TWI593834B - 基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法 - Google Patents

Description

基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法

本發明是有關於一種拋光系統及拋光方法，特別是有關於一種基於非牛頓流體的拋光系統及拋光方法。

隨著工業和科技的發展，所需表面光整加工的產品形狀各異、表面品質要求不斷提高，同時對加工效率、成本控制、廢液處理也提出了更高的要求；特別是在更新換代快的消費品領域，不僅需要達到很高的表面效果，同時需要降低成本和提高效率，以縮短生產週期和實現較高的經濟效益。

習知的機械化學拋光雖然具有較高的加工效率，但屬於接觸式拋光，不能加工帶三維(3D)形狀的工件，並且需要研磨工具(如拋光皮)的配合，不僅增加成本，而且影響因素變多，不易控制；更重要的是，大量廢液的處理一直是一大難題。

習知的噴射拋光、磁流變拋光等非接觸式拋光能達到相當高的表面品質，理論上也可以加工任意形狀，然而實際中，其存在加工效率不高、成本過高等缺點，而能加工的材質也有限，以磁流變拋光為例，磁流變液的成本很高，且目前主要針對光學鏡面的光學加工。

有鑑於此，本發明之發明人思索並設計一種基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，以改進上述的問題。

根據本發明之目的，提出一種基於非牛頓流體的拋光系統，其包含一拋光工具裝置、一非牛頓流體輔助裝置及一控制裝置。拋光工具裝置配置以帶動一工件於容置有一非牛頓流體的一拋光容器中進行位移，且非牛頓流體中具有一磨料。非牛頓流體輔助裝置配置以利用壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變非牛頓流體的黏度，以利用磨料對工件進行拋光。控制裝置配置以控制拋光工具裝置使工件於拋光容器中進行位移。其中，當非牛頓流體輔助裝置運作時，非牛頓流體的黏度增加，以具有近似半固體性質，而當非牛頓流體輔助裝置未運作時，非牛頓流體迅速恢復為流動狀態。

較佳地，非牛頓流體可由可生物降解的材質所製成，且非牛頓流體的表觀黏度為20kPa至100kPa。

較佳地，更可包含一拋光液循環裝置，其包含拋光容器、排液模組、清洗模組及補液模組；其中排液模組連接拋光容器以排出拋光容器中的非牛頓流體；清洗模組設置於拋光容器以在拋光前或拋光後清 洗拋光容器及工件；補液模組連接拋光容器以補充拋光容器中的非牛頓流體。

較佳地，更可包含一測量工具裝置，其包含一液位高度測量模組、一黏度測量模組、一溫度測量模組、一流量及速度測量模組及一壓力測量模組；液位高度測量模組量測拋光容器中的非牛頓流體的液位高度；黏度測量模組量測拋光容器中的非牛頓流體的黏度；溫度測量模組量測拋光容器中的非牛頓流體的溫度；流量及速度測量模組量測拋光容器中的非牛頓流體的流量及速度；壓力測量模組量測拋光容器中的非牛頓流體的壓力。

較佳地，拋光工具裝置可包含一主軸及一夾具；主軸具有複數個位移自由度，夾具可自轉地連接於主軸，夾具配置以固定工件；控制裝置配置以控制主軸之轉速、位移及夾具的轉速、角度。

根據本發明之目的，另提出一種拋光方法，其包含下列步驟：提供容置有一非牛頓流體的一拋光容器，非牛頓流體中具有一磨料；藉由一拋光工具裝置以固定一工件，並置於具有非牛頓流體的拋光容器；提供一非牛頓流體輔助裝置，以利用非牛頓流體輔助裝置，以壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變非牛頓流體黏度；以及通過一控制裝置，以控制拋光工具裝置使工件於拋光容器中的位移，以利用磨料對工件進行拋光。其中，當非牛頓流體輔助裝置運作時，非牛頓流體的黏度增加，以具有近似半固體性質，而當非牛頓流體輔助裝置未運作時，非牛頓流體迅速恢復為流動狀態。

