CN111595644B - 一种岩石样本磨平抛光加载装置、制样***及制样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石样本磨平抛光加载装置、制样***及制样方法，属于岩石样本制样技术领域，解决现有方法制样效率低、成品率低的问题。岩石样本磨平抛光加载装置包括样本卡盘、连接板、样品压块、配重组件和修盘环；样本卡盘和连接板均能够可拆卸安装于修盘环中，连接板与修盘环的上端连接，连接板位于样本卡盘的上方；样本卡盘为旋转对称结构，且沿周向均匀布设多个样品安装孔；样品压块能够安装于样品安装孔内，连接板设有配重通孔，配重组件能够通过配重通孔向样品压块施加压力；采用热塑树脂将岩石样本固定在样品压块的下表面，岩石样本的待研磨抛光面与样品压块的上表面平行。本发明的制样方法，制样效率高、成品率高。

Description

一种岩石样本磨平抛光加载装置、制样***及制样方法

技术领域

本发明涉及岩石样本制样技术领域，尤其涉及一种岩石样本磨平抛光加载装置、制样***及制样方法。

背景技术

在对各种岩石或天然矿物进行组份、晶体微观结构和光学特性等物理性质进行测试时，需要将采集的岩石制作成长方形的薄片状岩石样本，结合相应的测试设备对岩石样本的长方形平面进行相应的测试。因此，岩石样本的平整程度和光滑程度直接关系到测试结果的准确性和可靠程度。岩石样本的制样过程通常需要对岩石进行切割，将其切割成尺寸接近的片状结构，也即高度较小的长方体，再对需要进行测试的平面进行进一步的磨平和抛光。

由于岩石本身的不规则特性，现有制样方法很难将岩石切割成相对规整的长方形片状，往往会切割成平行四边形或梯形等不规则四边形，且上下平面往往难以平行，导致厚度不均匀，其结果就是需要后续的磨平过程对岩石样本进行进一步的处理，使之形成长方形薄片，极大地增加了磨平抛光过程的工作量，而且废品率高。

另外，现有制样方法在磨平抛光过程中，通常采用胶水粘结或机械固定的方式来固定切片后的岩石样本，再对岩石样本进行磨平抛光，但是由于切割和粘结等原因，岩石样本的待研磨抛光面往往高度不一，且容易出现倾斜等情况，而磨平过程中往往磨掉0.5mm就需要20min以上，微小的厚度不均匀性也会造成磨平作业的大量额外负担，而且由于岩石样本的切割厚度浮动较大，当需要处理多个岩石样本时，只能逐个来进行磨平和抛光，效率十分低下，而且成品率低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种岩石样本磨平抛光加载装置、制样***及制样方法，用以解决现有方法工作量大、工作效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种岩石样本磨平抛光加载装置，包括样本卡盘、连接板、样品压块、配重组件和修盘环；样本卡盘和连接板均能够可拆卸安装于修盘环中，连接板与修盘环的上端连接，连接板位于样本卡盘的上方；样本卡盘为旋转对称结构，且沿周向均匀布设多个样品安装孔；样品压块能够安装于样品安装孔内连接板设有与样品安装孔数量相同的配重通孔，配重组件能够通过配重通孔向样品压块施加压力；样品压块能够安装于样品安装孔内；待研磨抛光的岩石样本采用热塑树脂固定在样品压块的下表面，岩石样本的待研磨抛光面与样品压块的上表面平行。

进一步地，配重组件的数量与样品压块的数量相同。

进一步地，配重组件包括配重杆和配重块，配重块可拆卸安装于配重杆上。

进一步地，配重块的中心处设有配重中心通孔，配重杆上设有配重卡部，配重中心通孔的孔径与配重杆的直径相等。

进一步地，配重块的数量为多个，具有多种规格，重块的重量呈阶梯设置。

进一步地，连接板为旋转对称结构，连接板的中心处设有第一通孔，连接板沿周向均匀设有3个第二通孔，第二通孔的孔径与配重杆的直径相等。

进一步地，连接板设有垂直限位部，垂直限位部用于将配重杆限定在竖直状态。

进一步地，样品压块能够无缝安装于样品安装孔内，在研磨抛光过程中能够在配重组件的作用下在样品安装孔中向下移动。

进一步地，样本卡盘的外形尺寸与修盘环的内部空腔结构相匹配。

进一步地，样本卡盘周向均匀布设3个样品安装孔，样品安装孔的截面形状为矩形。

进一步地，岩石样本磨平抛光加载装置还包括把持移动组件，把持移动组件包括中心杆和把持部。

进一步地，把持部可拆卸地设置于中心杆的上端，用于使用者把握；中心杆的下部设有连接板卡部，连接板卡部将中心杆分为上段和下段，连接板卡部的尺寸大于第一通孔的孔径；中心杆的直径与第一通孔的孔径相等。

