CN112011809A - 基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法及系统，包括电铸槽液位预设控制模块、水浴槽水位预设控制模块、电铸液温度预设控制模块、电铸液pH值预设控制模块、电铸槽液位自动控制模块、水浴槽水位自动控制模块、电铸液温度自动控制模块、电铸液pH值自动控制模块、电铸过程控制模块、后处理模块。本发明通过模块化自动控制的方法，根据电铸工艺流程，形成从参数控制到整机的一体化自动控制方法，在实现电铸系统参数控制需求的基础上，可有效提高精密电铸系统的自动化水平，解决电铸系统生产效率低、成本高、可靠性差等问题。

Description

基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法及系统

技术领域

本发明属于精密电沉积技术领域，尤其涉及一种基于模块化的精密电铸自动控制方法及系统。

背景技术

随着微纳材料、技术的蓬勃发展，微纳米零件、机电系统已广泛应用于航空、航天、生化分析、环境监测、柔性电子等诸多领域，上至7nm制程的计算机芯片等高端器件，下至机械手表中的微小齿轮等生活用品。精密微电铸技术凭借其复制精度高、生产成本低、适用性广等优点，在微结构零件模芯成型方面具有不可比拟的优势。

微结构零件精密电铸系统是精密微电铸技术实现的保证，根据电铸工艺需求，需要严格控制电铸液的温度、pH值、电源参数、阴极运动状态等关键参数，保证微零件的精密成型。然而，微结构零件精密电铸系统自动化水平低，缺乏一套成熟可靠的自动控制方法，导致电铸关键参数控制精度差，可重复性低，生产成本高，影响微结构零件的成型质量与效率。

常规电铸系统根据工作流程，包含电铸参数预设控制、电铸过程控制与电铸系统后处理控制三个部分，存在自动化水平低、生产效率低、生产成本高等问题。电铸参数预设控制中，多采用人工定时观察、调节等方式控制电铸液温度、pH与电铸槽液位等参数，而电铸时间较长，极易造成人工浪费，增加生产成本；同时，人工控制无法实时监控参数的变化过程，及时调整参数，始终保持在工作范围内，影响制件的成型质量，降低产品的良品率，导致生产效率低。电铸过程控制中，在电铸完成后，需专人及时关闭电铸电源，拆卸电极夹具，防止因电铸过量导致的产品报废问题。一方面造成了人力浪费，另一方面增加了因未能及时关闭电源造成的产品报废风险。电铸系统后处理控制中，因需要人工操作，易造成因无法及时回收电铸液，导致的电铸液污染，增加了电铸产品的次品率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种基于模块化的精密电铸自动控制方法及系统，以提高精密电铸系统的自动化水平与生产效率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，包括下述的步骤：

S1.根据输入的电铸槽液位的预设值，进行电铸槽加液使电铸槽液位达到预设范围后，电铸槽内的电铸液开始循环，完成电铸槽液位的预设；

S2.根据输入的水浴槽水位的预设值，进行水浴槽加水使水浴槽水位达到预设范围后，水浴槽内的水开始循环，完成水浴槽水位的预设；

S3.根据输入的电铸液温度的预设值，加热水浴槽使电铸液温度达到预设范围，完成电铸液温度的预设；

S4.完成电铸参数的预设后，对电铸参数进行如下自动控制：当电铸槽液位低于预设下限值时，进行电铸槽间歇式加液直至使电铸槽液位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度和电铸液pH值进行自动控制；

当水浴槽水位低于预设下限值时，进行水浴槽间歇式加水直至使水浴槽水位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度进行自动控制；

当电铸液温度低于预设下限值时，间歇式加热水浴槽直至使电铸液温度达到预设上限值；当电铸液pH值高于预设上限值时，间歇式添加缓冲剂直至使电铸液pH值达到预设下限值。

进一步的，还包括下述的电铸液pH值预设步骤：开启并实时检测电铸液pH值。

进一步的，还包括下述的电铸过程控制步骤：开启阴极运动装置并显示实时运动参数，开启电铸电源并显示实时电源参数，电铸倒计时结束时关闭电铸电源和阴极运动装置。

进一步的，还包括下述的后处理控制步骤：电铸过程控制完成后，结束电铸参数的自动控制，并进行电铸槽排液和水浴槽排水。

进一步的，电铸槽液位的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸槽液位低于预设下限值时，电铸槽停止循环，切换至加液状态，进入加液周期；

加液周期结束，停止加液，进入加液间歇期，电铸槽开启循环；

加液间歇期结束，若电铸液温度低于预设下限值时，执行电铸液温度的自动控制流程，否则执行下一步；

当电铸液pH值高于预设上限值时，执行电铸液pH值的自动控制流程，否则执行下一步；

当电铸槽液位未达到预设上限值时，进入下一个加液周期。

进一步的，水浴槽水位的自动控制流程包括下述步骤：

当水浴槽水位低于预设下限值时，水浴槽停止循环，切换至加水状态，进入加水周期；

加水周期结束，停止加水，进入加水间歇期，水浴槽开启循环；

加水间歇期结束，若电铸液温度低于预设下限值时，执行电铸液温度的自动控制流程，否则执行下一步；

当水浴槽水位未达到预设上限值时，进入下一个加水周期。

进一步的，电铸液温度的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸液温度低于预设下限值时，开始加热水浴槽，进入加热周期；

