TWI583829B - An electrochemical processing device for measuring and an electrochemical processing method - Google Patents

Description

具量測之電化學加工裝置以及電化學加工方法

本發明係有關於一種電化學加工，尤指一種可量測工件之電化學加工裝置及電化學加工方法。

電化學加工為非傳統加工方法，此加工方法係將金屬工件作為，而電極作為陰極，且電解液位於金屬工件與電極之間，電化學加工是以陽極溶解原理對工件進行加工。於進行電化學加工的過程中，可能有部分解離生成物殘留於工件之表面或電極表面附著雜物，如此即會影響電化學加工之品質。此外，當需要在工件形成不同輪廓下，輪廓之大小與形狀之不同會造成電場與電解液流場變化，如此會影響到電化學加工的移除量。上述原因皆會影響加工後之工件的品質。基於上述原因，一般進行電化學加工之過程會取下工件，並量測工件，之後再重新定位至電化學加工裝置接續進行加工，如此即會耗費時間而降低效率。，而電極作為陰極，且電解液位於金屬工件與電極之間，電化學加工是以陽極溶解原理對工件進行加工。於進行電化學加工的過程中，可能有部分解離生成物殘留於工件之表面或電極表面附著雜物，如此即會影響電化學加工之品質。此外，當需要在工件形成不同輪廓下，輪廓之大小與形狀之不同會造成電場與電解液流場變化，如此會影響到電化學加工的移除量。上述原因皆會影響加工後之工件的品質。基於上述原因，一般進行電化學加工之過程會取下工件，並 量測工件，之後再重新定位至電化學加工裝置接續進行加工，如此即會耗費時間而降低效率。

本發明之一目的，在於提供一種具量測之電化學加工裝置以及電化學加工方法，其可量測工件，而依據工件之狀態控制電化學加工。

本發明之一目的，在於提供一種具量測之電化學加工裝置以及電化學加工方法，其可在進行電化學加工前與後分別量測工件，以得知工件進行此次電化學加工後之加工狀態，並依據此加工狀態控制之後進行之電化學加工，以補償先前電化學加工之誤差。

本發明之一目的，在於提供一種具量測之電化學加工裝置以及電化學加工方法，其可以量測工件之壁面狀態，以控制目前欲進行之電化學加工。

本發明提供一種具量測之電化學加工裝置，其包含一電化學加工模組、一量測模組與一控制模組。電化學加工模組對工件進行電化學加工，量測模組量測工件，以產生一量測資訊，控制模組依據量測資訊控制電化學加工模組。

本發明另提供一種具量測之電化學加工方法，其包含量測工件，並產生量測資訊，且依據量測資訊決定加工參數，以依據加工參數對工件進行電化學加工。

1‧‧‧電化學加工裝置

11‧‧‧電化學加工模組

13‧‧‧量測模組

131‧‧‧量測單元

133‧‧‧第一量測單元

135‧‧‧第二量測單元

15‧‧‧控制模組

151‧‧‧資訊儲存單元

153‧‧‧運算單元

155‧‧‧資料庫

157‧‧‧訊號處理單元

17‧‧‧移行模組

2‧‧‧工件

21‧‧‧遮罩層

23‧‧‧斜壁

25‧‧‧直壁

第一圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第一實施例之示意圖； 第二圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之控制模組之第一實施例之方塊圖；第三A圖至第三F圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第一實施例之作動示意圖；第四圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之控制模組之第二實施例之方塊圖；第五圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第二實施例之示意圖；第六A圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第三實施例之示意圖；第六B圖：其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第三實施例之側視圖；第六C圖：其係為第六B圖之A區域的放大圖；第六D圖：其係為第六B圖之A區域的放大圖；以及第七圖：其係為本發明之具量測之電化學加工方法之一實施例之流程圖。

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：請參閱第一圖與第二圖，其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第一實施例之示意圖與控制模組之一實施例之方塊圖。本實施例係以電化學掃描加工進行以下說明，但並不限制本發明僅用於電化學掃描加工，本發明也可以用於其他類型之電化學加工方 式。如圖所示，本實施例之具量測之電化學加工裝置1包含一電化學加工模組11、一量測模組13與一控制模組15。於本發明之一實施例中，控制模組15可為一電腦、一微處理晶片或者其它具資訊運算處理之電子裝置。

