X 光检测机真空频繁报错故障分析

2021-08-27申承志赵英伟郝晓亮马培圣

设备管理与维修 2021年11期

申承志，赵英伟，郝晓亮，马培圣，刘楠

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄 050051）

1 背景

X 光检测机利用X 光透射成像原理，由X 光发射器产生X光，X 光接收装置能接收X 光并成像。X 光接收装置将产生的图像信号传给电脑，在电脑屏幕上显示被测物体的内部结构。这种设备一般用来检测芯片、PCB 板、锂电池和精密铸件等零部件。电子工业中的X 光检测机要求高精度。

某台X 光检测机真空频繁报错，该故障3 天左右出现一次。该型号X 光检测机的真空系统由膜片泵、分子泵、手动放气阀、真空计和透射光束发射器等部件组成，如图1 所示。该X 光检测机与真空有关的部分电路简图如图2 所示，膜片泵运转一段时间后会停机一段时间，进气口真空值（压强）上升速度慢。

图1 某X 光检测机真空部分结构简图

图2 某X 光检测机与真空有关的部分电路简图

2 冷阴极电离真空计原理

高真空计有多种类型，常见的有热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和B-A 型电离真空计。冷阴极电离真空规一般具有3 种电极配置方式，即潘宁规、磁控规和反磁控规[1-2]。早期真空计的规管和控制器是分开的，后来随着技术发展，规管和控制器的主要部分可以组装在一起。

冷阴极电离规在直流高压电源、电场和磁场的共同作用下，形成自持气体放电，一般又称为潘宁放电[2]。冷阴极电离真空计中的电流I与压强P 是非线性关系，但在一定的压强范围内，放电电流与压强的关系遵循幂次方关系[3]：I=KPn，即 lgI=nlgP +C，C=lgK。其中，I 为放电电流，K 为规管常数，P 为压强，n 为指数，一般在1～2，它是与规管结构有关的常数[3]。

冷阴极电离规的硬件电路和软件程序对读数输出是有影响的[2]。要使真空计读数在误差允许范围内，可以在软件里设置误差修正表，通过修改该表来调整输出。冷阴极电离真空计的电路部分长期工作，部分电子元器件电气参数可能发生改变，导致真空计读数偏差。冷阴极电离规在使用过程中免不了放电喷溅沾污。因此，要定期清洁电极表面和内壁，否则会带来测量误差，甚至不激发。

3 故障分析与处理

故障出现后，屏幕上真空指示圆形图标为红色，真空度显示为0，设备不能正常工作。故障原因可能有：①真空计故障；②抽真空部件故障；③腔室漏率大故障；④电气控制故障。

首先从第一个原因开始，图3 是一个有沾污的冷阴极电离规。用万用表测量该规管带孔圆盘上深色的薄层与侧壁的电阻，电阻值在20 kΩ～1.5 MΩ。如图4 所示，阳极杆深色段是放电的地方，这两处与阴极很近。该电离规管电极结构简图如图5 所示。使用百洁布打磨冷阴极电离规管有沾污处，再做清洁。装回设备后可使用一个月左右。这样处理了两、三次，该问题没有彻底解决。

图3 某个有沾污的电离规管

图4 阳极杆深色段

图5 某电离规管电极结构简图

接着查看该设备的膜片泵和分子泵。膜片真空泵有时停止不动，这是间歇式工作模式，与连续工作模式不同。拆下膜片泵，单独测试极限真空，它能抽到的极限真空是500 Pa。该真空泵的极限真空跟它手册上的值是200 Pa 差了一些。膜片真空泵极限真空差是一个可能原因，为此购买了一台该型号真空泵。后联系分子泵厂家得知，前级泵间歇式工作也是正常，要看分子泵电子驱动器的设置。

从图2 可以看出，膜片真空泵受分子泵电子驱动器控制。X3接头辅助输出Aux2（B1）引脚，它的功能由一个参数决定，它可以设置成8 种功能中的一种，其中一种是前级泵（Baking Pump）[4]。前级泵的工作模式由另一个参数决定，它有3 种工作模式，分别是连续、间歇和延时启动[4]。图2 中，驱动器X3 接头上的DO1 引脚控制高真空计的电源，该引脚有15 种功能设置，其中一种是“达到转速设定点开关”，当条件达到时会输出“ON”[4]。由此可见，分子泵电子驱动器控制膜片泵和高真空计，驱动分子泵，是该设备真空系统的控制部件。

故障出现时真空显示如图6 所示，在真空显示处，右下角的圆形图标由绿色变为红色，接着颜色反复变了几次，经过大约2 min，圆形图标保持红色。一段时间以后设备停止抽真空，这个时间由设备真空延时参数决定。

图6 真空显示

这个新的故障现象显示真空度太高（或者说压强太低），导致设备真空出错。设备上高真空计的准确度在1×10-1～1×10-7Pa≈±30%[5]。设备真空正常状态是在2×10-3～3×10-5Pa。膜片泵技术参数中能抽到的真空值≤200 Pa，该设备使用分子泵，还有一些KF 接头，与该真空结构类似的设备极限真空＞1×10-4Pa。由此推断该真空系统的极限真空＞3×10-5Pa。当它的真空显示值≤3×10-5Pa 时，真空计出现问题的可能性很大。使用2 个KF25 三通，将一套热阴极电离真空计加装到设备上高真空计相同的位置，如图7 所示。发现设备上的高真空计读数比它小一个数量级，读数见表1。可以推断有一个或者两个真空计不准。将设备上的高真空计送到高真空计生产厂家进行维修和调整，修好以后装回设备。设备工作两个月时间，没有再出现该故障。将一个高真空计送去校准，然后用校准过的高真空计与设备上维修过的真空计进行对比，对比值见表2。由此得出故障原因：真空计不准，导致设备真空报警故障。