчика. Основным динамическим параметром датчика является вносимая им задержка. Она определяется быстродействием вычислителя параметров распределения.

- р.у = -7 мм------ ¡Ху = 0 мм--цг = 7 мм

- Зависимость ^/5) для различных значений Цу (<Ту~<7л=1 мм, ¡1^0 мм)

- Ог=1мм ------ оу = 2 мм--(Ту =3мм

Рисунок 6 - Зависимость /«(is) для различных значений о у (Дг^М^О мм, а/=1 мм)

Рисунок 7 - Зависимость n,s(fir)

"г -►

Рисунок 8 - Зависимость a,s (ак)

С

В третьей главе выполняется анализ элементов построения современных систем управления, синтез САС параметров распределения мощности электронного пучка на базе ПК с архитектурой IBM PC и исследование ее в динамическом режиме.

Параметры цх, ах, Цг, распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала определяют положение центра электронного пятна пучка (параметры ¡ix, цу) и его размеры (параметры ах, о у) вдоль координатных осей X, Y. Поэтому стабилизация параметров цх, Цу или закона их изменения фактически означает стабилизацию траектории развертки пучка. Стабилизация же параметров ох, Оу означает стабилизацию фокусировки пучка.

В общем случае, когда в УВН имеется развертка электронного пучка по двум координатам, САС параметров распределения мощности электронного пучка имеет три контура регулирования: контур стабилизации траектории развертки по коорди-

нате X, контур стабилизации траектории развертки по координате У и контур стабилизации фокусировки. По каждому параметру САС должна иметь длительность переходного процесса не более 1 с, работать без перерегулирования и быть астатической. Последнее достигается выбором пропорционально-интегрального (ПИ-) регулирования.

Контур стабилизации траектории развертки по одной координате состоит из датчика распределения мощности электронного пучка, вычислителя рассогласования, цифрового регулятора, преобразователя код-напряжение, экстраполятора нулевого порядка, усилителя мощности, отклоняющей катушки (исполнительный орган) и электронного пучка. Дискретная передаточная функция разомкнутого контура

ПА = ^*ум«ПО - ' (6)

где ¿2 - коэффициент передачи преобразователя код-напряжение, В;

кц - коэффициент передачи датчика по параметру д, м-';

£уМ - коэффициент передачи усилителя мощности, А/В;

кок - коэффициент передачи отклоняющей катушки, м-1;

к'эп - коэффициент передачи электронного пучка по параметру ¡х, м2/А; т

¿ = еч\

Т- период дискретизации;

- постоянная времени отклоняющей катушки, с; К\ и К2 - коэффициенты пропорционального и интегрального регулирования. Контур стабилизации фокусировки состоит из датчика распределения мощности электронного пучка, цифрового регулятора, преобразователя код-напряжение, экстраполятора нулевого порядка, формирователя напряжения смещения, прикатод-ного электрода (исполнительный орган) и электронного пучка. Дискретная передаточная функция разомкнутого контура

*(») = МЛнс*лэ*§п(1 " (?)

где д2 - коэффициент передачи преобразователя код-напряжение, В; к„ - коэффициент передачи датчика по параметру а, м~';

кфнскюк'эп ~ общий коэффициент передачи формирователя напряжения смещения, прикатодного электрода и электронного пучка по параметру а, м/В;

__т_

й = е ГфНС;

Т- период дискретизации;

Тфнс - постоянная времени формирователя напряжения смещения, с; К\ и К2 - коэффициенты пропорционального и интегрального регулирования. Исследованы контур стабилизации траектории развертки по одной координате и контур стабилизации фокусировки в динамическом режиме. Период дискретиза-

ции каждого контура выбирался равным 0,15 с. Это значение было получено с учетом требования по быстродействию. Получены условия устойчивости контуров и построены их переходные характеристики. Определены значения коэффициентов регулирования, при которых длительность переходного процесса в каждом контуре не превышает 1 с, а перерегулирование отсутствует. Разработаны алгоритмы управления САС, в которые заложена возможность прогнозирования вероятности выхода из строя катода электронной пушки по степени расфокусировки электронного пучка.

В четвертой главе рассматриваются вопросы технической реализации и программного обеспечения датчика распределения мощности электронного пучка и САС параметров распределения, приводятся результаты их экспериментального исследования.

Созданы опытные образцы ЧЭ датчика и устройства сопряжения с объектом САС параметров распределения, и программное обеспечение САС. Последнее, кроме алгоритмов регулирования, реализует цифровую фильтрацию выходного сигнала ЧЭ.

Проведены количественные экспериментальные исследования датчика и контура стабилизации траектории развертки САС по одной координате на УВН-75Р-1 в РГАТА им. П. А. Соловьева (г. Рыбинск) и качественные промышленные испытания САС на установке «Оратория-9» в ИМИ РАН (г. Ярославль). Калибровка датчика осуществлялась с помощью кривой распределения мощности электронного пучка, полученной методом проволочного зонда.

В заключении приведены следующие основные результаты работы.

1. Установлено, что для обеспечения качества и воспроизводимости свойств покрытий, получаемых методом электроннолучевого испарения, необходимо стабилизировать параметры распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала.

2. Установлено, что ни один из существующих методов измерения распределения мощности электронного пучка не может быть успешно применен для оперативного контроля в процессе электроннолучевого нанесения покрытий. Впервые предложен метод с использованием в качестве ЧЭ камеры-обскуры с расположенным внутри коллектором вторичных электронов, которым с помощью специально создаваемых в камере-обскуре переменных магнитных полей сканируется поток вторичных электронов, попадающий в нее с поверхности испаряемого материала.

3. Разработана и исследована математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка. Разработаны программные средства для моделирования датчика, с помощью них проведено исследование датчика.

