CN104532335B - 结晶器铜板组箱电镀智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，包括组合式回流管及电气控制部分，其特征在于：组合式回流管由垂直穿设于电镀箱体中的均布有回流孔的支撑管、套装在支撑管外部的伸缩管组成，伸缩管下端与电镀箱体底部位置对应的支撑管密封连接，伸缩管上端连接有配重环，配重环上方连接有使伸缩管上端缓慢匀速下移的升降机构，升降机构动力输入端连接步进电机Ⅰ和减速器Ⅰ，电气控制部分包括控制电镀箱体内镀液液面下移速度的控制电路Ⅰ和对应镀液液面下移过程控制电镀电流使其在设定时间内由初始电流匀速降至为0的控制电路Ⅱ。其结构设计合理、使用安全可靠，从根本上解决现有电镀工艺中普遍存在的资源浪费的问题，节省电镀材料40‑50%。

Description

结晶器铜板组箱电镀智能控制系统

技术领域

本发明涉及结晶器铜板电镀技术，特别是一种结晶器铜板组箱电镀智能控制系统。

背景技术

目前，国内绝大多数铜板电镀厂家一直使用传统、陈旧的以下三种电镀方式：第一种为“槽浸式电镀”，这种电镀工艺比较笨拙，由于铜板上口与下口的镀层厚度的要求不一致，镀层截面呈直角梯形，因此为了保证铜板下口厚度，即使上口镀层厚度达到要求时也不能停止电镀作业，作业结束后，上口的多余镀层还要以机加工的方式切削掉，因此造成了极大的人力、物力的浪费；第二种为“阶梯式液面电镀”，为解决第一种电镀方式的浪费严重的问题，这种阶梯式液面电镀的方式把铜板的宽度也就是电镀液面的高度分为2-5个阶梯，当第一阶梯电镀时间结束且镀层厚度达到要求，通过摘取回流管外部密封套使镀液液面快速下降到第二阶梯，从而使第一阶梯位置上的铜板露出镀液液面不再增加镀层厚度，以此形式直至全部阶梯的电镀作业结束，这种阶梯式的电镀形式，确实可以节约一定量的镀液，但从根本上来看，浪费的情况依旧没有得到解决，浪费比重依然很大；第三种为“细分阶梯式电镀”，这种方式是从阶梯式衍化而来，其原理并不复杂，即在电镀箱体中竖起回流管，管壁有孔，以若干个密封环套在回流管上，电镀作业开始后，每隔一定的单位时间就要人工摘掉一个密封环，使镀液从回流管的回流孔里流出从而使液面降低一个密封环的高度，这样做的好处就是把阶梯细分，降低镀层阶梯间的高度落差，使镀层趋向于一个相对比较平缓的斜度，从而进一步的降低了镀液的消耗，但其无形中又增加了人力消耗，更主要的一点是，当液面降至距铜板下口500mm左右的时候就无法人工摘取密封环，直至电镀作业结束。

综上， “细分阶梯式”电镀工艺在控制镀层重量上要比阶梯式做的更好，但缺点也依旧很明显：即液面下降过渡依旧不平缓、依靠劳动力频繁的操作实现、每摘取一个密封环就要手动调整一次电镀电流，整个作业过程需要调整几十次电流，而最后的500mm左右高度依然不受控制，出现一个大台阶镀层，在降低镀层重量、节约（电镀原材料）、节约劳动力等方面依然没有达到良好的效果，依然存在浪费（电镀原材料）、浪费劳动力的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构设计合理、使用安全可靠的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，从根本上解决现有电镀工艺中普遍存在的资源浪费的问题，节省电镀材料40-50%。

