專利名稱：一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微細(xì)電鑄層填充程度監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，尤其涉及一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
在精密儀器、生物醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域，由于活動空間狹小的原因?qū)Σ僮骶取?功能集成度要求很高，因此微小結(jié)構(gòu)與零件具有廣泛的應(yīng)用前景，與其對應(yīng)的微細(xì)制造技術(shù)一直是科學(xué)界研究的熱點之一。其中，微細(xì)電鑄以復(fù)制精度高、工藝柔性好且制作成本低等眾多優(yōu)點成為微細(xì)制造技術(shù)中的重要組成部分。微細(xì)電鑄過程中，電鑄層厚度是電鑄制造的重要控制參數(shù)。然而，受多種復(fù)雜因素的影響，微細(xì)電鑄層的厚度難以精確控制，經(jīng)常出現(xiàn)過電鑄(即電鑄層厚度超過要求厚度) 或欠電鑄(電鑄層厚度小于要求厚度)的現(xiàn)象。出現(xiàn)過電鑄時，工作人員不得不采用銑削、拋光等后續(xù)工藝進(jìn)行減?。怀霈F(xiàn)欠電鑄時，則會導(dǎo)致電鑄件失效，既耗費大量人力物力，又嚴(yán)重地影響了工作效率。微細(xì)電鑄過程中，電鑄層的實時厚度通常只能依據(jù)沉積速度與沉積時間進(jìn)行理論上測算，而微細(xì)電鑄過程中實際沉積速度由于受到微結(jié)構(gòu)形狀、流場分布、電流密度分布、溫度等多種因素的復(fù)合影響，與理論值相比，往往存在很大的偏差。鑒于此，實際工藝中，通常只得周期性地終止電鑄進(jìn)程，取出電鑄件，進(jìn)行離線測量或觀測，費時費力， 且易引發(fā)電鑄層氧化、分層等缺陷。對特定芯模而言，電鑄層厚度取決于芯模微溝槽的填充程度。若能在微細(xì)電鑄過程中在線監(jiān)測填充程度，則可估計電鑄層的實際厚度，從而對電鑄進(jìn)程實時調(diào)控。但是， 微細(xì)電鑄層填充程度的在線監(jiān)測很難實現(xiàn)，其原因在于(1)電鑄大多在透光性很差的深色電解液中進(jìn)行，難以直接觀察；( 電鑄金屬的沉積空間通常十分狹小(毫米尺度以下)， 且浸于電解液中，常規(guī)的檢測方法往往難以奏效。美國專利US 6350361 Bl〃 Real time control device for e 1 ctroformation, plating and deplating processes〃提出了一禾中在電鑄過程中采用視頻系統(tǒng)實時觀測鍍層厚度的方法。但是，這種方法成本高，對視頻設(shè)備要求極其苛刻，難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，能夠在微細(xì)電鑄過程中在線監(jiān)測電鑄層填充程度，對電鑄進(jìn)程實時調(diào)控。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，包括放置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間的檢測滾筒，檢測滾筒連接監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極。所述的電流表與監(jiān)測電源負(fù)極之間還串聯(lián)有可調(diào)電阻和熔斷器。所述的監(jiān)測電源為直流電源。
所述的檢測滾筒包括由惰性金屬制成的導(dǎo)電滾筒，導(dǎo)電滾筒表面設(shè)置有多個貫穿孔，導(dǎo)電滾筒的兩個圓形側(cè)面設(shè)置有滾筒輻板，滾筒輻板上設(shè)置有滾軸。所述的惰性金屬為鉬、鈦或金。所述的貫穿孔形狀為圓形、正六邊形或方形，孔半徑或邊長為50 lOOMffl，孔間筋寬為50 lOOMm。所述的導(dǎo)電滾筒外徑為10 15mm，長為20 100mm。一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測方法，包括以下步驟 A:將微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置進(jìn)行安裝調(diào)試；