加热周期结束，停止加热，进入加热间歇期；

加热间歇期结束，若电铸液温度未达到预设上限值时，进入下一个加热周期。

进一步的，电铸液pH值的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸液pH值高于预设上限值时，开始添加缓冲剂，进入缓冲剂添加周期；

缓冲剂添加周期结束，停止添加缓冲剂，进入缓冲剂添加间歇期；

缓冲剂添加间歇期结束，若电铸液pH值未达到预设下限值，进入下一个缓冲剂添加周期。

进一步的，水浴槽内水的循环是通过设置在水浴槽上的第一循环管路，电铸槽内电铸液的循环是通过设置在电铸槽上的第二循环管路；第一循环管路上设置有第二控制阀，通过第二控制阀的调节能够使水浴槽处于循环或加水状态；第二循环管路上设置有第一控制阀，通过第一控制阀的调节能够使电铸槽处于循环或加液状态。

本发明的基于模块化的精密电铸一体化自动控制系统，包括：

电铸槽液位预设控制模块，用于根据输入的电铸槽液位的预设值，进行电铸槽加液使电铸槽液位达到预设范围后，电铸槽内的电铸液开始循环；

水浴槽水位预设控制模块，用于根据输入的水浴槽水位的预设值，进行水浴槽加水使水浴槽水位达到预设范围后，水浴槽内的水开始循环；

电铸液温度预设控制模块，用于根据输入的电铸液温度的预设值，加热水浴槽使电铸液温度达到预设范围；

电铸液pH值预设控制模块，用于开启并实时检测电铸液pH值；

电铸槽液位自动控制模块，用于当电铸槽液位低于预设下限值时，进行电铸槽间歇式加液直至使电铸槽液位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度和电铸液pH值进行自动控制；

水浴槽水位自动控制模块，用于当水浴槽水位低于预设下限值时，进行水浴槽间歇式加水直至使水浴槽水位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度进行自动控制；

电铸液温度自动控制模块，用于当电铸液温度低于预设下限值时，间歇式加热水浴槽直至使电铸液温度达到预设上限值；

电铸液pH值自动控制模块，用于当电铸液pH值高于预设上限值时，间歇式添加缓冲剂直至使电铸液pH值达到预设下限值；

电铸过程控制模块，用于开启阴极运动装置并显示实时运动参数，开启电铸电源并显示实时电源参数，电铸倒计时结束时关闭电铸电源和阴极运动装置；

后处理模块，用于电铸过程控制完成后，结束电铸参数的自动控制，并进行电铸槽排液和水浴槽排水。

进一步的，本发明的精密电铸系统包括：电铸液温度控制装置，包括设置在电铸槽外的水浴槽、用于检测电铸槽内电铸液温度的温度传感器、以及用于加热水浴槽的加热器；

水浴槽水位控制装置，包括使水浴槽内的水循环流动的第一循环管路、用于检测水浴槽水位的第一液位检测器、第二控制阀和储水槽；第二控制阀设置在第一循环管路上，能够处于将第一循环管路接通的第一工作状态，并且能够切换至将储水槽中的水加入到水浴槽内的第二工作状态；第二控制阀连接有加水管，加水管用于将储水槽中的水加入到水浴槽；

电铸液pH值控制装置，包括用于检测电铸槽内电铸液pH值的pH值传感器、缓冲剂储存槽、连接缓冲剂储存槽与电铸槽的缓冲剂加入管路、以及缓冲剂加入管路上设置的第一电磁阀；

电铸槽液位控制装置，包括使电铸槽内的电铸液循环流动的第二循环管路、用于检测电铸槽液位的第二液位检测器、第一控制阀和储液槽；第一控制阀设置在第二循环管路上，能够处于将第二循环管路接通的第一工作状态，并且能够切换至将储液槽中的电铸液加入到电铸槽内的第二工作状态；第一控制阀连接有加液管，加液管用于将储液槽中的电铸液加入到电铸槽；和控制系统，用于接收温度传感器、第一液位检测器、pH值传感器和第二液位检测器的信号，并控制加热器、第二控制阀、第一电磁阀和第一控制阀的工作状态。

本发明通过模块化自动控制的方法，根据电铸工艺流程，形成从参数控制到整机的一体化自动控制方法，在实现电铸系统参数控制需求的基础上，可有效提高精密电铸系统的自动化水平，解决电铸系统生产效率低、成本高、可靠性差等问题。与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用模块化的控制方法，通过模块之间控制信号的自动传输，代替人工检测及操作环节，实现精密电铸系统的一体化自动控制与操作，提高自动化程度，提高生产效率，降低成本。

