劉建國

(武漢材料保護研究所，湖北武漢 110043)

庫侖電解測厚儀應(yīng)用30年的回顧

劉建國

(武漢材料保護研究所，湖北武漢 110043)

引 言

電鍍技術(shù)是表面技術(shù)的重要組成部分，它利用電化學(xué)方法在金屬產(chǎn)品或部件上覆蓋一層或多層外觀良好的防護性能或功能性的金屬覆層。為了保證和提高電鍍產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)鍵是控制電鍍層厚度及其均勻性。在不同的使用條件下，對鍍層厚度的要求是十分嚴格的。若鍍層太薄達不到技術(shù)指示則失去了所設(shè)計防護效果，鍍層太厚不但浪費資源(特別是貴金屬鍍層)，且會影響鍍層質(zhì)量和公差配合。在眾多的厚度測量方法中，庫侖測厚方法因其可測定鍍種范圍廣，誤差小精度高，使用簡便，穩(wěn)定可靠，特別是對多層電鍍能測出各分層厚度及總厚度而獨具優(yōu)勢，是其它測厚方法所不能比擬的。

目前，國內(nèi)外已發(fā)展了許多型號的庫侖測厚儀，如日本電測株式會的CT-2型庫侖測厚儀，德國的STANOSOCOPE庫侖測厚儀，美國可可公司(KOCOUR)6000型庫侖測厚儀，以及我國武漢材料保護研究所生產(chǎn)的ZD-B型智能電解測厚儀等。ZD-B型智能電解測厚儀通過與電腦(PC)機配接，可以由電腦操作測量全過程，自動記錄，PC機屏幕顯示，數(shù)字處理及貯存，因而受到用戶普遍青睞而廣泛應(yīng)用。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步總是相互相承，促進和提高的。是電鍍技術(shù)發(fā)展對質(zhì)量要求的提高，推動了庫侖測厚儀的研究發(fā)展，同時又進一步促進電鍍層質(zhì)量的提高。從而推動著電鍍行業(yè)與測厚儀技術(shù)共同發(fā)展。

1 第一代庫侖測厚儀的產(chǎn)生

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國電鍍業(yè)漸漸復(fù)興。到了20世紀70～80年代各工業(yè)部門對電鍍產(chǎn)品質(zhì)量要求提上日程，特別是航天航空、國防軍工、輕工及電器等行業(yè)為保證鍍層質(zhì)量，迫切需要對鍍層厚度進行測量與控制。但當(dāng)時國內(nèi)測厚儀器尚未開發(fā)，測厚方法一般是用質(zhì)量法測定，即通過化學(xué)液溶解電鍍層，以試件的質(zhì)量損失計算鍍層厚度。此方法誤差大、周期長、重現(xiàn)性和可靠性差，不能滿足電鍍層厚度測量要求。束縛了電鍍技術(shù)的發(fā)展與進步。

鑒于上述情況，武漢材料保護研究所電器儀表研究室的工程技術(shù)人員在宋植堤室主任領(lǐng)導(dǎo)下，開始了庫侖測厚儀的研究工作，通過資料搜索，國外樣機解剖，對產(chǎn)品進行設(shè)計與研發(fā)，于1978年研制成功第一代庫侖測厚儀，該產(chǎn)品可測定銅、鎳、銀、錫及鎘等電鍍層的厚度，測量誤差完全符合標準(測量精度±10%)。1980年開始了小批量生產(chǎn)，并銷售全國各地，深受用戶歡迎。其間，也有用戶提出意見和建議，根據(jù)要求又增加了多層鎳鍍層之間電位差測量功能。這是我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的測厚儀器，值得慶賀。

2 第二代產(chǎn)品ZD-B智能電解測厚儀

20世紀80年代中期，電子產(chǎn)品及元器件不斷更新，電子技術(shù)快速發(fā)展，集成電路單片微處理器(單片機)等現(xiàn)代技術(shù)在許多領(lǐng)域普遍應(yīng)用，同時更由于國內(nèi)合金電鍍層的應(yīng)用，第一代測厚儀已不能滿足合金鍍層測厚需求，測厚儀產(chǎn)品更新?lián)Q代勢在必行。

