材料复合加工方法与系统技术方案

本发明专利技术关于一种材料复合加工方法与系统，所述材料复合加工方法包含：使用激光对工件的欲改质区域发射激光光，而对该欲改质区域进行改质以改变该欲改质区域的性质；应用光学图像定位辅助设备对该工件的已改质区域或该工件上的定位标记进行精密定位，以将刀具对准该已改质区域；以及驱动该刀具对该已改质区域进行加工作业。加工作业。加工作业。

【技术实现步骤摘要】
材料复合加工方法与系统


[0001]本专利技术涉及一种材料复合加工方法与系统，尤其涉及一种结合非接触式激光与机械加工的复合加工方法与系统。

技术介绍

[0002]在现有技术中，对于硬脆材料执行加工，大致有以下几种加工技术可供选用，如电化学加工(electro chemical machining,ECM)技术，其作法大致包含：将工件浸入电解液并作为阳极(anode)，在阳极与阴极间施加电位差后，利用电解作用引发的电化学溶蚀效应而移除材料，以对工件进行加工。ECM通常应用于加工超硬材料，但若要应用于为由硬脆材料组成的工件进行钻孔加工时，由于ECM技术经由调整电位而调整阳极表面电子能量，使得电活性物质与阳极之间发生电子转移，故其问题在于加工时间较长、锥孔角不易控制、较适用于导体材料、且不易用于高绝缘硬脆材料的加工等。
[0003]放电加工(electrical discharge machining,EDM)技术则是通过放电产生火花，使工件形成预定形状的一种非接触式材料加工技术，工件电极与工具电极之间由介电物质分隔，并在工件电极与工具电极间，施加周期性快速变化的电流而在电极上产生火花，但若要应用EDM技术为工件进行钻孔，由于EDM技术是通过放电产生火花进行加工，因此仅适用于导体材料，不易用于加工高绝缘硬脆材料。
[0004]而激光钻孔(laser drilling)技术，则是通过光学透镜系统引导并聚焦激光光束指向加工部位，以熔化或气化加工部位的材料，尤其可供应用执行微小孔径的钻孔，但若要应用激光钻孔技术为工件进行钻孔，由于利用激光光束投射到材料表面产生的瞬间热效应，使工件通过吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，容易产生残渣以及锥孔角不易控制等问题。
[0005]激光成丝加工技术(laser filament machining)，在透明材料加工方面，也可使用超快激光产生的非线性吸收现象，在工件内部形成丝状改质区，对入射的激光光产生自聚焦与离焦(self
‑
focusing and defocusing)现象，沿着成丝区进行快速的激光加工，虽具有快速与可进行高深宽比(high aspec t ratio)的优势，但成丝的加工参数控制不易。
[0006]机械加工(mechanical machining)技术是一种使用工具机，在常温下对工件进行切削(cutting)或雕铣(engraving and milling)等处理，经由移除材料而改变工件的外形、尺寸或性能的接触式加工技术，但若要应用机械加工技术为硬脆工件进行微小孔径钻孔，加工过程产生的大量应力，易造成工件破损、残渣不易排除、及刀具易磨损等问题。
[0007]因此，现有各类单项加工技术，若用于透明、硬脆材料钻孔，则无法达到高精度、高品质要求，有鉴于现有技术中存在的缺点，专利技术人经过悉心尝试与研究，并一本锲而不舍的精神，终构思出本案“材料复合加工方法与系统”，能够克服上述缺点，以下为本专利技术的简要说明。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出一种材料复合加工方法，其包含：使用激光对工件的欲改质区域发射激光光，而对该欲改质区域进行改质以改变该欲改质区域的性质；应用光学图像定位辅助设备对该工件的已改质区域或该工件上的定位标记进行精密定位，以将刀具对准该已改质区域；以及驱动该刀具对该已改质区域进行加工作业。
[0009]本专利技术进一步提出一种材料复合加工系统，其包含：激光，其经配置对工件的欲改质区域发射激光光，而对该欲改质区域进行材料改质；光学图像定位辅助设备，其经配置对该工件的已改质区域或该工件上的定位标记进行精密定位；以及机械臂或加工机，其经配置以驱动该激光及刀具对该工件的该欲改质区域及该已改质区域分别进行改质及加工作业。
[0010]上述
技术实现思路
旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使读者对本揭示内容具备基本的理解，本专利技术的内容具体说明如下。
附图说明
[0011]图1是揭示本专利技术所包含的激光改质的实施示意图；
[0012]图2是揭示本专利技术运用机械臂对3D不规则曲面执行改质的示意图；
[0013]图3是揭示本专利技术经由使用五轴加工机对工件上已改质区域执行加工的示意图；
[0014]图4是揭示本专利技术材料复合加工系统的系统架构示意图；
[0015]图5是揭示本专利技术材料复合加工方法与系统使用机械臂整合实施的系统架构示意图；
[0016]图6是揭示本专利技术材料复合加工方法与系统使用加工机整合实施的系统架构示意图；
[0017]图7是揭示本专利技术应用在为探针卡装置陶瓷导板组件钻孔作业的示意图；
[0018]图8是展示经实施本专利技术材料复合加工方法对欲改质区域进行激光改质后改质部位的实际图像；
[0019]图9是展示经实施本专利技术材料复合加工方法对已改质区域进行机械钻孔后加工孔的实际图像；以及
[0020]图10是揭示本专利技术材料复合加工方法的一实施例其步骤流程图。
[0021]附图标记说明
