薄膜電容自動噴金機(jī)的研制

錢立文

(安徽銅峰電子股份有限公司，安徽銅陵 244000)

在薄膜介質(zhì)電容器的制造過程中，噴金是一個非常關(guān)鍵的生產(chǎn)工序。此工序是通過送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲（噴金絲）不斷送入噴槍的噴嘴，利用電弧或火焰將金屬絲熔化后，將熔化的熱金屬顆粒利用壓縮空氣將其從噴嘴高速噴涂在電容器芯子的端面上，最終在電容器芯子的端面形成金屬電極面，從而達(dá)到將電極引出的目的。

1 噴金機(jī)構(gòu)成與功能

自動噴金機(jī)主要由操作系統(tǒng)，噴金框架驅(qū)動系統(tǒng)，噴槍掃描系統(tǒng)，噴金絲送絲系統(tǒng)構(gòu)成，是機(jī)電一體化設(shè)備，由以上各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，自動完成對電容器芯子端面噴金任務(wù)。噴金框架驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)，傳動鏈條等構(gòu)成，待噴的電容器芯子整齊地置于噴金框架內(nèi)，噴金框架置于傳動鏈條上，一方面完成進(jìn)出噴腔室；另一方面完成縱向噴涂。噴槍掃描系統(tǒng)驅(qū)動噴槍左右掃描完成橫向噴涂。噴金絲送絲系統(tǒng)由送絲電機(jī)及走絲機(jī)構(gòu)組成，完成噴金絲輸送任務(wù)，噴金層厚度及粗細(xì)度、均勻度與送絲速度及噴涂次數(shù)有關(guān)。

所研制的薄膜電容自動噴金機(jī)，針對薄膜電容器對噴金的特殊要求而設(shè)計。

2 雙傳動比的噴金框架驅(qū)動裝置

將裝有待噴的電容器芯子的噴金框架置于主傳動鏈條上，由鏈條傳動送入噴腔室內(nèi)噴涂。為了保證噴金層的厚度，噴金過程中主傳動鏈條行走速度非常緩慢，從噴腔室外的工作面到噴腔室內(nèi)噴槍下有相當(dāng)于4個噴金框架長的距離，這就涉及到噴金框架進(jìn)出速度問題，如果噴金框架從噴腔室外的工作面到噴腔室內(nèi)噴槍下以噴金速度行走，勢必導(dǎo)致工作效率低下，影響產(chǎn)能。這就要求主傳動鏈條在一個周期的自動噴金過程中必須有差別極大的兩種速度運(yùn)行（快速是慢速的約50倍），即主傳動鏈條在噴金時以一種緩慢速度運(yùn)行，而在啟噴之前噴金框架從工作面進(jìn)噴腔室內(nèi)的噴槍下，以及噴金完成后從噴腔室內(nèi)回到工作面均以較快速度運(yùn)行。現(xiàn)有的兩種方法均有缺陷：1）采取變頻驅(qū)動。雖然變頻器可以提供一定的調(diào)速空間，即使不考慮扭矩的情況下，而且變頻器是處在兩個極端情況下運(yùn)行，變頻器只可以提供約20倍的速度差，因此采取變頻驅(qū)動很難達(dá)到這樣極大的運(yùn)行速度差。2）采取步進(jìn)驅(qū)動。步進(jìn)驅(qū)動盡管能滿足提供50倍的速度差，但考慮噴金場所的環(huán)境，必須選用大功率步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器，造價十分昂貴。

采用兩套具有不同傳動比的驅(qū)動裝置，可以針對兩個運(yùn)行區(qū)間提供速度差較大的快、慢速驅(qū)動。通過不同離合器實(shí)現(xiàn)快、慢速運(yùn)行之間的切換，可以用普通電機(jī)及減速器來實(shí)現(xiàn)兩種速差最大化，不需要選用大功率步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器，因而不僅造價較低，還可以提高工作效率。

