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电镀过程的监测和控制(中)

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-11  浏览次数:656
核心提示:电镀过程的监测和控制对得到高质量的电沉积层是很重要的,对实现电镀系统的自动化以减少生产过程中操作工的劳动量也是必需的

11槽电压

监测电解槽的电压对检测电解槽阴极与阳极间的电源短路是必要的。当带坯是铜合金时,由于阴阳极之间的距离很近,这种短路情况可能发生在带坯电抛光槽中。铜粉产生并聚集在阴极附近,最后在阴极和阳极间形成短路。25.24节中将讨论自动除去铜粉的方法。

12生产线速度

生产线速度决定了产品在每个处理步骤中的停留时间。在电解槽中生产线速度可以决定镀层的厚度。大机器镀锌钢带,用X射线仪监测锌层的厚度,x射线仪将反馈信号传给计算机来调整生产线速度,以保持一定的锌厚度[24]。冲压过的零件可以周期性地使用干扰光来控制光系统带速,这个光系统随着每个部分通过时将产生电脉冲,电子脉冲计数器经校正用以显示生产线速度,并提供反馈信号来控制生产线速度。

13溶液吹风

镀件离开镀槽时,在镀件的正确方向吹风,可以使镀件离开处理槽时带出的溶液最少化。如果不采取特殊措施尽量减少带出液,大工厂的镀锡钢带电镀机器每小时能带出309al的溶液[24]。标准车间的地面压缩机不能用来鼓风,因为空气中常常有油。使用良好的屋顶鼓风机是更可取的,鼓风机的压力要施行监控,以保证溶液足以被吹走。

14废气排放

一个可靠的废气排放真空系统对电镀车间工人的健康是很重要的。废气风冷盘中的传感器探测废气排出量。废气风冷盘中的一个真空传感器是靠监测惠斯登电桥一条加热支管的冷却来工作的。如果废气排放停止或不能排出一定要求的量,传感器就会引发报警。

15监控设备

现代电镀设备设计者可用一系列设备来监控工艺中的每一个方面。电镀机器可以自动高速运转,可以自行调整,如果需要帮助,还可以给操作者发信号。通过在保持或提高产品质量的情况下提高生产效率,资金投资和维修成本必须调整。用来监控电镀工艺的监控设备包括计时器、电流表、安时计、传感器、变换器、可编程序逻辑控制器、计算机及其软件。

16计时器,电流表,安时计

带电流表的计时器是用来监测电镀的金属量的首要方法。在许多工厂,这是用来生产合格产品的唯一仪器。第二个自动控制仪器是用安时计或安分计,当预设数量的库仑通过电镀槽后,它将自动停止电镀。当电流高时,则需要中间继电器,简单的自动电镀机器依靠计时器来使产品通过工艺步骤。

17传感器

先进的传感器配备现代控制技术,使自动化生产发生了巨大的变化[25~27]。传感器对提供关于电镀机械和工艺的信息起了很重要的作用,这对自动监控是必需的[28]。传感器被称为自动电镀机器的电子控制系统的“眼和耳”。有3种基本类型的传感器:开关式、模拟式或数字式。开关式传感器可认为是一种数字型传感器,只是没有定量信息。在许多情况下,用开关式传感器就足够了。例如,当收带盘满了或放带盘空了时,一个简单的开关信号就足够了。模拟传感器在表上提供了定量信息,但是对于自动控制,常需要将模拟信号转化成为数字信号以便进行数字处理。许多传感器能直接产生数字信号。光电传感器就是一个例子,它能产生与生产线速度成比例的脉冲。电子处理将脉冲转化为可在数字伏特表上读到的生产线速度,或将脉冲输入电子的电机速度控制器中。

连在电子控制器上的传感器集成系统可以免去操作者对机器的观察以及细微调节临界工艺变量。近几年来,传感器技术发展迅速,现在可购买到许多商业传感器,其中许多对电镀应用很有用。事实上,可用于某种用途的传感器很多(如图25-2),使用者必须认真研究每个传感器的特点,作出选择。例如,据调查有144家商家生产液位传感器,生产多达20多种不同品种[29]。表25—3列出了可用于自动电镀的41种不同的传感器装置和现象,带星号的用在了当前的自动电镀机器上,许多其他传感器可满足特殊需要,商业装置足以满足机器设计者的要求。

