TW202413738A - 電漿電解拋光之裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係為一種電漿電解拋光之裝置，其係電解拋光一工件，該電漿電解拋光之裝置包含一進給組件、一導電槽體、一電源以及一監控組件，該進給組件之一端係用於設置該工件，該導電槽體對應設置於該進給組件之一下方，該導電槽體之一內側用於設置一拋光液，該監控組件係電性連接至該進給組件，其中，該監控組件依據一電流值傳輸一控制訊號至該進給組件，該進給組件帶動該工件沉浸至該拋光液內，使該工件、該拋光液、該導電槽體以及該電源形成一迴路。
Description
本發明係關於一種裝置，特別是一種可對應拋光狀況調整工件進給速率之電漿電解拋光之裝置。
電漿電解拋光技術為一全面性拋光方式，其有效地突破難加工金屬製品的挑戰；電漿電解拋光技術係利用高壓電場與拋光液，於工件表面形成氣膜以及介面高電壓差之電場，藉此使氣膜內產生電漿能量轟擊效應，去除工件表面電解氧化膜層，達成表面拋光效果，而電漿電解拋光方式具有一特性，其係拋光所需之電流和欲拋光工件之面積成正比。
習知電漿電解拋光技術於操作時，常發生工件浸入拋光液之速率過快，使工件表面在未達氣膜穩定生成狀態前，電流產生劇烈波動、電流上升過快，使功率過負載導致製程失敗；而習知應對方式僅能依經驗緩慢沉浸工件進入拋光液之方式，以求拋光操作穩定，其欠缺對製程變化之機制掌握與監測能力，故操作者無法有效優化工件沉浸速度條件，例如在不同拋光批次由於拋光液導電度改變影響沉浸速度略有變化，亦僅能以固定慢速實施以求穩定，並於全段拋光製程步驟實施後方能檢視拋光成效，產生製程品質不一、產率無法提升，且不同材料拋光前須耗費大量人為前置試誤操作經驗累積，耗時耗力之問題，因此相關產業極需一種能對應調整工件進給速率之電漿電解拋光方法及裝置。
為此，如何製作一種對應電流值之變化，調整工件電解拋光之進給速率之電漿電解拋光裝置，為本領域技術人員所欲解決的問題。
本發明之一目的，在於提供一種電漿電解拋光之裝置，其利用一進給組件移動欲加工之工件，並藉由監控組件取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整進給組件之移動速率，避免工件於拋光時，移動過快或過慢，使電漿電解拋光之製程失敗。
針對上述之目的，本發明提供一種電漿電解拋光之裝置，其係電解拋光一工件，該電漿電解拋光之裝置包含一進給組件、一導電槽體、一電源以及一監控組件，該監控組件依據一電流值傳輸一控制訊號至該進給組件，該進給組件帶動該工件沉浸至該導電槽體內之一拋光液內，使該工件、該拋光液、該導電槽體以及該電源形成一迴路。
本發明提供一實施例，其中該進給組件係包含一馬達、一進給軸部以及一夾持部，該進給軸部係樞接於該馬達，該進給軸部之另一端係設置該夾持部，該夾持部夾固該工件。
本發明提供一實施例，其中該電源之一電壓值係大於260V。
本發明提供一實施例，其中該拋光液係一硫酸銨拋光液。
本發明提供一實施例，其中該監控組件更包含一監控邏輯演算模組以及一軸部驅動訊號產生元件，該監控邏輯演算模組電性連接該電流感測元件以及該軸部驅動訊號產生元件，該軸部驅動訊號產生元件電性連接該進給組件。
本發明提供一實施例，其中該電流感測元件係為比流器或霍爾感測元件。
本發明提供一實施例，其中該軸部驅動訊號產生元件係為脈波訊號元件或電壓類比訊號元件。
本發明提供一實施例，其中該電流感測元件的電流量測範圍係介於0.01A至100A之間。
本發明提供一實施例，其中該電流感測元件的訊號取樣率係介於1S/sec及400kS/sec之間，其中S表示樣品數，sec表示秒。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
習知電漿電解拋光技術於操作時，常發生工件浸入拋光液之速率過快，使工件表面在未達氣膜穩定生成狀態前，電流產生劇烈波動、電流上升過快，使功率過負載導致製程失敗，其中應對方式僅能依經驗緩慢沉浸工件進入拋光液之方式，以求拋光操作穩定，其欠缺對製程變化之機制掌握與監測能力，故操作者無法有效優化工件沉浸速度條件。
本發明改良傳統的電漿電解拋光技術，透過進給組件移動欲加工之工件，並藉由監控組件取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整進給組件之移動速率，避免工件於拋光時，移動過快或過慢，使電漿電解拋光之製程失敗。
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。