電化學加工模組11用於對一工件2進行電化學加工。電化學加工模組11係依據至少一加工參數進行電化學加工。於本發明之一實施例中，加工參數可包含加工電壓、加工電流、電化學加工模組11之進給速度等。量測模組13用於量測工件2，以得知工件2之表面狀態，並產生一量測資訊。控制模組15用於依據量測資訊控制電化學加工模組11。於本實施例中，控制模組15係決定加工參數，即依據工件2之表面狀態決定加工參數而控制電化學加工模組11。如此，電化學加工裝置1能夠於進行當次電化學加工前，能夠得知工件2之狀態，以決定當次進行電化學加工之加工參數，即控制當次進行之電化學加工，進而提升電化學加工之加工精度。

於本發明之一實施例中，量測模組13是量測本身與工件2之表面間的相對距離，所以量測資訊為相對距離資訊。如第三B圖所示，若量測模組13以正向於工件2之角度量測工件2，此相對距離資訊為相對深度資訊。量測模組13可為探針式或者光學式量測模組。此外，電化學加工裝置1更包含一移行模組17。電化學加工模組11與量測模組13依據加工路徑而前後依序設置於移行模組17，使電化學加工模組11之加工路徑與量測模組13之量測路徑位於相同路徑上且相同運動模式。於本實施例中，加工路徑為X方向路徑。又，電化學加工模組11與量測模組13位於同水平高度，即位 於同一XY平面而為同一座標系。上述同運動模式與同座標系的設置方式，可以降低後續依據量測資訊決定加工參數的運算複雜度。然而，並非限定本發明之電化學加工模組11與量測模組13必定要位於同一座標系。

如第二圖所示，控制模組15更包含一資訊儲存單元151、一運算單元153與一資料庫155。資訊儲存單元151用於儲存量測模組13之量測資訊與移行模組17之一移動資訊，即電化學加工模組11之移動資訊，量測資訊與移動資訊相對應。資料庫155用於儲存參考資訊，參考資訊包含複數筆參考加工參數與複數筆對照資訊，該些筆參考加工參數是分別對應於該些筆對照資訊，該些筆對照資訊對應於工件2之各種狀態。運算單元153讀取資訊儲存單元151之量測資訊與資料庫155之參考資訊，而依據量測資訊參考對照資訊，以可獲知對應之參考加工參數，以決定欲進行電化學加工的加工參數，如此即依據工件2之狀態決定加工參數。此外，運算單元153更可依據移動資訊與量測資訊參考對照資訊而決定加工參數。

承接上述，運算單元153提供加工參數至電化學加工模組11，或者運算單元153依據加工參數控制電化學加工模組11。資料庫155的參考加工參數是預先依據工件2之各種狀態與各種加工條件以及欲成形之輪廓，經過電化學加工試驗或者模擬計算而得知，以用於作為決定加工參數的參考依據。

請一併參閱第三A圖至第三F圖，其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第一實施例之作動示意圖。如圖所示，於本實施例中，係利用電化學加工裝置1對工件2進行電化學掃描加工，以形成 如第一圖所示之多個不同輪廓，所以工件2之表面預先形成有一遮罩層21，以遮蔽工件2之非加工表面。於本發明之一實施例中，電化學加工模組11於進行第一掃描道次電化學加工時，可依據預定加工參數對工件2進行加工。

如第三A圖所示，移行模組17帶動電化學加工模組11移動，而對工件2進行加工，隨後如第三B圖所示，量測模組13量測加工後之工件2，以產生量測資訊，如此即可得知加工後之工件2的狀態。 之後，如第三C圖所示，移行模組17返回水平(X方向)之起始位置，並往下(Z方向)移動而進給電化學加工模組11之電極(圖未示)，以進行第二掃描道次電化學加工。於本發明之另一實施例中，電化學加工模組11完成目前進行之掃描道次電化學加工而移行模組17返回時，量測模組13才量測加工後之工件2，並非先前所述於移行模組17之加工路徑上隨即量測工件2。

承接上述，移行模組17之移動資訊與量測模組13之量測資訊會傳送至控制模組15。控制模組15之運算單元153依據完成第一掃描道次電化學加工所獲得之量測資訊決定第二掃描道次電化學加工之加工參數，即控制第二掃描道次電化學加工。於本發明之一實施例中，資料庫15之對照資訊包含工件2完成第一掃描道次電化學加工之各種狀態，而參考加工參數則對應對照資訊，例如完成第一掃描道次後工件2與量測模組13之相對深度為第一數值，則對應第一參考加工參數，若相對深度為第二數值則對應第二參考加工參數。運算單元153依據量測資訊與資料庫155之對照資訊即可得知對應之參考加工參數，而依據參考加工參數決定第二掃描道次電化學加工之加工參數。