本发明的技术方案是：

一种结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，包括组合式回流管及电气控制部分，其特征在于：所述组合式回流管由垂直穿设于电镀箱体中的均布有回流孔的支撑管、套装在支撑管外部的伸缩管组成，所述伸缩管下端与电镀箱体底部位置对应的支撑管密封连接，所述伸缩管上端连接有配重环，所述配重环上方连接有使伸缩管上端沿支撑管外壁缓慢匀速下移的升降机构，所述升降机构动力输入端连接步进电机Ⅰ和减速器Ⅰ，所述电气控制部分包括通过步进电机Ⅰ转速进而控制电镀箱体内镀液液面下移速度的控制电路Ⅰ和对应镀液液面下移过程控制电镀电流使其在设定时间内由初始电流匀速降至为0的控制电路Ⅱ。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述控制电路Ⅰ中设有控制器Ⅰ、连接于控制器Ⅰ和步进电机Ⅰ之间的步进电机驱动器Ⅰ、分别向控制器Ⅰ和驱动器Ⅰ供电的开关电源。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述控制电路Ⅱ中设有控制器Ⅱ、步进电机驱动器Ⅱ、与电镀电源相连接的多圈旋转电位器、分别向控制器Ⅱ和步进电机驱动器Ⅱ供电的开关电源，所述多圈旋转电位器的转轴通过联轴器联接步进电机Ⅱ和减速器Ⅱ，所述步进电机驱动器Ⅱ连接于控制器Ⅱ与步进电机Ⅱ之间。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述升降机构由连接于减速器Ⅰ输出端的卷筒和缠绕于卷筒上的绳索组成，所述绳索自由端与配重环连接固定。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述控制器Ⅱ、步进电机驱动器Ⅱ、步进电机Ⅱ、减速器Ⅱ、多圈旋转电位器的数量一一对应，分别为9台，以分别控制电镀结晶器铜板组箱主板及八个侧板的电镀电流。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述回流孔为圆形孔或轴向长孔。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述伸缩管下端与支撑管连接部位设有法兰盘，所述伸缩管上端设有与配重环连接的法兰盘。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述减速器Ⅰ和减速器Ⅱ分别采用行星减速器。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述步进电机驱动器Ⅰ和步进电机驱动器Ⅱ的细分范围分别为5000-15000；所述减速器Ⅰ的速比范围为1:150-300，所述减速器Ⅱ的速比范围为1:80-160；所述步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ的线速度范围分别为10-50mm/min。

上述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，所述伸缩管上端以900毫米/50-100小时的速度沿支撑管外壁下移。

本发明的有益效果是：

1、由于本发明所述控制系统采用了组合式回流管及电气控制部分使电镀箱体内镀液液面缓慢均速下移，从而满足结晶器铜板镀层上薄下厚形成非常均匀的斜面的工艺要求，结晶器铜板电镀完成后再次机加工量极小，可以节省大量的镍钴合金电镀原材料，以2000 mm×900mm结晶器铜板为例，采用目前的结晶器铜板组箱电镀工艺，结晶器铜板电镀后，上口镀层厚度为0.8mm，下口镀层厚度为2.0mm，铜板镀层理论重量为35-40 Kg镀层断面呈阶梯形，参见图1，而采用本发明所述控制系统对结晶器铜板实施电镀，一块2000 mm×900mm结晶器铜板镀层理论重量为18.4-22.4Kg，镀层断面呈斜面，参见图2，如图3所示，两种工艺形成的镀层断面直观显示，利用本发明的电镀工艺使更接近结晶器铜板镀层要求，结晶器铜板表面积越大，节省电镀原材料就越多，显著提高经济效益；

2、随着镀液液面的下降，电镀电流的控制也由原来的手动控制变为全自动程序控制，即利用控制电路Ⅱ对应镀液液面下移过程控制电镀电流使其在设定时间内由初始电流匀速降至为0，控制过程更为精准，减小了人为误差，与控制镀液液面下移速度的控制电路Ⅰ相配合，保证了电镀工艺的连续性和可靠性，填补了本领域工艺精细化与设备自动化的两项空白。

