Làm sạch và kiểm tra bình chứa điện phân pin: xả ngược, kiểm tra thành trong bằng thị giác máy và dây chuyền năm giai đoạn

Tổng Quan

Một bình điện phân pin trông giống một bể chứa đơn giản. Trong sản xuất, nó hoạt động như một bộ phận đảm bảo độ sạch: nó chứa chất lỏng ăn mòn và dẫn điện, được đổ đầy và xả ra qua một lỗ nhỏ, và bất kỳ cặn nào còn sót lại trên thành trong đều sẽ lẫn vào điện phân. Điều này biến bình thành một rủi ro quy trình thay vì chỉ là bao bì.

Big Bird Industrial (trước đây là Shimada Big Bird Industrial) đã chế tạo các hệ thống làm sạch và loại bỏ ba via cho các bộ phận truyền động ô tô từ năm 2001, và các dây chuyền chứa điện phân cũng tuân theo cùng một nguyên tắc: xác định chất gây nhiễm bẩn, xác định tiêu chí chấp nhận, sau đó thiết kế các giai đoạn dựa trên hai yếu tố này. Bài viết này mô tả năm giai đoạn của một dây chuyền chứa điện phân tự động, lý do vì sao việc xả ngược (turnover draining) là một giai đoạn chứ không phải một phụ kiện, và cách thức hệ thống thị giác quan sát thành trong (inside-wall vision) thay thế phương pháp kiểm tra mẫu bằng ống soi lỗ (borescope) mà phần lớn nhà máy hiện vẫn đang sử dụng.

1. Vì sao bình chứa điện phân lại là một vấn đề làm sạch

Bình chứa thường là một vỏ hình trụ sâu và hẹp, có một cổng đổ nhỏ, một hoặc hai vách ngăn bên trong, và đáy thu gom mọi thứ còn sót lại từ quy trình trước đó. Ba đặc tính sau khiến việc làm sạch bình trở nên khó khăn.

Thứ nhất là hình học. Một tia phun đưa vào qua cổng đổ sẽ chạm vào thành đối diện rồi suy giảm năng lượng. Một phần ba phía dưới của bình và mặt dưới các vách ngăn thực tế bị che khuất.

Thứ hai, về mặt hóa học. Chất điện phân không phải là chất bôi trơn hay chất làm mát trong gia công cơ khí, nhưng lại có tính ăn mòn và dẫn điện. Dư lượng còn sót lại có thể phản ứng với chất điện phân mới, làm tăng nồng độ tạp chất và, trong trường hợp nghiêm trọng nhất, tạo ra một tế bào cục bộ tấn công thành bình chứa.

Thứ ba, tiêu chí chấp nhận. Một bình chứa trông sạch về mặt thị giác nhưng vẫn còn chất lỏng đọng ở góc đáy sẽ làm loãng lần đổ đầu tiên và gây nhiễm bẩn lô sản xuất. Độ sạch cần được định nghĩa dựa trên cả hai yếu tố: mức độ dư lượng và độ khô — chứ không chỉ dựa vào hình thức bên ngoài.

2. Năm giai đoạn của một dây chuyền tự động

Dây chuyền sản xuất cho bộ phận này không đơn thuần là một máy rửa kèm băng tải. Đây là một chuỗi các giai đoạn, trong đó mỗi giai đoạn tồn tại vì giai đoạn trước đó không đủ tin cậy để thực hiện đúng nhiệm vụ của mình.

Giai đoạn 1 — Xả ngược bằng cách lật úp

Thùng chứa được đưa vào ở vị trí lộn ngược hoặc bị lật ngược trên dây chuyền và giữ nguyên trạng thái đó đủ lâu để phần lớn chất lỏng chảy ra ngoài. Giai đoạn này thường có chi phí thấp nhất và cũng là giai đoạn thường bị loại bỏ nhất. Việc loại bỏ phần lớn chất lỏng trước khi làm sạch giúp hóa chất làm sạch không bị pha loãng ngay lập tức, đồng thời giúp lần xả đầu tiên không phải mang theo một lít dư lượng. Đối với các dư lượng nặng hoặc có độ nhớt cao, thời gian giữ thùng ở vị trí lộn ngược được xác định bằng quan sát thực tế chứ không dựa trên một giá trị tiêu chuẩn.

Giai đoạn 2 — Làm sạch

Làm sạch là sự kết hợp của nhiều phương pháp chứ không chỉ là một phương pháp duy nhất. Dòng chảy rối lấp đầy toàn bộ thể tích và xả trôi bề mặt thành thùng cũng như các vách ngăn. Các vòi phun được định hướng chính xác nhằm vào cổng đổ liệu, các mối hàn và góc dưới đáy thùng. Trong những trường hợp hình học bên trong cho phép, phương pháp bịt kín bằng nút (plug-sealing) sẽ ép dòng chảy đi qua các đường dẫn thay vì đi vòng quanh chúng. Ba phương pháp này bổ trợ lẫn nhau: dòng chảy rối bao phủ diện tích, phun định hướng bao phủ các chi tiết cụ thể, còn bịt kín bằng nút bao phủ các đường dẫn.