4. Получены выражения для передаточных функций элементов САС параметров распределения мощности электронного пучка и разностные уравнения для моделирования контуров САС с использованием ПИ-алгоритма регулирования в каждом контуре. Определены условия устойчивости контуров. Разработаны аппаратные и программные средства для создания САС параметров распределения мощности электронного пучка на базе 1ВМ РС-совместимого ПК.

5. Технически реализован и экспериментально исследован датчик распределения мощности электронного пучка. Чувствительность датчика по д составляет

16,312 мА/мм, чувствительность по а - 29,1 мА/мм. Датчик обеспечивает измерение распределения по одной координате с абсолютной погрешностью не более 4 мА/мм и относительной погрешностью не более 13 %, а также определение параметров распределения с абсолютной погрешностью не более 0,378 мм для /t, не более 0,095 мм для о. По параметру ß это на 0,2 мм меньше, чем у существующего датчика положения электронного пучка в процессе электронолучевого нанесения покрытий.

6. Технически реализована и экспериментально исследована САС параметров распределения мощности электронного пучка. САС обеспечивает измерение распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, стабилизацию положения электронного пучка в случае неконтролируемого изменения параметров ТП нанесения покрытий с абсолютной погрешностью не более 0,4 мм, а также прогнозирование вероятности выхода из строя катода электронной пушки.

Результаты диссертационной работы внедрены в промышленность и используются в учебном процессе. Использование САС параметров распределения мощности электронного пучка в ТП электроннолучевого нанесения покрытий позволяет ограничить изменения скорости испарения, вызываемые случайными изменениями параметров ¡i и а, и является способом дополнительного обеспечения качества получаемых покрытий.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях.

1 Семенов, Э. И. Совершенствование методики расчета датчика положения электронного луча [Текст] / Э. И. Семенов, А. В. Гусаров, Н. А. Швалев // Вакуумные технологии и оборудование : сб. докл. 4-го Междунар. симпозиума ; под ред. В. И. Лапшина, В. М. Шулаева. - Харьков : ИПЦ «Контраст», 2001. - С. 197-199.

2 Швалев, Н. А. Усовершенствование методики расчета датчика положения электронного луча [Текст] // XXVII Гагаринские чтения : тез. докл. Междунар. молодежной науч. конф. - М.: МАТИ, 2001. - Т. 6. - С. 127-128.

3 Семенов, Э. И. Визуализация процесса электронно-лучевой сварки путем сканирования потока отраженных электронов [Текст] / Э. И. Семенов, Н. А. Швалев // Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков: тез. докл. Всероссийс. науч.-техн. конф.: в 3 ч.; под ред. Б. Н. Леонова. - Рыбинск: РГАТА, 2002. - Ч. 2. - С. 81-82.

4 Семенов, Э. И. Визуализация процесса электронно-лучевой сварки путем сканирования потока отраженных электронов [Текст] / Э. И. Семенов, Н. А. Швалев // Высокие технологии в промышленности России: мат. VIII Междунар. науч.-техн. конф. ; под ред. А. Ф. Белянина, В. В. Жиликова, М. И. Самойлови-ча. - М.: ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ», 2002. - С. 274-277.

5 Швалев, Н. А. Системы наведения электронного луча на стык свариваемых кромок (Обзор) [Текст] / Н. А. Швалев, Э. И. Семенов // Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства электронной техники): мат. IX Междунар. науч.-техн. конф.; под ред. А. Ф. Белянина, В. Д. Житковского, М. И. Самой-ловича. - М.: ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ», 2003. - С. 62-70.

6 Швалев, Н. А. Математическая модель формирования выходного сигнала чувствительного элемента датчика распределения плотности тока по поверхности испаряемого материала [Текст] / Н. А. Швалев, Э. И. Семенов // Вестник Рыбинской

д/9SG1 »

15850

государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева: сб. науч. тр. - Рыбинск, 2003. - № 1(3). - С. 116-119.

7 Семенов, Э. И. Стабилизация режима работы электронно-лучевого испарителя в технологических процессах нанесения жаростойких покрытий на лопатки ГТД [Текст] / Э. И. Семенов, А. В. Гусаров, Н. А. Швалев // Моделирование и обработка информации в технических системах: мат. Всероссийс. науч.-техн. конф. -Рыбинск: РГАТА, 2004. - С. 303-306.

8 Швалев, Н. А. Методы направления электронного луча по стыку свариваемых кромок (обзор) [Текст] / Н. А. Швалев, Э. И. Семенов // Сварочное производство. - 2004. - № 2. - С. 25-32.

9 Швалев, Н. А. Влияние нестабильности параметров распределения мощности электронного пучка на качество покрытий, наносимых методом электроннолучевого испарения [Текст] // XXXI Гагаринские чтения : тез. докл. Междунар. молс>-дежной науч. конф. - М.: МАТИ, 2005. - Т. 3. - С. 92-93.

10 Швалев, Н. А. Датчик распределения мощности электронного пучка в процессе электроннолучевого нанесения покрытий [Текст] // XXXI Гагаринские чтения : тез. докл. Междунар. молодежной науч. конф. - М. : МАТИ, 2005. - Т. 3. -С. 93-94.

11 Швалев, Н. А. Автоматическая стабилизация параметров распределения мощности электронного пучка в процессе электроннолучевого нанесения покрытий как средство обеспечения постоянства скорости испарения [Текст] / Н. А. Швалев, А. В. Гусаров // Тез. докл. XXIX конф. молодых ученых и студентов. - Рыбинск : РГАТА,2005.-С. 73-74.

12 Швалев, Н. А. Результаты экспериментального исследования датчика распределения мощности электронного пучка в процессе электроннолучевого нанесения покрытий [Текст] // Тез. докл. XXIX конф. молодых ученых и студентов. - Рыбинск : РГАТА, 2005. - С. 71-73.