較佳地，更可包含下列步驟：以可生物降解的材質製成非牛頓流體，且非牛頓流體的表觀黏度為20kPa至100kPa。

較佳地，更可包含下列步驟：連接一排液模組至拋光容器以排出拋光容器中的非牛頓流體；設置一清洗模組於拋光容器中，以在拋光前或拋光後清洗拋光容器及工件；以及連接一補液模組至拋光容器以補充拋光容器中的非牛頓流體。

較佳地，更可包含下列步：量測拋光容器中的非牛頓流體的液位高度，以使拋光容器中的非牛頓流體的液位高度對應於工件；量測拋光容器中的非牛頓流體的黏度；量測拋光容器中的非牛頓流體的溫度；量測拋光容器中的非牛頓流體的流量及速度；以及量測拋光容器中的非牛頓流體的壓力。

較佳地，更可包含下列步：提供具有複數個位移自由度的一主軸；連接一夾具於主軸，且夾具為可自轉地連接於主軸；以夾具固定工件；利用控制裝置控制主軸之轉速、位移；以及利用控制裝置控制夾具的轉速、角度。

承上所述，依本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，可以加工各種材質和形狀的工件，尤其適合各種3D面、弧形面、異形面的表面拋光，通過數控技術的精確配合，可以使3D各面都達到同樣的移除量和表面效果。

(2)本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，既可適用於對表面光潔度要求高的光學鏡頭的精密加工，也可以適用於僅需要達到相同外觀效果產品的快速加工，如手機外殼等。

(3)本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，所採用的非牛頓流體為可生物降解的綠色原料，通過生物降解的方式處理廢液，具有環保、節能、低成本優勢。

(4)本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法，利用非牛頓流體的特性，屬於非接觸拋光方式，避免了採用研磨工具如研磨盤和拋光皮等，既降低成本，同時避免研磨工具與工件接觸造成擦刮傷等不良。

100‧‧‧拋光系統

10‧‧‧拋光工具裝置

11‧‧‧主軸

12‧‧‧夾具

20‧‧‧非牛頓流體輔助裝置

30‧‧‧控制裝置

40‧‧‧測量工具裝置

41‧‧‧黏度測量模組

42‧‧‧液位高度測量模組

43‧‧‧溫度測量模組

44‧‧‧流量及速度測量模組

45‧‧‧壓力測量模組

50‧‧‧拋光液循環裝置

51‧‧‧拋光容器

511‧‧‧非牛頓流體

512‧‧‧磨料

52‧‧‧排液模組

53‧‧‧清洗模組

54‧‧‧補液模組

9‧‧‧工件

S51~S54‧‧‧步驟

S61~S63‧‧‧步驟

S71~S75‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第一實施例之方塊圖。

第2圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第一實施例之示意圖。

第3圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第二實施例之方塊圖。

第4圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第二實施例之示意圖。

第5圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第一步驟圖。

第6圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第二步驟圖。

第7圖 係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第三步驟圖。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之基於非牛頓流體的拋光系統及其拋光方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1、2圖，其係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第一實施例之方塊圖及示意圖。如圖所示，本發明之基於非牛頓流體的拋光系統100適用於對各種3D面、弧形面、異形面的工件9的表面拋光，工件9可為光學鏡片或3C產品的外殼，例如手機外殼等。拋光系統100包含一拋光工具裝置10、一非牛頓流體輔助裝置20、一控制裝置30及一測量工具裝置40。拋光工具裝置10包含一主軸11及一夾具12。主軸11具有複數個位移自由度，如前後、左右、上下及旋轉等自由度，夾具12可自轉地連接於主軸11，且夾具12配置以固定工件9。即，當在運作時，工件9除隨著主軸11一起運動外，亦會隨著夾具12作行星式運動。其中，拋光工具裝置10利用主軸11及夾具12以帶動工件9於容置有一非牛頓流體511的一拋光容器51中進行位移，且非牛頓流體511中具有一磨料512。 非牛頓流體輔助裝置20連接至拋光容器51，利用壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變非牛頓流體511的黏度，以利用磨料512對工件9進行拋光。控制裝置30配置以控制拋光工具裝置10使工件9於拋光容器51中的位移。測量工具裝置40包含一黏度測量模組41。黏度測量模組41量測拋光容器51中的非牛頓流體511的黏度。