进一步地，样本卡盘的中心处设有中心杆槽，中心杆槽的槽径与中心杆的杆径相等。

进一步地，中心杆槽的内壁设置内螺纹，中心杆的下端设置外螺纹，中心杆与中心杆槽通过螺纹连接。

进一步地，样品压块的顶面中心设有定位槽。

进一步地，样品压块的下表面设有卡槽，卡槽充填有热塑树脂；

进一步地，卡槽的截面形状为四边外凸的矩形，卡槽的尺寸小于样品安装孔的尺寸，且大于岩石样本的尺寸。

另一方面，还提供一种岩石样本制样***，包括岩石样本切割设备和岩石抛光机，岩石抛光机配套设有上述的岩石样本磨平抛光加载装置。

再一方面，还提供一种岩石样本制样方法，岩石样本制样方法使用本发明上述技术方案中的岩石样本制样***；岩石样本制样方法包括如下步骤：

步骤1：使用岩石样本切割设备对采集的岩石进行切割，得到待研磨抛光的岩石样本；

步骤2：将岩石样本装入岩石样本磨平抛光加载装置中，利用岩石抛光机进行研磨抛光。

与现有技术相比，本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

(1)本发明的岩石样本磨平抛光加载装置，通过对每个待研磨抛光的岩石样本均独立设置配重组件，能够针对不同岩性、不同硬度、不同耐磨程度的岩石样本设置不同重量的配重组件，进而能够实现同时对不同岩性、不同硬度的多种样品进行抛光，加载装置的通用性强，工作效率高，具有广泛的应用前景。

(2)本发明的岩石样本磨平抛光加载装置，通过在样本卡盘上设置样品安装孔，样品压块的尺寸与样品安装孔相同，采用热塑树脂将岩石样本的固定在样本压块上，并通过夹紧及倒置冷却的方式来使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块的上表面平行，保证同一批岩石样本的待研磨抛光面都近似处于同一水平面上，从而大幅度地减少磨平的工作量，提高磨平抛光的工作效率，只需要5min就能完成一次磨平作业。

(3)本发明的岩石样本制样***，通过采用具有俯仰角调节机构和方位角调节机构的岩石样本切割设备，能够调节岩石相对圆锯的俯仰角度和方位角度，进而能够切割出厚度更加均匀的长方形片状岩石样本，减少了后续磨平作业的工作量，提高了岩石样本的切割制样效率。采用设有两组岩石样本加载装置的岩石抛光机，每组岩石样本加载装置固定安装3个岩石样本，一次能够同时完成6个岩石样本的研磨抛光，显著提升了抛光工作效率，大幅度减轻了操作者的劳动强度。

(4)本发明的岩石样本制样方法，通过采用采用热塑树脂将岩石样本的固定在样本压块上，并通过夹紧及倒置冷却的方式来使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块的上表面平行，大幅度地减少磨平的工作量，提高磨平抛光的工作效率。在研磨抛光过程中，每个待研磨抛光的岩石样本均独立设置配重组件，能够实现对不同岩性、不同硬度的多种样品同时进行抛光，大幅提高工作效率和制样成品率。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1的岩石样本切割设备结构示意图；