2、本发明根据电铸工艺流程，发明了以电铸工艺流程为主线的控制方案，根据工艺步骤的差异进行模块化分，可有效降低控制方案的设计难度；也可根据模块进行修改，便于控制方案的后续升级改造；

3、本发明采用模块化控制的方法，可实现电铸参数的独立、同步控制可有效提高参数控制精度与控制效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明总体控制方案；

图2为电铸槽液位预设控制模块；

图3为水浴槽水位预设控制模块；

图4为电铸液温度预设控制模块；

图5为电铸液pH值预设控制模块；

图6为电铸过程控制模块；

图7为电铸系统后处理模块；

图8为电铸槽液位自动控制模块；

图9为水浴槽水位自动控制模块；

图10为电铸液温度自动控制模块；

图11为电铸液pH值自动控制模块；

图12为电铸槽液位控制流程；

图13为水浴槽水位控制流程；

图14为电铸液温度控制流程；

图15为电铸液pH值控制流程；

图16为本发明电铸系统结构示意图；

图17为电铸液温度控制装置示意图；

图18为水浴槽水位控制装置示意图；

图19为电铸液pH值控制装置示意图；

图20为电铸槽液位控制装置示意图。

其中：1、第一泵；2、第一液位检测器；3、阴极装夹装置；4、pH值传感器；5、第二液位检测器；6、温度传感器；7、电铸槽；8、水浴槽；9、缓冲剂储存槽；10、第一电磁阀；11、加热器；12、控制系统；13、第二泵；14、第一两位三通电磁阀；15、储液槽；16、第二电磁阀；17、过滤器；18、第三电磁阀；19、储水槽；20、第二两位三通电磁阀。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

本发明的电铸系统总体控制方案为：根据电铸工艺流程，包括电铸参数预设控制模块、电铸过程控制模块、电铸系统后处理控制模块与电铸参数自动控制模块。通过不同控制模块之间的信号传送，依次可分别实现电铸温度、pH值、电铸槽液位、水浴槽水位自动预设与控制，电铸电源参数、阴极运动参数与电铸完成后的自动控制，电铸系统电铸槽、水浴槽后处理的自动控制。对不同的电铸工艺流程开发对应的控制模块，提高电铸系统的自动化控制水平，即可实现电铸参数的自动控制，电铸过程的自动监控以及电铸系统的自动后处理。

电铸参数预设控制模块：根据电铸参数的预先设置顺序，分别为电铸槽液位预设模块、水浴槽水位预设模块、电铸液温度预设模块与电铸液pH值预设模块。在电铸开始之前，制定电铸参数要求，各参数预设控制模块依次开始工作。当接收到前一个模块的完成信号后，即可触发之后的参数预设模块，确保所有参数依次自动完成设置，可有效节约人工成本，提高效率。

电铸过程控制模块：根据电铸过程工艺要求与步骤，分别设置阴极运动参数、电铸电源参数输入环节，电铸计时、电铸完成后处理与连续电铸环节。在电铸开始之初，先后设置阴极运动参数与电铸电源参数，保证阴极在合理的工况下电铸制件；电铸计时环节通过对电铸时间进行倒计时，可实时观察电铸剩余时间；在电铸完成后，直接关闭电源，提取并拆卸阴极夹具，完成电铸后处理环节；单次电铸完成后，即可无需准备，开始下次电铸，或者直接进入电铸系统后处理控制模块。

电铸系统后处理控制模块：电铸完成后，首先自动关闭电铸参数自动控制模块，避免资源浪费，对系统起到保护作用；然后依次进行电铸槽7排液、水浴槽8排水，完成电铸系统的后续处理工作，避免电铸液污染浪费，即可关机。

电铸参数自动控制模块：电铸槽液位、水浴槽水位、电铸液温度、pH值自动控制模块共同组成电铸参数自动控制模块。四个模块分别在对应参数预设控制模块完成信号发出后，开始工作，直至收到电铸参数自动控制模块关闭信号。既可保证电铸参数的控制精度，也可有效节约人工成本，增加系统的可靠性，提高成型质量与效率。同时，对电铸液温度、pH值进行独立的模块化控制，可在电铸槽液位、水浴槽水位控制中，直接调用温度、pH值控制程序，实现参数的精确控制。

以下通过附图对本发明进行详细的说明。

1)电铸系统总体控制方案(如图1)：通过不同模块之间的信号传递，实现精密电铸系统的一体化自动控制。

a)精密电铸系统开机后，首先手动输入电铸预设参数，如电铸液温度、pH值、电铸槽液位、水浴槽水位等；或调用之前的参数组合，完成预设参数的输入，发出预设参数输入完成的信号a；

b)收到预设参数输入完成的信号a后，自动启动电铸槽液位预设控制模块，当电铸槽液位达到规定范围并正常工作后，电铸槽液位预设控制完成，发出电铸槽液位预设控制完成的信号b；

c)收到电铸槽液位预设控制完成的信号b后，自动启动水浴槽水位预设控制模块，当水浴槽水位达到规定范围并正常工作后，水浴槽水位预设控制完成，发出水浴槽水位预设控制完成的信号c；