接著，如第三D至三F圖所示，移行模組17依據加工路徑移動，而帶動電化學加工模組11進行第二掃描道次電化學加工，量測模組13則隨後量測工件2，移行模組17於完成第二掃描道次電化學加工後隨即返回。如同上述，控制模組15依據完成第二掃描道次電化學加工所獲得之量測資訊與資料庫155之參考加工參數決定第三掃描道次電化學加工之加工參數。如此反覆進行前述加工動作即可完成如第一圖所示之工件2。

此外，於本發明之另一實施例中，運算單元153依據完成第一與第二掃描道次電化學加工所獲得之量測資訊決定第三掃描道次電化學加工之加工參數，即運算單元153比較第一與第二掃描道次電化學加工所獲得之量測資訊，而得知加工資訊，其表示完成第二掃描道次電化學加工之加工量。資料庫155之對照資訊包含完成第二掃描道次電化學加工後之各種加工量，而參考加工參數則對應參考資訊，例如完成第二掃描道次後之加工量為第一數值，則對應第一參考加工參數，若加工量為第二數值則對應第二參考加工參數。換言之，運算單元153依據目前進行掃描道次之電化學加工前之量測資訊與進行後之量測資訊產生加工資訊，並依據加工資訊與該些筆參考加工參數決定加工參數。由此可知，於進行第一掃描道次電化學加工前，移行模組17可以帶動量測模組13移動，量測模組13先行量測工件2，之後依據進行加工前之量測資訊與完成第一掃描道次電化學加工之量測資訊決定第二掃描道次電化學加工之加工參數。

由上述說明可知，本發明之電化學加工裝置1可在電化學加工後量測工件2，以得知進行此次電化學加工後之加工狀態，並依據 此加工狀態決定之後進行電化學加工的加工參數，以補償先前電化學加工之誤差。

請參閱第四圖，其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之控制模組之第二實施例之方塊圖。本實施例之控制模組15更包含一訊號處理單元157，其耦接量測模組13與移行模組17，並接收量測資訊與移動資訊，且依據量測資訊與移動資訊產生一輪廓資訊，輪廓資訊可儲存於資訊儲存單元151，運算單元153進而依據輪廓資訊與資料庫155之該些筆參考加工參數決定加工參數。於第一圖實施例中，量測模組13包含一量測單元131，其所產生之量測資訊為一維資訊。訊號處理單元157耦合移動資訊與量測資訊，即可建立出工件2之輪廓。於本實施例中，輪廓資訊為一二維資訊，由於輪廓資訊是依據量測模組13與工件2之相對關係所建立，所以輪廓資訊為相對位置資訊，且資料庫155之對照資訊則對應輪廓資訊之型態而建立。同於先前實施例所述，運算單元153可依據目前進行之掃描道次電化學加工前之輪廓資訊與進行後之輪廓資訊決定加工參數。

請一併參閱第五圖，其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第二實施例之示意圖。如圖所示，本實施例之量測模組13包含複數個量測單元131，該些個量測單元131呈列排列，而分別偵測工件2之不同位置，如此量測模組13產生之量測資訊包含每一量測單元131與工件2之表面不同位置間的相對距離資訊，所以此量測資訊為一二維資訊，第四圖實施例之控制模組15依據此量測資訊與電化學加工模組11之移動資訊所產生之輪廓資訊即為一三維資訊。

請參閱第六A與六B圖，其係為本發明之具量測之電化學加工裝置之第三實施例之示意圖與側視圖。如圖所示，本實施例之量測模組13包含一第一量測單元133與一第二量測單元135。第二量測單元135相鄰於第一量測單元133，而位於第一量測單元133之後方，第一量測單元133以一第一量測角度量測工件2，而第二量測單元135以一第二量測角度量測工件2，兩者之量測角度不相同。於本實施例中，第一量測單元133以垂直於工件2之角度量測工件2，第二量測單元135以側向於工件2之角度量測工件2，如此第二量測單元135可以量測工件2之壁面狀態，而控制模組15可依據量測資訊控制下一掃描道次電化學加工，即決定下一掃描道次電化學加工之加工參數，如此可提高電化學加工的品質。上述之壁面狀態包括工件2之側壁狀態與底壁狀態，但不侷限於此，其取決於量測單元之量測角度。