Зав. РИО М.А. Салкова Подписано в печать 28.04.2005 г. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100. Заказ 83.

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А Соловьева (РГАТА)

Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Влияние параметров технологического процесса электронно-лучевого испарения на качество покрытий.

1.1.1 Получение покрытий методом электронно-лучевого испарения.

1.1.2 Влияние нестабильности параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала на качество покрытий.

1.2 Анализ требований к датчику распределения мощности электронного пучка и системе автоматической стабилизации параметров распределения. 24 1.3 Классификация известных методов измерения распределения мощности электронного пучка.

1.4 Методы измерения распределения мощности электронного пучка.

1.4.1 Метод проволочного зонда.

1.4.2 Метод щелевого зонда.

1.4.3 Метод тонкопленочного зонда.

1.4.4 Метод матричной мишени.

1.4.5 Метод прямого (кругового) среза.

1.4.6 Метод рентгеновского излучения.

1.4.7 Метод вторичной электронной эмиссии.

1.5 Сравнение методов измерения распределения мощности электронного пучка.

1.6 Формулировка задачи исследования.

1.7 Выводы по главе 1.

2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА.

2.1 Вторичноэмиссионный метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала.

2.2 Математическая модель процесса формирования выходного сигнала чувствительного элемента.

2.3 Датчик распределения мощности электронного пучка.

2.3.1 Чувствительный элемент датчика.

2.3.2 Расчет выходного сигнала чувствительного элемента.

2.3.3 Расчет статических характеристик датчика как элемента автоматики.

2.3.4 Вычислитель параметров выходного сигнала чувствительного элемента датчика.

2.3.5 Расчет погрешности датчика.

2.3.6 Статические и динамические параметры датчика как элемента автоматики.

2.4 Выводы по главе 2.

3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА.

3.1 Разработка структурных схем системы.

3.2 Выбор способа технической реализации цифрового вычислительного комплекса.

3.3 Статические и динамические характеристики звеньев системы, входящих в электронно-лучевые установки для нанесения покрытий.

3.4 Разработка алгоритмов управления

3.5 Разработка цифрового регулятора.

3.6 Анализ контура стабилизации траектории развертки в динамическом режиме.

3.7 Анализ контура стабилизации фокусировки в динамическом режиме.

3.8 Выводы по главе 3.

4 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ.

4.1 Опытные образцы чувствительного элемента и устройства сопряжения с объектом.

4.2 Программное обеспечение цифрового вычислительного комплекса.

4.3 Оборудование и техника экспериментов.

4.4 Результаты экспериментального исследования датчика распределения мощности электронного пучка.

4.5 Результаты экспериментального исследования контура стабилизации траектории развертки системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка.

4.6 Выводы по главе 4.

ЗАКЛЮЧЕН!®.

Одним из основных методов получения различных по своему назначению покрытий является метод электронно-лучевого испарения осаждаемого материала в вакууме [1 -7]. Технологический процесс данного метода непрерывно развивается в направлении повышения и обеспечения качества получаемых покрытий.

Большой вклад в развитие технологического процесса электроннолучевого нанесения покрытий внесли ученые следующих российских и иностранных организаций: Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, Московского государственного авиационного технологического университета им. К. Э. Циолковского, Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева, Международного центра электронно-лучевых технологий Института электросварки им. Е. О. Патона, НИКИ «Вакууммаш», Leybold-Vacuum, CIT ALKATEL, Balzers, General Electric и др., которыми получены ответы на многие вопросы, касающиеся повышения и обеспечения качества покрытий.

В ходе изучения технологического процесса электроннолучевого нанесения покрытий было выяснено, что на качество покрытий напрямую или косвенно влияет целый ряд параметров [8-10] (мощность электронного пучка, ее распределение по поверхности испаряемого материала, скорость испарения и др.), которые во время нанесения покрытий претерпевают нежелательные изменения, вызванные возмущающими воздействиями различной физической природы. Средством обеспечения качества покрытий является стабилизация этих параметров по всем возмущающим воздействиям [8-21]. Однако при высоком в целом уровне автоматизации технологического процесса на сегодняшний день в нем отсутствует стабилизация параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала. Настоящая диссертация посвящена устранению этого недостатка и отражает результаты исследований, выполненных автором в период с 2001 по 2005 г.

Объектом исследования настоящей работы является технологический процесс нанесения покрытий методом электронно-лучевого испарения.

Предметом исследования являются методы измерения распределения мощности электронного пучка и средства построения систем автоматической стабилизации параметров распределения.

Цель работы - обеспечение качества покрытий, наносимых методом электронно-лучевого испарения, путем разработки аппаратно-программных средств для построения системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала.

При выполнении работы использованы следующие методы исследования:

- математический анализ;

- аналитическая геометрия;

- теория вероятности и математическая статистика;

- численное интегрирование;

- электронная оптика;

- математическое моделирование;

- теория систем автоматического регулирования;

- теория фильтрации сигналов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена зависимость между распределением мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала и вторичноэмисси-онным изображением поверхности, получаемым с помощью камеры-обскуры;

- предложен метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, основанный на сканировании вторичноэмиссионного изображения поверхности;

- разработана математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка.

В результате проведения исследований сформулированы основные научные положения, которые выносятся на защиту:

- метод измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, основанный на сканировании вторич-ноэмиссионного изображения поверхности;

- математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка, реализующего данный метод;

- принципы построения датчика распределения мощности электронного пучка;

- принципы построения системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны программные средства для моделирования датчика распределения мощности электронного пучка;

- разработан и внедрен в производство датчик распределения мощности электронного пучка;

- разработана и внедрена в производство система автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена корректно полученными данными теоретических расчетов и экспериментальных исследований датчика и системы автоматической стабилизации в целом с опытными образцами аппаратных средств.