d)收到水浴槽水位预设控制完成的信号c后，自动启动电铸液温度预设控制模块，当电铸液温度达到规定范围后，电铸液温度预设控制完成，发出电铸液温度预设控制完成的信号d；

e)收到电铸液温度预设控制完成的信号d后，自动启动电铸液pH值预设控制模块，电铸液pH值预设控制完成，发出电铸参数预设控制完成的信号e；

f)收到电铸参数预设控制完成的信号e后，启动电铸过程控制模块，直至电铸完成且不再继续电铸制件，发出电铸过程控制完成的信号f；

g)收到电铸过程控制完成的信号f后，启动电铸系统后处理控制模块(如图7)，关闭电铸参数自动控制模块，依次进行电铸槽7排液与水浴槽8排水，关闭电铸系统。

2)电铸槽液位预设控制模块(如图2)：

a)收到预设参数输入完成的信号a后，电铸槽7开始加液，并显示电铸槽7实时液位；

b)当电铸槽液位达到规定范围后，执行流程c)；若未达到规定范围，执行流程b)；

c)停止电铸槽7加液，电铸槽7开始循环，发出电铸槽液位预设控制完成的信号b。

通过电铸槽液位控制装置进行加液，第二液位检测器5实时检测电铸槽液位，收到信号a后，第一两位三通电磁阀14至左位，开始加液；当电铸槽液位达到规定范围后，切换第一两位三通电磁阀14至右位，电铸液循环流动。

3)水浴槽水位预设控制模块(如图3)：

a)收到电铸槽液位预设控制完成的信号b后，水浴槽8开始加水，并显示水浴槽8实时水位；

b)当水浴槽水位达到规定范围后，执行流程c)；若未达到规定范围，执行流程b)；

c)停止水浴槽8加水，水浴槽8开始循环，发出水浴槽水位预设控制完成的信号c。

通过水浴槽水位控制装置进行加水，第一液位检测器2实时检测水浴槽水位，收到信号b后，第二两位三通电磁阀20至右位，开始加水；当水浴槽水位达到规定范围后，切换第二两位三通电磁阀20至左位，水浴槽8开始循环。