進一步來說，當工件9經由拋光工具裝置10設置於拋光容器51中時，控制裝置30可根據工件9的材質、尺寸、拋光度進行拋光參數的設定和控制，例如拋光段數和拋光時間。其中，每一段的拋光參數可包含主軸11轉速、位移、工件的高度、角度、轉速、位移等。即，控制裝置30用以控制主軸11之轉速、位移及夾具12的轉速、角度。在拋光工具裝置10運作時，測量工具裝置40的黏度測量模組41可測量拋光容器51中的非牛頓流體511的黏度，並將測量結果傳送給非牛頓流體輔助裝置20，從而非牛頓流體輔助裝置20可根據測量結果利用壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變非牛頓流體511的黏度，以利用磨料512對工件9進行拋光。

即，當非牛頓流體輔助裝置20運作時，該非牛頓流體511的黏度，以具有近似半固體性質，而當非牛頓流體輔助裝置20未運作時，非牛頓流體511迅速恢復為流動狀態，從而可利用磨料512對工件9進行拋光。

請參閱第3、4圖，其係為本發明之基於非牛頓流體的拋光系統之第二實施例之方塊圖及示意圖。於本實施例中，相同元件符號之元件，其配置類似於前述的實施例，於此便不再加以贅述。

如圖所示，拋光系統100進一步可包含拋光液循環裝置50，其包含拋光容器51、一排液模組52、一清洗模組53及一補液模組54。其中，排液模組52可利用管路連接至拋光容器51以在適當時或需要時(例如拋光後)排出拋光容器51中的非牛頓流體511。清洗模組53設置於拋光容器51中以在工件9進行拋光前或拋光後清洗拋光容器51及工件9，清洗模組53例如可為噴嘴等元件所構成。補液模組54可利用管路連接至5拋光容器51以補充拋光容器51中的非牛頓流體511。其中，排液模組52及補液模組54可包含例如幫浦、管路等元件，以進行排液或補液。1

另一方面，測量工具裝置40更可包含一液位高度測量模組42、一溫度測量模組43、一流量及速度測量模組44及一壓力測量模組45。液位高度測量模組42量測拋光容器51中的非牛頓流體511的液位高度。即，液位高度測量模組42確保或確認非牛頓流體511的液位高度是否有高於工件9的高度。溫度測量模組43量測拋光容器51中的非牛頓流體511的溫度。流量及速度測量模組44量測拋光容器51中的非牛頓流體511的流量及速度。壓力測量模組45量測拋光容器51中的非牛頓流體511的壓力。

也就是說，藉由拋光液循環裝置50可自動地或便利的對拋光容器51和工件9進行清洗，及對非牛頓流體511的量及替換進行控制。

拋光液循環裝置50可在拋光前或者拋光完成後，需要通過清洗模組53對拋光容器51和工件9進行清洗，且拋光時可根據液位高度測量模組42回饋的資訊隨時利用補液模組54補充液體，以滿足非牛頓流體511的特性。另，非牛頓流體511(拋光液)在使用一定次數後，可通過排液模組52及補液模組54進行換液。

此外，藉由溫度測量模組43、流量及速度測量模組44及壓力測量模組45的配置，可通過流量、速度、壓力更易於、更精確地控制非牛頓拋光流體達到適合拋光的黏度。

請參閱第5圖，其係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第一步驟圖。如圖所示，本發明之基於非牛頓流體的拋光方法包含下列步驟：(S51)提供容置有一非牛頓流體的一拋光容器，非牛頓流體中具有一磨料；(S52)藉由一拋光工具裝置以固定一工件，並置於具有非牛頓流體的拋光容器；(S53)提供一非牛頓流體輔助裝置，以利用非牛頓流體輔助裝置，以壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變非牛頓流體黏度；以及(S54)通過一控制裝置，以控制拋光工具裝置使工件於拋光容器中的位移，以利用磨料對工件1進行拋光。