Материалы диссертационной работы прошли апробацию в докладах на конференциях и симпозиумах:

- «Вакуумные технологии и оборудование» (Харьков, 2001 г.);

- «XXVII Гагаринские чтения», (Москва, 2001 г.);

- «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков», (Рыбинск, 2002 г.)

- «Высокие технологии в промышленности России», (Москва, 2002 г., 2003 г.);

- «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов», (Харьков, 2003 г.);

- «Моделирование и обработка информации в технических системах», (Рыбинск, 2004 г.)

- «XXIX конференция молодых ученых и студентов», (Рыбинск, 2005 г.)

- «XXXI Гагаринские чтения», (Москва, 2005 г.);

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из которых 1 статья в центральном научно-техническом журнале, 5 статей и 6 тезисов в сборниках материалов конференций и симпозиумов.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений на 166 страницах, содержит 68 рисунков, 18 таблиц, список источников из 111 наименований.

4.6 Выводы по главе 4 I

1. Созданы опытные образцы чувствительного элемента датчика распределения мощности электронного пучка и устройства сопряжения с объектом системы автоматической стабилизации параметров распределения.

2. Создано программное обеспечение цифрового вычислительного комплекса системы автоматической стабилизации, осуществляющее цифровую фильтрацию выходного сигнала чувствительного элемента.

3. Проведено экспериментальное исследование датчика на установке вакуумного напыления УВН-75Р-1, в результате которого получены экспериментальные кривая распределения мощности электронного пучка по одной I координате и статические характеристики датчика для этой координаты. Интегральная чувствительность датчика по ¡л составила 16,312 мА/мм, интегральная чувствительность по а - 29,1 мА/мм. Полученные значения абсолютной погрешности измерения распределения мощности электронного пучка не превышают 4 мА/мм, относительной погрешности — 13 %. Полученные значения абсолютных погрешностей определения параметров распределения для д не превышают 0,378 мм, для а - 0,095 мм. По параметру д это на 0,2 мм меньше, чем у существующего датчика положения электронного пучка в процессе электроно-лучевого нанесения покрытий.

4. Проведено экспериментальное исследование контура стабилизации траектории развертки системы автоматической стабилизации по одной координате. Полученное значение статической ошибки от постоянного возмущения равно нулю, длительность переходного процесса без перерегулирования - 0,45 с.

5. Проведены промышленные испытания системы автоматической стабилизации на установке вакуумного напыления «Оратория-9», подтвердившие, что разработанная система позволяет измерять распределение мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, стабилизировать положение электронного пучка в случае неконтролируемого изменения параметров процесса нанесения покрытий, прогнозировать вероятность выхода из строя катода электронной пушки. Это является дополнительным обеспечением качества и воспроизводимости свойств наносимых покрытий. I

Основные научные и практические результаты работы показали возможность создания системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала на базе IBM PC-совместимых ПК как средства дополнительного обеспечения качества покрытий, получаемых методом электроннолучевого испарения.

В процессе выполнения работы автором были получены следующие основные результаты:

1. Путем анализа причин, лежащих в основе нежелательных изменений показателей качества покрытий, установлено, что для обеспечения качества и воспроизводимости свойств покрытий, получаемых методом электроннолучевого испарения, необходимо стабилизировать параметры распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала.

2. В результате анализа существующих методов измерения распределения мощности электронного пучка установлено, что ни один из методов не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к методу измерения распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала в процессе электроннолучевого нанесения покрытий. Для измерения этого распределения впервые предложен метод с использованием в качестве чувствительного элемента камеры-обскуры с расположенным внутри коллектором вторичных электронов, которым с помощью специально создаваемых в камере-обскуре переменных магнитных полей сканируется поток вторичных электронов, попадающий в нее с поверхности испаряемого материала.

3. Разработана и исследована математическая модель датчика распределения мощности электронного пучка. Разработаны программные средства для моделирования датчика, с помощью них проведено исследование датчика.

4. Получены выражения для передаточных функций элементов системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка и разностные уравнения для моделирования контуров системы с использованием ПИ-алгоритма регулирования в каждом контуре. Определены условия устойчивости контуров.' Разработаны аппаратные и программные средства для создания системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка на базе IBM PC-совместимого ПК.

5. Технически реализован и экспериментально исследован датчик распределения мощности электронного пучка. Датчик обеспечивает измерение распределения по одной координате с абсолютной погрешностью не более 4 мА/мм и относительной погрешностью не более 13 %, а также определение параметров распределения с абсолютной погрешностью не более 0,378 мм для ¡1, не более 0,095 мм для а. По параметру рь это на 0,2 мм меньше, чем у существующего датчика положения электронного пучка в процессе электро-но-лучевого нанесения покрытий.

6. Технически реализована и экспериментально исследована система автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка с использованием полученных в диссертационной работе результатов. Система обеспечивает измерение распределения мощности электронного пучка по поверхности испаряемого материала, стабилизацию положения электронного пучка в случае неконтролируемого изменения параметров процесса нанесения покрытий с абсолютной погрешностью не более 0,4 мм, а также прогнозирование вероятности выхода из строя катода электронной пушки. Полученные математические отношения, моделирующие программы и программы регулирования могут быть использованы при опытно-конструкторской разработке системы.

Результаты диссертационной работы внедрены в промышленность и используются в учебном процессе. Использование системы автоматической стабилизации параметров распределения мощности электронного пучка в технологическом процессе электроннолучевого нанесения покрытий позволяет ограничить изменения скорости испарения, вызываемые случайными изменениями параметров ¡х и а, и является способом дополнительного обеспечения качества получаемых покрытий и, безопасности технологического процесса.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Семенову Э. И. и доценту Гусарову А. В. за обсуждение материалов диссертационной работы, сотрудникам института микроэлектроники и информатики РАН профессору Бердникову А. Е. и старшему научному сотруднику Бочкареву В. Ф., а также аспирантам Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева Паутову И. Ю., Ломанову А. Н. и Истомину А. С. за помощь в проведении экспериментальных исследований.

