CN106466802A - 基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法。抛光系统包含抛光工具装置、非牛顿流体辅助装置及控制装置。抛光工具装置用以带动工件于容置有非牛顿流体的抛光容器中进行位移，且非牛顿流体中具有磨料。非牛顿流体辅助装置用以利用压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体的黏度，以利用磨料对工件进行抛光。控制装置用以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移。本发明藉此可对具有三维形状的工件抛光。

Description

基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法

技术领域

本发明是有关于一种抛光系统及抛光方法，特别是有关于一种基于非牛顿流体的抛光系统及抛光方法。

背景技术

随着工业和科技的发展，所需表面光整加工的产品形状各异、表面质量要求不断提高，同时对加工效率、成本控制、废液处理也提出了更高的要求；特别是在更新换代快的消费品领域，不仅需要达到很高的表面效果，同时需要降低成本和提高效率，以缩短生产周期和实现较高的经济效益。

已知的机械化学抛光虽然具有较高的加工效率，但属于接触式抛光，不能加工带三维(3D)形状的工件，并且需要研磨工具(如抛光皮)的配合，不仅增加成本，而且影响因素变多，不易控制；更重要的是，大量废液的处理一直是一大难题。

已知的喷射抛光、磁流变抛光等非接触式抛光能达到相当高的表面质量，理论上也可以加工任意形状，然而实际中，其存在加工效率不高、成本过高等缺点，而能加工的材质也有限，以磁流变抛光为例，磁流变液的成本很高，且目前主要针对光学镜面的光学加工。

有鉴于此，本发明之发明人思索并设计一种基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，以针对现有技术之缺失加以改善，进而增进产业上之实施利用。

发明内容

有鉴于上述已知技术的问题，本发明之目的就是在提供一种基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，以改进上述的问题。

根据本发明之目的，提出一种基于非牛顿流体的抛光系统，其包含抛光工具装置、非牛顿流体辅助装置及控制装置。抛光工具装置配置以带动工件于容置有非牛顿流体的抛光容器中进行位移，且非牛顿流体中具有磨料。非牛顿流体辅助装置配置以利用压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体的黏度，以利用磨料对工件进行抛光。控制装置配置以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移。其中，当非牛顿流体辅助装置运作时，非牛顿流体的黏度增加，以具有近似半固体性质，而当非牛顿流体辅助装置未运作时，非牛顿流体迅速恢复为流动状态。

较佳地，非牛顿流体可由可生物降解的材质所制成，且非牛顿流体的表观黏度为20kPa至100kPa。

较佳地，更可包含抛光液循环装置，其包含抛光容器、排液模块、清洗模块及补液模块；其中排液模块连接抛光容器以排出抛光容器中的非牛顿流体；清洗模块设置于抛光容器以在抛光前或抛光后清洗抛光容器及工件；补液模块连接抛光容器以补充抛光容器中的非牛顿流体。

较佳地，更可包含测量装置，其包含液位高度测量模块、黏度测量模块、温度测量模块、流量及速度测量模块及压力测量模块；液位高度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的液位高度；黏度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的黏度；温度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的温度；流量及速度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的流量及速度；压力测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的压力。

较佳地，抛光工具装置可包含主轴及夹具；主轴具有多个位移自由度，夹具可自转地连接于主轴，夹具配置以固定工件；控制装置配置以控制主轴之转速、位移及夹具的转速、角度。

根据本发明之目的，另提出一种抛光方法，其包含下列步骤：提供容置有非牛顿流体的抛光容器，非牛顿流体中具有磨料；藉由抛光工具装置以固定工件，并置于具有非牛顿流体的抛光容器；提供非牛顿流体辅助装置，以利用非牛顿流体辅助装置，以压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体黏度；以及通过控制装置，以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移，以利用磨料对工件进行抛光。其中，当非牛顿流体辅助装置运作时，非牛顿流体的黏度增加，以具有近似半固体性质，而当非牛顿流体辅助装置未运作时，非牛顿流体迅速恢复为流动状态。

较佳地，更可包含下列步骤：以可生物降解的材质制成非牛顿流体，且非牛顿流体的表观黏度为20kPa至100kPa。

较佳地，更可包含下列步骤：连接排液模块至抛光容器以排出抛光容器中的非牛顿流体；设置清洗模块于抛光容器中，以在抛光前或抛光后清洗抛光容器及工件；以及连接补液模块至抛光容器以补充抛光容器中的非牛顿流体。