雙傳動比的噴金框架驅(qū)動裝置如圖1所示，包括主驅(qū)動軸、固定于主驅(qū)動軸兩端的一對主驅(qū)動鏈輪及鏈條，鏈條用來驅(qū)動固定在鏈條上的噴金框架（圖中末畫出）的行走，兩套驅(qū)動裝置對稱分布在主驅(qū)動軸兩端，小傳動比減速電機(jī)用于驅(qū)動主驅(qū)動軸作快速運(yùn)行；大傳動比減速電機(jī)用于驅(qū)動主驅(qū)動軸作慢速運(yùn)行。兩套驅(qū)動裝置的驅(qū)動鏈輪分別通過離合器與主軸傳動連接。

當(dāng)噴金框架進(jìn)入噴金區(qū)間時，慢速離合器吸合，慢速驅(qū)動鏈輪通過嚙合驅(qū)動主驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動，即主驅(qū)動鏈輪及其鏈條由傳動比大的減速機(jī)帶動，實(shí)現(xiàn)慢速運(yùn)行。當(dāng)噴金框架進(jìn)出噴金區(qū)間時，快速離合器吸合，快速驅(qū)動鏈輪通過嚙合驅(qū)動主驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動，即主驅(qū)動鏈輪及其鏈條由傳動比小的減速機(jī)帶動，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)行。

圖1 雙傳動比的噴金框架驅(qū)動裝置示意圖

3 縱向噴涂范圍調(diào)節(jié)裝置

自動噴金過程中，噴槍沿橫向左右掃描，鏈條傳動系統(tǒng)載著噴金框架沿縱向緩慢移動，完成一定區(qū)域（范圍）噴涂作業(yè)。噴金框架作為電容器芯組的載體，其大小是固定的，如果電容器芯組在框架內(nèi)沿橫向排滿，則噴槍沿橫向左右掃描的距離便可固定，但對于不同批次大小不一的電容器芯組在框架內(nèi)沿縱向則可能排不滿，也就是說電容器芯組在框架內(nèi)沿縱向距離是變化的，如果噴金過程中縱向按固定距離噴涂，勢必會導(dǎo)致噴涂材料的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本。在半自動或手工噴金設(shè)備解決此種噴涂材料的浪費(fèi)問題是靠操作人員把握。在自動噴金設(shè)備中往往采用在噴槍下方安裝電容器芯組檢測開關(guān)，以此來控制噴涂動作的啟停。但噴腔內(nèi)金屬粉塵很多，所安裝的電容器芯組檢測開關(guān)極易損壞導(dǎo)致檢測開關(guān)幾乎不起作用。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，新設(shè)計了縱向噴涂范圍調(diào)節(jié)裝置，安裝在噴腔室外，采用在噴腔室外調(diào)節(jié)間接控制噴腔室動作的方式，不僅不受噴腔室內(nèi)金屬粉塵影響，而且能夠根據(jù)不同規(guī)格的電容器芯組調(diào)節(jié)停噴點(diǎn)，且能適應(yīng)不同規(guī)格的電容器芯組需要，節(jié)約了噴金材料，降低了生產(chǎn)成本。

縱向噴涂范圍調(diào)節(jié)裝置如圖2所示，包括固定在主鏈條上的噴金框架定位卡，以及分別固定在噴金室外的啟噴感應(yīng)開關(guān)和停噴感應(yīng)開關(guān)，主鏈條上固定有與啟噴感應(yīng)開關(guān)、停噴感應(yīng)開關(guān)配合的金屬感應(yīng)塊，所述停噴感應(yīng)開關(guān)固定在一個可沿鏈條移動方向作往復(fù)移動的滑動底座上。滑動底座位移調(diào)節(jié)由設(shè)在噴金室外工作面下的機(jī)架上的旋轉(zhuǎn)手輪、螺桿實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)滑動底座，來調(diào)節(jié)停噴感應(yīng)開關(guān)的位置，可以方便地調(diào)節(jié)啟噴點(diǎn)至停噴點(diǎn)之間的距離，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)停噴控制。