1986年提出帶單片微處理器的合金鍍層電解測厚儀的科研項目，得到了原國家機械委科技司的批準。由電器儀表研究室黃俊、盧洪、劉建國同志成立研究項目課題組，經(jīng)兩年時間完成了集成電子電路設(shè)計，8K×8EPROM(2764)芯片中的軟件設(shè)計，及整機外觀設(shè)計，開展了對不同基體材料電鍍層厚度測量及電鍍層厚度在產(chǎn)品均勻性研究等項目。特別重點研究了對測量精度起重要作用的陽極溶解面積對精度的影響。在收集的一萬多個數(shù)據(jù)的對比，總結(jié)了相關(guān)的規(guī)律，同時，還發(fā)現(xiàn)影響測量誤差的因素，是由于諸多因素的綜合作用。其中包括電鍍工件基體表面的粗糙度、測量工件表面積(密封圈尺寸大小)，儀器實際電流誤差、時鐘誤差及電鍍層的缺陷等。

通過研究，弄清發(fā)生誤差的原因，提出解決方案。經(jīng)多年努力研制出樣機，并在電鍍產(chǎn)品上進行測試驗證。實踐證明測量精度符合國際標準。1988年由國家機械委組織鑒定。經(jīng)專家評定為國內(nèi)首創(chuàng)，國家經(jīng)委批準為國家新產(chǎn)品，湖北省計量局鑒定核發(fā)計量器具合格證及生產(chǎn)許可證。第二代產(chǎn)品ZD-B型智能電解測厚儀生產(chǎn)上市。

3 第三代智能電解測厚儀

21世紀是人工智能技術(shù)迅速發(fā)展的時代。在表面處理各領(lǐng)域中應(yīng)用計算機技術(shù)控制生產(chǎn)過程，自動化的趨勢迅速發(fā)展，如何把單片微處理器的庫侖測厚技術(shù)與現(xiàn)代計算機(PC機)技術(shù)有機結(jié)合，研發(fā)出新的測厚儀適應(yīng)人工智能化發(fā)展的需求，是當(dāng)務(wù)之急。為此在毛祖國教授的提議下，對該技術(shù)發(fā)展前景與實施途徑進行了交流與分析。提出了擴充測量范圍，機屏顯示和鍍層質(zhì)量分析等諸多設(shè)想。并邀請有經(jīng)驗的軟件工程師一道研發(fā)帶電腦型的測厚儀新產(chǎn)品，在2002年初實現(xiàn)了以傳統(tǒng)測厚技術(shù)與現(xiàn)代計算機信息技術(shù)相結(jié)合的夙愿，與電腦配接的ZD-B電腦型庫侖測厚儀終于延生了，它不但覆蓋第二代單片機的功能與測量范圍，而且增加了可測鍍種的范圍，解決了許多測試技術(shù)難題(如銦、鋯、鈦、氮化鈦、氮化鋯、鎳-磷合金、銅-鋅-錫合金、鋁以及d=0.8以下的線材等)，同時應(yīng)用計算機軟件功能實現(xiàn)了測量全過程的電腦操作，全自動紀錄，屏視顯示測量曲線數(shù)據(jù)處理與貯存等功能，從而充分發(fā)揮了庫侖測厚儀技術(shù)的優(yōu)勢，最大限度地獲取全面信息，為電鍍層質(zhì)量保證與提高提供了科學(xué)依據(jù)。

ZD-B電腦型測厚儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1:

圖1 ZD-B電腦型測厚儀結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可以ZD-B智能電解測厚儀計算機測控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為兩部分，單片機為核心構(gòu)成的測量控制數(shù)據(jù)采集通訊收發(fā)系統(tǒng)，PC機為硬件基礎(chǔ)和專用軟件構(gòu)成的測量命令數(shù)據(jù)接收分析處理系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)負責(zé)完成測量控制和數(shù)據(jù)采集，并定時向PC系統(tǒng)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，單片機系統(tǒng)獨立完成厚度測量工作，PC機系統(tǒng)在軟件的指揮下向單片機系統(tǒng)發(fā)送控制命令，并實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的接收、保存、顯示及分析處理。PC機與單片機系統(tǒng)聯(lián)機，測量操作可在PC機上通過鼠標完成，無需再按動單片機系統(tǒng)指令鍵來測量，操作簡便。從2002年到2010年，ZD-B型電腦測厚儀應(yīng)用軟件連續(xù)三次升級，測量鍍種不斷擴展。

4 結(jié)語

回顧ZD-B型庫侖電腦測厚儀三代產(chǎn)品研發(fā)，從初始的分離電子元件制作到現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)轉(zhuǎn)變，是傳統(tǒng)測厚度技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的成功范例，是不斷創(chuàng)新的產(chǎn)物。它的問世將提升我國測厚產(chǎn)品在國際市場地位，將對我國電鍍行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提高與技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要作用。

誠然產(chǎn)品的研發(fā)成功靠的是長期的技術(shù)積累，和奮發(fā)圖強不斷進取與創(chuàng)新精神，是材保人30多年的努力。順此向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與技術(shù)前輩與同事表示崇高的謝意!