[发明专利]真空管道及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及与加工室相关的真空管道的预测性和预防性维修。更具体地说，本发明涉及到跟踪使真空管道受到固体污染(堵塞、卡死等等)的现象的进程。本发明也扩展到用来监测所述现象以便进行诊断并能够制定预防性维修措施的方法。

背景技术

包含至少一个泵单元的真空管道被用于很多使用气体并要求压强低于大气压的加工过程中。不幸的是，用于这些加工中的气体可以被转化为固体副产物。这些副产物可以以膜层的形式沉积在真空管道的内表面上，特别是沉积在管道、阀、以及其它附件的表面上，也可以沉积在泵的活动部件和静止部件上，或者这些副产物会聚集在真空管道的死角(dead volume)内。这种现象可以导致真空管道的性能退化，特别是泵单元的性能退化，或者甚至导致故障。然后不可避免地中断相关加工室的加工进程，以便对真空管道中有问题的元件，特别是泵单元，进行清洗或更换。生产中这种非计划的中断所导致的成本是非常大的。

目前，真空管道的维修以补救措施也和预防措施为基础。

补救措施是根据信号，特别是集成在泵单元中的传感器所发射的信号，来进行。为每个模拟测量定义两个阈值：警告阈值和警报阈值。警告阈值对应着一个异常高的模拟值，表明泵单元的使用状态相对于其标称能力而言发生了漂移。超过了警报阈值就意味着泵单元的使用状态已经超过了其标称能力，泵单元会自动停止。为了尽量减小所采取的措施的强度，最好的情形是，一旦超过了警告程度就能够采取补救措施。

根据使用真空管道的具体应用，在定义的时间内也进行部分的或完全的预防性维修操作。这种周期性维修最初根据理论来估计，然后根据经验来调整。然而，周期性维修不总是很好地适合泵单元中组件磨损的真实状态或真空管道中污染的真实状态，导致操作进行得太迟或太早。

当进行补救维修时，对来自泵单元的模拟信号的警告和警报阈值进行跟踪存在困难，所述跟踪过程不可能对故障原因做出详细诊断。另一个问题是泵单元的异常行为随时间的变化方式，这个问题会导致所述泵单元很快地从警告阈值过渡到警报阈值。在这种情形下，在达到警报阈值之前几乎不可能采取措施，这会导致对正在制造的产品(例如，半导体晶片)产生不可挽回的损害，也会对泵单元造成不可挽回的损害。

文件EP-0,828,332涉及到对维修操作之间使用真空泵的持续时间进行估计。通过测量转动扭矩和/或测量驱动真空泵转子的马达所消耗的电流，可以估计在真空泵的转子上所沉积的不需要的材料的数量。

上述文件中所描述的方法的缺点是只注意与马达有关的参数。首先，被抽气流的变化会扰乱所述测量，而所述气流并不总是已知的。因此，当进行测量时，不可能区分是由于气流的变化而导致扭矩或电流的变化还是由于泵的污染而导致扭矩或电流的变化。所以，所述方法的使用只限于小气流，使得与泵污染所产生的影响相比，可以忽略气流对马达扭矩产生的影响。此外，该方法只估计泵的转动部件的动态行为。如果该行为与泵单元外部的故障元件相关的话，例如，排气系统被堵塞了，那么就不可能诊断异常行为的起因。

文件US-2004/143418涉及到确定干泵(dry pump)中发生故障的时间。这种泵的寿命由泵的数据特性(电流、温度、振动等)连同制造加工的特性(气流、压强、基底温度等)的统计处理来估计。该文件指明，不考虑加工的工作状态就极难预测所述泵的寿命。

当要监测的参数的数目很多时，使用这些参数就非常复杂。另外，预测分析系统不是自备的：它依赖于制造设备所提供的信息，要求在该设备与用来监视泵的服务器之间安装通信线路。所述通信线路很难建立(与设备制造商或客户的数据有关的机密性问题，技术困难等)，其合适的操作不能得到保证。

文件WO 2004/011810涉及到一种在采用预先建立的条件对泵进行测试的测试阶段之后对包含该泵的系统的状态进行监测的方法。在所述测试阶段，记录下表示系统正常工作的信号。通过在测试阶段，即，不是在制造阶段，测量马达的扭矩或电流消耗来诊断泵。预先建立测试条件，特别是被抽的气流，以便能够将测量结果与在同样气流条件下所存储的参考结果进行比较。

该方法不能在持续不断的制造阶段来执行，因为由于组织的缘故，很难中断制造过程以便对泵单元进行测试。另外，该方法不能对泵的排气系统的堵塞进行预测。

因此，问题是对包含至少一个泵单元的真空管道中的固体污染(堵塞、卡死等)状态进行诊断，以便制定在最合适的时机进行预防性维修操作，并预测泵单元的故障，不管被抽气流有多大，不需要考虑除了真空管道的参数之外的其它参数的状态，并且不需要中断制造过程。

发明内容