1. Ройх, И. JI. Нанесение защитных покрытий в вакууме Текст. / И. JI. Ройх, JL H. Колтунова, С. H. Федосов. М. : Машиностроение, 1976. -368 с. : ил.

2. Рыкалин, H. Н. Основы электронно-лучевой обработки материалов Текст. / H. Н. Рыкалин, И. В. Зуев, А. А. Углов. М. : Машиностроение, 1978.-239 с. : ил.

3. Шиллер, 3. Электронно-лучевая технология Текст. / 3. Шиллер, У. Гайзиг, 3. Панцер ; пер. с нем. — М. : Энергия, 1980. 528 с. : ил.

4. Малашенко, И. С. Повышение долговечности лопаток транспортных ГТУ путем применения защитных покрытий Текст. / И. С. Малашенко, Г. Ф. Мяльница, О. Г. Жирицкий // Проблемы специальной электрометаллургии. 1981. - Вып. 15.-С. 52-59.

5. Мовчан, Б. А. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме Текст. / Б. А. Мовчан, И. С. Малашенко. Киев : Наукова думка, 1983. -232 с. : ил.

6. Малашенко, И. С. Конденсационные защитные покрытия на лопатках турбин газоперекачивающих агрегатов Текст. / И. С. Малашенко, В. В. Орленко, С. В. Доморослов // Проблемы специальной электрометаллургии. 1990. - Вып. 2. - С. 57-63.

7. Мищенко, В. П. Анализ параметров и основные задачи автоматического регулирования процесса электроннолучевого испарения и конденсации Текст. / В. П. Мищенко, П. П. Осечков // Проблемы специальной электрометаллургии. 1976. - Вып. 5. - С. 75-79.

8. Малиновский, Б. Н. АСУТП электроннолучевого испарения Текст. / Н. В. Подола, В. П. Мищенко // Управляющие системы и машины. -1979. -№3.- С. 102-106.

9. Патон, Б. Е. Функции и основные алгоритмы АСУ технологическим процессом электроннолучевого испарения Текст. / Б. Е. Патон, Н. В. Подола, В. П. Мищенко // Проблемы специальной электрометаллургии. 1979. - Вып. 10. - С. 50-55.

10. Мищенко, В. П. Аппаратура управления электронным лучом в установках для плавки и испарения материалов Текст. / В. П. Мищенко, JI. Ф. Любарец, В. П. Бурьянов // Проблемы специальной электрометаллургии. 1976. - Вып. 6. - С. 66-69.

11. Мищенко, В. П. Устройство для контроля температуры напыляемых изделий при электроннолучевом испарении конденсации Текст. / В. П. Мищенко, П. П. Осечков, И. А. Косенко // Проблемы специальной электрометаллургии. 1982. - Вып. 16. - С. 53-57.

12. Мищенко, В. П. Совершенствование устройств управления электронным лучом в установках для плавки и испарения материалов Текст. / В. П. Мищенко, В. П. Бурьянов, Л. Ф. Новиченко // Проблемы специальной электрометаллургии. 1982. - Вып. 16. - С. 57-60.

13. Мищенко, В. П. Автоматизированная система управления процессом электронно-лучевого нанесения покрытий Текст. / В. П. Мищенко, Н. В. Подола, В. Н. Воробьев, С. С. Тарасов // Проблемы специальной электрометаллургии. 1985. - Вып. 3. - С. 45-50.

14. Мищенко, В. П. Измерение уровня металлической ванны в установках для электронно-лучевого испарения и плавки Текст. // Проблемы специальной электрометаллургии. 1988. - Вып. 2. - С. 50-54.

15. Воробьев, В. Н. Система автоматического управления установками для электронно-лучевого нанесения покрытий Текст. / В. Н. Воробьев, В. П. Мищенко, Ю. Н. Ланкин, С. С. Тарасов // Проблемы специальной электрометаллургии. 1988. - Вып. 4. - С. 57-62.

16. Пузырев, В. А. Адаптивное управление технологическими процессами производства БИС Текст. / В. А. Пузырев, А. С. Герасимова // Зарубежная электроника. 1988. - № 1. - С. 44-58.

17. GroeschI, M. Sensor for the detection of the incident point of an electron beam / M. GroeschI, E. Benes, E. Schmidt, H. Siegmund, G. Thorn, F. W. Thomas Text. // Thin Solid Films. 1989. - Vol. 175, N 1. - P. 323-329.

18. Тихоновский, A. JI. Электронно-лучевая установка УЭ-208 Текст. / A. JI. Тихоновский, А. А. Тур, А. Н. Кравец // Проблемы специальной электрометаллургии. 1992. - Вып. 1. - С. 71-74.

19. Микроанализ и растровая микроскопия Текст. : сб. ст. фр. учен. ; под ред. Ф. Морис, JI. Мени, Р. Тиксье ; пер. с фр. М. : Металлургия, 1985.-392 с. : ил.

20. Гречанюк, Н. И. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов системы Cr-Y Текст. / Н. И. Гречанюк, Г. Г. Дудилин,I

21. Б. А. Мовчан // Проблемы специальной электрометаллургии. 1983. -Вып. 18.-С. 59-63.

22. Малашенко, И. С. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов системы Ni-Cr-Al-Y Текст. / И. С. Малашенко, Н. П. Ващило, В. Г. Васильев // Проблемы специальной электрометаллургии. 1983. - Вып. 19. - С. 40-44.

