CN108827992B - K金电铸镀层成分全自动控制装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制装置，包括：加料泵、回路泵、数字射线发生器、SDD探测器、控制器和加热线圈，控制器控制数字射线发生器生成软X射线以照射回路泵内的溶液,SDD探测器获取溶液中的金属离子产生的X荧光特征光谱，控制器根据X荧光特征光谱得到溶液内各种金属离子的计数强度、然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度；基于溶液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度建立的一组经验曲线，随后控制器在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据控制调节加料泵以及加热线圈的工作以控制缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例。本发明可极大地提高K金电铸在线生产的效率、品质控制。
Description
技术领域
本发明涉及首饰制造技术领域，特别涉及一种K金电铸镀层成分全自动控制装置和系统。
背景技术
K金电铸是近年来珠宝首饰行业的一个流行趋势，电铸是一种比电镀工艺更复杂的电镀方案。当前的K金电铸制造主要依赖于人的经验控制，以氰化金钾与铜盐溶液发生电化学反应，在基材上电镀18K玫瑰金，依赖人的经验和大概的金离子浓度、铜离子浓度、钾离子浓度来控制镀层的成分。但这里有几大问题长期无法得到有效的解决。
1.低效率
以经验来控制电铸缸内金离子、铜离子等的浓度，按18K标准镀在样品上，由于电铸的时间比较长，一般10个小时左右，需要一直有人在现场查看，随时准备补充金离子或者铜离子。同时镀完一批再取出成品检测，发现问题则需要重新提纯黄金，且这批样品全部报废，效率非常低。
2.低品质控制
对于样品无法做到K金电镀层的含量的准确控制。无法保证批量的产品品质相同且都符合严格标准。以18K黄金为例，如果镀层金元素含量高于75％，则生产成本提高；如果金元素含量低于标准75％，则无法满足客户要求。
发明内容
本发明提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制装置和系统，以解决现有技术当前的K金电铸制造的镀层成分控制的低效率、低品质控制问题。
为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制装置，包括：加料泵、回路泵、数字射线发生器、SDD探测器、控制器和加热线圈，所述控制器控制所述数字射线发生器生成软X射线以照射所述回路泵内的溶液,所述SDD探测器获取所述溶液中的金属离子产生的X荧光特征光谱，所述控制器根据所述X荧光特征光谱得到所述溶液内各种金属离子的计数强度、然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度；基于溶液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度建立的一组经验曲线，随后所述控制器在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据控制调节加料泵以及加热线圈的工作以控制缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例。
优选地，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括缸内温度传感器，用于检测缸内温度；和回路温度传感器，用于检测回路中的温度。
优选地，所述加料泵、回路泵及数字射线发生器通过485总线与所述控制器连接，SDD探测器通过USB与控制器连接。
优选地，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括可编程直流电源，与所述控制器连接。
优选地，所述多项式拟合算法是针对不同的离子浓度和其对应的计数强度及测试时温度参数，利用溶液基体效应的影响而得到的。
本发明还提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制系统，包括云监控平台，与多个上述任一项所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置连接，以将多台设备整合为K金电铸自动控制系统设备集群。
本发明可以根据实验取得的经验曲线及装置的数据，随时调节缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例，从而可极大地提高K金电铸在线生产的效率、品质控制。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的结构示意图；
图2示意性地示出了本发明的第一阶段的流程图；
图3示意性地示出了本发明的第二阶段的流程图；
图4示意性地示出了本发明的第三阶段的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明的一个方面，提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制装置，适用于工业电铸电镀K金的成分精确控制系统。