圖2 縱向噴涂范圍調(diào)節(jié)裝置示意圖

4 兩種送絲速度無極調(diào)速控制

噴金層厚度與送絲速度及噴涂次數(shù)有密不可分的關(guān)系，根據(jù)工藝要求，在一次自動噴金過程中，要先進(jìn)行細(xì)顆粒噴涂，再進(jìn)行粗顆粒噴涂（噴涂次數(shù)均可設(shè)置），也就是說在一次自動噴金過程中，必須有兩種送絲速度；另一方面對于不同的電容器芯子，這兩種送絲速度又是各不相同的，電容器芯子規(guī)格的多種多樣，決定了這兩種送絲速度又必須都是無極可調(diào)。送絲速度快慢決定噴金顆粒的粗細(xì)度，送絲速度是有極可調(diào)還是無極可調(diào)決定噴金顆粒的平均度。

盡管可以采用變頻器的多段速控制方式可以粗略實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)變頻器都能提供最多16段運(yùn)行速度，但要提供16段運(yùn)行速度往往需占用至少4個可編程邏輯控制器PLC輸出點(diǎn)，且屬于有極調(diào)速，無法實(shí)現(xiàn)平均度精確調(diào)節(jié)。

采用兩種送絲速度勻無極調(diào)速控制，可以分別針對粗、細(xì)顆粒噴涂需要實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，以適應(yīng)不同規(guī)格電容器芯子噴金需要。

兩種送絲速度無極調(diào)速控制電路如圖3所示，包括可編程邏輯控制器PLC、送絲電機(jī)驅(qū)動變頻器，以及兩個分別對應(yīng)于粗、細(xì)顆粒噴涂的粗、細(xì)噴調(diào)節(jié)電位器 RP2、RP1及其切換開關(guān)K1-1，粗、細(xì)噴調(diào)節(jié)電位器 RP2、RP1串聯(lián)在變頻器的0～5 V電壓之間形成電壓取樣電路，粗、細(xì)噴調(diào)節(jié)電位器RP2、RP1的中間抽頭分別通過切換開關(guān)K1-1與變頻器模擬量輸入端AVI連接。通過選擇不同調(diào)節(jié)電位器抽頭可以選擇粗、細(xì)顆粒噴涂，這種通過切換開關(guān)選擇不同模擬量輸入到變頻器，并且通過調(diào)節(jié)粗、細(xì)噴調(diào)節(jié)電位器RP2、RP1，可以分別無極調(diào)節(jié)，不需占用更多的PLC輸出點(diǎn)。

上述電位器抽頭切換開關(guān)K1-1為繼電器K1的一對常開常閉觸點(diǎn)，繼電器K1的線圈串連在+24 V電源與可編程邏輯控制器PLC的輸出點(diǎn)Y12之間。一次自動噴金過程中PLC可以實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)顆粒噴涂過程的自動切換。通過設(shè)置兩個調(diào)節(jié)電位器，將粗、細(xì)顆粒噴涂所對應(yīng)的電位調(diào)節(jié)分開設(shè)置，并且通過兩個調(diào)節(jié)電位器可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)粗、細(xì)顆粒噴涂的送絲速度，能夠?qū)娊痤w粒的粗細(xì)度、平均度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，能噴涂出滿足不同工藝要求的薄膜電容器金屬電極面，因而可以大大提高噴金質(zhì)量。

圖3 兩種無極調(diào)速送絲速度控制電路圖

5 人機(jī)界面與就地按鈕盒操作系統(tǒng)