4)电铸液温度预设控制模块(如图4)：

a)收到水浴槽水位预设控制完成的信号c后，水浴槽8开始加热，并显示电铸液实时温度；

b)当电铸液温度达到规定范围后，执行流程c)；若未达到规定范围，执行流程b)；

c)停止加热水浴槽8，发出电铸液温度预设控制完成的信号d。

通过电铸液温度控制模块进行加热，温度传感器6实时检测电铸液的温度，收到信号c后开启加热器11，当电铸液温度达到规定范围后关闭加热器11。

5)电铸液pH值预设控制模块(如图5)：

a)收到电铸液温度预设控制完成的信号d后，开启电铸液pH值检测；

b)显示电铸液实时pH值，发出电铸参数预设控制完成的信号e。

6)电铸过程控制模块(如图6)：

a)收到电铸参数预设控制完成的信号e后，安装阴极及其夹具；

b)手动输入阴极运动参数，开启阴极运动装置，并显示实时运动参数；

c)手动输入电铸电源参数，开启电铸电源，即电铸开始，并显示实时电源参数；

d)当电铸倒计时结束时，即电铸完成，执行流程e)；若倒计时未结束，执行流程d)；

e)关闭电铸电源，关闭阴极运动装置，手动拆卸阴极电铸制件；

f)若继续电铸下一批制件，执行流程a)；若电铸已结束，发出电铸过程控制完成的信号f。

7)电铸槽液位自动控制模块(如图8)：

a)收到电铸槽液位预设控制完成的信号b后，启动电铸槽液位自动控制模块；

b)当电铸槽液位低于规定范围后，执行流程c)；若未低于规定范围，执行流程b)；

c)收到电铸槽液位低于规定范围的信号g后，执行电铸槽液位控制流程，如图12所示；

d)收到电铸槽液位高于规定范围的信号h后，执行流程b)。

电铸槽液位控制流程，如图12所示，包括：

a)收到信号g后，切换第一两位三通电磁阀14至左位，电铸槽7循环停止，进入加液周期(开启x1秒)；

b)加液周期结束，切换第一两位三通电磁阀14至右位，加液关闭，进入加液间歇期，电铸槽7循环(开启y1秒)；

c)加液间歇期结束，若电铸液温度低于规定下限，启动电铸液温度控制流程，然后执行d)，否则直接执行d)；

d)当pH值高于规定上限时，启动电铸液pH值控制流程，然后执行f)，否则直接执行f)；

f)当高于电铸槽液位规定上限时，发出信号h，否则执行a)。

8)水浴槽水位自动控制模块(如图9)：

a)收到水浴槽水位预设控制完成的信号c后，启动水浴槽水位自动控制模块；

b)当水浴槽水位低于规定范围后，执行流程c)；若未低于规定范围，执行流程b)；

c)收到水浴槽水位低于规定范围的信号i后，执行水浴槽水位控制流程，如图13所示；

d)收到水浴槽水位高于规定范围的信号j后，执行流程b)。

水浴槽水位控制流程，如图13所示，包括：

a)收到信号i后，切换第二两位三通电磁阀20至右位，水浴槽8循环停止，进入加水周期(开启x2秒)；

b)加水周期结束，切换第二两位三通电磁阀20至左位，加水关闭，进入加水间歇期，水浴槽8循环(开启y2秒)；

c)加水间歇期结束，若电铸液温度低于规定下限时，启动电铸液温度控制流程，然后执行d)，否则直接执行d)；

d)当水浴槽8水位高于规定上限时，发出信号j，否则执行a)。

9)电铸液温度自动控制模块(如图10)：

a)收到电铸液温度预设控制完成的信号d后，启动电铸液温度自动控制模块；

b)当电铸液温度低于规定范围后，执行流程c)；若未低于规定范围，执行流程b)；

c)收到电铸液温度低于规定范围的信号k后，执行电铸液温度控制流程，如图14所示；

d)收到电铸液温度高于规定范围的信号l后，执行流程b)。

电铸液温度控制流程，如图14所示，包括：

a)收到信号k后，开启加热器11(开启x3秒)，水浴槽8进入加热周期；

b)水浴槽8加热周期结束，关闭加热器11(关闭y3秒)，进入加热间歇期；

c)加热间歇期结束，当电铸液温度高于规定上限，电铸液温度控制流程结束，发出信号l，否则执行a)。

10)电铸液pH值自动控制模块(如图11)：

a)收到电铸液pH值预设控制完成的信号e后，启动电铸液pH值自动控制模块；

b)当电铸液pH值高于规定范围后，执行流程c)；若未高于规定范围，执行流程b)；

c)收到电铸液pH值高于规定范围的信号m后，执行电铸液pH值控制流程，如图15所示；

d)收到电铸液pH值于低于规定范围的信号n后，执行流程b)。

电铸液pH值控制流程，如图15，包括：

a)收到信号m后，开启第一电磁阀10(开启x4秒)，进入缓冲剂添加周期；

b)缓冲剂添加周期结束，关闭第一电磁阀10(关闭y4秒)，进入缓冲剂添加间歇期；

c)缓冲剂添加间歇期结束，当电铸液pH值低于规定下限，电铸液pH值控制流程结束，发出信号n，否则执行a)。

本发明主要采用模块化自动控制的方法，根据精密电铸工艺流程，分别提高电铸参数预设控制、电铸过程控制与电铸系统后处理控制的自动化程度，解决精密电铸系统自动化水平低、生产效率低、生产成本高等问题；同时，精密电铸系统控制方法中考虑了不同电铸模块之间的衔接问题，最终形成一体化的精密电铸系统自动控制方法。本发明实现了精密电铸系统的一体化自动控制，提高了精密电铸的自动化水平、降低了生产成本、提高生产率。

为实现上述自动控制方法，本发明采用的精密电铸系统，如图16，包括电铸液温度控制装置、水浴槽水位控制装置、电铸液pH值控制装置、电铸槽液位控制装置、阴极装夹模块与控制系统12。其中，控制系统12输入端接收传感器采集到的参数信号，输出端向系统中的电磁阀、泵和加热器11发出工作信号，实现不同控制装置的切换，准确控制电铸系统的关键参数。

如图17，电铸液温度控制装置包括设置在电铸槽7外的水浴槽8，设置在电铸槽7内用于检测电铸液温度的温度传感器6，以及用于加热水浴槽8的加热器11。通过水浴槽8循环流动，提高水浴槽8温度分布均匀性；通过电铸液循环流动，提高电铸液分布均匀性，提高电铸液温度控制精度。

电铸液温度控制装置采用水浴槽8循环、间歇加热的方式，通过热传导，实现电铸液的加热。设置电铸液温度的上、下限，通过温度传感器6直接检测电铸液温度。当温度低于下限时，水浴槽8间歇性加热，电铸液温度随水温上升而上升，防止因热传导迟滞导致电铸液温度超过上限；当温度达到上限时，水浴槽8停止加热。水浴槽8内部循环，可保证水浴槽8温度均匀，进而保证电铸液温度均匀；水浴槽8具有缓冲作用，防止电铸液直接加热可能出现的温度惯性上升，以及电铸液未加热时的惯性下降，超出电铸液温度的上下限，精确、均匀控制电铸液温度。

如图18，水浴槽水位控制装置包括第一液位检测器2(例如液位开关)、储水槽19、第一泵1、第二两位三通电磁阀20(即第二控制阀)。第一液位检测器2设置在水浴槽8内用于检测水位。第一循环管路的两端分别连接水浴槽8底部与上部，第一循环管路上设置第一泵1和第二两位三通电磁阀20(分别连接一个进口和出口)，第二两位三通电磁阀20的第二个进口连接加水管，加水管通入到储水槽19。第一循环管路上设置排水支路，排水支路上设置第三电磁阀18，用于试验完毕后进行排水至储水槽19。

