陶 莉， 涂靜文

(1.江西廣播電視大學(xué) 高職學(xué)院,江西 南昌 330046； 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 南昌商學(xué)院 計算機與信息科學(xué)系,江西 南昌 330044)

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電子接插件連續(xù)電鍍故障信息的分析與監(jiān)測

陶 莉1， 涂靜文2

(1.江西廣播電視大學(xué) 高職學(xué)院,江西 南昌 330046； 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 南昌商學(xué)院 計算機與信息科學(xué)系,江西 南昌 330044)

電子接插件連續(xù)電鍍過程容易出現(xiàn)故障，當前故障信息分析與監(jiān)測方法處理速度慢，且采集與傳輸電鍍故障數(shù)據(jù)時容易受到干擾，導(dǎo)致故障監(jiān)測結(jié)果不可靠。設(shè)計了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測器，分析了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，對電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中的關(guān)鍵工序進行分析，以電鍍Fe-Cr合金電子接插件為例，給出中間層電鍍工藝條件的故障影響參數(shù)，通過正交試驗對故障因素進行選擇，去除Fe-Cr合金中間鍍層中的故障檢測干擾。設(shè)計出故障監(jiān)測器的總體結(jié)構(gòu)，分析了核心處理器MSP430F169、無線通信模塊和SD卡存儲電路的設(shè)計過程。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計監(jiān)測器不僅具有很高的監(jiān)測精度，而且能耗較低。

電子接插件； 連續(xù)電鍍； 故障信息； 監(jiān)測

引言

電子接插件的基材大部分為銅與合金，為了增強電子插件的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，通常需對其進行電鍍處理[1-3]。近年來，電子、通訊行業(yè)迅猛發(fā)展，對精密零件的需求和要求大大提高，為了保證精密零件的高可用性，需有效監(jiān)測電子接插件連續(xù)電鍍故障信息[4-6]。對電鍍相關(guān)故障進行研究。

電子接插件電鍍過程較為復(fù)雜，故障數(shù)據(jù)的采集與傳輸過程容易受到干擾，影響了電鍍故障監(jiān)測結(jié)果的準確性。針對上述方法的弊端，設(shè)計了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測器。介紹了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，通過正交試驗法對正交因素與水平進行選擇。對電子插接件連續(xù)電鍍故障信息進行分析和監(jiān)測。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計監(jiān)測器具有很高的監(jiān)測精度，能耗較低。

1 電子接插件連續(xù)電鍍故障特征分析

1.1 電子接插件連續(xù)電鍍工藝中的故障分析

電子接插件連續(xù)電鍍工藝實質(zhì)上和一般電鍍工藝較為不同，每個工藝階段的處理時間較一般電鍍過程短，所以不同處理液、鍍液需具備適應(yīng)快速電鍍的能力，該過程的電鍍故障也較為特殊。

電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程如下：

上掛具→除油→水洗→酸洗→水洗→氨基磺酸鹽鍍鎳→水洗→局部脈沖鍍銅→回收→水洗→局部鍍Fe-Cr合金→水洗→去離子水洗及熱水洗→干燥→下掛具→檢查。

電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中可能產(chǎn)生的故障主要有：

1)油垢故障。電子接插件連續(xù)電鍍工藝中的油垢和通常的生活油垢存在很大差異，產(chǎn)生油垢故障通常只需2～5s。常用的浸漬除油形式已經(jīng)無法滿足要求，需進行高電流密度下的多級電化學(xué)除油。達到以下要求：當除油液流入水洗槽或酸洗槽時，不會出現(xiàn)分解和沉淀現(xiàn)象。

2)表面氧化故障。電鍍過程中電子接插件表面容易產(chǎn)生氧化膜，通常采用硫酸或鹽酸溶液去除。因為電子接插件對尺寸的要求很高，因此酸洗液不可溶解基體。

3)鍍鎳過程產(chǎn)生的故障。Ni層是Au層與Fe-Cr合金鍍層的底層，能夠增強電子接插件的耐蝕性，避免基體中金屬離子的固相擴散。電子接插件在進行切割、彎曲加工時鍍層經(jīng)常脫落，產(chǎn)生脫落故障。

4)局部鍍金故障。局部鍍Au的方法通常是將不需要的部分遮住，令需電鍍的部分和鍍液接觸，以完成局部電鍍，也容易產(chǎn)生相應(yīng)故障。

5)局部可焊性電鍍故障。局部可焊性電鍍可使用相對較經(jīng)濟的電鍍設(shè)備。通過調(diào)整液位完成局部可焊性電鍍。為了減少局部可焊性電鍍帶來的污染，可采用有機酸鹽鍍液，但該工藝過程對精度要求較高，也容易產(chǎn)生故障。

