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检漏仪「HELIOT 900系列」的开发

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1.前言

爱发科于1967年开始销售第一台氦气检漏仪(HLD)"DLMS",然后在1995年,使用了独特的排气系统技术的,全球首次实现完全自动化,从粗漏到细漏的测试的「HELIOT300系列」1)开始销售,至今已过去约20年。
(※本文发表于2015年6月出版的技术期刊Mo.79)

「HELIOT 300系列」开始销售以来,对于从未使用过HLD的客户来说更小更轻的「HELIOT 100系列」2)和自动氦气侧漏设备专用的「HELIOT ZERO」3)等适合于不同应用的系列、以及通用机型「HELIOT 700系列」4)相继被开发。

HLD市场已从真空,汽车,制冷和核电行业扩展到食品和医疗包装行业,测试样本和使用方法也变得更加多样化。 在这样市场环境中,我们将推出「HELIOT 900系列」,旨在更快,测量更微小泄漏,以及提高基本性能和易用性。

检漏仪HELIOT900的3个特点
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Figure 1 Appearance of a portable type.

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Figure 2 Appearance of a mobile type.


2.产品阵容

图1和图2显示了「HELIOT 900系列」的外观,表1为规格表。准备了和「HELIOT 700系列」一样的油回转泵(W1型:30L/min、W2型:135L/min)和涡旋型干泵(D2型:90L/min、D3型:250L/min)。此次又新追加了面向半导体制造设备和FPD制造设备、配备排气速度为500L/min的涡旋型干泵的D4型。大排气速度W2、D3、D4型标准配有便于移动的小车。

使用吸枪法时,可以通过连接可选的吸枪单元,真空法和吸枪法为可分开使用的2合1结构。

表1: HELIOT900规格表

3.产品的特点

3.1 排气系统和分析管

为了尽快可以开始氦泄漏测试,在真空装置或自动泄漏测试仪的泄漏测试中以高灵敏度进行检测,必须增加HLD的测试端口排气速度。然而,当复合分子泵的排气速度增加时,会发生分析管的氦量减少并且灵敏度降低的问题。

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图3 与现有型号相比的排气速度曲线

「HELIOT900」通过加大复合分子泵的气体导入口的排气速度和测试阀门的传导率,实现了5L/sec(Ultra Flow)的排气速度,通过提高后述的微小电流检测能力,实现了高灵敏度的检测。约30L容积的试验体至1×10-11 Pa・m3/sec所需的时间,如图3所示,与以往机种相比缩短了5分钟以上。

另外,就像进行真空装置泄漏试验时那样,在试验箱上发生模拟泄漏,利用真空泵进行排气的同时,连接HLD进行试验,与原机型相比,能够检测到约1/5的泄漏。

「HELIOT900系列」的排气系统图如图4所示。安装了传统的无选择排气系统,但标准和高灵敏度模式之间没有像以前那样切换,总流量(连接压力:1200 Pa),精细流量(连接压力:100 Pa),超流量(连接压力:2Pa) 三个流量实现从大泄漏到微小泄漏的测量。 通过检查启动流程,包括校准操作在内的启动时间为5分钟以下,在不执行校准时为2分钟以下。

排气管线从原来的位置改为在校正泄漏阀门和校正泄漏之间,从而抑制了连续行运作时背压的上升。另外,此次新追加的D4款配备了粗拉阀,可进一步缩短试验体内的排气时间。

对使用的组件也从以前使用的进行了修改。压力监视用的皮拉尼真空计采用新开发的「SPU」5), 通过数字通信向主板发送压力信号。W1型的前级泵采用磁铁联轴器结构,使用了轴封无漏油、长寿命的爱发科机工制造的「GHD-031」。

另外还标准附带油吸收装置。分析管配备有电极,该电极可抑制分析管内部污染或压力高时产生的二次电子,从而实现可靠的测量。
另外,还准备有与以往机种相同,氢气可以用作为示踪气体的「氢测量模式」。

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图4 真空系统图。

3.2 微小电流检出回路

为了测量更为的微小泄漏,必须精确测量微小离子电流,这是决定HLD以及电离真空计5)和残余气体分析仪6)性能的重要因素之一。

此次开发中,在微电流检测电路板上安装了微控制器,与采样、滤波、范围切换、输出值计算等信号测定直接相关的大部分不依赖于主板,通过改进以往的模拟电压传送方法,将数据通过数字通信传送到主板。