[0022]100
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本专利技术材料复合加工系统
[0023]10
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工件
[0024]11
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欲改质区域
[0025]12
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3D工件
[0026]13
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3D不规则曲面
[0027]14
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3D欲改质区域
[0028]15
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定位标记
[0029]16
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已改质区域
[0030]17
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3D已改质区域
[0031]20
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激光
[0032]21
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激光光
[0033]30
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机械臂
[0034]31
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3D工作路径
[0035]40
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加工机
[0036]41
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机床
[0037]42
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动柱式龙门
[0038]43
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驱动器模块
[0039]44
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控制器模块
[0040]50
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光学图像定位辅助设备
[0041]51
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低倍率摄像镜头
[0042]52
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高倍率摄像镜头
[0043]60
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加工刀具
[0044]70
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探针卡
[0045]71
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陶瓷导板
[0046]72
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料复合加工方法，其包含：使用激光对工件的欲改质区域发射激光光，而对所述欲改质区域进行改质以改变所述欲改质区域的性质；应用光学图像定位辅助设备对所述工件的已改质区域或所述工件上的定位标记进行精密定位，以将刀具对准所述已改质区域；以及驱动所述刀具对所述已改质区域进行加工作业。2.根据权利要求1所述的材料复合加工方法，还包含：将所述工件浸置于工作流体；使用加工机使所述刀具与所述工件进行相对运动，使所述刀具对所述工件的所述已改质区域进行加工；使用机械臂移动所述激光以对所述工件的所述欲改质区域进行改质；以及使用所述机械臂移动所述刀具以对所述工件的所述已改质区域进行加工。3.根据权利要求2所述的材料复合加工方法，其中所述工作流体可为气体或溶液。4.根据权利要求3所述的材料复合加工方法，其中所述气体是选自中性气体、惰性气体、氮气、氩气、酸性蒸气、碱性蒸气或其组合，所述溶液是选自油性液体、酸性溶液、碱性溶液、中性溶液、蚀刻液或其组合，所述酸性溶液是选自硫酸、磷酸、氢氧化钾、硝酸、氢氟酸或其组合，所述碱性溶液是选自氢氧化钠、氢氧化钾或其组合，所述中性溶液是选自去离子水、纯水或其组合，挥发性液体是选自异丙醇、乙醇或其组合。5.根据权利要求2所述的材料复合加工方法，其中所述机械臂依循3D工作路径移动所述激光，以对所述工件的所述欲改质区域包含的3D曲面进行改质。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：何正荣，林志光，董必正，
申请(专利权)人：何正荣，
类型：发明
国别省市：