电铸过程中，水浴槽8加热会加快水的蒸发，水位降低，影响电铸液温度控制的稳定性。而水浴槽水位控制装置，可保证水浴槽8水位的稳定性。设置水位的上、下限，通过第一液位检测器2检测水浴槽8的水位信号。当水位达到下限时，水浴槽8内开始间歇加水；通过控制适当的间隙时间，保证水浴槽8与电铸槽7之间达到热平衡，若电铸液温度超出工作范围，则温度自动控制启动，直至温度符合要求，开始下一次间歇加水；当加水至上限时，停止加水，精确控制水浴槽8的液位。

如图19，电铸液pH值控制装置包括设置在电铸槽7内的pH值传感器4、缓冲剂储存槽9，缓冲剂储存槽9底部与电铸槽7上部通过缓冲剂加入管路连接，缓冲剂加入管路上设置第一电磁阀10。

电铸液pH值控制装置采用pH值自动检测、缓冲剂自动投放的方式，实现pH值的自动控制。设置电铸液pH值的上、下限，通过pH值传感器4检测电铸液的pH值信号。当pH值达到上限时，电铸槽7内间歇性添加缓冲剂(例如硼酸)，通过电铸液循环流动模块使缓冲剂在电铸液中混合均匀，保证pH值检测精度，防止因缓冲剂一次性添加过量导致的pH值超限；当pH值加至下限时，停止添加缓冲剂，精确控制电铸液pH值。

如图20，电铸槽液位控制装置包括第二液位检测器5(例如液位开关)、第二泵13、第一两位三通电磁阀14(即第一控制阀)、储液槽15。第二液位检测器5设置在电铸槽7内，用于检测电铸液的液位。电铸槽7上部和底部之间连接有第二循环管路，第二循环管路上设置第二泵13和第一两位三通电磁阀14(分别连接一个进口和出口)，第一两位三通电磁阀14的第二个进口连接加液管，加液管通入到储液槽15。第二循环管路上设置排液支路，排液支路设置第二电磁阀16，用于试验完毕后进行排液至储液槽15。第二循环管路与电铸槽7底部连接处设有过滤器17。

设置电铸槽7液位的上、下限，通过第二液位检测器5检测电铸槽7内电铸液的液位信号。当液位降至下限时，电铸槽7内开始间歇加液；通过控制适当的间隙时间，保证电铸液成分混合均匀，若温度、pH值超出工作范围，则温度、pH值自动控制启动，直至温度、pH值符合要求，开始下一次间歇加液；当加液至上限时，停止加液，进入电铸液循环流动模式，从而在保证电铸液成分、参数稳定前提下，精确控制电铸槽7液位。

电铸液循环流动不同于空气搅拌或磁力搅拌，在提高电铸液温度分布均匀性，加速阴极表面气泡溢出的同时，可循环过滤电铸过程中产生的杂质，保证沉积的质量。

还可以在储液槽15、储水槽19外面分别配置加热装置(例如加热器、水浴加热)，将储液槽15内的电铸液、储水槽19内的水加热到所设置的电铸液的温度范围内。还可以在储液槽15、储水槽19内设置搅拌装置。这样将加热后的水再补充到电铸槽7、水浴槽8中，可以进一步的避免温度的波动。

阴极装夹装置3包括夹具和阴极运动装置，用于实现阴极的夹持、旋转与往复运动，可以采用现有的电极装夹运动装置。

本发明上述各装置自动控制过程如下：

1)电铸液温度控制装置：

a)电铸系统正常工作时，温度传感器6持续检测电铸槽7内电铸液的温度；

b)当温度传感器6检测到电铸液温度低于规定下限时，检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，开启加热器11，水浴槽8进入加热周期；

c)当水浴槽8加热周期结束，关闭加热器11，进入加热间歇期，水浴槽8与电铸槽7达到热平衡；在加热间歇期内，当电铸液温度达到上限时，执行d)流程；当加热间歇期结束，当电铸液温度未达到上限时，开启加热器11，水浴槽8进入下一个加热周期，再次执行c)流程；电铸液加热过程中(加热周期内)，当温度达到规定上限时，直接执行d)流程；

d)电铸液温度上升至规定上限，检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，关闭加热器11；

e)当电铸液温度再次低于规定下限时，执行b)流程，完成电铸液温度的自动控制。

2)水浴槽水位控制装置：

a)电铸系统正常工作时，第三电磁阀18关闭，第二两位三通电磁阀20处于左位，泵开启，水浴槽8处于循坏流动状态，保证水浴槽8温度混合均匀；

b)当第一液位检测器2检测到水浴槽8内水位低于开关下限，将检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，切换第二两位三通电磁阀20至右位，水浴槽8进入加水周期；

c)当水浴槽8加水周期结束，切换第二两位三通电磁阀20至左位，进入加水间歇期，水浴槽8循环保证水浴槽8温度均匀；

d)当加水间歇期结束，温度传感器6检测电铸液热平衡后的温度，当温度在正常范围时，执行e)流程；当温度低于规定下限时，电铸液温度控制装置启动，直至电铸液温度达到上限；