23. Куриат, Р. И. Термоусталочная прочность многокомпонентных конденсированных покрытий на сплаве ЖС6У Текст. / Р. И. Куриат, JI. В. Кравчук, К. П. Буйских, И. С. Малашенко // Проблемы специальной электрометаллургии. 1985. - Вып. 3. - С. 39-44.

24. Бадиленко, Г. Ф. Некоторые закономерности испарения и конденсации бинарных сплавов системы титан-алюминий Текст. / Г. Ф. Бадиленко, А. К. Кривасов, Б. А. Мовчан // Проблемы специальной электрометаллургии. 1986. - Вып. 3. - С. 43-52.

25. Осокин, В. А. Структура и некоторые физико-механические свойства вакуумных конденсатов медь-алюминий Текст. / В. А. Осокин, Н. И. Гречанюк, Б. А. Мовчан // Проблемы специальной электрометаллургии. 1988. -Вып. 1.-С. 56-60.

26. Рыбников, А. И. Структурные изменения в двухслойном покрытии Co-Cr-Al-Y/Zr02-8% Y203 на никелевом сплаве ЭИ929 Текст. / А. И. Рыбников, И. С. Малашенко, К. Я. Яковчук, Б. А. Мовчан // Проблемы специальной электрометаллургии. 1989. - Вып. 2. - С. 52-56.

27. Вернадская, И. В. Особенности деформации трехслойных конденсатов системы Fe/Cu Текст. / И. В. Вернадская, JI. М. Нероденко, Т. А. Молодкина, Б. А. Мовчан // Проблемы специальной электрометаллургии. -1990.-Вып. 4.-С. 55-60.

28. Мищенко, В. П. Весовой измеритель толщины и скорости роста покрытий Текст. / В. П. Мищенко, П. П. Осечков, JI. Ф. Новиченко // Проблемы специальной электрометаллургии. 1985. - Вып. 4. - С. 51-55.

29. А. с. 1415041 СССР, МКИ4 G oi В 7/06, С 23 С 14/56. Способ непрерывного контроля толщины покрытий при их напылении и устройство для его осуществления Текст. / Э. И. Семенов, В. П. Сидоркин (СССР) ; за-явл. 15.09.1986 ; опубл. 07.08.1988, Бюлл. № 29.

30. Suzukti, Н. Characteristics of Electron beam for Welding Text. // Journal of the Japan Welding Society. 1963. - N 5.

31. Sanderson, A. Electron Beam delineation and penetration Text. // Brit. Weld. J.- 1968.-N 10.

32. Зуев, И. В. Об измерении диаметра электронного луча методом вращающегося зонда Текст. / И. В. Зуев, А. А. Углов // Физика и химия обработки материалов. — 1967. № 5. - С. 110-112.

33. Kuper, G. Vermessung der Stromdichterverteilung im Elektronenstrahl Text. // Ind. Anz. 1970. - N 97.

34. Назаренко, О. К. Измерение параметров мощных электронных пучков методом вращающегося зонда Текст. / О. К. Назаренко, В. Е. Локшин, К. С. Акопьянц // Электронная обработка материалов. 1970. - № 1. - С. 8790.

35. Matting, А. Elektronenstrahlschweissen im Vergleich mit anderer Schweissverfahren hoher Leistungsdichte Text. / A. Matting, G. Sepold // Schweissen und Schneiden. 1968. - N 8.

36. Зуев, И. В. О распределении плотности тока по сечению электронного луча Текст. / И. В. Зуев, Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1968. - № 6. - С. 5-12.

37. Einhorn, F. Leistungsdichte und radiale Leistungsdichte Verteilung beim Elektronenstrahlschweissen und ihre Auswirkung auf den Feifschurisseffekt Text. / F. Einhorn, D. Neef// Ind. Anz. 1969. - N 23.

38. Neef, D. Fokussieren des Elektronenstrahls mit hilfe der Analog-Digital-Technik Text. : Actes du premier colloque international Soudage et fusion par faisceaux d'electrons. Paris, 1971.

39. Швалев, H. А. Методы направления электронного луча по стыку свариваемых кромок (обзор) Текст. / Н. А. Швалев, Э. И. Семенов // Сварочное производство. 2004. - № 2. — С. 25-32.

40. Башкатов, А. В. О нахождении коэффициента сосредоточенности электронного луча Текст. / А. В. Башкатов, В. С. Постников, Ф. Н. Рыжков // Физика и химия обработки материалов. 1970. - № 5. - С. 14-18.

41. Павлюченко, Ю. П. Метод вращающегося зонда для исследования аксиально-симметричных пучков электронов Текст. // Вюник Кшвського полггехничного шституту. Сер. Радиотехника. 1966. - № 3.

42. Назаренко, О. К. Электронно-лучевая сварка Текст. / О. К. Наза-ренко, Е. И. Истомин, В. Е. Локшин. М. : Машиностроение, 1966. - 128 с. : ил.

43. Каплан, А. А. Контроль геометрических параметров сварочного пучка электронов мощностью до 60 кВт Текст. / А. А. Каплан, В. М. Кор-дун // Сварочное производство. 1983. - № 7. - С. 33-34.

44. Углов, А. А. Об экспериментальном исследовании параметров тонких электронных пучков Текст. / А. А. Углов, В. К. Дущенко, А. А. Васю-тин // Физика и химия обработки материалов. 1974. - № 3. - С. 26-29.

45. Меркер, Э. А. Устройство для прецизионного измерения координат и формы выведенного пучка протонов Текст. // Приборы и техника эксперимента. 1975. - № 6. - С. 25-27.

46. Никонов, О. К. Датчик для измерения плотности тока сильноточного микросекундного пучка Текст. / О. К. Никонов, Ю. М. Савельев, В. И. Энгелько // Приборы и техника эксперимента. 1984. - № 1. - С. 37-39.