同理，使用更多量測單元而以不同量測角度量測工件2，更可提高量測精度，例如增設一第三量測單元(圖未示)，其位於第一量測單元133之前方，而以一第三量測角度量測工件2，此第三量測角度鏡射於第二量測角度，即第二量測單元135係可量測工件2於正X方向之壁面，而第三量測單元可以量測工件2於負X方向之壁面。

承接上述，第一量測單元133產生的資訊為第一資訊，而第二量測單元135產生之資訊為第二資訊。控制模組15於處理第一資訊與第二資訊時，係會判斷第一資訊之變化，進而依據第二資訊判斷工件2之壁面的狀態。於本發明之一實施例中，控制模組15判斷第一量測單元133量測兩相鄰位置而產生之兩筆第一資訊的差 異大於預定之一門檻時，則會依據第二量測單元135量測此區域所產生之第二資訊判斷工件2之壁面的狀態。

舉例說明，請一併參閱第六C圖，其係為第六B圖之A區域的放大圖。如圖所示，工件2具有一斜壁23與一直壁25。以下係說明如何判斷工件2之壁面的狀態。第一量測單元133分別量測工件2之兩相鄰位置P11與P12而產生兩筆第一資訊，由於位置P11為工件2之底部，而位置P12為遮罩層21之表面，所以第一量測單元133量測位置P12所產生之第一資訊明顯會小於對應位置P11的第一資訊，兩者差異大，且兩者變小之差異大於預定之門檻，此表示位置P11之後可能為工件2之側壁。此時，控制模組15則會依據第二量測單元135量測此區域所產生之第二資訊，例如相鄰於位置P11之位置P21以及之後各位置P22-P25所對應之第二資訊，而判斷工件2之壁面狀態。

另外，當兩相鄰位置對應之兩個第二資訊差異大時，即依據第一量測單元133之第一資訊判斷工件2之狀態。如第六C圖所示，第二量測單元135量測位於遮蔽層21之位置P26後所產生之第二資訊會明顯小於位置P25對應之第二資訊，當兩者變小之差異大於預定之門檻時，控制模組15則依據第一量測單元133量測相鄰於位置P26之位置P12以及之後各位置P13所產生之第一資訊接續判斷工件2之狀態。上述之兩門檻是可預先依據欲形成於工件2之輪廓，經過試驗或者模擬計算而得知。

判斷壁面之狀態的說明如下，由於第二量測單元135之量測角度為已知，且第二量測單元135所得之第二資訊表示第二量測單元135與量測位置之距離，如此當壁面並非為直壁時，可以藉由三 角函數之餘弦函數得知第二量測單元135與壁面間之相對深度資訊。舉例說明，若第二量測單元135量測位置P21之量測角度為θ₁，且經量測所產生之第二資訊為斜邊，如此經由餘弦函數即可得知第二量測單元135相對於位置P21時的高度(深度)H21。同理，可以依據對應於位置P22與P23的第二資訊求得第二量測單元135相對於位置P22與P23的高度H22與H23，如此即可得知工件2之深度變化，而建構出壁面之輪廓為非直壁的斜壁23。若第二量測單元135之量測間距小且量測位置多，建構出之輪廓的解析度越高，此方式也可以判斷出曲壁，而並非僅能判斷斜壁。

由第六C圖可知，由於第二量測單元135並非以垂直於工件2之角度量測工件2，因此第二量測單元135當下所在之位置與量測工件2之位置是有一固定水平距離，即控制模組15所求得之相對深度資訊並非為第二量測單元135當下所在位置與工件2間之深度，因此控制模組15可依據此固定水平距離而補償，如此即可建構出工件2之壁面的輪廓。

請參閱第六D圖，此圖用於說明本發明判斷壁面為直壁的方式。 當壁面為直壁25時，以第二量測單元135所在之位置與量測位於直壁25之位置P24、P25所建構出之兩個三角形是相似三角形，如此由於角度θ₂為量測角度之互補角度，所以角度θ₂為已知，且第二量測單元135所產生之第二資訊為為斜邊，如此可以藉由三角函數之正弦函數得知第二量測單元135與量測之位置之相對深度資訊。如此即可得知工件2之直壁25深度，而建構出直壁25之輪廓。

此外，由於第二量測單元135所產生之第二資訊相當於三角形之 斜邊，所以可藉由判斷兩相鄰位置對應之兩筆第二資訊的比例是否位於預定之一比例範圍，而判斷出工件2之壁面是否為直壁25，以決定運用餘弦函數或者正弦函數得知壁面之狀態。於本發明之一實施例中，上述處理第一資訊與第二資訊為訊號處理單元157，以產生輪廓資訊。