附图说明

图1是利用现有电镀工艺所获得的镀层断面示意图；

图2是利用本发明所获得的镀层断面示意图；

图3是图1与图2所示镀层的比较示意图；

图4是本发明的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是本发明的控制电路Ⅰ的原理图；

图7是本发明的控制电路Ⅱ的原理图。

图中序号说明：1电镀箱体、2步进电机驱动器Ⅱ、3步进电机Ⅱ、4减速器Ⅱ、5联轴器、6多圈旋转电位器、7控制器Ⅱ、8开关电源、9卷筒、10减速器Ⅰ、11控制器Ⅰ、12步进电机Ⅰ、13绳索、14配重环、15伸缩管、16支撑管、17回流孔、18法兰盘、19电镀电源、20开关电源。

具体实施方式

如图4-图5所示，该结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，包括组合式回流管及电气控制部分。组合式回流管由垂直穿设于电镀箱体1中的均布有回流孔17的支撑管16、套装在支撑管16外部的伸缩管15组成，回流孔17为圆形孔或轴向长孔。伸缩管15下端与电镀箱体1底部位置对应的支撑管16利用法兰盘18密封连接，伸缩管15上端利用法兰盘连接有配重环14。配重环14上方连接有使伸缩管15上端沿支撑管16外壁缓慢匀速下移的升降机构，下移速度为900毫米/50-100小时，升降机构动力输入端连接步进电机Ⅰ12和减速器Ⅰ10，本实施例中，升降机构由连接于减速器Ⅰ10输出端的卷筒9和缠绕于卷筒9上的绳索13组成，所述绳索13自由端与配重环14连接固定。

如图6-图7所示，所述电气控制部分包括通过控制步进电机Ⅰ12转速进而控制电镀箱体1内镀液液面下移速度的控制电路Ⅰ和对应镀液液面下移过程控制电镀电流使其在设定时间内由初始电流匀速降至为0的控制电路Ⅱ。所述控制电路Ⅰ中设有控制器Ⅰ11、连接于控制器Ⅰ11和步进电机Ⅰ12之间的步进电机驱动器Ⅰ19、分别向控制器Ⅰ11和步进电机驱动器Ⅰ19供电的开关电源20。所述控制电路Ⅱ中设有控制器Ⅱ7、步进电机驱动器Ⅱ2、与电镀电源19相连接的多圈旋转电位器6、分别向控制器Ⅱ7和步进电机驱动器Ⅱ2供电的开关电源8，所述多圈旋转电位器6的转轴通过联轴器5联接步进电机Ⅱ3和减速器Ⅱ4，所述步进电机驱动器Ⅱ2连接于控制器Ⅱ7与步进电机Ⅱ3之间。所述减速器Ⅰ10和减速器Ⅱ4分别采用行星减速器。所述控制器Ⅱ7、步进电机驱动器Ⅱ2、步进电机Ⅱ3、减速器Ⅱ4、多圈旋转电位器6的数量一一对应，分别为9台，以分别控制电镀结晶器铜板组箱主板及八个侧板的电镀电流，当电镀结晶器铜板组箱主板时，采用一套相互对应的控制器Ⅱ7、步进电机驱动器Ⅱ2、步进电机Ⅱ3、减速器Ⅱ4、多圈旋转电位器6，其余八套不工作，当同时电镀结晶器铜板组箱的八个侧板时，由于八个侧板的形状不同、表面积不同等原因，所需要的电镀电流不一致，故采用八套相互对应的控制器Ⅱ7、步进电机驱动器Ⅱ2、步进电机Ⅱ3、减速器Ⅱ4、多圈旋转电位器6，剩余一套不工作。

本实施例中，采用力矩为12NM的步进电机Ⅰ12、速比为1：150-300的精密行星减速器Ⅰ10；力矩为0.4NM的步进电机Ⅱ3、速比为1：80-160的精密行星减速器Ⅱ4。