請參閱第6圖，其係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第二步驟圖。如圖所示，本發明之基於非牛頓流體的拋光方法更可包含下列步驟：(S61)連接一排液模組至拋光容器以排出拋光容器中的非牛頓流體；(S62)設置一清洗模組於拋光容器中，以在拋光前或拋光後清洗拋光容器及工件；以及(S63)連接一補液模組至拋光容器以補充拋光容器中的非牛頓流體。

請參閱第7圖，其係為本發明之基於非牛頓流體的拋光方法之第三步驟圖。如圖所示，本發明之基於非牛頓流體的拋光方法更可包含下列步驟：(S71)量測拋光容器中的非牛頓流體的液位高度，以使拋光容器中的非牛頓流體的液位高度對應於工件；(S72)量測拋光容器中的非牛頓流體的黏度；(73)量測拋光容器中的非牛頓流體的溫度；(74) 量測拋光容器中的非牛頓流體的流量及速度；以及(75)量測拋光容器中的非牛頓流體的壓力。

本發明之基於非牛頓流體的拋光方法的詳細說明已於前述的本發明之基於非牛頓流體的拋光系統進行說明，於此便不再加以贅述。值得說明的是，非牛頓流體可採用玉米、澱粉、葡苷聚糖、纖維素等可生物降解的原料配製具有非牛頓流體性質的基載液，較佳地非牛頓流體的表觀黏度為20kPa至100kPa，而在拋光完成後，可採用生物降解的方式處理廢液。

在實際實施時，簡述如下。根據待拋光工件材質和要求，選擇磨料，並配製拋光液配製非流頓流體的基載液；將被拋光工件置於夾具中；拋光液倒入拋光容器，並達到設定液位高度；設定拋光段數、時間、每段主軸高度；設定每一段主軸的轉速、位移及工件的轉速、角度；打開測量工具裝置檢測非牛頓流體的黏度、溫度等；拋光開始並根據測量工具裝置的回饋，打開非牛頓流體輔助系統，選擇振動、加壓、超聲等方式改變非牛頓流體的黏度；拋光完成並清洗。

本發明為了克服習知加工方式不能加工三維形狀、加效率不高、廢液處理難的問題，本發明提供了一種基於非牛頓流體機理的拋光方式，適合於加工任意形狀、加工效率高、並可通過生物降解方式處理廢液的基於非牛頓流體的拋光裝置、非牛頓流體拋光方法。本發明的基本思路是，採用玉米、澱粉、葡苷聚糖、纖維素等可生物降解的原料配製具有非牛頓流體性質的基載液，配合適合非牛頓流體性質拋光的裝 置，利用非牛頓流體在壓力或者速度變化時，黏度增大的特性，實現工件的非接觸式拋光。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100‧‧‧拋光系統

10‧‧‧拋光工具裝置

11‧‧‧主軸

12‧‧‧夾具

20‧‧‧非牛頓流體輔助裝置

30‧‧‧控制裝置

40‧‧‧測量工具裝置

41‧‧‧黏度測量模組

51‧‧‧拋光容器

511‧‧‧非牛頓流體

512‧‧‧磨料

9‧‧‧工件

Claims (8)