首先，請參閱第1A圖，其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖，如圖所示，本實施例之電漿電解拋光裝置係用以電解拋光一工件10，其中本實施例之電漿電解拋光裝置係包含一進給組件20、一導電槽體30、一電源40以及一監控組件50。
其中，於本實施例中，請一併參閱第1B圖，其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖，如圖所示，該進給組件20之一端係用於設置該工件10，該導電槽體30對應設置於該進給組件20之一下方，該導電槽體30之一內側用於設置一拋光液32，該拋光液32係為一硫酸銨拋光液。
其中，上述之該進給組件20係包含一馬達22、一進給軸部24以及一夾持部26，該進給軸部24係樞接於該馬達22，該進給軸部24之另一端係設置該夾持部26，該夾持部26夾固該工件10。
該電源40係包含一陽性電極42及一陰性電極44，該陽性電極42電性連接該工件10，該陰性電極44電性連接至該導電槽體30，該監控組件50係電性連接至該進給組件20，該監控組件50係包含一電流感測元件54，且該監控組件50電性連接至該進給組件20及該電源40。
其中，請參考第1C圖，其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖，如圖所示，上述之該監控組件50更包含一監控邏輯演算模組53以及一軸部驅動訊號產生元件55，該監控邏輯演算模組53電性連接該電流感測元件54以及該軸部驅動訊號產生元件55，該軸部驅動訊號產生元件55電性連接該進給組件20。
於本實施例中，該電流感測元件54係為比流器或霍爾感測元件，該軸部驅動訊號產生元件55係為脈波訊號元件或電壓類比訊號元件。
本實施例之漿電解拋光裝置之該監控組件50係依據一電流值541傳輸一控制訊號52至該進給組件20，該進給組件20帶動該工件10沉浸至該拋光液32內，使該工件10、該拋光液32、該導電槽體30以及該電源40形成一迴路60。
接著，請參考第3圖，其為其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之使用流程示意圖，如圖所示，本實施例之操作步驟如下：
步驟S10：將電源之陽極電極電性連接工件，將電源之陰極電極電性連接拋光液；
步驟S20：以第一速率帶動工件向電解液移動，使工件接觸拋光液並進行電解；
步驟S30：持續以第一速率帶動工件，使工件接觸拋光液之面積增加，並取得工件、拋光液以及電源之迴路之電流值；
步驟S40：當電流值大於或小於預設電流值範圍時，以第二速率移動工件，其中第二速率與第一速率不同。
其中，於本實施例中步驟S10所述之步驟，係將該電源40之該陽性電極42電性連接於該工件10，並將該電源40之該陰極電極44電性連接該拋光液32。
接著，於本實施例之步驟S20所述之步驟，透過該進給組件20以一第一速率帶動該工件10向該拋光液32移動，使該工件10之表面接觸該拋光液32，此時，該工件10、該拋光液32以及該電源40形成一迴路60。
因此，於該工件10之表面接觸該拋光液32時，藉由該電源40所施加之高電壓使該工件10之表面與該拋光液32產生氧化還原反應，於該工件10之表面形成氧化物膜，此時，造成短路瞬間因為介面高壓使該工件10之表面所接觸之該拋光液32沸騰，並形成一氣膜12包圍該工件10之表面，且該氣膜12進而隔絕該工件10與該拋光液32，又因高壓電場於該氣膜12中形成電漿能量，因此，電漿能量進一步移除該工件10之表面之氧化物膜，使該工件10之表面達到拋光效果。
其中，於本實施例中，續請復參閱第1C圖，當形成該迴路60時，該監控組件50係藉由該電流感測元件54來擷取該迴路60內之該電流值541，進一步再藉由該監控邏輯演算模組53計算出此該電流值541相對應之該工件10之進給速度後，將計算結果傳輸至該軸部驅動訊號產生元件55，使該軸部訊號產生元件55藉由計算結果產生該控制訊號52，並將該控制訊號52傳輸至該進給組件20之該馬達22，最後該馬達22對應調整轉速，使該進給軸件24移動該夾持組件26及該工件10之速率改變。
為了使該工件10整體之拋光，因此，透過本實施例之步驟S30所述，該進給組件20持續以該第一速率帶動該工件10向該拋光液32移動，使該工件10浸入該拋光液32之一面積(未圖式)對應增加，並藉由該監控組件50取得該工件10、該拋光液32以及該電源40之該迴路60之該電流值541。