在噴金過程中會產(chǎn)生大量金屬粉塵，這就決定了噴金場所必然要設(shè)置防粉塵隔離室，顯然噴金設(shè)備都被粉塵隔離室分成室內(nèi)室外兩部分，電控柜及其操作面板設(shè)在隔離室外，送絲機(jī)構(gòu)、噴槍及噴槍的左右掃描裝置等設(shè)在隔離室內(nèi)。正是由于噴金設(shè)備的特殊性，其操作系統(tǒng)對操作人員和維修人員來說至關(guān)重要。現(xiàn)有的噴金設(shè)備操作系統(tǒng)往往集中放在電控柜的操作面板上，其缺陷有：1）正常噴金過程中，更換噴金絲或噴金絲斷裂這都要求操作人員進(jìn)到隔離室內(nèi)處理，而手動送絲操作按鈕卻遠(yuǎn)在隔離室外，操作人員必須往返于送絲機(jī)構(gòu)與操作面板之間，這給操作人員帶來極大不便。2）隔離室內(nèi)噴槍掃描裝置發(fā)生故障時，由于手動調(diào)試操作按鈕遠(yuǎn)離該裝置，使得維修人員不斷往返于該裝置與操作面板之間才能完成維修調(diào)試，這給維修人員也帶來極大不便。

針對現(xiàn)有設(shè)計的不足，采用人機(jī)界面與就地按鈕盒操作系統(tǒng)，在隔離室內(nèi)可以手動操作，不需往返于隔離室內(nèi)外，不僅可以提高操作和維修工作效率，而且可以提高操作和維修安全性。

人機(jī)界面與就地按鈕盒操作系統(tǒng)框圖如圖4，它包括電控柜操作面板，電控柜，防塵接線盒，自動操作就地按鈕盒，隔離室內(nèi)手動操作就地按鈕盒。1）電控柜操作面板上設(shè)有人機(jī)界面、手動/自動切換開關(guān)、緊急停機(jī)按鈕、手動指示燈、噴金框架快進(jìn)、快退手動操作按鈕等；2）自動操作就地按鈕盒，設(shè)有啟動、暫停、復(fù)位、緊急停機(jī)按鈕，報警指示燈、運(yùn)行指示燈；3）手動操作就地按鈕盒，設(shè)有手動送絲按鈕、槍架左移按鈕、槍架右移按鈕。自動操作就地按鈕盒及手動操作就地按鈕盒，是通過電纜與防塵接線盒連接，防塵接線盒安裝在機(jī)身上，通過重載連接器與電控柜之間連接。電控柜操作面板上的人機(jī)界面可進(jìn)行細(xì)噴、粗噴次數(shù)設(shè)定，單向噴金、往返噴金方式選擇；還可用于噴金次數(shù)顯示、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、報警內(nèi)容顯示，它還設(shè)有手動操作顯示畫面，在手動狀態(tài)下，當(dāng)某手動操作按鈕被按下時，手動操作顯示畫面上該提示文字字苻呈反色顯示，與電控柜操作面板上的手動指示燈結(jié)合，隔離室外的人不但知道隔離室內(nèi)有人在進(jìn)行手動操作或維修，而且了解具體操作內(nèi)容，這可有效避免隔離室外的人因不知情誤開機(jī)而導(dǎo)致對隔離室內(nèi)操作人員傷害。

圖4 人機(jī)界面與就地按鈕盒操作系統(tǒng)框圖

6 結(jié)束語

研制的薄膜電容自動噴金機(jī)：

（1）采用雙傳動比的驅(qū)動裝置驅(qū)動電容器噴金框架運(yùn)行，有效地提高了生產(chǎn)效率。

（2）采用縱向噴涂范圍調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)噴涂范圍，大大節(jié)約噴金材料，降低生產(chǎn)成本。

（3）采用兩種無極調(diào)速完成噴金送絲控制，對噴金顆粒的粗細(xì)度、平均度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，能噴涂出滿足不同工藝要求的薄膜電容器金屬電極面，因而可以提高噴金質(zhì)量。

（4）采用人機(jī)界面與就地按鈕盒構(gòu)成操作系統(tǒng)，方便了操作與維修，提高了工作效率和安全性。

[1]三菱公司.FX2N系列微型可編控制器使用手冊[M].三菱公司，2011.

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[3]謝平.提高金屬化薄膜電容器的脈沖電流處理能力[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010，31(3):62-65.