1. 一種基於非牛頓流體的拋光系統，其包含：一拋光工具裝置，係配置以帶動一工件於容置有一非牛頓流體的一拋光容器中進行位移，且該非牛頓流體中具有一磨料；一非牛頓流體輔助裝置，係配置以利用壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變該非牛頓流體的黏度，以利用該磨料對該工件進行拋光；以及一控制裝置，係配置以控制該拋光工具裝置使該工件於該拋光容器中進行位移；其中，當該非牛頓流體輔助裝置運作時，該非牛頓流體的黏度增加，以具有近似半固體性質，而當該非牛頓流體輔助裝置未運作時，該非牛頓流體迅速恢復為流動狀態；其中，根據該工件選擇該磨料，並配置由玉米、澱粉、葡苷聚糖、纖維素之一或其組合的可生物降解的材質所製成該非牛頓流體，且該非牛頓流體的表觀黏度為20kPa至100kPa。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基於非牛頓流體的拋光系統，其中更包含一拋光液循環裝置，其包含該拋光容器、一排液模組、一清洗模組及一補液模組，其中該排液模組連接該拋光容器以排出該拋光容器中的該非牛頓流體；該清洗模組設置於該拋光容器以在拋光前或拋光後清洗該拋光容器及該工件；該補液模組連接該拋光容器以補充該拋光容器中的該非牛頓流體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基於非牛頓流體的拋光系統，其中更包含一測量工具裝置，其包含一液位高度測量模組、一黏度測量模組、一溫度測量模組、一流量及速度測量模組及一壓力 測量模組；該液位高度測量模組量測該拋光容器中的該非牛頓流體的液位高度；該溫度測量模組量測該拋光容器中的該非牛頓流體的溫度；該黏度測量模組量測該拋光容器中的該非牛頓流體的黏度；該流量及速度測量模組量測該拋光容器中的該非牛頓流體的流量及速度；該壓力測量模組量測該拋光容器中的該非牛頓流體的壓力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之基於非牛頓流體的拋光系統，其中該拋光工具裝置係包含一主軸及一夾具，該主軸具有複數個位移自由度，該夾具可自轉地連接於該主軸，該夾具配置以固定該工件，該控制裝置配置以控制該主軸之轉速、位移及該夾具的轉速、角度。
5. 一種基於非牛頓流體的拋光方法，其包含下列步驟：提供容置有一非牛頓流體的一拋光容器，該非牛頓流體中具有一磨料，其中根據一工件選擇該磨料，並配置由玉米、澱粉、葡苷聚糖、纖維素之一或其組合的可生物降解的材質所製成該非牛頓流體，且該非牛頓流體的表觀黏度為20kPa至100kPa；藉由一拋光工具裝置以固定該工件，並置於具有該非牛頓流體的該拋光容器；提供一非牛頓流體輔助裝置，以利用該非牛頓流體輔助裝置，以壓力、速度、振動或超聲波頻率的變化，而改變該非牛頓流體黏度；以及通過一控制裝置，以控制該拋光工具裝置使該工件於該拋光容器中的位移，以利用該磨料對該工件進行拋光； 其中，當該非牛頓流體輔助裝置運作時，該非牛頓流體的黏度，以具有近似半固體性質，而當該非牛頓流體輔助裝置未運作時，該非牛頓流體迅速恢復為流動狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之基於非牛頓流體的拋光方法，其更包含下列步驟：連接一排液模組至該拋光容器以排出該拋光容器中的該非牛頓流體；設置一清洗模組於該拋光容器中，以在拋光前或拋光後清洗該拋光容器及該工件；以及連接一補液模組至該拋光容器以補充該拋光容器中的該非牛頓流體。
7. 如申請專利範圍第5項所述之基於非牛頓流體的拋光方法，其更包含下列步驟：量測該拋光容器中的該非牛頓流體的液位高度，以使該拋光容器中的該非牛頓流體的液位高度對應於該工件；量測該拋光容器中的該非牛頓流體的黏度；量測該拋光容器中的該非牛頓流體的溫度；量測該拋光容器中的該非牛頓流體的流量及速度；以及量測該拋光容器中的該非牛頓流體的壓力。
8. 如申請專利範圍第5項所述之基於非牛頓流體的拋光方法，其更包含下列步驟：提供具有複數個位移自由度的一主軸；連接一夾具於該主軸，且該夾具為可自轉地連接於該主軸； 以該夾具固定該工件；利用該控制裝置控制該主軸之轉速、位移；以及利用該控制裝置控制該夾具的轉速、角度。