安装在镀槽上面的典型传感器

图25—2安装在镀槽上面的典型传感器

由左至右:液位传感器、温度传感器、pH值传感器、电导率传感器。

表25-3用于电镀的传感器类型

用于电镀的传感器类型

*已经用来监控电镀系统的传感器。

在选择传感器来监视电镀参数时有几件事要先考虑。比较重要的有:精度、可靠性、传感器使用寿命、信号调节以及维护。精度取决于工艺和机器部分的功能。溶液温度控制精确到土l0℃常常就可满足要求了。累积变量,如电镀电流、电镀效率和线速度需要控制,其总精度控制在可接受的范围内。例如,如果这3个参数每一个都允许变化1%,那么镀层厚度变化范围为士3%。电镀机器的传感器常在不太良好的环境中工作,周围充斥着腐蚀介质、废气和电噪声。为了得到高的可靠性,传感器的设计和材料选择必须慎重。为了尽可能减少再校正,传感器必须带有校正。要保证传感器正常工作要么对其经常进行检查,要么把它放在一个自检查系统中,这要把传感器与带特殊电子装置的传感器放在一起。尽管也有其他特征,例如,让传感器直接提供控制信号给生产线,还是把这种传感器叫灵敏传感器。灵敏传感常常可以用一个外部的计算机再编程序。图25—3是灵敏传感器以及它在自动电镀系统中作用的示意图。

带本地控制的监测灵敏传感器

图25—3带本地控制的监测灵敏传感器

传感器的使用寿命不仅取决于它的设计与制造,也取决于它的使用和维护。例如,玻璃pH值电极,一旦投入使用就必须保持湿润才能得到操作可靠性。如果从镀液中取出,必须把它保存在水中或缓冲溶液中直到把它又放回到镀槽中。如果镀液结晶在浮标上,使它变黏,镀液中的浮标液位传感器将不能再工作。作者曾看到这个现象发生。如果为保持液位而添加水时将水冲向浮标,将会避免发生传感器不工作的问题。这样就可除去盐在浮标上结晶。

传感器的价格取决于它要检测的变量的值。温度传感器相对较便宜,可用在任何需要的地方,无需过多考虑费用。在线镀层厚度监视器较昂贵,但可以节省许多时间,因为每年它可避免镀上过多的金或由于镀层厚度的不够而产生废品。传感器信号转换包括把电信号转换成可显示的工程单位的形式,如溶液中每升有多少克金属。原始信号可用硬件或软件或两者一起进行转换。如果只有几个传感器系统,硬件通常要比软件有效得多。软件的开发使得计算机能将原始传感器信号变成有用的信号进行过程控制,但这成本很高。

18可编程序逻辑控制器和计算机

传感器是现代自动监控系统的“眼和耳朵”,而可编程序逻辑控制器(PLCs)和计算机是现代自动监控系统的“大脑”,它把传感器信息和程序指令融合在一起,启动控制功能。

第一个自动化电镀机器用计时器来记录通过生产线的产品个数。接下来,基于冲压带和光电池的控制系统开发成功,它通过以一定次序操作继电器来控制电镀生产线。通用汽车首创机器控制的有线继电器逻辑系统。通过重新接线来改造这个系统证明既费时又高成本。l969年PLC开发成功,给电子行业带来了希望。从那时起,PLCs变得越来越先进,带着类似计算机的特点,可以对许多机器操作进行监控,其中就包括电镀过程。

起初,计算机是为了执行办公功能而开发的,像文字处理以及帐目管理。现在计算机的应用已渗透到现代生活的方方面面。在直接机器监控方面,PLCs还是比较优越,而计算机在处理数据和与其他工厂运作进行交流方面作用更大一些。专门开发的计算机直接面向机器进行监控。模糊逻辑控制是模拟人类推理的一项新技术[30]。它正被用于许多家用电器、汽车、化学过程等的控制,将来有望用于生产控制。

19自动电镀在线监控

自动电镀使用的是在线监控。随着现代化设备的应用,包括传感器、电气及电子装置以及更好的机械设备的应用,这项技术得以迅速发展[31-33]。

图25—4表明了自动电镀工艺监控系统的各个部分是如何相互作用的。传感器提供电镀工艺的信息。在信号设好后,信息被送到PLC(可编程序逻辑控制器)或者计算机,PLC和计算机已编程来控制整个系统。实际条件可以进行数据处理、贮存和/或显示,偏离编程中条件界限,就会激活控制装置,如电机、阀门和电源,把电镀过程调到控制范围之内。如果有操作者,就会有声

自动电镀工艺监控系统的示意图

图25—4自动电镀工艺监控系统的示意图

音报警响起来,如果有多种报警器,每个条件报警的声音都不同,操作者可很快找到发生问题的原因。图25-5显示了中央计算机是怎样综合和控制电镀生产过程。

电镀车间计算机集成制造系统(CIM)示意图

图25—5电镀车间计算机集成制造系统(CIM)示意图

20连续溶液流动分析

电镀液的连续流动分析可以实现全自动[35~37]。在可以自动检测的物质当中,有钨、锡、铁、铬酸、过硫酸盐、过氧化物和氯酸盐。蠕动泵抽出一些镀液试样,和其他试样一起形成有色络合物,这个络合物对要分析的参数来说是特定的。特定波长光的吸收可通过流过比色计来监测,通过信号反射,浓度显示在记录仪上。用合适的电子装置,可以建立起自动参数控制系统。使用离子选择电极的流通池用来在线连续监视电镀溶液中铜含量[37]。

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