TWI472393B - 放電加工模具表面清潔方法 - Google Patents

Description

放電加工模具表面清潔方法

本發明係關於一種放電加工模具表面清潔方法，尤其是一種用以清潔放電加工模具，使放電加工模具表面活化以維持產品精度的放電加工模具表面清潔方法。

「真空電漿」及「大氣電漿」皆為已廣泛應用於各產業的物品表面清潔方法；其中，針對放電加工模具表面之清潔方法而言，真空電漿清潔的效果雖然很好，但能夠處理的工件受限於真空電漿清潔裝置之真空腔體的形式與尺寸大小，使得製程相容性低，且又有產率低及設備昂貴等因素，均間接增加了產品的製造成本，因此並不適合以真空電漿清潔的方法清潔放電加工模具之表面。

相對地，大氣電漿是在常壓環境中，利用高能電場作用，使中性氣體解離而成為電漿態，無須使用價格昂貴的真空腔體及真空系統；因此，目前清潔放電加工模具表面的方法，多係以具有高製程相容性、快速簡便、低溫及低成本等優點的大氣電漿清潔方式為之。

然而，大氣電漿清潔的能量較低，對於放電加工模具上有嚴重積碳的地方，並無法達到完全清除積碳的作用；在一次次積碳累積的情況下，導致產品的鍍膜良率漸漸變差，使得該放電加工模具在使用一定次數後就需被淘汰，不僅不易維持產品的品質，同時也增加了製造的成本。

本發明目的乃解決上述習知技術之缺點，以提供一種放電加工模具表面清潔方法，係可利用雷射複合大氣電漿的清潔方法，將放電加工模具表面的積碳或髒污徹底清除，以提升表面清潔度者。

為達到前述發明目的，本發明之放電加工模具表面清潔方法，包含：一初步清潔步驟，以濕式清洗的方式清洗一待清潔的放電加工模具，並於清洗後將該放電加工模具乾燥；一雷射表面處理步驟，將至少一完成該初步清潔步驟後的放電加工模具置放於一雙軸定位設備之工作平台，透過該雙軸定位設備設定一移行路徑，由該雙軸定位設備控制一雷射裝置及一攝像裝置沿該移行路徑相對於該工作平台產生位移，並於透過該攝像裝置發現該至少一放電加工模具表面有積碳或髒污時，以該雷射裝置產生一雷射光束去除該積碳或髒污；及一大氣電漿處理步驟，以一大氣電漿清潔裝置清潔該至少一放電加工模具之表面。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，另包含一檢測步驟，該檢測步驟係檢查經該大氣電漿處理步驟清潔後之各該放電加工模具表面的清潔度是否已達合格標準。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該移行路徑具有複數個停滯點，當該攝像裝置對位至各該停滯點時，該工作平台與攝像裝置之間的相對位移將暫停一預設時間，並隨後繼續沿該移行路徑位移。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該雷射光束的功率為3~100W。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置架設於該雙軸定位設備，並與該工作平台相對。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該雙軸定位設備控制該大氣電漿清潔裝置與該工作平台產生相對位移，且同時由該大氣電漿清潔裝置向該至少一放電加工模具噴射大氣電漿。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置與該工作平台之間的相對位移速率為5~100 mm/second。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置之工作氣體為空氣、氮氣、氧氣、氬氣或其混合氣體，工作電壓為100~500V。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，由該檢測步驟檢出清潔度未達該合格標準之放電加工模具，則再次進行該雷射表面處理步驟及大氣電漿處理步驟，以清除表面之積碳或髒污，直至由該檢測步驟檢出之清潔度達合格標準為止。

本發明之放電加工模具表面清潔方法，其中，該濕式清洗包含脫脂及水洗程序。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明所述之「超音波清潔裝置」，係指設有清洗槽，且可透過超音波震動該清洗槽中的液體，以提升清洗效率者。

本發明所述之「烘箱」，係指具有一容室，且可利用電熱或燃燒熱等熱源升高該容室中氣體溫度者，可用以蒸發置放於該容室中物品的水分。

本發明所述之「雷射裝置」，係指可由一噴頭發射雷射光束，用以對物品表面進行雷射清潔者；其中，適用於本發明之雷射裝置，係可產生波長範圍在100~1200nm之雷射光束者，並可依據需求調整雷射光束之功率。