图2为本发明实施例1的岩石样本切割设备的俯视图；

图3为本发明实施例1的岩石样本切割设备的侧视图；

图4为本发明实施例2的岩石样本磨平抛光加载装置的结构示意图；

图5为本发明实施例2的连接板的顶面示意图；

图6为本发明实施例2的样本卡盘的顶面示意图；

图7为本发明实施例2的修盘环的结构示意图；

图8为本发明实施例2的样品压块的结构示意图；

图9为本发明实施例2的样品压块的顶面示意图；

图10为本发明实施例2的样品卡盘装入修盘环后的俯视图；

图11为本发明实施例2的连接板与修盘环连接后的俯视图；

图12为本发明实施例2的配重块置于样本卡盘上的俯视图；

图13为本发明实施例3的岩石抛光机的结构示意图；

图14为本发明实施例4的岩石样本制样方法的流程图。

附图标记

1-基座；2-圆弧滑轨；3-圆弧滑块；4-固定台；5-球铰；6-丝杠；7-丝杠螺母；8-连杆；9-旋转调节块；10-螺母滑轨；11-挡板；12-岩石夹具；13-挡板滑槽；14-第一方向机构；15-第二方向机构；16-第三方向机构；17-圆锯；18-切割让位槽；19-样本卡盘；20-样品安装孔；21-中心杆槽；22-连接板；23-第一通孔；24-第二通孔；25-样品压块；26-定位槽；27-配重杆；28-配重卡部；29-配重块；30-配重中心通孔；31-中心杆；32-连接板卡部；33-修盘环；34-垂直限位部；35-卡爪；36-把持部；37-主体；38-喷水组件；39-抛光液滴加组件；40-作业托盘；41-限位支架；42-滚轮。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种岩石样本切割设备，通过方位角调整机构和俯仰角调整机构，本发明实施例可以调节岩石相对圆锯17的俯仰角度和方位角度，使切割后的岩石样本能够更加切近与于岩石样本的标准长方形薄片，且切割的厚度更加均匀，减少了对切割后岩石样本的磨平抛光工作量，提高了岩石样本的制样效率。

具体地，岩石样本切割设备包括：切割机构、岩石固定机构和姿态调整机构；切割机构可活动的安装在岩石样本切割设备的基座1上；姿态调整结构包括固定台4、方位角调整机构和俯仰角调整机构；固定台4的底面与基座1通过球铰5连接，使得固定台4可以在允许的角度范围内向任意方向转动，避免方位角调整机构和俯仰角调整机构形成运动干涉。在实际使用时，切割机构一般都采用竖直设置的圆锯17来切割岩石，将采集的岩石固定在固定台4上，在垂直于圆锯17的竖直平面内，通过俯仰角调节机构调节固定台4相对于圆锯17的俯仰角度，在垂直于圆锯17的水平平面内，通过方位角调节结构调节固定台4相对于圆锯17的方位角度。

为了方便说明，本发明实施例中，设置平行于圆锯17的水平方向为X轴方向，平行于圆锯17的竖直方向为Y轴方向，垂直于圆锯17的水平方向为Z轴方向。俯仰角度即为平行于Y轴和Z轴的平面内的角度，方位角度即为平行与X轴和Z轴的平面内的角度。通过调整俯仰角度和方位角度，本发明实施例能够切割出厚度均匀的长方形薄片状岩石样本，减少了对切割后岩石样本的磨平抛光工作量，提高了岩石样本的制样效率。

本发明实施例的岩石样本切割设备还设有透明外壳，透明外壳与基座1铰接，切割机构、岩石固定机构和姿态调整机构均设置在透明外壳内部。透明外壳可以防止岩石切割过程中岩石碎屑的飞溅或粉尘的飘散，不仅能保护作业人员的安全，还有方便切割废料的清理，有利于环境保护。

本发明实施例中，方位角调整机构包括圆弧滑轨2、圆弧滑块3和顶紧螺钉，圆弧滑块3与固定台4的底面固定连接；圆弧滑轨2的圆心与球铰5的中心重合，本发明实施例的方位角调整结构使得固定台4能够以球铰5的中心为圆心进行摆动，从而实现方位角度的调整。顶紧螺钉穿过固定台4且抵在圆弧滑轨2上，当完成方位角度的调整后拧紧顶紧螺钉，使顶紧螺钉旋入并牢固地抵在圆弧滑轨2上，从而完成方位角度的固定。圆弧滑块3设有至少2个，且能够沿圆弧滑轨2滑动，2个圆弧滑块3与球铰5形成一个稳定的平面，保证当顶紧螺钉锁定方位角度时，固定台4不会发生侧翻。

本发明实施例中，俯仰角调整机构包括滚珠丝杠机构和连杆8，滚珠丝杠机构的丝杠6与基座1垂直，滚珠丝杠机构的丝杠螺母7与连杆8铰接，连杆8与圆弧滑轨2铰接。在调整俯仰角度时，旋转丝杠6，使得丝杠螺母7上下平移，通过连杆8的连接来调整滑轨的位置，进而调整固定台4的俯仰角度。

具体的，基座1设有通孔，丝杠6穿过通孔并从基座1的底面穿出，且丝杠6穿出基座1底面的端部固设有旋转调节块9，只需要拧动旋转调节块9，即可实现丝杠6的旋转；丝杠6与基座1通过轴承连接，使得沿丝杠6轴向，丝杠6与基座1的相对位置不变，且丝杠6还能转动；滚珠丝杠机构设有与丝杠6平行的螺母滑轨10，丝杠螺母7能够沿螺母滑轨10平移，当丝杠6转动时，由于螺母滑轨10的限位作用，丝杠螺母7沿螺母滑轨10和丝杠6平移，进而通过连杆8带动圆弧滑轨2移动。