较佳地，更可包含下列步骤：测量抛光容器中的非牛顿流体的液位高度，以使抛光容器中的非牛顿流体的液位高度对应于工件；测量抛光容器中的非牛顿流体的黏度；测量抛光容器中的非牛顿流体的温度；测量抛光容器中的非牛顿流体的流量及速度；以及测量抛光容器中的非牛顿流体的压力。

较佳地，更可包含下列步骤：提供具有多个位移自由度的主轴；连接夹具于主轴，且夹具为可自转地连接于主轴；以夹具固定工件；利用控制装置控制主轴之转速、位移；以及利用控制装置控制夹具的转速、角度。

承上所述，依本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，其可具有一个或多个下述优点：

(1)本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，可以加工各种材质和形状的工件，尤其适合各种3D面、弧形面、异形面的表面抛光，通过数控技术的精确配合，可以使3D各面都达到同样的移除量和表面效果。

(2)本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，既可适用于对表面光洁度要求高的光学镜头的精密加工，也可以适用于仅需要达到相同外观效果产品的快速加工，如手机外壳等。

(3)本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，所采用的非牛顿流体为可生物降解的绿色原料，通过生物降解的方式处理废液，具有环保、节能、低成本优势。

(4)本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法，利用非牛顿流体的特性，属于非接触抛光方式，避免了采用研磨工具如研磨盘和抛光皮等，既降低成本，同时避免研磨工具与工件接触造成擦刮伤等不良。

附图说明

图1为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第一实施例之方框图。

图2为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第一实施例之示意图。

图3为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第二实施例之方框图。

图4为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第二实施例之示意图。

图5为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第一步骤图。

图6为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第二步骤图。

图7为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第三步骤图。

【符号说明】

100：抛光系统

10：抛光工具装置

11：主轴

12：夹具

20：非牛顿流体辅助装置

30：控制装置

40：测量装置

41：黏度测量模块

42：液位高度测量模块

43：温度测量模块

44：流量及速度测量模块

45：压力测量模块

50：抛光液循环装置

51：抛光容器

511：非牛顿流体

512：磨料

52：排液模块

53：清洗模块

54：补液模块

9：工件

S51～S54：步骤

S61～S63：步骤

S71～S75：步骤

具体实施方式

为利于了解本发明之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本发明配合附图，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之附图的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。

以下将参照相关附图，说明依本发明之基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法之实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同符号标示来说明。

请参阅图1、图2，其为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第一实施例之方框图及示意图。如图所示，本发明之基于非牛顿流体的抛光系统100适用于对各种3D面、弧形面、异形面的工件9的表面抛光，工件9可为光学镜片或3C产品的外壳，例如手机外壳等。抛光系统100包含抛光工具装置10、非牛顿流体辅助装置20、控制装置30及测量装置40。抛光工具装置10包含主轴11及夹具12。主轴11具有多个位移自由度，如前后、左右、上下及旋转等自由度，夹具12可自转地连接于主轴11，且夹具12配置以固定工件9。即，当在运作时，工件9除随着主轴11一起运动外，亦会随着夹具12作行星式运动。其中，抛光工具装置10利用主轴11及夹具12以带动工件9于容置有非牛顿流体511的抛光容器51中进行位移，且非牛顿流体中具有磨料512。非牛顿流体辅助装置20连接至抛光容器51，利用压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体511的黏度，以利用磨料512对工件9进行抛光。控制装置30配置以控制抛光工具装置10使工件9于抛光容器51中进行位移。测量装置40包含黏度测量模块41。黏度测量模块41测量抛光容器51中的非牛顿流体511的黏度。

进一步来说，当工件9经由抛光工具装置10设置于抛光容器51中时，控制装置30可根据工件9的材质、尺寸、抛亮度进行抛光参数的设定和控制，例如抛光段数和抛光时间。其中，每一段的抛光参数可包含主轴11转速、位移、工件的高度、角度、转速、位移等。即，控制装置30用以控制主轴11之转速、位移及夹具12的转速、角度。在抛光工具装置10运作时，测量装置40的黏度测量模块41可测量抛光容器51中的非牛顿流体511的黏度，并将测量结果传送给非牛顿流体辅助装置20，从而非牛顿流体辅助装置20可根据测量结果利用压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体511的黏度，以利用磨料512对工件9进行抛光。

即，当非牛顿流体辅助装置20运作时，该非牛顿流体511的黏度增加，以具有近似半固体性质，而当非牛顿流体辅助装置20未运作时，非牛顿流体511迅速恢复为流动状态，从而可利用磨料512对工件9进行抛光。

请参阅图3、图4，其为本发明之基于非牛顿流体的抛光系统之第二实施例之方框图及示意图。于本实施例中，相同组件符号之组件，其配置类似于前述的实施例，于此便不再加以赘述。