本發明所述之「雙軸定位設備」，係指具有一用以架設物品之工作平台，及一用以架設預設加工裝置之加工座，並可透過一控制單元設定一移行路徑，以驅動該工作平台與加工座在X-Y平面上沿該移行路徑產生相對位移者。

本發明所述之「攝像裝置」，係指可透過一鏡頭擷取預設範圍內之影像者。

本發明所述之「大氣電漿清潔裝置」，係指可於常壓下，利用高能電場將中性氣體解離成電漿態，並透過一噴頭噴射出電漿態之工作流體以對物品表面進行清潔者。

本發明所述之「水滴接觸角量測儀」，係指可量測水滴與物件表面夾角者，可用以判斷該物件表面之清潔度。

請參閱第1圖所示，係本發明之較佳實施例，該放電加工模具表面清潔方法係包含一初步清潔步驟S1、一雷射表面處理步驟S2及一大氣電漿處理步驟S3，以清潔至少一放電加工模具1(如第2圖所示)表面之積碳和/或髒污。

本發明的初步清潔步驟S1，係以濕式清洗的方式清洗一待清潔的放電加工模具1，並於清洗後將該放電加工模具1乾燥。更詳言之，為提升清潔效率，可透過一超音波清潔裝置，於一清洗槽中依序對該放電加工模具1進行脫脂及水洗等濕式清洗的程序，藉由超音波震動該清洗槽中的液體，使濕式清洗的清潔效果提升。其中，該脫脂程序係利用脫脂劑將該放電加工模具1表面附著的油脂、髒污及附著物去除，該水洗程序則是將該放電加工模具1表面殘留的脫脂劑洗淨。

該放電加工模具1完成濕式清洗後，可選擇自然風乾或加熱烘烤等方式，去除該放電加工模具1上的水分；在本實施例中，為提升乾燥該放電加工模具1之效率，可將該放電加工模具1置入一烘箱中，並較佳以不超過250℃的溫度加熱適當時間，使該放電加工模具1乾燥，以完成初步清潔該放電加工模具1的步驟。

請參閱第1及2圖所示，本發明的雷射表面處理步驟S2，係針對該至少一放電加工模具1表面之積碳或髒污處，以一雷射裝置2進行雷射表面處理。更詳言之，可將至少一完成該初步清潔步驟S1後的放電加工模具1，定位置放於一雙軸定位設備3之工作平台31上；該雷射裝置2係架設於該雙軸定位設備3之加工座(圖未繪示)，且該雷射裝置2旁另架設有一高倍率的攝像裝置4，該攝像裝置4電性連接一顯示器(圖未繪示)，該雷射裝置2之噴頭21以及該攝像裝置4之鏡頭41，均與該工作平台31相對，並與該工作平台31間隔預設距離。其中，本實施例中之雷射裝置2可選用能夠發出波長為532nm之雷射光束者。

再者，還可依據定位置放於該工作平台31上的放電加工模具1數量，透過該雙軸定位設備3之控制單元設定一合適的移行路徑R1。舉例而言，當定位置放於該工作平台31上的放電加工模具1數量為單一個時，較佳將該移行路徑R1設定成繞行於該放電加工模具1的各式連續路徑，例如第3a、3b圖所示，但不以此為限；當定位置放於該工作平台31上的放電加工模具1數量為複數個時，除了可以將該移行路徑R1設定成個別針對各放電加工模具1完成繞行，也可以將該移行路徑R1設定成橫跨該複數個放電加工模具1的各式連續路徑，例如第2、3c圖所示，但不以此為限。

該雷射表面處理步驟S2的操作溫度可選擇為室溫即可，並透過前述結構，由該雙軸定位設備3精確控制該雷射裝置2及攝像裝置4，與該工作平台31之間在X-Y平面上沿預設之移行路徑R1產生相對位移；其中，可以使該工作平台31保持不動，驅動該雷射裝置2及攝像裝置4產生位移，或者是使該雷射裝置2及攝像裝置4保持不動，驅動該工作平台31產生位移。

此外，由於該攝像裝置4之鏡頭41僅能擷取預設範圍內之影像，因此可透過該雙軸定位設備3之控制單元，在該移行路徑R1上設複數個停滯點P，當該攝像裝置4對位至各停滯點P時，該工作平台31與攝像裝置4之間的相對位移將暫停一停留時間，並隨後繼續沿該移行路徑R1位移；其中，該停留時間可以為0.5~5秒，較佳為1秒。