47. Алексеев, Г. И. Измерение параметров электронного потока проволочными коллекторами Текст. / Г. И. Алексеев, А. М. Блинов // Сильноточные электронные пучки и новые методы ускорения : сб. науч. тр. — М. : АН СССР, 1985.-С. 21-32.

48. Fiorito, R. В. Current densety monitor for intense relativistic electron beams Text. / R. B. Fiorito, M. Raleigh, S. M. Seltzer // Review of Scientific Instruments. 1986. - Vol. 57, N 10. - P. 2462-2470.

49. Маркин, А. П. Измерение распределения плотности тока осесим-метричных пучков заряженных частиц Текст. / А. П. Маркин, J1. Н. Пустын-ский // Приборы и техника эксперимента. 1989. - № 2. - С. 50-53.

50. Laflamme, G. R. Diagnostic Device Quantifies, defines geometric characteristics of electron beams Text. / G. R. Laflamme, D. E. Powers // Welding journal. 1991.-N 10.-P. 33-40.

51. Strehl, P. Beam diagnostics (invited) Text. // Review of Scientific Instruments. 1992. - Vol. 63, N 4. - P. 2652-2659.

52. Ланкин, Ю. H. Измерение диаметра пучка при электронно-лучевой сварке Текст. // Автоматическая сварка. 1978. - № 6. - С.24-26.

53. Полянский, П. В. К вопросу измерения распределения мощности сварочных электронных пучков методом прямого края Текст. / П. В. Полянский, В. Н. Ластовиря // Физика и химия обработки материалов. 1989. -№5.-С. 122-126.

54. Ластовиря, В. Н. Система оперативного контроля проплавляющих свойств электронного пучка при сварке Текст. / В. Н. Ластовиря, П. В. Полянский // Сварочное производство. 1990. - № 8. - С. 25-26.

55. Ластовиря, В. Н. Двухпроцессорный подход к организации управления электронно-лучевой сваркой Текст,. // Вопр. атом, науки и техники. -Сер. Сварка в ядер, технологии. 1987. - Вып. 2/19. - С. 12-16.

56. Мурыгин, А. В. Автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС / А. В. Мурыгин, А. Н. Бочаров // Сварочное производство. 2003. - № 8. — С. 32-34.

57. А. с. 1609584 СССР, МКИ5 В 23 К 15/00. Способ контроля процесса электронно-лучевой сварки Текст. / В. Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин, А. Д. Тамбовцев, В. Г. Угрюмов (СССР) ; заявл. 18.01.1989 ; опубл. 30.11.1990, Бюлл.№ 44.

58. Woltring, Н. J. Single- and Dual- Axis Lateral Photodetectors of Rectangular Share Text. // IEEE trancactions on electron devices. 1975. - Vol. ED-22,N8.-P. 581-590.

59. Fuchs Н. F. An area X-ray detector system based on a commercially CCD-unit Text. / H. F. Fuchs, D. Q. Wu, B. Chu // Review of Scientific Instruments. 1990. - Vol. 61, N 2. - P. 712-716.

60. Варварица, В. П. Пропорционально-сцинтилляционные детекторы (обзор) Текст. / В. П. Варварица, И. В. Викулов, В. В. Ивашов // Приборы и техника эксперимента. 1992. - № 5. - С. 11-31.

61. Корж, В. И. Детекторы рентгеновского излучения на приборах с зарядовой связью Текст. / В. И. Корж, В. Е. Кусков, В. Я. Стенин // Приборы и техника эксперимента. 1982. - № 3. - С. 7-19.

62. Рубинович, И. М. Использование рентгеновского излучения сварочной ванны для контроля ЭЛС Текст. / И. М. Рубинович, А. А. Дмитриев, П. Э. Кисс // Электронно-лучевая сварка : тез. докл. X Всесоюзной конференции. -JL, 1988.-С. 61.

63. Бронштейн, И. Н. Справочник по матем. для инж. и уч-ся ВТУЗов Текст. / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. — 13-е изд., испр. М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.: ил.

64. Сварка в машиностроении Текст. : справочние : в 4-х т. ; под ред. Н. А. Ольшанского. М. : Машиностроение, 1978. - Т. 1 - 504 с.: ил.

65. Силадьи, М. Электронная и ионная оптика Текст. ; пер. с англ. И. М. Ахмеджанова, Ф. В. Пригары, В. В. Овчарова. М. : Мир, 1990. -639 с.: ил.

66. Бронштейн, И. М. Вторичная электронная эмиссия Текст. / И. М. Бронштейн, Б. С. Фрайман. М.: Наука, 1969. - 408 с.: ил.

67. Bruining, Н. Physics and applications of secondary electron emission Text. London : Pergamon Press Ltd, 1954. - 192 p. : ill.

68. Апенко, M. И. Прикладная оптика Текст. / M. И. Апенко, А. С. Дубовик. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. - 352 с.: ил.

69. Назаренко, О. К. Наблюдение процесса электроннолучевой сварки и автоматическое слежение за стыком Текст. / О. К. Назаренко, В. И. Шапо-вал, Г. А. Лоскутов, В. И. Рыбак, В. С. Ланбин, А. В. Хоменок // Автоматическая сварка. 1993. - № 5. - С. 35-38.

70. Чайка, Н. К. Видеотракт растрового телевизионного устройства сварочной электроннолучевой установки Текст. // Автоматическая сварка. -1994.-№2.-С. 44-47.

71. Яворский, Б. М. Справочник по физике Текст. / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. 3-е изд., испр. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -624 с.: ил.

72. Бриллиантов, Д. П. Экономичные генераторы телевизионной развертки : проектирование и расчет Текст. М.: Радио и связь, 1982. - 272 с.:

73. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического регулирования Текст. / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. 3-е изд., испр. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1975. - 768 с.: ил.