如图所示，抛光系统100进一步可包含抛光液循环装置50，其包含抛光容器51、排液模块52、清洗模块53及补液模块54。其中，排液模块52可利用管路连接至抛光容器51以在适当时或需要时(例如抛光后)排出抛光容器51中的非牛顿流体511。清洗模块53设置于抛光容器51中以在工件9进行抛光前或抛光后清洗抛光容器51及工件9，清洗模块53例如可为喷嘴等组件所构成。补液模块54可利用管路连接至抛光容器51以补充抛光容器51中的非牛顿流体511。其中，排液模块52及补液模块54可包含例如泵、管路等组件，以进行排液或补液。

另一方面，测量装置40更可包含液位高度测量模块42、温度测量模块43、流量及速度测量模块44及压力测量模块45。液位高度测量模块42测量抛光容器51中的非牛顿流体511的液位高度。即，液位高度测量模块42确保或确认非牛顿流体511的液位高度是否有高于工件9的高度。温度测量模块43测量抛光容器51中的非牛顿流体511的温度。流量及速度测量模块44测量抛光容器51中的非牛顿流体511的流量及速度。压力测量模块45测量抛光容器51中的非牛顿流体511的压力。

也就是说，藉由抛光液循环装置50可自动地或便利的对抛光容器51和工件9进行清洗，及对非牛顿流体511的量及替换进行控制。

抛光液循环装置50可在抛光前或者抛光完成后，需要通过清洗模块53对抛光容器51和工件9进行清洗，且抛光时可根据液位高度测量模块42回馈的信息随时利用补液模块54补充液体，以满足非牛顿流体511的特性。另，非牛顿流体511(抛光液)在使用一定次数后，可通过排液模块52及补液模块54进行换液。

此外，藉由温度测量模块43、流量及速度测量模块44及压力测量模块45的配置，可通过流量、速度、压力更易于、更精确地控制非牛顿抛光流体达到适合抛光的黏度。

请参阅图5，其为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第一步骤图。如图所示，本发明之基于非牛顿流体的抛光方法包含下列步骤：(S51)提供容置有非牛顿流体的抛光容器，非牛顿流体中具有磨料；(S52)藉由抛光工具装置以固定工件，并置于具有非牛顿流体的抛光容器；(S53)提供非牛顿流体辅助装置，以利用非牛顿流体辅助装置，以压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体黏度；以及(S54)通过控制装置，以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移，以利用磨料对工件进行抛光。

请参阅图6，其为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第二步骤图。如图所示，本发明之基于非牛顿流体的抛光方法更可包含下列步骤：(S61)连接排液模块至抛光容器以排出抛光容器中的非牛顿流体；(S62)设置清洗模块于抛光容器中，以在抛光前或抛光后清洗抛光容器及工件；以及(S63)连接补液模块至抛光容器以补充抛光容器中的非牛顿流体。

请参阅图7，其为本发明之基于非牛顿流体的抛光方法之第三步骤图。如图所示，本发明之基于非牛顿流体的抛光方法更可包含下列步骤：(S71)测量抛光容器中的非牛顿流体的液位高度，以使抛光容器中的非牛顿流体的液位高度对应于工件；(S72)测量抛光容器中的非牛顿流体的黏度；(S73)测量抛光容器中的非牛顿流体的温度；(S74)测量抛光容器中的非牛顿流体的流量及速度；以及(S75)测量抛光容器中的非牛顿流体的压力。

本发明之基于非牛顿流体的抛光方法的详细说明已于前述的本发明之基于非牛顿流体的抛光系统进行说明，于此便不再加以赘述。值得说明的是，非牛顿流体可采用玉米、淀粉、葡苷聚糖、纤维素等可生物降解的原料配制具有非牛顿流体性质的基载液，较佳地非牛顿流体的表观黏度为20kPa至100kPa，而在抛光完成后，可采用生物降解的方式处理废液。

在实际实施时，简述如下。根据待抛光工件材质和要求，选择磨料，并配制抛光液配制非流顿流体的基载液；将被抛光工件置于夹具中；抛光液倒入抛光容器，并达到设定液位高度；设定抛光段数、时间、每段主轴高度；设定每一段主轴的转速、位移及工件的转速、角度；打开测量装置检测非牛顿流体的黏度、温度等；抛光开始并根据测量装置的回馈，打开非牛顿流体辅助系统，选择振动、加压、超声等方式改变非牛顿流体的黏度；抛光完成并清洗。