e)当水浴槽8加水达到水位上限时，第二液位检测器5将检测信号输入控制系统12，经程序控制，执行f)流程；当水浴槽8水位未达到上限时，切换第二两位三通电磁阀20至左位，进入下一个加水周期，并执行c)流程。

f)当水挥发减少，低于第二液位检测器5下限时，执行b)流程，完成水浴槽液位的自动控制。

3)电铸液pH值控制装置：

a)电铸系统正常工作时，pH值传感器4持续检测电铸液的pH值；

b)当pH值传感器4检测到电铸液pH值高于规定上限时，检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，开启第一电磁阀10，进入缓冲剂添加周期；

c)当缓冲剂添加周期结束，关闭第一电磁阀10，进入缓冲剂添加间歇期，电铸槽7循环保证电铸液pH至混合均匀；

d)缓冲剂添加间歇期结束，pH值传感器4检测电铸液混合均匀后的pH值，当pH值在正常范围或高于规定上限时，开启第一电磁阀10，进入下一个缓冲剂添加周期，并执行c)流程；当pH值低于规定下限时，执行e)流程；

e)当电铸液pH值再次高于规定上限时，执行b)流程，完成电铸液pH值的自动控制。

4)电铸槽液位控制装置：

a)电铸系统正常工作时，第二电磁阀16关闭，第一两位三通电磁阀14处于右位，第二泵13开启，电铸槽7处于循坏流动状态；

b)当第二液位检测器5检测到电铸槽7内电铸液低于开关下限，并将检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，切换第一两位三通电磁阀14至左位，电铸槽7进入加液周期。

c)当电铸槽7加液周期结束，切换第一两位三通电磁阀14至右位，进入加液间歇期，电铸槽7循环保证电铸液温度、pH值均匀；

d)当加液间歇期结束，温度传感器6检测电铸液热平衡后的温度，当温度在正常范围时，执行e)流程；当温度低于规定下限时，电铸液温度控制装置启动，直至电铸液温度达到上限。

e)pH值传感器4检测电铸液混合均匀后的pH值，当pH值在正常范围时，执行f)流程；当pH值高于规定上限时，电铸液pH值控制装置启动，直至pH值达到下限。

f)当电铸槽7加液达到液位上限时，第二液位检测器5将检测信号输入控制系统12，经程序控制，执行g)流程；当电铸槽7液位未达到上限时，切换第一两位三通电磁阀14至左位，进入下一个加液周期，并执行c)流程。

g)当电铸槽7加液达到液位上限时，第二液位检测器5将检测信号输入控制系统12，经程序控制，输出控制信号，切换第一两位三通电磁阀14至右位，进入电铸液循环流动模式。

h)当电铸液挥发减少，低于第二液位检测器5下限时，执行b)流程，完成电铸槽液位的精确控制。

本发明的电铸系统有如下的优点：

1、本发明中，电铸液温度控制采用水浴槽加热的方式，可有效提高电铸液的稳定性；增加水浴槽循环和电铸液循环流动，可有效提高电铸液温度分布的均匀性。

2、本发明中，电铸液温度控制采用间歇加热的方式，在加热间歇周期检测电铸液热平衡后的温度，判断加热是否完成，可有效避免因热传导迟滞导致电铸液温度超过上限，提高温度控制精度。

3、本发明中，考虑水浴槽水位对电铸液加热效果的影响以及补水过程对电铸液温度控制精度的影响，水浴槽水位控制采用间歇加水的方式，在加水间歇周期检测电铸液热平衡后的温度，判断是否可以继续加水，可有效避免因一次性加水导致电铸液温度超过下限，提高温度控制精度。

4、本发明中，电铸液pH值控制装置采用自动检测、控制的方式，相较于手动操作，可有效提高电铸系统工作效率、降低成本。同时，电铸液pH值控制采用间歇添加缓冲剂的方式，在间歇周期检测电铸混合均匀后的pH值，判断缓冲剂添加是否完成，可有效避免因缓冲剂一次性添加过量导致的pH值超限，提高pH值控制精度。

5、本发明中考虑电铸槽液位对电铸液稳定性的影响以及补液过程对电铸液温度、pH值的影响，电铸槽液位控制采用间歇加液的方式，在加液间歇周期检测电铸液混合均匀后的温度、pH值，判断是否可以继续加液，可有效避免因一次性加液导致电铸液温度、pH值超限，提高电铸液的稳定性以及温度、pH值控制精度。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，包括下述的步骤：

S1.根据输入的电铸槽液位的预设值，进行电铸槽加液使电铸槽液位达到预设范围后，电铸槽内的电铸液开始循环，完成电铸槽液位的预设；

S2.根据输入的水浴槽水位的预设值，进行水浴槽加水使水浴槽水位达到预设范围后，水浴槽内的水开始循环，完成水浴槽水位的预设；

S3.根据输入的电铸液温度的预设值，加热水浴槽使电铸液温度达到预设范围，完成电铸液温度的预设；

S4.完成电铸参数的预设后，对电铸参数进行如下自动控制：当电铸槽液位低于预设下限值时，进行电铸槽间歇式加液直至使电铸槽液位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度和电铸液pH值进行自动控制；