与传统型号相比,性能大大提高的运算放大器和AD转换器可通过直接AD转换运算放大器的输出来捕获具有高S / N比的信号,最小可检测泄漏率为5×10 可以检测-13 Pa・m3/sec的微小泄漏。

此外,通过根据要测量的电流值设置移动平均次数(滤波),实现了对泄漏量的响应速度和噪声降低。 FAST,NORMAL和SLOW可用作过滤模式,并且可以进行与用途匹配的设置。

另外,通过简化电路减少了部件数量,把以前用2个印刷电路板制作变成1个,从而成功地降低了成本和减小了尺寸。

3.3 电气系统和软件

「HELIOT900系列」采用了安装了安卓OS的产业用7inch平板显示器,可使用有线及无线遥控器的结构。另外,附带的支架可以自由设置方向和角度,因此可以设置成支架型、遥控型和吊挂型。

在进行真空装置和吸枪法的泄漏试验时,显示、操作的控制器与主机分离,可以放置在任意地方,不受电缆的安装和长度的制约,提高了实验者的便利性。

平板显示的画面简单易懂。在测试画面的图表、计量表、数值表示中,设定固定点,改变图表的颜色和数值的颜色,可以通过视觉判断测定值。

另外,图表部分可以缩进,缩小后改变微波炉的宽度和测量时间的宽度(图5)。

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图5 软件屏幕

显示语言与原来一样,支持7种语言(日语、英语、韩语、汉语(简体字)、汉语(繁体字)、德语、西班牙语)。介绍以下4点具有代表性的新功能。

①内置校准漏孔的吸枪流速校准,通过使用HELIOT内部安装的校准漏孔执行灵敏度校准,无需为吸枪准备单独的校准漏孔,即可显示流速。
另外,由于可以在启动之后在真空容器法和吸枪法之间切换,所以当真空容器法已经NG时,可以在不重新启动装置的情况下指定位置。

②排气设置
测试后更新排气控制方法。 有三种类型的设置:自动,手动和禁用。

自动:测试结束时排气。

手动:测试结束时不执行排气,测试屏幕上的测试开始/结束按钮切换到排气按钮,排气时间是任意的。

禁用时:不执行任何排气。 此外,还增加了可以设置排气时间的功能。 在设定的时间过后停止排气空的功能。当N2连接到排气管线进行排气时,在进行一定时间的
吹扫时,该功能非常方便。

③数据记录功能
过去,在存储漏量数据时,需要使用可选的PC专用通信软件。
这次,从测试开始到结束的测量数据以csv格式保存为连接到显示单元的micro SD卡中的单个文件。 存储的数据记录日期,漏量和内部皮拉尼真空计压力值,以便用户可以轻松管理数据。

④循环测试
传统的循环测试功能已得到改进,使其更易于使用。 通过使用该功能,可以在不使用外部PLC的情况下自动化真空喷涂法,真空罩法,真空容器法和浸渍法的测试。

使用真空罩法的操作过程,

(1)真空排气开始(压力判断)
(2)氦气检测开始(后台监测)
(3)氦气喷涂开始(合格/不合格判断)

这样的顺序,是自动化控制的。在设置屏幕上,可以容易地设置每次设定,判断值等。

另外,准备专用于循环测试的测试屏幕,以便当当前测试过程发生异常时,可以检查发生在哪个测试过程中。

外部I / O信号连接设计为与"HELIOT 700系列"兼容,RS232C连接器除外。此外,之前的"HELIOT 300系列"制造的泄漏测试系统易于更换,可以通过使用信号转换器(选件)保持兼容性。

当使用如传统模型中的氦气混合气体时,提供了根据浓度计算系数的函数,并且当用户输入系数使用100%气体时显示转换值。

3.4 吸枪

「HELIOT 900系列」的吸枪型
A单元:顶端安装毛细管的探针型
B单元:内置小型泵的增压泵
通过使用微型分离器将装置连接到主体测试端口,可以使用两种类型的装置(图6)。

吸枪的开发主要考虑以下几点。

①耐久性
在各种泄漏测试位置,由于泄漏测试目标附近吸入异物而导致毛细管堵塞,从而导致装置因异物进入体内组件(复合分子泵和每个测试阀的密封部分)而发生故障,必须考虑防止吸枪探头物理破坏的措施。