經由步驟S40所述之步驟，若當該監控組件50取得之該電流值541大於或小於一預設電流值範圍70時，該監控組件50傳輸該控制訊號52至該進給組件20，該進給組件20以一第二速率移動該工件10。
其中，於本實施中，該預設電流值範圍70包含一最大預設電流值72以及一最小預設電流值74，該最大預設電流值72以及該最小預設電流值74對應該工件10移動之位移增加。
其中，當該監控組件50取得之該電流值541大於該最大預設電流值72時，該第二速率小於該第一速率，即係該進給組件20降低原先移動該工件10之速度，減緩該電流值541之上升速度，避免電流上升過快，使裝置之功率過負載導致電漿電解拋光裝置停機或有損毀風險。
反之，當該監控組件50取得之該電流值541小於該最小預設電流值74時，該第二速率大於該第一速率，即係該進給組件20升高原先移動該工件10之速度，避免該工件10之拋光精度不平均。
本實施例所述之電漿電解拋光之技術，係為一種將待拋光之該工件10浸入該拋光液32中，同時對該工件10施加該陽極電極42(正極性電壓)，在適當的工作條件下，例如本實施例之高壓瞬間產生短路，使該拋光液32沸騰時，此時，該工件10表面會出現穩定的蒸氣氣體層 (前述之氧化物膜)，蒸氣氣體層會把該工件10與該拋光液32隔開，蒸氣與介質之間會產生強烈的等離子體化學和電化學反應，使工件表面產生陰極氧化，同時又使陰極氧化層受到化學侵蝕，在氧化速度與侵蝕速度相等時出現拋光效果。
前述之等離子也稱為物質的第四態，是一種電磁氣態放電現象，使氣態粒子部分電離，這種被電離的氣體包括原子、分子、原子團、離子和電子。
等離子就是在高溫高壓下，電子會脫離原子核而跑出來，原子核就形成了一個帶正電的離子，當這些離子達到一定數量的時候可以成為等離子態，等離子態能量很大，當這些等離子和要拋光的物體撞擊時，頃刻間會使物體達到表面光亮的效果。
本實施例之電漿電解拋光之裝置係以電漿複合電解之技術，以電源正極連接該工件10做為該陽極電極42，負極連接金屬材或可導電設計拋光槽作為該陰極電極44，其中該導電槽體30包含該拋光液32，開啟該電源40後，藉由該拋光液32之導電度數據量測與回饋，可另附加參照材料別對應之加工參數資料庫比對，自動設定初始工件移動速率預設值後，使該陽極電極42之該工件10移動浸入該導電槽體30內之該拋光液32，當該工件10開始接觸該拋光液32浸入時，開始持續監測該工件10浸入該拋光液32後電流變化，即為該工件10表面之氣膜穩定期間之一電流特徵ICF，該電流特徵ICF係以特定時間範圍內電流計算波峰因數(CF, Crest Factor；PAR, Peak-to-Average Ratio)為基礎。
接著，於此係舉下列實際範例說明以本實施例之電漿電解拋光裝置之作動方式，請再參考第2A圖至第2B圖，其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之作動示意圖。
當使用者需要拋光不鏽鋼金屬物(該工件10)時，先將該電源40之該陽性電極42電性連接於不鏽鋼金屬物(該工件10)，並將該電源40之該陰極電極44電性連接該拋光液32，此時，該電源40所設置之一電壓值係大於260V，對應不鏽鋼金屬物所使用之該拋光液32為一硫酸銨拋光液，也就是使用添加螯合劑之硫酸銨複合拋光液。
使用者透過控制該進給組件20，使不鏽鋼金屬物(該工件10)以該第一速率(例如：5 mm/s)帶動不鏽鋼金屬物(該工件10)向該拋光液32移動，此時，不鏽鋼金屬物(該工件10)之表面接觸該拋光液32，同時該電源40施加高電壓使不鏽鋼金屬物(該工件10)之表面產生氧化還原反應，並於不鏽鋼金屬物(該工件10)之表面形成氧化物膜。
且由於不鏽鋼金屬物(該工件10)之表面與該拋光液32由於高壓瞬而短路，使不鏽鋼金屬物(該工件10)之表面的該拋光液32沸騰，形成包圍不鏽鋼金屬物(該工件10)之該氣膜12，該氣膜12進而隔絕不鏽鋼金屬物(該工件10)與該拋光液32，且因高壓電場於該氣膜12中形成電漿能量，會產生強烈的等離子體化學和電化學反應，使不鏽鋼金屬物(該工件10)表面產生陰極氧化，同時又使陰極氧化層受到化學侵蝕，在氧化速度與侵蝕速度相等時出現拋光效果。
且於使用者透過該進給組件20操控不鏽鋼金屬物(該工件10)以該第一速率向該拋光液32移動時，藉由該監控組件50之該電流感測元件54取得該迴路60 (以該工件10、該拋光液32以及該電源40形成)之該電流值541。
接續上述，使用者可透過觀察該工件10於該拋光液32內浸泡時間與該迴路60取得之該電流值541了解到該工件10拋光之狀態，請參考第4圖，其為本發明之電漿電解拋光之一實施例之電流與時間之示意圖，如第4圖所示之下方為該工件10於該拋光液32中進行拋光時之電流及時間變化於理想狀態曲線(Current-Time Characteristic)。