74. Бесекерский, В. А. Цифровые автоматические системы Текст. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976. 576 с.: ил.

75. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления Текст. : справочник ; под общ. ред. С. Т. Хвоща. JI. : Машиностроение, 1987. - 640 с.: ил.

76. Шевкопляс, Б. В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения Текст. : справочник. 2-е изд., перер. и доп. - М. : Радио и связь, 1989.-512 с. : ил.

77. Гореликов, Н. И. Устройства связи с объектом. Состояние и перспективы Текст. / Н. И. Гореликов, Б. М. Кауфман, А. Г. Кузнецов, А. Я. Соколов // Приборы и системы управления. 1990. - № 2. - С. 14-16.

78. Блокин-Мечталин, Ю. К. Многоканальный аналого-цифровой измерительный преобразователь для магистрально-модульных систем Текст. / Ю. К. Блокин-Мечталин, В. М. Власенко, В. И. Матвиив, А. В. Судаков // Измерительная техника. 1991. - № 11. - С. 15-16.

79. Дмитриев, Д. Р. Устройство параллельного ввода- вывода информации для IBM PC Текст. / Д. Р. Дмитриев, М. Н. Подлевских // Приборы и системы управления. 1994. - № 2. - С. 26-27.

80. Schumny, H. Digital measurement systems Text. // Modern electrical and magnetic measurement : proceedings of the 7th IMEKO TC4 International Symposium. Part 1. - Prague, 1995. - P. 1-7.

81. Кривченко, Т. И. Построение современных измерительных систем на базе стандартных интерфейсов Текст. / Т. И. Кривченко, В. А. Сталневич, А. В. Клементьев, Г. Н. Новопашенный // Приборы и системы управления. -1996.-№ 1.-С. 1-6.

82. Сорокин, С. A. IBM PC в промышленности Текст. // Приборы и системы управления. 1996. - № 1. - С. 46-51.

83. Хазаров, В. Г. Управляющий вычислительный комплекс на базе ПЭВМ PC Текст. / В. Г. Хазаров, М. С. Утешев // Приборы и системы управления. 1996. - № 6. - С. 8-10.

84. Костелянский, В. М. Создание и применение средств вычислительной техники для управления технологическими процессами в странах СНГ Текст. // Приборы и системы управления. 1996. - № 10. - С. 13-12.

85. Керер, Р. Новая тенденция в области измерений на базе персональных компьютеров Текст. // Приборы и системы управления. 1997 -№4-С. 25-27.

86. The Measurement and automation Text. : catalog. Austin : National Instruments, 2002. - 769 p.: ill.

87. Краткий каталог продукции ПроСофт 8.0 Текст. М. : ProSoft, 2002.-273 с. : ил.

88. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем Текст. 4-е изд., перер. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.: ил.

89. Изерман, Р. Цифровые системы управления Текст.; пер. с англ. -М. : Мир, 1984.-541 с. : ил.

90. Филиппов, Л. Г. Вопросы определения периода дискретизации управляющего сигнала в системе управления с управляющей машиной Текст. // Приборы и системы управления. 1978. - № 8. - С. 11-13.

91. Гутников, В. С. Фильтрация измерительных сигналов Текст. -Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд.-ние, 1990. 192 с. : ил.

92. Программа для расчета в среде Mathcad 2000 Professional выходного сигнала чувствительного элемента датчика распределения мощности электронного пучка1. Исходные данные:

93. ЕК:= бкУ, I := 1 ООпА(параметры рабочего режима)

94. XB рВ • cos (фв) • cos (ев) УВ<- рВ • sin(<|ß) • cos(gb) zb рв • sin(eB)

95. V(XB ХА)2 + (YB- YA)2 + (ZB - ZA)2y(XA,YA,xB,yB) :=1. Xk cos| — a I • 1mm

96. Yk<— 0- 1mm Zk <r~ cos (a) • 1mm ZA <- 0(jo atanxBpo, 6B во atañí —рВ <— ^ po + уВ" XB рВ • cos(<jß) • cos (ев) YB<- рВ • sin(<|>B) • cos(öb) ZB <- рв • sin(eß)

97. APBP <- /yB yA)2 + (zB - zA)2 AB <- r(XA,YA,xB,yB) D21. R <■yE •0.2- 7i- n0- (iC- wQ yB if zA = zB R11.4-me-'J hel1. EK APBP ABf yB yA | ^ zB-zA JyBzE i1 + lzB if zA = zBotherwisezB (yE - yB)yB-zB-yA. -zA JotherwisezC<- 11 if iC< OAyC.

98. Ji • (r(XA,YA,xB,yB)) IK2 IKI • (v(iS,iC, XA, YA,xB,yB) • j(XA, YA,hX,hY,ctX,ctY))

99. IK2- (AXY)2 • (Axy)2. IK<- IK+ IK3 yB yB + Axy xB xB + Axy YA <- YA + AXY XA XA + AXY IK r) • IK IK

100. Акт об использовании результатов диссертационной работы в технологическом процессе нанесения металлических пленок на установке «Оратория-9» в институте микроэлектроники и информатики РАН

101. УТВЕРЖДАЮ» по научной работе (^^йЖеВ^^^микроэлектроники и1. Г Г.АТТинформатики РАН1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Швалева Н. А. в технологическом процессе нанесения металлических пленок на установке «Оратория-9»

102. Данный акт не является основанием для финансовых расчетов.1. Заведующий лабораториейфизики и технологии тонких пленок, к.ф-м.н., снс1. В.Ф. Бочкарев

103. Результаты научных исследований Швалева Н. А использованы в учебном процессе Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева по дисциплине «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ».

104. Результаты составляют фактическое содержание отдельных лекций, включены в тематику лабораторных работ.

105. Заведующий I ^ :е системы»к. т. н., проф.1. Ъмаров В. М.