據此，使用者可透過該攝像裝置4，即時地由該顯示器觀察該放電加工模具1表面被拍攝到的位置；若在一停滯點P上看到嚴重積碳或髒污處，則可對該雙軸定位設備3之控制單元下一暫停指令，使該工作平台31與攝像裝置4之間的相對位移暫停，並控制該雷射裝置2發出功率為3~100W(較佳為35W)的雷射光束，針對該嚴重積碳或髒污處進行清潔，以局部清除該放電加工模具1上的積碳或髒污。其中，透過該攝像裝置4之設置，令該雷射裝置2可精確地僅針對積碳或髒污處進行清潔，使得高能量的雷射光束不會掃過沒有積碳或髒污的地方，可有效避免該放電加工模具1之表面受損，從而得以延長該放電加工模具1之使用壽命。

在該停滯點P上清除該放電加工模具1上的積碳或髒污後，可解除該暫停指令，使該工作平台31與攝像裝置4之間繼續沿該移行路徑R1產生相對位移，而該攝像裝置4對位至下一個停滯點P時，將再短暫地停滯以供觀察是否有需要進行雷射清潔的地方，如此重複直至完成該移行路徑R1上所有停滯點P之檢查。

請參閱第1及4圖所示，本發明的大氣電漿處理步驟S3，係以一大氣電漿清潔裝置5清潔該至少一放電加工模具1之表面。更詳言之，該大氣電漿清潔裝置5同樣可被架設於該雙軸定位設備3之加工座，且該大氣電漿清潔裝置5之噴頭51亦與該工作平台31相對並間隔預設距離，以及可透過該雙軸定位設備3之控制單元設定一合適的移行路徑R2，該移行路徑R2可與該移行路徑R1相同，亦可不同。

據此，該至少一放電加工模具1表面在經過該雷射表面處理步驟S2，以局部清除嚴重積碳或髒污處後，可由該雙軸定位設備3精確控制該大氣電漿清潔裝置5與該工作平台31之間在X-Y平面上沿預設之移行路徑R2產生相對位移，並同步地由該大氣電漿清潔裝置5向該工作平台31上的該至少一放電加工模具1噴射大氣電漿，以全面性地清除該至少一放電加工模具1表面的殘留積碳或髒污。

在本實施例中，該大氣電漿處理步驟S3的操作溫度亦可選擇為室溫即可，該大氣電漿清潔裝置5之工作氣體可以為空氣、氮氣、氧氣、氬氣或其混合氣體等，工作電壓可以為100~500V(較佳為250V)，該大氣電漿清潔裝置5與工作平台31之間的相對位移速率可以為5~100 mm/second(較佳為20 mm/second)。

請參閱第1圖所示，本發明較佳另包含一檢測步驟S4，該檢測步驟S4係用以檢查經該大氣電漿處理步驟S3清潔後之各該放電加工模具1表面的清潔度是否已達合格標準。更詳言之，可選擇透過「水滴接觸角測試法」，檢測該放電加工模具1之表面，在經過該雷射表面處理步驟S2及大氣電漿處理步驟S3之清潔處理後，是否已達到合格的清潔度標準；亦即，可將固定體積的液態去離子水滴灑在該放電加工模具1之表面，並透過一水滴接觸角量測儀，量測水滴與該放電加工模具1表面的夾角，藉「清潔度越高，水滴接觸角越小」之準則，判斷該放電加工模具1表面之清潔度。

另外，對於清潔度未達該合格標準之放電加工模具1，則可再次進行該雷射表面處理步驟S2及大氣電漿處理步驟S3，清除表面之積碳或髒污，直至由該檢測步驟S4檢測出清潔度達合格標準為止。

請參閱附照1~3所示，附照1~3分別為「清潔前」、「僅以大氣電漿清潔處理過」及「以雷射複合大氣電漿清潔處理過」三種情況，於同一放電加工模具的相同位置上進行水滴接觸角測試所得之測試結果。由附照1可知，清潔前的放電加工模具，其表面之水滴接觸角大於70度；僅以大氣電漿清潔處理過的放電加工模具，其表面之水滴接觸角已降至小於20度左右；但以雷射複合大氣電漿清潔處理過的放電加工模具，其表面之水滴接觸角甚至可小於10度，故本發明之放電加工模具表面清潔方法係可有效提升放電加工模具之表面清潔度。