由于本发明实施例通过俯仰角调节机构和方位角调节机构来调整固定台4相对圆锯17的俯仰角和方位角，因此只要将采集的岩石固定在固定台4上即可实现岩石相对圆锯17的俯仰角和方位角的调节，本发明实施例通过岩石固定机构来将岩石固定在固定台4上。

具体的，发明实施例中，岩石固定机构包括岩石夹具12和挡板11，通过俯仰角和方位角的调整使得，挡板11和圆锯17平行，即紧贴挡板11的面与切割面平行，切割后的岩石样本为厚度均匀的平行四边形薄片，而挡板11与岩石夹具12的夹紧面垂直，使得切割后的岩石样本为厚度均为的长方形薄片。固定台4的顶面设有与挡板11垂直的挡板滑槽13，挡板11能够沿挡板滑槽13平移，来调整挡板11与圆锯17之间的距离；挡板11设有挡板11固定螺钉，挡板11固定螺钉穿过挡板11，且能够抵在挡板滑槽13上，调整好挡板11相对于固定台4的位置，旋紧挡板11固定螺钉，实现挡板11相对于固定台4的位置的固定。挡板11设有与固定台4的顶面平行的夹具滑槽，岩石夹具12能够沿夹具滑槽平移，使得岩石夹具12能够始终夹紧岩石，示例性的，岩石夹具12采用类似游标卡尺的直角三角形夹爪。岩石夹具12设有夹锁紧螺钉，夹具锁紧螺钉穿过岩石夹具12并能够抵在夹具滑槽上，调整好挡板11相对于岩石夹具12的位置，旋紧锁紧螺钉，实现挡板11相对于岩石夹具12的位置的固定。

为了实现对岩石的精确切割，发明实施例中，切割机构包括圆锯17和平移机构，平移机构包括第一方向机构14、第二方向机构15、第三方向机构16；第一方向机构14、第二方向机构15、第三方向机构16均为滑轨滑块机构；滑轨滑块机构包括直线滑轨和直线滑块，直线滑块沿直线滑轨平移；第一方向机构14的直线滑轨与基座1固定，第二方向机构15的直线滑轨与第一方向机构14的直线滑块固定，第三方向机构16的直线滑轨与第二方向机构15的直线滑块固定；圆锯17与挡板11平行。其中，第一方向机构14的直线滑轨与基座1的顶面垂直，第二方向机构15的直线滑轨与第一方向机构14的直线滑轨垂直，第三方向机构16的直线滑轨与第二方向机构15的直线滑轨垂直；第一方向机构14的直线滑轨、第二方向机构15的直线滑轨和第三方向机构16的直线滑轨位于同一平面上，且平面与基座1的中轴面平行或重合。

本发明实施例中，第一方向机构14实现圆锯17在X轴方向的位置调整，第二方向机构15实现圆锯17在Y轴方向的位置调整，第三方向机构16实现圆锯17在Z轴方向的位置调整，从而在保证圆锯17不发生扭转的前提下，实现圆锯17在空间内的平移，完成对岩石的精确切割。

由于对圆锯17的位置调整属于精确控制，本发明实施例中，采用自动控制，具体的，滑轨滑块机构还有直线电机，直线电机驱动直线滑块在直线滑轨内平移；岩石样本切割设备还设有控制主机，控制主机能够向直线电机发出移动控制信号，圆锯17通过切割电机驱动转动，控制主机能够向切割电机发出切割控制信号。在使用本发明实施例时，先调整好俯仰角和方位角，再固定挡板11和岩石夹具12，将透明外壳盖好，启动控制主机，通过控制主机在实现圆锯17对岩石的某一个切割面的切割。

为了防止圆锯17切割时对固定台4造成损坏，本发明实施例中，固定板的顶面设有切割让位槽18，在保证圆锯17完成对岩石的切割的同时，防止圆锯17切到固定台4，同时切割让位槽18还能够盛接切割岩石时产生碎屑和粉末，方便对本发明实施例的清理。