工作原理：

首先设置好步进电机驱动器的电流、细分及衰减参数，控制器内导入已编好的程序并通过已编好的程序决定步进电机的运作方式和运作速率，并以脉冲的方式将所编程序转化为脉冲信号传达给步进电机驱动器，步进电机驱动器接收脉冲信号后通过自身细分功能将步进电机的步进角细分为若干个步进角后再转化为电信号传达给步进电机，步进电机按照步进电机驱动器发来的电信号运转，从而实现了步进电机超慢速运转的目的。

控制镀液液面连续下降时，利用控制器Ⅰ11的电子齿轮比、精密行星减速器Ⅰ10的减速比、步进电机Ⅰ12转动特性及步进电机驱动器Ⅰ19的驱动特性对卷筒9线速度的控制，在设定时间内将伸缩管15上端法兰从距镀箱底部平板初始高度处，降至0mm处，从而完成连续降液面任务；同时控制电镀电流连续下降，利用控制器Ⅱ7的电子齿轮比、精密行星减速器Ⅱ4的减速比、步进电机Ⅱ3转动特性及步进电机驱动器Ⅱ2的驱动特性对多圈旋转电位器6转动角度的控制，在设定时间内将初始电流降至为0。例如：镀液液面初始高度为900mm，初始电流为1500A，在50-100小时的设定时间内液面高度与电流值同时降为0，通过对控制器的电子齿轮比、步进电机驱动器及控制器脉冲频的设定，可以精确的控制完成。

Claims (10)

1.一种结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，包括组合式回流管及电气控制部分，其特征在于：所述组合式回流管由垂直穿设于电镀箱体中的均布有回流孔的支撑管、套装在支撑管外部的伸缩管组成，所述伸缩管下端与电镀箱体底部位置对应的支撑管密封连接，所述伸缩管上端连接有配重环，所述配重环上方连接有使伸缩管上端沿支撑管外壁缓慢匀速下移的升降机构，所述升降机构动力输入端连接步进电机Ⅰ和减速器Ⅰ，所述电气控制部分包括通过控制步进电机Ⅰ转速进而控制电镀箱体内镀液液面下移速度的控制电路Ⅰ和对应镀液液面下移过程控制电镀电流使其在设定时间内由初始电流匀速降至为0的控制电路Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述控制电路Ⅰ中设有控制器Ⅰ、连接于控制器Ⅰ和步进电机Ⅰ之间的步进电机驱动器Ⅰ、分别向控制器Ⅰ和步进电机驱动器Ⅰ供电的开关电源。

3.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述控制电路Ⅱ中设有控制器Ⅱ、步进电机驱动器Ⅱ、与电镀电源相连接的多圈旋转电位器、分别向控制器Ⅱ和步进电机驱动器Ⅱ供电的开关电源，所述多圈旋转电位器的转轴通过联轴器联接步进电机Ⅱ和减速器Ⅱ，所述步进电机驱动器Ⅱ连接于控制器Ⅱ与步进电机Ⅱ之间。

4.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述升降机构由连接于减速器Ⅰ输出端的卷筒和缠绕于卷筒上的绳索组成，所述绳索自由端与配重环连接固定。

5.根据权利要求3所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述控制器Ⅱ、步进电机驱动器Ⅱ、步进电机Ⅱ、减速器Ⅱ、多圈旋转电位器的数量一一对应，分别为9台。

6.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述回流孔为圆形孔或轴向长孔。

7.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述伸缩管下端与支撑管连接部位设有法兰盘，所述伸缩管上端设有与配重环连接的法兰盘。

8.根据权利要求1或2或3所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述减速器Ⅰ和减速器Ⅱ分别采用行星减速器。

9.根据权利要求1或2或3所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述步进电机驱动器Ⅰ和步进电机驱动器Ⅱ的细分范围分别为5000-15000；所述减速器Ⅰ的速比范围为1:150-300，所述减速器Ⅱ的速比范围为1:80-160；所述步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ的线速度范围分别为10-50mm/min。

10.根据权利要求1所述的结晶器铜板组箱电镀智能控制系统，其特征在于：所述伸缩管上端以900毫米/50-100小时的速度沿支撑管外壁下移。