綜上所述，由於本發明的放電加工模具表面清潔方法，係可利用雷射複合大氣電漿的清潔方法，將放電加工模具表面的積碳或髒污徹底清除，以提升表面清潔度，從而提升產品的鍍膜良率，並延長該放電加工模具之使用壽命，不僅可維持產品的品質，同時也降低了製造的成本。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．放電加工模具

2．．．雷射裝置

21．．．噴頭

3．．．雙軸定位設備

31．．．工作平台

4．．．攝像裝置

41．．．鏡頭

5．．．大氣電漿清潔裝置

51．．．噴頭

S1．．．初步清潔步驟

S2．．．雷射表面處理步驟

S3．．．大氣電漿處理步驟

S4．．．檢測步驟

R1．．．移行路徑

R2．．．移行路徑

P．．．停滯點

第1圖：本發明較佳實施例之流程方塊圖。

第2圖：本發明進行雷射表面處理步驟之示意圖。

第3a圖：本發明之攝像裝置與工作平台相對位移的路徑示意圖(一)。

第3b圖：本發明之攝像裝置與工作平台相對位移的路徑示意圖(二)。

第3c圖：本發明之攝像裝置與工作平台相對位移的路徑示意圖(三)。

第4圖：本發明進行大氣電漿處理步驟之示意圖。

附照1：一放電加工模具表面清潔前進行水滴接觸角測試之測試結果。

附照2：該放電加工模具表面僅以大氣電漿清潔處理過並進行水滴接觸角測試之測試結果。

附照3：該放電加工模具表面以雷射複合大氣電漿清潔處理過並進行水滴接觸角測試之測試結果。

S1．．．初步清潔步驟

S2．．．雷射表面處理步驟

S3．．．大氣電漿處理步驟

S4．．．檢測步驟

Claims (9)

1. 一種放電加工模具表面清潔方法，包含：一初步清潔步驟，以濕式清洗的方式清洗一待清潔的放電加工模具，並於清洗後將該放電加工模具乾燥；一雷射表面處理步驟，將至少一完成該初步清潔步驟後的放電加工模具置放於一雙軸定位設備之工作平台，透過該雙軸定位設備設定一移行路徑，由該雙軸定位設備控制一雷射裝置及一攝像裝置沿該移行路徑相對於該工作平台產生位移，並於透過該攝像裝置發現該至少一放電加工模具表面有積碳或髒污時，以該雷射裝置產生一雷射光束去除該積碳或髒污；及一大氣電漿處理步驟，以一大氣電漿清潔裝置清潔該至少一放電加工模具之表面；其中，該移行路徑具有複數個停滯點，當該攝像裝置對位至各該停滯點時，該工作平台與攝像裝置之間的相對位移將暫停一預設時間，並隨後繼續沿該移行路徑位移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之放電加工模具表面清潔方法，另包含一檢測步驟，該檢測步驟係檢查經該大氣電漿處理步驟清潔後之各該放電加工模具表面的清潔度是否已達合格標準。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，該雷射光束的功率為3~100W。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之放電加工模具表面 清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置架設於該雙軸定位設備，並與該工作平台相對。
5. 如申請專利範圍第4項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，該雙軸定位設備控制該大氣電漿清潔裝置與該工作平台產生相對位移，且同時由該大氣電漿清潔裝置向該至少一放電加工模具噴射大氣電漿。
6. 如申請專利範圍第5項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置與該工作平台之間的相對位移速率為5~100mm/second。
7. 如申請專利範圍第4項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，該大氣電漿清潔裝置之工作氣體為空氣、氮氣、氧氣、氬氣或其混合氣體，工作電壓為100~500V。
8. 如申請專利範圍第2項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，由該檢測步驟檢出清潔度未達該合格標準之放電加工模具，則再次進行該雷射表面處理步驟及大氣電漿處理步驟，以清除表面之積碳或髒污，直至由該檢測步驟檢出之清潔度達合格標準為止。
9. 如申請專利範圍第1項所述之放電加工模具表面清潔方法，其中，該濕式清洗包含脫脂及水洗程序。