綜上在各種工序中，會產(chǎn)生不同的故障。

1.2 Fe-Cr合金中間層電鍍故障特征分析

以Fe-Cr合金中間層電鍍工藝故障為例進行分析，故障發(fā)生時，主要反應(yīng)在溶液pH和陰極電流密度的異常變化。

1)pH。電鍍Fe-Cr合金鍍層發(fā)生油垢和表面氧化故障時，電鍍液的pH在很大程度上會發(fā)生變化。pH不同時，電鍍液中的金屬離子和配位離子的結(jié)合狀態(tài)存在很大差異，且對電鍍液的穩(wěn)定性也有影響。因此可通過pH變化這一特征衡量故障。

2)陰極電流密度變化。陰極電流密度與鍍層結(jié)構(gòu)、厚度和質(zhì)量相關(guān)。1.1中的3)、4)和5)三種故障可通過陰極電流密度變化進行判斷，由于陰極電流密度的變化會導(dǎo)致析氫反應(yīng)出現(xiàn)波動，表明出現(xiàn)了針孔故障等信息。

為了獲取不同故障參數(shù)的最佳閥值，通過正交試驗法對合理的故障因素進行選擇，排除意外因素的干擾。故障閥值的設(shè)置為評價Fe-Cr合金中間鍍層是否發(fā)生故障的關(guān)鍵，閥值的計算取決于電鍍過程中的不同故障特征，在試樣表面氫離子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生H2卻未及時釋放時，鍍層在很大程度上會產(chǎn)生第二類故障。除此之外，故障特征還會受到金屬材料的影響，所以故障特征的干擾波動性較大。

通過上述分析可知，故障特征能夠有效描述Fe-Cr合金中間鍍層的各種故障。因此，將故障特征作為標準進行正交試驗。將pH、硫酸亞鐵、氯化鉻和陰極電流密度作為四個關(guān)鍵故障因素，每個因素水平取4個值，表1為正交試驗故障因素水平表。

表1 正交試驗故障因素水平

水平ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)12260623612012341118018451624024

表2為正交試驗結(jié)果和極差分析。其中，K為正交試驗故障因素水平下的總故障準確率， k為平均故障準確率。R代表極差。

表2 正交試驗結(jié)果

試驗序號ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)η準確/%12260679．002261201266．0032111801862．3642162402465．1153260683．606361201268．3673111801857．8083162402455．6194260639．8610461201265．86114111801855．61124162402461．62135260644．2014561201267．36155111801860．86165162402464．36K1272．47246．66257．58269．84―K2265．37267．58272．08228．83―K3222．95236．63234．94276．18―K4236．78246．70232．97222．72―k168．1261．6764．4067．46―k266．3466．9068．0257．21―k355．7459．1658．7469．05―k459．2061．6858．2455．68―R12．387．749．7813．37―

由表2可以看出，各因素對故障特征的影響順序是D>A>C>B，即陰極電流密度>pH>ρ(Cr3+)>ρ(Fe2+)，篩選出最優(yōu)實驗方案為A1B2C2D3。由此發(fā)現(xiàn),陰極電流密度為最關(guān)鍵故障因素。

Fe-Cr合金中間鍍層通常會出現(xiàn)很多有害雜質(zhì)，影響故障檢測性能，需對其進行去除。表3為常見的有害雜質(zhì)和去除方法。

表3 常見雜質(zhì)現(xiàn)象和處理方法

雜質(zhì)ρ最大/(mg·L-1)現(xiàn)象處理方法有機物-鍍層脫皮活性炭處理Au2100鍍層偏紅暫無Fe3100鍍層偏黃白雙氧水處理Cu16鍍層發(fā)紅、偏暗，甚至分層小電流電解Zn70鍍層脆性增加暫無

電子接插件連續(xù)電鍍過程容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電子接插件性能受到影響，無法滿足對電子接插件的技術(shù)要求。因此，需對電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進行分析與監(jiān)測。

2 電子接插件連續(xù)電鍍故障信息分析與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計了一種故障監(jiān)測器對電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進行分析與監(jiān)測。

2.1 故障監(jiān)測器總體設(shè)計

設(shè)計的故障監(jiān)測器主要包括核心處理器MSP430F169、無線通信模塊和SD卡存儲電路，故障監(jiān)測器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 故障監(jiān)測器總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 無線通信模塊設(shè)計

無線通信模塊主要用于實現(xiàn)電子接插件連續(xù)電鍍鍍層中各個故障監(jiān)測器間的遠程數(shù)據(jù)通信。無線通信模塊利用UART接口和MSP430F169核心控制器相連，通過DI引腳輸入UART信號，通過DO引腳輸出UART信號。無線通信模塊屬于半雙工器件，所以還需和RTS(請求發(fā)送)、CTS(清除發(fā)送)引腳相連，也就是傳輸數(shù)據(jù)時不接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時不傳出數(shù)據(jù)。無線通信模塊通信原理如圖2所示。

