УСТАНОВКА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Полезная модель относится к области приборостроения, а более конкретно к установкам для химической обработки кварцевых резонаторов твердотельных гироскопов.
Известно устройство [1], содержащее сосуд с травильным раствором, помещенный в термостат, подъемно-вращательный механизм, включающий электродвигатель, на оси которого закреплен, по крайней мере, один кулачок, механически связанный с подвижным роликом, и кассету с ячейками для укладки заготовок. Указанное устройство имеет следующие недостатки:
- устройство не в полной мере реализует возможности химической полировки кварцевых элементов для кварцевых резонаторов;
- устройство работает в реверсивном режиме с углом поворота на 180-270 градусов, т.е. в точках 180-270 градусов обрабатываемые резонаторы на какое-то время останавливаются, что приводит к неравномерному травлению их поверхности;
- устройство не обеспечивает высокое качество обработки по всей поверхности;
- не контролируемый непосредственно в процессе химической обработки износ кулачков может привести к нарушению алгоритма обработки резонаторов;
- в процессе травления обрабатываемые детали имеют разные скорости линейного перемещения относительно травильного раствора, что приводит к разбросу по толщине кварцевых резонаторов в конце процесса травления;
- данное устройство трудно встроить в автоматизированный процесс химической обработки.
Известно также устройство для изготовления кристаллических элементов [2], путем химико-динамического травления плоской заготовки в жидком травителе с круговым вращением заготовки и одновременно возвратно-поступательным перемещением, содержащее сосуд с жидким травителем, помещенный в термостат, подъемно-вращательный механизм, включающий электродвигатель, на оси которого закреплен кулачек, механически связанный с подвижным роликом, и кассету этажерного типа с ячейками для укладки заготовок, при этом круговой выступ кулачка имеет пологий склон на угловой длине 270-300 градусов так, что обеспечивается угол атаки 2-17 градусов потока травителя относительно поверхности заготовок, и крутой склон, а ячейкам кассеты задают высоту 1,5-3,0 мм. Указанному устройству присущи следующие недостатки:
- трудоемкость и длительность процесса закладки и выемки обрабатываемых кварцевых элементов, связанная с монтажом и демонтажем затвора и фиксацией и расфиксацией замка;
- в устройстве не предусмотрено автоматическое открытие и закрытие крышки сосуда с жидким травителем;
- в устройстве используется большое количество ручных операций;
- устройство не обеспечивает законченный цикл технологических операций в автоматическом режиме от автоматической загрузки заготовок, травления их в нескольких растворах, промывки и автоматической выгрузке, автоматическом открытии и закрытии крышек сосудов (стаканов) с раствором кислот.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание установки для химической обработки (травления) кварцевых резонаторов, обеспечивающей получение технического результата, состоящего в:
- устранении указанных выше недостатков;
- обеспечении равномерного травления по всей поверхности резонаторов для улучшения их геометрических и физических параметров;
- расширении области использования химической обработки до серийного изготовления кварцевых резонаторов высокого качества с улучшенными техническими характеристиками при строгом соблюдении требований техники безопасности и экологии.
Этот технический результат согласно предлагаемой заявке на полезную модель достигается тем, что установка для химической обработки кварцевых резонаторов содержит вытяжной шкаф, внутри которого установлена ванна для подогрева кислот, размещаемых в автоматически закрываемых стаканах, стакан для дистиллированной воды, бак нейтрализации воды, управляемый процессором манипулятор, обеспечивающий загрузку кассет с обрабатываемыми резонаторами в стаканы, их угловое и линейное перемещение внутри стаканов и последующее извлечение, датчики уровня и температуры воды в ванне и уровня воды в емкости с дистиллированной водой, элементы электроавтоматики и панель оператора для формирования управляющих команд. Таким образом, все процессы химической обработки резонаторов автоматизированы и осуществляются в строгом соответствии с заданной программой, обработка производится в вытяжном шкафу, а слив воды в канализацию производится после ее нейтрализации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (Фиг.1), на котором представлен общий вид установки в разрезе. Установка содержит вытяжной шкаф 1, с лицевой и боковыми панелями, выполненными из ударопрочного стекла (на чертеже не показаны). Внутри шкафа смонтирована столешница 2 с вырезом, в который помещена ванна 3 для проточной воды. Ванна снабжена электронагревателем 4 и датчиками температуры 5 и уровня 6 воды. В ванне 3 установлено два стакана 7 с крышками 8 для размещения в них растворов кислот (промывочного и травильного). Необходимое количество стаканов 7 определяется конкретным технологическим процессом. Стаканы 7 снабжены закрываемыми крышками 8 с электроприводами 9. Рядом со стаканами 7 (за пределами ванны 3) установлен стакан 10 для дистиллированной воды. Стакан 10 имеет штуцер для залива воды и электроклапан 11 для ее слива. Под столешницей 2 размещен бак 12 для нейтрализации воды с электроклапаном 13 и канализационным сливом 14. Над столешницей 2 (над стаканами) размещен манипулятор 15, который перемещается в горизонтальной плоскости по направляющей 16 и обеспечивает программные линейные и угловые перемещения кассет 17 с обрабатываемыми кварцевыми резонаторами 18 внутри стаканов 7 и 10, а также перемещения между стаканами. На внешней поверхности вытяжного шкафа 1 установлены емкость 19 для дистиллированной воды с датчиками уровня 20 воды и электроклапаном 21 слива и залива дистиллированной воды, шкаф 22 с элементами электроавтоматики и процессором, а также панель оператора 23 с приборами контроля и управления процессом химической обработки резонаторов. Емкость 19 может устанавливаться также внутри шкафа 1, например, под столешницей 2.