本发明为了克服已知加工方式不能加工三维形状、加工效率不高、废液处理难的问题，本发明提供了一种基于非牛顿流体机理的抛光方式，适合于加工任意形状、加工效率高、并可通过生物降解方式处理废液的基于非牛顿流体的抛光装置、非牛顿流体抛光方法。本发明的基本思路是，采用玉米、淀粉、葡苷聚糖、纤维素等可生物降解的原料配制具有非牛顿流体性质的基载液，配合适合非牛顿流体性质抛光的装置，利用非牛顿流体在压力或者速度变化时，黏度增大的特性，实现工件的非接触式抛光。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于权利要求的保护范围中。

Claims (10)

1.一种基于非牛顿流体的抛光系统，其包含：

抛光工具装置，配置以带动工件于容置有非牛顿流体的抛光容器中进行位移，且该非牛顿流体中具有磨料；

非牛顿流体辅助装置，配置以利用压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体的黏度，以利用磨料对工件进行抛光；以及

控制装置，配置以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移；

其中，当非牛顿流体辅助装置运作时，非牛顿流体的黏度增加，以具有近似半固体性质，而当非牛顿流体辅助装置未运作时，非牛顿流体迅速恢复为流动状态。

2.如权利要求1所述的基于非牛顿流体的抛光系统，其中非牛顿流体由可生物降解的材质所制成，且非牛顿流体的表观黏度为20kPa至100kPa。

3.如权利要求1所述的基于非牛顿流体的抛光系统，其中更包含抛光液循环装置，其包含所述抛光容器、排液模块、清洗模块及补液模块，其中排液模块连接抛光容器以排出抛光容器中的非牛顿流体；清洗模块设置于抛光容器以在抛光前或抛光后清洗抛光容器及工件；补液模块连接抛光容器以补充抛光容器中的非牛顿流体。

4.如权利要求1所述的基于非牛顿流体的抛光系统，其中更包含测量装置，其包含液位高度测量模块、黏度测量模块、温度测量模块、流量及速度测量模块及压力测量模块；液位高度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的液位高度；温度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的温度；黏度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的黏度；流量及速度测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的流量及速度；压力测量模块测量抛光容器中的非牛顿流体的压力。

5.如权利要求1所述的基于非牛顿流体的抛光系统，其中抛光工具装置包含主轴及夹具，主轴具有多个位移自由度，夹具可自转地连接于主轴，夹具配置以固定工件，控制装置配置以控制主轴之转速、位移及夹具的转速、角度。

6.一种基于非牛顿流体的抛光方法，其包含下列步骤：

提供容置有非牛顿流体的抛光容器，非牛顿流体中具有磨料；

藉由抛光工具装置以固定工件，并置于具有非牛顿流体的抛光容器；

提供非牛顿流体辅助装置，以利用该非牛顿流体辅助装置，以压力、速度、振动或超声波频率的变化，而改变非牛顿流体黏度；以及

通过控制装置，以控制抛光工具装置使工件于抛光容器中进行位移，以利用磨料对工件进行抛光；

其中，当非牛顿流体辅助装置运作时，非牛顿流体的黏度增加，以具有近似半固体性质，而当非牛顿流体辅助装置未运作时，非牛顿流体迅速恢复为流动状态。

7.如权利要求6所述的基于非牛顿流体的抛光方法，其中更包含下列步骤：

以可生物降解的材质制成非牛顿流体，且非牛顿流体的表观黏度为20kPa至100kPa。

8.如权利要求6所述的基于非牛顿流体的抛光方法，其更包含下列步骤：

连接排液模块至抛光容器以排出抛光容器中的非牛顿流体；

设置清洗模块于抛光容器中，以在抛光前或抛光后清洗抛光容器及工件；以及

连接补液模块至抛光容器以补充抛光容器中的非牛顿流体。

9.如权利要求6所述的基于非牛顿流体的抛光方法，其更包含下列步骤：

测量抛光容器中的非牛顿流体的液位高度，以使抛光容器中的非牛顿流体的液位高度对应于工件；

测量抛光容器中的非牛顿流体的黏度；

测量抛光容器中的非牛顿流体的温度；

测量抛光容器中的非牛顿流体的流量及速度；以及

测量抛光容器中的非牛顿流体的压力。

10.如权利要求6所述的基于非牛顿流体的抛光方法，其更包含下列步骤：

提供具有多个位移自由度的主轴；

连接夹具于主轴，且该夹具为可自转地连接于主轴；

以夹具固定工件；

利用控制装置控制主轴之转速、位移；以及

利用控制装置控制夹具的转速、角度。