圖2 無線通信模塊通信原理圖

2.3 MSP430F169核心處理器設(shè)計

核心處理器選用高集成度單芯片系統(tǒng)中的MSP430F169芯片(美國德州儀TI公司)，并將其外接pH傳感器(貝爾公司T255PH傳感器)、硫酸濃度與密度測試儀DA-300SA(監(jiān)測硫酸亞鐵濃度)、PDV6000重金屬測試儀(MTI公司，監(jiān)測鉻離子濃度)，ES300C型電流傳感器(ABB公司，監(jiān)測陰極電流密度)以判斷各參數(shù)是否異常，從而判斷是否出現(xiàn)相應(yīng)故障。MSP430F169芯片主要負責(zé)控制整個故障監(jiān)測器，電路圖如圖3所示。

圖3 MSP430F169芯片電路圖

2.4 SD卡存儲設(shè)計

為了對原始電子接插件連續(xù)電鍍數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果進行保存，監(jiān)測器用SD卡存儲數(shù)據(jù)。通過串行外設(shè)總線接口SDI對SD卡進行擴展，使SD卡在SDI模式下運行，最高傳輸速率可達25Mbit/s。圖4為SD卡存儲電路。

圖4 SD卡存儲電路

3 實驗結(jié)果分析

3.1 實驗環(huán)境

由于本文設(shè)計系統(tǒng)旨在通過實時監(jiān)測找出電子接插件連續(xù)電鍍過程中存在的故障隱患，因此需最大程度的保證監(jiān)測結(jié)果的準確性，以便于工作人員更好地檢測電鍍異常與故障，保證電子接插件的性能。所以需要對設(shè)計的故障監(jiān)測器進行嚴格測試，表4為監(jiān)測器測試環(huán)境。

表4 實驗測試環(huán)境

項 目內(nèi) 容監(jiān)測器運行軟件環(huán)境WindowsXP監(jiān)測器運行硬件環(huán)境2臺PC機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境百兆帶寬測試數(shù)據(jù)某電子接插件連續(xù)電鍍數(shù)據(jù)

3.2 監(jiān)測精度測試

為了驗證設(shè)計監(jiān)測器的可靠性，將電鍍數(shù)據(jù)導(dǎo)出SD卡，傳輸至PC機中，通過MATLAB軟件利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和蟻群算法對電鍍數(shù)據(jù)進行故障監(jiān)測分析，其監(jiān)測準確率比較結(jié)果如表5所示。監(jiān)測準確率是正確監(jiān)測故障數(shù)量占總數(shù)量的比值，監(jiān)測準確率越高，監(jiān)測精度越高。圖5為上述三種方法監(jiān)測統(tǒng)計圖。

圖5 監(jiān)測精度統(tǒng)計圖

表5 監(jiān)測準確性比較結(jié)果

電鍍數(shù)據(jù)/個實際故障/個本文監(jiān)測器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法蟻群算法監(jiān)測故障/個η準確/%監(jiān)測故障/個η準確/%監(jiān)測故障/個η準確/%10329849158920559988528530989678758240111195138387850131397108697660161596168898470202099219213898021209223901588902828952683218310031319728862675

由圖5可以看出，采用本文設(shè)計監(jiān)測器對電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進行分析和監(jiān)測，得到的故障數(shù)據(jù)量和實際故障數(shù)據(jù)量相差不大，且監(jiān)測精度也明顯高于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和蟻群算法，說明本文監(jiān)測器具有很高的監(jiān)測精度。

4 結(jié) 論

設(shè)計了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測器，介紹了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，對電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中的關(guān)鍵工序進行詳細分析，得出Fe-Cr合金中間層電鍍工藝條件的影響參數(shù)。通過正交試驗法對合理的正交與水平因素進行選擇，去除Fe-Cr合金中間鍍層中的有害雜質(zhì)。設(shè)計出故障監(jiān)測器的總體結(jié)構(gòu)，詳細分析了核心處理器MSP430F169、無線通信模塊和SD卡存儲電路的設(shè)計過程。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計監(jiān)測器具有很高的監(jiān)測精度。

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Fault Information Analysis and Monitor of Electronic Connector Continuous Plating

TAO Li1, TU Jingwen2

(1.Jiangxi Radio and TV University,Vocational college,Nanchang 330046,China; 2.Nanchang Business College of Jiangxi Agriculture University,Computer and Information Department,Nanchang 330044,China)

Electronic connector continuous plating process is easy to find fault，the processing speed of current fault information analyzing and monitoring methods is slow and the plating failure data acquisition and transmission are easy to be disturbed,so the unreliable failure monitoring results may be caused.In this paper,an electronic connector continuous plating fault information monitor was designed;the electronic connector continuous plating process was analyzed;the key working procedure of the electronic connector continuous plating process was studied in details.Taking Fe-Cr alloy electronic connector as sample,the fault impacting parameters of middle layer plating process were presented;fault detection interference of the Fe-Cr alloy middle layer was removed through selecting the reasonable fault factors by orthogonal tests.The over structure of the designed fault monitor was presented;the designing process of core microprocessor MSP430F169,wireless communication module and SD card storage circuit were analyzed in details.The experimental results showed that the designed monitor not only had high monitoring precision,but also had low energy consumption.

electronic connectors; continuous plating; fault information; monitoring

2016-06-12

2016-07-08

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.12.005

TQ153

A