B:根據(jù)檢測滾筒所處位置的電流大小，在線判斷陰極芯模相應(yīng)位置處微細(xì)電鑄層的填充程度。所述的A步驟包括以下步驟
a:將檢測滾筒和電流表串聯(lián)在監(jiān)測電源上組成調(diào)試回路，保證調(diào)試回路電流最大值不超過電流表量程；
b 斷開調(diào)試回路，將檢測滾筒置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間，并使檢測滾筒外表面與陰極芯模上表面輕微接觸，檢測滾筒連接監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極形成檢測回路；
c 開啟監(jiān)測電源，使檢測滾筒緊貼陰極芯模上表面緩慢滾動。本發(fā)明通過將檢測滾筒放置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間，同時將檢測滾筒連接到監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極，通過檢測滾筒所處位置的電流大小，在線判斷陰極芯模相應(yīng)位置處微細(xì)電鑄層的填充程度，不需中止電鑄過程就可以實時檢測微細(xì)電鑄的填充程度，提高了電鑄效率與電鑄質(zhì)量，操作簡便， 經(jīng)濟(jì)實用，可以廣泛應(yīng)用于基于平面陰極芯模的微細(xì)電鑄場合。


圖1為本發(fā)明所述在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所述檢測滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括監(jiān)測電源3、熔斷器4、電流表5、可調(diào)電阻6和檢測滾筒 7。監(jiān)測電源3采用直流電源，檢測滾筒7置于電鑄槽內(nèi)陽極1與陰極芯模8之間，檢測滾筒7通過可調(diào)電阻6連接監(jiān)測電源3的正極，電鑄槽的陰極基板10與電流表5、熔斷器4串聯(lián)后連接監(jiān)測電源3的負(fù)極。如圖2所示，檢測滾筒7包括由惰性金屬制成的導(dǎo)電滾筒11，導(dǎo)電滾筒11外徑為 10 15mm，長為20 100mm，惰性金屬可采用鉬、鈦或金。導(dǎo)電滾筒11表面上設(shè)置有多個貫穿孔12，以保證當(dāng)檢測滾筒7放到陰極芯模8上時，檢測滾筒7不會堵住陰極芯模8微溝槽，從而保證反應(yīng)離子(金屬陽離子)的進(jìn)入與反應(yīng)產(chǎn)物的排出，保證電鑄速度，貫穿孔12 為圓形、正六邊形或方形，孔半徑或邊長為50 lOOMm，孔間筋寬為50 lOOMm。導(dǎo)電滾筒 11的兩個圓形側(cè)面設(shè)置有滾筒輻板13，滾筒輻板13上設(shè)置有滾軸14，滾軸14的軸心與兩個滾筒輻板13的圓心處于同一水平線上。
在使用本發(fā)明進(jìn)行電鑄層填充程度在線監(jiān)測時，首先將檢測滾筒7和熔斷器4、電流表5、可調(diào)電阻6串聯(lián)在監(jiān)測電源3上組成調(diào)試回路，接通監(jiān)測電源3，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻6，使電流表5顯示值在其量程范圍的2/3位置，以保證電流表5具有較好的靈敏度，設(shè)定此時的電流值為電流最大值；然后斷開調(diào)試回路，將檢測滾筒7通過可調(diào)電阻6連接監(jiān)測電源3的正極，電鑄槽的陰極基板10與電流表5串聯(lián)后連接監(jiān)測電源3的負(fù)極，檢測滾筒7置于電鑄槽內(nèi)陽極1與陰極芯模8之間，并使檢測滾筒7的導(dǎo)電滾筒11外表面與陰極芯模8上表面輕微接觸，檢測滾筒7、可調(diào)電阻6、電流表5、熔斷器4、監(jiān)測電源3與電解液、電鑄層9以及陰極基板10共同組成檢測回路。最后開啟監(jiān)測電源3，并使檢測滾筒7緊貼陰極芯模8 上表面緩慢滾動，觀察電流表5的顯示值變化，并與調(diào)試回路測得的電流最大值進(jìn)行比較。隨著電鑄過程的進(jìn)行，電鑄層9越來越厚，陰極芯模8微溝槽內(nèi)參與組成檢測回路的電解液越來越薄，導(dǎo)致檢測回路中的電阻逐漸減小，從而檢測回路電流隨之逐漸增大，因此檢測回路的電流值與電鑄層9的填充程度成單調(diào)遞增關(guān)系。電流表5顯示值與調(diào)試回路測得的電流最大值相差越大，表明陰極芯模8微溝槽內(nèi)電鑄層填充程度越小，電鑄層9越??；電流表5顯示值與調(diào)試回路測得的電流最大值越接近，表明陰極芯模8微溝槽內(nèi)電鑄層填充的程度越大，電鑄層9越厚。當(dāng)電流表顯示值與電流最大值相等時，表明電鑄層9與檢測滾筒7直接接觸，即電鑄層9恰好填充完全或者填充過厚。利用本發(fā)明進(jìn)行電鑄層填充程度在線監(jiān)測時，根據(jù)檢測滾筒所處位置的電流大小，可以在線判斷陰極芯模8相應(yīng)位置處微細(xì)電鑄層的填充程度。