使用者可觀察，若當該工件10浸泡於該拋光液32浸泡時間逐步增加時，於階段1為典型的法拉第電解現象，並遵從歐姆定律，該電流值541隨時間升高，並且位於該陽極電極42之該工件10產生電解氧氣泡，此時屬於電流穩度狀態。
當該工件10浸泡時間到達階段2時，此時該迴路60之該電流值541升高 (依據焦耳定律)，該工件10與該拋光液32接觸之部分表面會產生大量熱量升溫至沸騰，沸騰氣泡與電解生成氣泡同時產生，形成不完全包覆該工件10之該氣膜12，此階段之該氣膜12使電流呈現不規則，且大幅度之波動，屬於電流不穩定穩度狀態。
隨著該工件10浸泡時間到達階段3時，因該拋光液32沸騰完全形成包覆該工件10之該氣膜12，達到幾近絕緣之條件，又因高電壓使該氣膜12內側產生電漿拋光效應，此時電流呈現穩定，屬於電流穩度狀態，於一實施例中，電流穩度狀態時之該工件10之速率大於電流不穩度狀態時之該工件10之速率。
接著，透過該監控組件50之該電流感測元件54感測該電流值，其中，該電流感測元件54所感測之之電流量測範圍係介於0.01A至100A之間，且該電流感測元件54的訊號取樣率係介於1S/sec及400kS/sec之間，其中S表示樣品數，sec表示秒。
其中，由於依據電源供應器不同會產生不同的範圍，因此，本實施例之該電流值541範圍係介於0.1-30 A之間，再者，根據不同工件材質、不同工件尺寸、使用不同電解液，而有不同之該預設電流值72，因此，本實施例之該預設電流值72係介於 0.1-10 A之間，進一步，由於該第一速率之速率範圍與設備能力、工件材質、工件尺寸、電解液種類等有關，故本實施例之該第一速率係介於1至100 mm/s之間。
根據上述電漿電解之條件範圍，當使用者透過該監控組件50之該電流感測元件54取得之該電流值541為5 A，而預設之該最大預設電流值72為0.8A，從此處可得知該電流值541大於該最大預設電流值72，此時第二速率為3 mm/s，而該第一速率5 mm/s，因該第二速率小於該第一速率，即係該進給組件20降低原先移動該工件10之速度，減緩該電流值541之上升速度，避免電流上升過快，使裝置之功率過負載導致電漿電解拋光裝置停機或有損毀風險。
反之，當該監控組件50之該電流感測元件54取得之該電流值541小於該最小預設電流值74時，此時該第二速率大於該第一速率，即係該進給組件20升高原先移動該工件10之速度，避免該工件10之拋光精度不平均。
習知電漿電解拋光裝置，僅能依經驗緩慢沉浸工件進入拋光液，以求拋光操作穩定，其欠缺對製程變化之機制掌握與監測能力，產生製程品質不一、產率無法提升，且不同材料拋光前須耗費大量人為前置試誤操作經驗累積，耗時耗力之問題。
本實施例解決習知僅能依據經驗進行拋光之程序之問題，再者本實施例之電漿電解拋光裝置優化調適電漿電解拋光加工速率，並對製程失效時，可及時發出警報，調整工件進給伺服單元連動，減緩進給速度恢復製程氣膜穩定性、或及時停機避免持續進行失效拋光製程以減少工時、折損工件與電能浪費。
以上所述之實施例，本發明係為一種電漿電解拋光之裝置，其係進給組件移動欲加工之工件，並藉由監控組件取得工件、拋光液及電源之迴路之電流值，再對應電流值之變化調整進給組件之移動速率，優化調適電漿電解拋光加工速率，並當製程失效時可及時發出警報，調整工件進給伺服單元連動，減緩進給速度恢復製程氣膜穩定性、或及時停機避免持續進行失效拋光製程以減少工時、折損工件與電能浪費。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:工件
12:氣膜
20:進給組件
22:馬達
24:進給軸部
26:夾持部
30:導電槽體
32:拋光液
40:電源
42:陽極電極
44:陰極電極
50:監控組件
52:控制訊號
54:電流感測元件
541:電流值
53:監控邏輯演算模組
55:軸部驅動訊號產生元件
60:迴路
70:預設電流值範圍
72:最大預設電流值
74:最小預設電流值
ICF:電流特徵
S10、S20、S30、S40:步驟
第1A圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖；
第1B圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖；
第1C圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之示意圖；