請一併參閱第七圖，其係為本發明之具量測之電化學加工方法之一實施例之流程圖。如圖所示，本發明之電化學加工方法進行步驟S1，量測工件2，並產生量測資訊，接續進行步驟S3，依據量測資訊決定加工參數，並如步驟S5所示，依據加工參數對工件2進行電化學加工。此外，更可在工件2被加工後，量測工件2，而產生第二量測資訊，並依據前次產生之第一量測資訊與第二量測資訊產生加工資訊，且依據加工資訊決定加工參數。另外，本發明之電化學加工方法更可依據量測資訊與電極之移動資訊產生輪廓資訊，再進而依據輪廓資訊決定加工參數。

綜合上述，本發明之電化學加工裝置與方法可量測工件，以得知工件之狀態，進而依據工件之狀態控制電化學加工，且可補償前次進行電化學加工之誤差，如此可提高電化學加工的品質。此外，由於量測工件時可不需要卸下工件，所以工件只需定位一次，如此可以減少完成加工工件的時間。

由上述可知，本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

1‧‧‧電化學加工裝置

11‧‧‧電化學加工模組

13‧‧‧量測模組

15‧‧‧控制模組

151‧‧‧資訊儲存單元

153‧‧‧運算單元

155‧‧‧資料庫

17‧‧‧移行模組

Claims (9)

1. 一種具量測之電化學加工裝置，其包含一電化學加工模組，其對一工件進行電化學加工，一量測模組量測該工件，並產生一量測資訊，一移行模組，該電化學加工模組與該量測模組依序設置於該移行模組，以及一控制模組依據該量測資訊控制該電化學加工模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具量測之電化學加工裝置，其中該控制模組包含一訊號處理單元，其接收該量測資訊與該移行模組之一移動資訊，並依據該量測資訊與該移動資訊產生一輪廓資訊，該控制模組依據該輪廓資訊決定該電化學加工模組之至少一加工參數，該量測資訊為該量測模組與該工件之表面間的一相對距離資訊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具量測之電化學加工裝置，其中該量測模組包含複數個量測單元，該些個量測單元呈列排列，以產生該量測資訊，該量測資訊包含每一該量測單元與該工件之表面間的一相對距離資訊，該量測資訊為一二維資訊，該控制模組依據該量測資訊與該電化學加工模組之一移動資訊產生一輪廓資訊，該輪廓資訊為一三維資訊，該控制模組依據該輪廓資訊決定該電化學加工模組之至少一加工參數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具量測之電化學加工裝置，其中該控制模組依據該量測資訊決定該電化學加工模組之至少一加工參數，該控制模組包含一資料庫，其儲存複數筆參考加工參數，以 及一運算單元依據該量測資訊與該些筆參考加工參數決定該加工參數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具量測之電化學加工裝置，其中該控制模組依據該量測資訊決定該電化學加工模組之至少一加工參數，該控制模組包含一資料庫，其儲存複數筆參考加工參數，以及一運算單元依據目前進行之該電化學加工前之該量測資訊與進行該電化學加工後之該量測資訊產生一加工資訊，並依據該加工資訊與該些筆參考加工參數決定該加工參數。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具量測之電化學加工裝置，其中該量測模組包含一第一量測單元，其依據一第一量測角度量測該工件並產生複數筆第一資訊，以及一第二量測單元相鄰於該第一量測單元，該第二量測單元依據一第二量測角度量測該工件並產生複數筆第二資訊，該第二量測角度不同於該第一量測角度，該控制模組判斷該些筆第一資訊之差異大於一門檻時，進而依據該些筆第二資訊判斷該工件之狀態，當判斷對應兩相鄰位置之兩筆第二資訊間之比例位於一比例範圍時，則判斷該工件具有一直壁。
7. 一種具量測之電化學加工方法，其包含於電化學加工過程中量測一工件，並產生一量測資訊，依據該量測資訊決定至少一加工參數，以及依據該加工參數對該工件進行電化學加工。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具量測之電化學加工方法，其中該量測資訊為相對距離資訊，該量測資訊為二維資訊，該電化學加工方法更包含依據該量測資訊與電極之移動資訊產生輪廓資訊，該輪廓資訊為三維資訊，並依據該輪廓資訊決定該加工參數。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具量測之電化學加工方法，更包含依據第一量測角度與第二量測角度量測該工件，以產生該量測資 訊，該第二量測角度不同於該第一量測角度。