该K金电铸镀层成分全自动控制装置包括：加料泵8，9、回路泵7、数字射线发生器14、SDD探测器15、控制器16和加热线圈20，所述控制器16控制所述数字射线发生器14生成软X射线以照射所述回路泵7内的溶液,所述SDD探测器15获取所述溶液中的金属离子产生的X荧光特征光谱，所述控制器根据所述X荧光特征光谱得到所述溶液内各种金属离子的计数强度、然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度；基于溶液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度建立的一组经验曲线，随后所述控制器在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据控制调节第一加料泵以及加热线圈20的工作以控制缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例。
由于采用了上述技术方案，本发明可以根据实验取得的经验曲线及装置的数据，随时调节缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例，从而可极大地提高K金电铸在线生产的效率、品质控制。本发明可实现100％的自动化控制，K金黄金元素含量精确度误差≤0.2％。
优选地，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括缸内温度传感器，用于检测缸内温度；和回路温度传感器，用于检测回路中的温度。
优选地，所述加料泵8，9、回路泵7及数字射线发生器14通过485总线与所述控制器连接，SDD探测器15通过USB与所述控制器16连接。
优选地，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括可编程直流电源13，与所述控制器连接。
优选地，所述多项式拟合算法是针对不同的离子浓度和其对应的计数强度及测试时温度参数，利用溶液基体效应的影响而得到的。
请参考图1，在一个实施例中，本发明中的首饰电镀装置包括：
电铸缸1：进行电化学反应的缸体。
缸液(阳极)2：包含金离子、铜离子、钾离子以及络合物的溶液，内置不溶于缸液的金属钛镀铱钌作为阳极载体连接到直流电源(13)。
承载柱承载圈3：支撑样品件以及提供导线连接物。
样品件(阳阴极)4：待镀样品。
缸内温度传感器5：放置于缸内两处的温度传感器。
回路温度传感器6：放置于检测回路中的温度传感器。
缸液回路7：专门导出缸内溶液到回路区进行XRF检测离子浓度的容器。
第一加料泵8：负责控制待补充标准金盐溶液的泵。
第二加料泵9：负责控制待补充标准缸液的泵。注：标准缸液不包含金离子。
待补充标准金盐溶液10：标准配比的金离子溶液。
待补充标准缸液11：标准配比的铜、钾等离子以及络合物的溶液。
缸内监控系统12：基于ARM Cortex-M3+uCOS的单片机控制系统实时控制第一加料泵和第二加料泵、回路泵以及采集缸内温度传感器和回路温度传感器的数据，并与主控系统通过485总线通信。
可编程直流电源13：可编程设定恒定电压或电流的直流电源，通过485总线与主控系统通信。
数字射线发生器14：数字接口的一体化射线发生器，提供0-50KV/0-2mA的软X射线，通过485总线与主控系统通讯。
SDD探测器15：整合前置放大器电路、主放大器电路、小高压电路和数字多道信号处理器于一体的探测器，用于检测回路溶液的离子浓度的特征X射线光谱。
XRF工控主板-主控系统16：基于ARM-Cortex A9的工控主板，运行Linux14.04以及定制的应用监控软件，实时控制缸内监控系统,数字射线发生器输出45KV/200uA的功率产生软X射线照射回路泵内的溶液,溶液内的包含金属离子如金离子、铜离子、钾离子产生特征X荧光，SDD探测器检测到这些金属离子的特征光谱，将光信号转换成脉冲电信号，经过信号放大、信号滤波、信号采样并输入到整合在SDD探测器内的数字多通道信号处理器中处理得到连续的光谱数据，这些数据通过USB传输到主控系统由应用软件进行FFT滤波、纯元素剥离、小峰高斯拟合寻峰，从而得到缸液内各金属离子计数强度，然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度。其中，在测试前，已经针对不同的离子浓度和他们对应的计数强度及测试时温度参数，利用溶液基体效应的影响，基于多项式拟合算法制定了一条经验曲线，该曲线基于温度补偿的金属离子计数强度与金属离子浓度做XY轴，得到不同金属离子的经验曲线。因此在正式测试中，只需要得到当前的各离子强度和温度即可得知其对应的离子浓度。同时，基于缸液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度可以建立一组经验曲线，随后在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据从而去控制缸内监控系统调节第一加料泵、第二加料泵以及加热线圈控制缸液内离子浓度及缸内温度，从而达到控制高精度的镀层合金比例的目的。另外通过LAN/4G连接Internet上的云监控平台,可以整合多台设备配合云监控平台组成K金电铸自动控制系统设备集群。
人机操作界面17：显示系统运行状态，包括溶液浓度，温度，电压，电流变化。根据预先设定的标准液浓度及溶液浓度推算当前镀层成分的黄金与铜的比例。
云监控平台18：通过LAN/4G连接主控系统,获取状态数据以及控制操作。
回路泵19：将缸液抽取到缸液回路便于检测。
加热线圈20：用于加热缸液的加热源。
本发明还提供了一种K金电铸镀层成分全自动控制系统，包括云监控平台8，与多个上述任一项所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置连接，以将多台设备整合为K金电铸自动控制系统设备集群。