当水浴槽水位低于预设下限值时，进行水浴槽间歇式加水直至使水浴槽水位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度进行自动控制；

当电铸液温度低于预设下限值时，间歇式加热水浴槽直至使电铸液温度达到预设上限值；当电铸液pH值高于预设上限值时，间歇式添加缓冲剂直至使电铸液pH值达到预设下限值。

2.根据权利要求1所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，还包括下述的电铸液pH值预设步骤：开启并实时检测电铸液pH值。

3.根据权利要求1所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，还包括下述的电铸过程控制步骤：开启阴极运动装置并显示实时运动参数，开启电铸电源并显示实时电源参数，电铸倒计时结束时关闭电铸电源和阴极运动装置。

4.根据权利要求1所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，还包括下述的后处理控制步骤：电铸过程控制完成后，结束电铸参数的自动控制，并进行电铸槽排液和水浴槽排水。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，电铸槽液位的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸槽液位低于预设下限值时，电铸槽停止循环，切换至加液状态，进入加液周期；

加液周期结束，停止加液，进入加液间歇期，电铸槽开启循环；

加液间歇期结束，若电铸液温度低于预设下限值时，执行电铸液温度的自动控制流程，否则执行下一步；

当电铸液pH值高于预设上限值时，执行电铸液pH值的自动控制流程，否则执行下一步；

当电铸槽液位未达到预设上限值时，进入下一个加液周期。

6.根据权利要求1～4任一项所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，水浴槽水位的自动控制流程包括下述步骤：

当水浴槽水位低于预设下限值时，水浴槽停止循环，切换至加水状态，进入加水周期；

加水周期结束，停止加水，进入加水间歇期，水浴槽开启循环；

加水间歇期结束，若电铸液温度低于预设下限值时，执行电铸液温度的自动控制流程，否则执行下一步；

当水浴槽水位未达到预设上限值时，进入下一个加水周期。

7.根据权利要求1～4任一项所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，电铸液温度的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸液温度低于预设下限值时，开始加热水浴槽，进入加热周期；

加热周期结束，停止加热，进入加热间歇期；

加热间歇期结束，若电铸液温度未达到预设上限值时，进入下一个加热周期。

8.根据权利要求1～4任一项所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，电铸液pH值的自动控制流程包括下述步骤：

当电铸液pH值高于预设上限值时，开始添加缓冲剂，进入缓冲剂添加周期；

缓冲剂添加周期结束，停止添加缓冲剂，进入缓冲剂添加间歇期；

缓冲剂添加间歇期结束，若电铸液pH值未达到预设下限值，进入下一个缓冲剂添加周期。

9.根据权利要求1～4任一项所述的基于模块化的精密电铸一体化自动控制方法，其特征在于，水浴槽内水的循环是通过设置在水浴槽上的第一循环管路，电铸槽内电铸液的循环是通过设置在电铸槽上的第二循环管路；第一循环管路上设置有第二控制阀，通过第二控制阀的调节能够使水浴槽处于循环或加水状态；第二循环管路上设置有第一控制阀，通过第一控制阀的调节能够使电铸槽处于循环或加液状态。

10.一种基于模块化的精密电铸一体化自动控制系统，其特征在于，包括：

电铸槽液位预设控制模块，用于根据输入的电铸槽液位的预设值，进行电铸槽加液使电铸槽液位达到预设范围后，电铸槽内的电铸液开始循环；

水浴槽水位预设控制模块，用于根据输入的水浴槽水位的预设值，进行水浴槽加水使水浴槽水位达到预设范围后，水浴槽内的水开始循环；

电铸液温度预设控制模块，用于根据输入的电铸液温度的预设值，加热水浴槽使电铸液温度达到预设范围；

电铸液pH值预设控制模块，用于开启并实时检测电铸液pH值；

电铸槽液位自动控制模块，用于当电铸槽液位低于预设下限值时，进行电铸槽间歇式加液直至使电铸槽液位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度和电铸液pH值进行自动控制；

水浴槽水位自动控制模块，用于当水浴槽水位低于预设下限值时，进行水浴槽间歇式加水直至使水浴槽水位达到预设上限值，在间歇期内对电铸液温度进行自动控制；

电铸液温度自动控制模块，用于当电铸液温度低于预设下限值时，间歇式加热水浴槽直至使电铸液温度达到预设上限值；

电铸液pH值自动控制模块，用于当电铸液pH值高于预设上限值时，间歇式添加缓冲剂直至使电铸液pH值达到预设下限值；

电铸过程控制模块，用于开启阴极运动装置并显示实时运动参数，开启电铸电源并显示实时电源参数，电铸倒计时结束时关闭电铸电源和阴极运动装置；

后处理模块，用于电铸过程控制完成后，结束电铸参数的自动控制，并进行电铸槽排液和水浴槽排水。

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