權(quán)利要求
1.一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于包括放置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間的檢測滾筒，檢測滾筒連接監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的電流表與監(jiān)測電源負(fù)極之間還串聯(lián)有可調(diào)電阻和熔斷器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的監(jiān)測電源為直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的檢測滾筒包括由惰性金屬制成的導(dǎo)電滾筒，導(dǎo)電滾筒表面設(shè)置有多個貫穿孔，導(dǎo)電滾筒的兩個圓形側(cè)面設(shè)置有滾筒輻板，滾筒輻板上設(shè)置有滾軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的惰性金屬為鉬、鈦或金。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的貫穿孔形狀為圓形、正六邊形或方形，孔半徑或邊長為50 lOOMffl，孔間筋寬為50 ΙΟΟμπι。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述的導(dǎo)電滾筒外徑為10 15mm，長為20 100mm。
8.一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟A:將微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置進(jìn)行安裝調(diào)試；B:根據(jù)檢測滾筒所處位置的電流大小，在線判斷陰極芯模相應(yīng)位置處微細(xì)電鑄層的填充程度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測方法，其特征在于所述的A 步驟包括以下步驟a:將檢測滾筒和電流表串聯(lián)在監(jiān)測電源上組成調(diào)試回路，保證調(diào)試回路電流最大值不超過電流表量程；b 斷開調(diào)試回路，將檢測滾筒置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間，并使檢測滾筒外表面與陰極芯模上表面輕微接觸，檢測滾筒連接監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極形成檢測回路；c 開啟監(jiān)測電源，使檢測滾筒緊貼陰極芯模上表面緩慢滾動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微細(xì)電鑄層填充程度在線監(jiān)測裝置，包括放置于電鑄槽內(nèi)陽極與陰極芯模之間的檢測滾筒，檢測滾筒連接監(jiān)測電源的正極，電鑄槽的陰極基板與電流表串聯(lián)后連接監(jiān)測電源的負(fù)極，通過檢測滾筒所處位置的電流大小，在線判斷陰極芯模相應(yīng)位置處電鑄層的填充程度，不需中止電鑄過程就可以實時檢測微細(xì)電鑄的填充程度，提高了電鑄效率與電鑄質(zhì)量，操作簡便，經(jīng)濟(jì)實用，可以廣泛應(yīng)用于基于平面陰極芯模的微細(xì)電鑄場合。
文檔編號C25D21/12GK102409389SQ20111037470
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者呂文星, 商靜瑜, 明平美, 李廣, 李松昭, 王書卿, 王全才, 田二芳 申請人:河南理工大學(xué)