Giai đoạn 3 — Xả

Xả nước loại bỏ hóa chất làm sạch, chứ không loại bỏ chất gây nhiễm bẩn. Sự phân biệt này rất quan trọng vì một dây chuyền bỏ qua bước xả sẽ để lại lớp chất tẩy rửa khô bám trên thành, và lớp màng này sau đó sẽ được tính là dư lượng. Chất lượng nước xả và số lần xả ảnh hưởng đến mức độ dư lượng cuối cùng nhiều hơn cả giai đoạn làm sạch.

Giai đoạn 4 — Làm khô

Làm khô một thùng chứa sâu là nơi hầu hết các dây chuyền vận hành thất bại một cách âm thầm. Thổi khí chỉ loại bỏ nước trên bề mặt, chứ không loại bỏ vũng nước đọng ở góc đáy. Không khí nóng làm tăng áp suất hơi nhưng cần có lối thoát ra khỏi thùng chứa. Sấy chân không loại bỏ độ ẩm từ các thể tích kín, do đó phương pháp này thường xuất hiện trên dây chuyền sản xuất thùng chứa cũng như trên vỏ động cơ điện có kênh làm mát bên trong. Kiểm tra thực tế không dựa vào quan sát bằng mắt: hãy cân trọng lượng thùng chứa hoặc đo độ ẩm còn sót lại sau một khoảng thời gian lưu nhất định.

Giai đoạn 5 — Kiểm tra thành trong

Giai đoạn cuối cùng quyết định xem bốn giai đoạn đầu đã hoạt động hiệu quả hay chưa. Một hệ thống thị giác đưa một đầu dò hoặc máy ảnh vào bên trong container để chụp ảnh thành container, các vách ngăn, các mối hàn và đáy, sau đó phân loại cặn bẩn, vết xước, vết lõm và vật thể lạ. Đây là giai đoạn biến quá trình làm sạch từ một niềm tin thành một phép đo lường.

3. Ý nghĩa của việc làm sạch đối với container chứa chất điện phân

Tiêu chí chấp nhận đối với một container được nêu trên cùng bốn tiêu chí như bất kỳ bộ phận nào khác: khối lượng chất chiết xuất được, kích thước hạt, độ khô và phương pháp lấy mẫu. Điểm khác biệt nằm ở bề mặt lấy mẫu, bởi vì một container có diện tích bề mặt bên trong trên mỗi đơn vị sản phẩm lớn hơn nhiều so với một bộ phận gia công cơ khí.

Tiêu chí về bao bì nêu rằng chỉ độ sạch dưới một khối lượng nhất định là không sử dụng được, bởi vì diện tích bề mặt bên trong quá lớn và phép đo hoàn toàn phụ thuộc vào việc các bề mặt nào được lấy mẫu. Tài liệu phải nêu rõ các bề mặt: thành bình, đáy bình, vách ngăn và ren cổ bình.

4. Kiểm tra thành bên trong thay thế việc lấy mẫu bằng ống soi nội soi

Phương pháp truyền thống sử dụng ống soi nội soi và người vận hành được đào tạo. Phương pháp này linh hoạt, không cần thiết bị cố định và không thể kiểm toán: hai người vận hành quan sát cùng một thành bình có thể đưa ra kết luận khác nhau, và không ai có thể chứng minh sau này những gì đã được quan sát.

Một hệ thống gắn trong tường kiểu nối tiếp thay đổi đồng thời ba yếu tố. Phạm vi kiểm tra trở thành một lộ trình, chứ không phải một phán đoán: đầu dò di chuyển đến các vị trí đã được xác định trước, nhờ đó quá trình kiểm tra có thể lặp lại được. Phân loại trở thành một mô hình, do đó các khuyết tật như dư lượng, vết xước, vết lõm và vật thể lạ được phân biệt dựa trên quy tắc thay vì cảm tính chủ quan. Hồ sơ trở thành dữ liệu, nhờ đó cả lô hàng có thể truy xuất ngược lại hình ảnh gốc.

Kích thước vật lý của thiết bị phần cứng quan trọng hơn thuật toán. Đầu dò xoay laser tránh được nhiễu từ ánh sáng môi trường và từ đèn LED, điều này đặc biệt hữu ích khi kiểm tra bề mặt tường kim loại phản chiếu; ống kính cứng cáp, được bọc giáp chịu được các cổng vào hẹp; ống kính mắt cá hoặc ống kính 360 độ bao quát vùng rộng hơn khi thùng chứa ngắn và rộng. Tỷ lệ chiều sâu trên đường kính là ràng buộc thực tế: đầu dò đạt tỷ lệ 1:1 có thể kiểm tra thùng chứa sâu, trong khi đầu dò yêu cầu tỷ lệ 3:1 cần thiết kế quang học khác biệt.