第2A圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之作動示意圖；
第2B圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之作動示意圖；
第3圖：其為本發明之一實施例之電漿電解拋光裝置之使用流程示意圖；以及
第4圖：本發明之電漿電解拋光之一實施例之電流與時間之示意圖。
10:工件
20:進給組件
22:馬達
24:進給軸部
26:夾持部
30:導電槽體
32:拋光液
40:電源
42:陽極電極
44:陰極電極
50:監控組件
60:迴路
Claims (9)
- 一種電漿電解拋光之裝置，其係電解拋光一工件，該電漿電解拋光之裝置包含： 一進給組件，其一端係用於設置該工件； 一導電槽體，其對應設置於該進給組件之一下方，該導電槽體之一內側用於設置一拋光液； 一電源，其係包含一陽性電極及一陰性電極，該陽性電極電性連接該工件，該陰性電極電性連接至該導電槽體；以及 一監控組件，其係電性連接至該進給組件，該監控組件係包含一電流感測元件，且該監控組件電性連接至該進給組件及該電源； 其中，該監控組件依據一電流值傳輸一控制訊號至該進給組件，該進給組件帶動該工件沉浸至該拋光液內，使該工件、該拋光液、該導電槽體以及該電源形成一迴路。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該進給組件係包含一馬達、一進給軸部以及一夾持部，該進給軸部係樞接於該馬達，該進給軸部之另一端係設置該夾持部，該夾持部夾固該工件。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該電源之一電壓值係大於260V。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該拋光液係一硫酸銨拋光液。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該監控組件更包含一監控邏輯演算模組以及一軸部驅動訊號產生元件，該監控邏輯演算模組電性連接該電流感測元件以及該軸部驅動訊號產生元件，該軸部驅動訊號產生元件電性連接該進給組件。
- 如請求項5所述之電漿電解拋光之裝置，其中該電流感測元件係為比流器或霍爾感測元件。
- 如請求項5所述之電漿電解拋光之裝置，其中該軸部驅動訊號產生元件係為脈波訊號元件或電壓類比訊號元件。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該電流感測元件的電流量測範圍係介於0.01A至100A之間。
- 如請求項1所述之電漿電解拋光之裝置，其中該電流感測元件的訊號取樣率係介於1S/sec及400kS/sec之間，其中S表示樣品數，sec表示秒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111137110A TW202413738A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 電漿電解拋光之裝置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111137110A TW202413738A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 電漿電解拋光之裝置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202413738A true TW202413738A (zh) | 2024-04-01 |
Family
ID=91622674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111137110A TW202413738A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 電漿電解拋光之裝置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TW202413738A (zh) |
-
2022
- 2022-09-29 TW TW111137110A patent/TW202413738A/zh unknown
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