下面，对本发明的工作过程进行详细说明：
第一阶段：开机运行前准备工作
在开机准备之前，务必关闭总电源，安全操作。将样品件挂在承载圈上，保证每个样品件与承载圈上的挂钩接触导通。随后将挂好样品的承载圈放置在缸内的承载柱固定位置卡住。对电铸缸内注入已经配置好的标准溶液，起始的各金属离子浓度是已知的。同时准备好待补充标准金盐溶液和待补充标准缸液,标准缸液是不含金离子的铜离子溶液以及络合物。至此准备工作已经完成。
第二阶段：初始化
初始化分为几个部分如下：
A.开启总电源后，依次自动检测各模块通讯是否正常。如果通讯有异常，则要报告异常代码，停机检查。通讯包含以下几路
a.XRF工控主板与缸内监控系统之间的485通讯。
b.XRF工控主板与可编程直流电之间的485通讯。
c.XRF工控主板与云监控平台之间的网络通讯。
d.XRF工控主板与数字射线发生器之间的485通讯。
e.XRF工控主板与SDD探测器系统之间的USB通讯。
f.缸内监控系统与缸内温度传感器之间的485通讯。
g.缸内监控系统与回路温度传感器之间的485通讯。
h.缸内监控系统与回路泵之间的485通讯。
i.缸内监控系统与第一加料泵和第二加料泵之间的485通讯。
B.检测缸内温度是否达到设定范围，如没达到需要等待升温或者关闭加热线圈。
C.检测得到的金属离子浓度是否与初始配好的好金属离子浓度是否一致。每隔3分钟检测一次30秒，测3次，如果差异较大就报告异常，中止系统操作。
第三阶段：运行
运行过程每10分钟检测一次缸液回路中的离子浓度，XRF工控主板实时控制缸内监控系统,数字射线发生器输出45KV/200uA的功率产生软X射线照射回路泵内的溶液,溶液内的包含金属离子如金离子、铜离子、钾离子产生特征X荧光，SDD探测器检测到这些金属离子的特征光谱，将光信号转换成脉冲电信号，经过信号放大、信号滤波、信号采样并输入到整合在SDD探测器内的数字多通道信号处理器中处理得到连续的光谱数据，这些数据通过USB传输到主控系统由应用软件进行FFT滤波、纯元素剥离、小峰高斯拟合寻峰，从而得到缸液内各金属离子计数强度，然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度。
同时基于缸液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度可以建立一组经验曲线，随后在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据从而去控制缸内监控系统调节第一加料泵、第二加料泵以及加热线圈控制缸液内离子浓度及缸内温度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种K金电铸镀层成分全自动控制装置，其特征在于，包括：加料泵(8，9)、回路泵(7)、数字射线发生器(14)、SDD探测器(15)、控制器(16)和加热线圈(20)，所述控制器(16)控制所述数字射线发生器(14)生成软X射线以照射所述回路泵(7)内的溶液,所述SDD探测器(15)获取所述溶液中的金属离子产生的X荧光特征光谱，所述控制器根据所述X荧光特征光谱得到所述溶液内各种金属离子的计数强度、然后基于基体校正的多项式拟合算法结合溶液温度补偿算法进行定量计算得到最终离子浓度；
基于溶液内各金属离子浓度的变化参数以及已测样品镀层的成分分析数据和不同的电镀电压及温度建立的一组经验曲线，随后所述控制器在系统运行时基于已有的经验曲线和当前的数据控制调节加料泵(8，9)以及加热线圈(20)的工作以控制缸液内离子浓度及缸内温度，从而控制镀层合金比例；
所述控制器根据所述X荧光特征光谱得到所述溶液内各种金属离子的计数强度包括：SDD探测器检测到金属离子的特征光谱，将光信号转换成脉冲电信号，经过信号放大、信号滤波、信号采样并输入到整合在SDD探测器内的数字多通道信号处理器中处理得到连续的光谱数据，这些数据通过USB传输到主控系统由应用软件进行FFT滤波、纯元素剥离、小峰高斯拟合寻峰，从而得到缸液内各金属离子计数强度。
2.根据权利要求1所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置，其特征在于，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括缸内温度传感器，用于检测缸内温度；和回路温度传感器，用于检测回路中的温度。
3.根据权利要求1所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置，其特征在于，所述加料泵(8，9)、回路泵(7)及数字射线发生器(14)通过485总线与所述控制器(16)连接，SDD探测器(15)通过USB与控制器(16)连接。
4.根据权利要求1所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置，其特征在于，所述K金电铸镀层成分全自动控制装置还包括可编程直流电源(13)，与所述控制器连接。
5.根据权利要求1所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置，其特征在于，所述多项式拟合算法是针对不同的离子浓度和其对应的计数强度及测试时温度参数，利用溶液基体效应的影响而得到的。
6.一种K金电铸镀层成分全自动控制系统，其特征在于，包括云监控平台(18)，与多个权利要求1-5中任一项所述的K金电铸镀层成分全自动控制装置连接，以将多台设备整合为K金电铸自动控制系统设备集群。
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