5. Thời gian chu kỳ và bố trí

Các dây chuyền container thường bị giới hạn bởi công đoạn sấy và kiểm tra, chứ không phải bởi công đoạn làm sạch. Công suất làm sạch phụ thuộc vào số lượng vòi phun và khả năng bơm; công suất sấy phụ thuộc vào thể tích khí hoặc công suất bơm chân không; công suất kiểm tra phụ thuộc vào số vị trí mà đầu dò cần di chuyển đến. Khi một dây chuyền không đạt được nhịp sản xuất (takt), câu hỏi đầu tiên cần đặt ra là công đoạn nào trong ba công đoạn trên đang là điểm nghẽn, chứ không phải là làm cách nào để tăng áp lực.

6. Các chế độ lỗi lặp lại

Bốn lỗi chiếm phần lớn sự cố trên các dây chuyền này. Giai đoạn xả được loại bỏ để tiết kiệm diện tích sàn, và bể làm sạch bị pha loãng trong một ca sản xuất. Giai đoạn xả sạch được coi là tùy chọn, và màng chất tẩy rửa sau đó được đo như một dạng dư lượng. Giai đoạn sấy được đánh giá bằng mắt thường, nên một thùng chứa trông khô sẽ được chấp nhận dù góc đáy vẫn còn giữ chất lỏng. Việc kiểm tra được thực hiện bằng cách lấy mẫu, do đó một khuyết tật phát hiện trên một thùng chứa không cho biết gì về lô hàng.

Mỗi lỗi đều là một quyết định thiết kế, chứ không phải tai nạn. Cả bốn lỗi này đều rẻ hơn khi khắc phục trên bản vẽ bố trí so với khi sửa chữa trên dây chuyền đang vận hành.

Một phép kiểm tra hợp lý hữu ích trước khi phê duyệt bản vẽ bố trí: đi theo lộ trình di chuyển của thùng chứa qua từng giai đoạn và đặt câu hỏi: chất lỏng rời khỏi giai đoạn xả thực tế đi đâu? Nếu câu trả lời là quay trở lại bể, thì giai đoạn xả không thực hiện đúng chức năng của nó.

Các câu hỏi thường gặp

Việc xả tuần hoàn thực sự có cần thiết không?

Có, đối với chất lỏng dạng khối lượng lớn. Việc loại bỏ nó trước khi làm sạch giúp duy trì độ ổn định của thành phần dung dịch trong bể và rút ngắn thời gian xả nước, thường tiết kiệm được nhiều thời gian hơn so với chi phí của giai đoạn xả.

Liệu một container có thể được sấy khô mà không cần chân không không?

Đối với container nông và các quy trình để lại ít cặn, thì vòi thổi khí kết hợp với khí nóng là đủ. Đối với container sâu có góc đáy, chân không là phương pháp đáng tin cậy để loại bỏ độ ẩm mà luồng khí không thể tiếp cận được.

Một container cần bao nhiêu vị trí kiểm tra?

Đủ để bao quát toàn bộ thành bên, các tấm chắn, các mối nối và đáy. Số lượng vị trí phụ thuộc vào hình học của container và góc nhìn của ống kính, đồng thời đây là yếu tố chính ảnh hưởng đến chu kỳ kiểm tra.

Hệ thống thị giác kiểm tra mặt trong có thay thế được phép thử độ sạch không?

Không. Hệ thống thị giác xác minh các điều kiện trực quan như cặn bám, vết xước, vết lõm và vật thể lạ trên những bề mặt mà nó có thể quan sát được. Các phép thử trọng lượng và hạt vẫn là tiêu chuẩn để xác định mức độ sạch định lượng. Hai phương pháp này bổ trợ lẫn nhau, chứ không thể thay thế cho nhau.

Kết luận

Một dây chuyền chứa chất điện phân gồm năm quyết định, chứ không phải một máy đơn lẻ: xả khối lượng lớn, làm sạch hình học, rửa hóa chất, sấy khô thể tích và kiểm tra bề mặt. Loại bỏ bất kỳ bước nào trong số này thì các giai đoạn còn lại sẽ bắt đầu bù trừ theo những cách không thể hiện rõ cho đến khi phân tích chất điện phân.

Đối với công việc lập đặc tả, quy tắc hữu ích là viết tiêu chí chấp nhận trước khi chọn thiết bị. Khi khối lượng, kích thước hạt, độ khô và phương pháp lấy mẫu đã được xác định, trình tự các giai đoạn sẽ theo sau, và dây chuyền sẽ có định nghĩa có thể đo lường được về trạng thái ‘hoàn tất’.