在吸枪探头中,毛细管的上游部分安装了烧结金属元件进行保护,这是吸入目标气体的关键部位,从物理上排除了超过毛细管内径的异物吸入要因。另外,该元件固定在探针内部,因此能够降低脱落的风险。
另外,试验者握持的把手部分由原来的塑料制成了金属材料,因此对于泄漏测试中的探针下落等,采用了强度更高的结构。

②响应性
毛细管安装在探针顶端,尽可能接近采样对象,因此与原机型相比,响应性提高了10~20%(A单元)。

另外,B单元使用的增压泵也与原机型相比,采用了压力低、流量特性优良的产品。

③其他
吸枪法探针及软管更轻,更易于操作。另外,增压泵单元通过连接到主机的连接器自动工作,主机也可通过识别增压泵单元的检漏模式启动。

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图6 吸枪单元的外观.

3.5 外壳,移动推车

外壳和设计采用本公司规格品部门的统一设计,与传统型号相比,W1型的重量减轻了10kg。
连接器面板配有先前由客户准备的通气口接头。 过滤器安装在空冷风扇上,以防止细小的灰尘和污垢进入内部。

此外,内部冷却能力比以前高,并且即使在东南亚等相对高温的区域也能够确保足够的性能和可靠性。
移动推车易于移动,采用大型脚轮,在超过台阶时抬起前轮的空间,脚踏式制动器和没有凹凸的面板盖,可以容易地移动。 移动时还有一个存放平板电脑的空间。

3.6 维护

HLD使用复合分子泵和前级泵,必须定期进行维护,包括更换泵,更换耗材以及校准漏孔的重新校准。 维护时,需要拆下外板,但「HELIOT 900系列」可以在不需要工具的情况下轻松拆卸。 离子源是如前所述的单元交换型,皮拉尼真空计测定子和校准漏孔也非常易于操作。
排油口设计为软管形,可以轻松更换W1型罗茨泵的泵油(图7)。
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图7 便携式的内部结构图

此外,平板电脑内还提供维护和更换的操作流程动画,即使您是第一次操作也可以非常放心。 维护介绍画面可以由用户随时设置。

4.结语

我们报告了「HELIOT 900系列」的开发,反映了我们从客户那里收到的宝贵意见和建议。然而,近年来,使用氦气进行泄漏测试的环境发生了显着变化7)。

关于国内标准,日本工业标准JIS Z 2330:1992是"氦气泄漏测试方法的类型和选择",并且该测试仅限于使用氦气的泄漏测试。
然而,新标准JIS Z 2330:2012已成为"无损检测类型和泄漏测试方法的选择",并且该标准的范围扩展到整个泄漏测试。

关于技能认证,日本无损检测协会对工程师进行了技能认证测试,并于2012年开始为工程师提供技能认证。
这是因为泄漏测试的测试结果的准确性很大程度上受到非破坏性测试工程师的技能的影响,并且必须保持测试者的技术水平不变。

泄漏测试中使用的氦气是一种宝贵的资源,几乎不含在大气中,仅在有限的区域内。因此,将来必须少量使用。

在这种环境下,我们将继续改进和改进基本性能和易用性,改进校准技术,提出最佳测试方法,并减少氦气的使用。我们计划进行更准确地测量微小泄漏。

(※本文发表于2015年6月出版的技术期刊Mo.79)

Three features of leak detector HELIOT900

文 献
1) E. Ochiai, A. Umezawa: Japanese published examined application No. Hei 8-15708.
2) E. Ochiai: ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.50 (1999) 19.
3) T. Maehira: ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.74 (2011) 25.
4) ULVAC, Inc.: J. Vac. Soc. Jpn 54 (2011) 64.
5) T. Nakajima, T. Miyashita, Y. Nagata, M. Fukuhara, Y. Uchida, Y. Ohashi and T. Nishimaki: ULVAC TECHNICAL JOURNAL 76 (2012) 8.
6) T. Nakajima, R. Tanaka, T. Yuri, Y. Kurokawa, H. Aoyagi and N. Takahashi: ULVAC TECHNICAL JOURNAL 71 (2009) 14.
7)Y. Tamura: J. Vac. Soc. Jpn. 54 (2011) 56.

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