Установка работает следующим образом. В исходном состоянии емкость 19 заполнена дистиллированной водой, в ванну 3 налита проточная вода, стаканы 7 заполнены до необходимого уровня растворами кислот, а в стакан 10 налита дистиллированная вода. С помощью электронагревателя 4 подогревают воду в ванне 3 и тем самым устанавливают рабочую температуру растворов кислот в стаканах 7. Подлежащие химической обработке резонаторы 18 устанавливают в кассеты 17, которые закрепляются в манипуляторе 15. Закрывают лицевые стеклянные панели вытяжного шкафа 1. На панели управления проверяют значения контролируемых параметров, задают программу химической обработки резонаторов, после чего запускают установку. Кассета с резонаторами последовательно обрабатывается в растворах кислот в стаканах 7, при этом манипулятор 15 обеспечивает вращение вокруг вертикальной оси и перемещение вверх-вниз кассет 17 с резонаторами 18 с заданной амплитудой и частотой. Крышки 8 в стаканах 7 автоматически открываются при подходе манипулятора и закрываются при его переходе к следующему стакану. Цикл обработки завершается промывкой резонаторов дистиллированной водой в стакане 10, сливом воды в бак 12 нейтрализации и последующим заливом свежей воды в стакан 10. Манипулятор возвращается в исходное положение. На панель оператора выводится сообщение об окончании процесса обработки резонаторов. Производится съем обработанных резонаторов. Цикл обработки завершен. После установки в кассеты новой партии обрабатываемых резонаторов и задания программы обработки цикл повторяется. По завершении заданного количества циклов обработки в баке нейтрализации 12 автоматически открывается электроклапан 13, подается вода из водопровода, вода в баке нейтрализуется, после чего сливается в канализацию без ущерба для экологии. Растворы кислот в стаканах 7 нейтрализуются по стандартным методикам, применяемым в гальванотехнике.
Предлагаемая установка позволяет полностью автоматизировать технологический процесс химической обработки (травления) кварцевых резонаторов, обеспечить дистанционный контроль параметров технологического процесса, минимизировать разбросы характеристик и повысить конструктивные качества резонаторов, увеличить производительность и обеспечить жесткие требования техники безопасности при химической обработке резонаторов.
Источники информации:
1. А.С. 1679940, кл. МПК Н03Н 3/02. Способ изготовления кварцевых пьезоэлементов и устройство для его осуществления. Приоритет от 16.05.1989 г.
2. Патент RU 2296417, кл. МПК Н03Н 3/02. Способ изготовления кристаллических элементов и устройство для его изготовления. Приоритет от 30.05.2005 г.
3. А.С. 1552979, кл. МПК Н03Н 3/02. Способ изготовления кварцевых кристаллических элементов. Приоритет от 23.05.1988 г.
4. Патент RU 2083718, кл. МПК С23С 14/24, Н03Н 3/02. Устройство для изготовления кварцевых резонаторов. Приоритет от 12.05.1995 г
5. Патент RU 2117382, кл. МПК Н03Н 3/02. Способ изготовления кварцевых кристаллических элементов АТ-среза. Приоритет от 06.06.1995 г.
6. Патент RU 2150172, кл. МПК Н03Н 3/02, Н03Н 3/04. Способ изготовления кристаллических элементов. Приоритет от 28.05.1998 г.
7. Патент RU 2169985, кл. МПК Н03Н 3/02. Способ изготовления кристаллических элементов с линзообразными профилями и устройство для его осуществления. Приоритет от 29.06.1999 г.
8. Патент RU 95107668, кл. МПК Н03Н 3/02, С23С 14/24. Устройство для изготовления кварцевых резонаторов. Приоритет от 12.05.1995.