此外，挡板滑槽13设有标尺，能够显示挡板11与岩石接触的侧面到切割让位槽18中心的距离，而在控制主机控制圆锯17的位置时，均以切割让位槽18的中心为参照点，通过平移机构来调整圆锯17相对与固定台4的空间位置，从而实现切割的精确控制。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本切割设备，使用俯仰角调节机构和方位角调节机构，可以调节岩石相对圆锯的俯仰角度和方位角度，使得本发明的岩石样本切割设备能够切割出厚度更加均匀的长方形片状岩石样本，减少了后续磨平作业的工作量，提高了岩石样本的制样效率。通过切割结构来实现X、Y、Z的三轴其精确移动，从而实现圆锯对岩石切割位置的精确控制，使得切割后的样式样本形状更加规则，尺寸更加贴近岩石样本标准尺寸，进一步减轻后续磨平作业的工作了，提高了岩石样本的制样准确度和制样效率。此外，本实施例的岩石样本切割设备的结构简单、易于清理和维护、安全可靠、操作简便，无需对作业者进行专门的操作培训，降低了作业者使用限制，能够大幅提高岩石样本的制样效率和合格率。

实施例2

在将岩石切割成近似于岩石样本的标准形状和尺寸后，需要对岩石样本进行磨平和抛光处理，以方便后续的测试。由于对岩石样本切割成片状的工艺原因，切割后的岩石样本往往并不是厚度均匀的片状，甚至会出现切割面倾斜的情况。现有技术中，通常采用胶水粘结或机械固定的形式来将岩石样本固定在样本卡盘上，出现的问题是，很难保证待研磨抛光面近似水平，因此在磨平过程中往往需要先将切斜的面磨成水平的面，再对水平面进行磨平抛光，极大地增加了磨平过程中的工作量，而现有的磨平抛光设备大约20min左右才能磨去0.5mm，因此完成制样过程往往需要几个小时。而有时为了提高效率同时对多个岩石样本进行磨平抛光，但是由于不同样本的厚度差异可能很明显，就会出现某个岩石样本已经磨平了，但是其他样本还未磨平，因此至继续对所有样本进行磨平，直至所有的岩石样本均已经磨平，反而造成了无用的磨平作业。

针对上述问题，本发明实施例提供一种用于岩石样本的制样过程的岩石样本磨平抛光加载装置，与岩石抛光机配套使用。如图4所示，岩石样本磨平抛光加载装置包括：样本卡盘19、连接板22、样品压块25、配重组件和修盘环33；其中，样本卡盘19和连接板22均能够可拆卸安装于修盘环33中，连接板22位于样本卡盘19的上方，连接板22与修盘环33的上端连接；样本卡盘19为旋转对称结构，且沿周向均匀布设多个样品安装孔20；样品压块25可拆卸安装于样品安装孔20内，并压在装入样品安装孔20内的岩石样本上；连接板22设有与样品安装孔20数量相同的配重通孔，配重组件能够通过配重通孔向样品压块25施加压力，由于岩石样品位于样品压块25的下方，在研磨过程中配重组件向岩石样本施加竖直向下的压力。

本实施例中，为了在研磨开始时岩石抛光机的作业托盘40就与岩石样本的整个待研磨抛光面接触，采用热塑树脂将待研磨抛光的岩石样本固定在样品压块25的下表面，固定过程呈使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

本实施例中，配重组件的数量与样品压块25的数量相同，配重组件包括配重杆27和配重块29，配重块27由金属材质制成的空心圆柱体结构，配重块29可拆卸安装于配重杆27上。进一步地，如图4和图12所示，配重块29的中心处设有配重中心通孔30，配重杆27上设有配重卡部28，配重中心通孔30的孔径与配重杆27的直径相等，配重杆27能够穿过配重块27的配重中心孔30，配重卡部28将配重块27固定在配重杆27上。

进一步地，配重卡部28为螺栓，配重杆27上设有螺纹孔，螺纹孔的中心线与配重杆27的中心线垂直，螺栓的长度大于配重杆的杆径。此结构的配重卡部28，结构简单方便拆装。

进一步地，配重块29的数量为多个，每个配重块29的尺寸及重量相同；或者，配重块29的数量为多个，配重块29具有多种规格，多个配重块29的重量呈阶梯设置，如100g、200g、300g、400g、500g，或者，50g、100g、150g、200g、250g，能够满足研磨不同硬度岩石样本的配重需求，更换方便。此结构的磨平抛光加载装置，为每个岩石样本设置独立配重组件，能够针对不同硬度、不同耐磨程度的岩石样本设置配重组件的重量，实现对多种岩性、不同硬度的样品同时进行抛光，通用性强，抛光效率高，具有广泛的应用前景。

本实施例中，样本卡盘19的外形尺寸与修盘环33的内部空腔结构相匹配，如图6或图10所示，样本卡盘19为圆盘结构，具有一定厚度，样本卡盘19周向均匀布设3个样品安装孔20，样品安装孔20的截面形状为矩形，矩形样品安装孔的形状和尺寸稍大于岩石样本的标准形状和标准尺寸，矩形样品安装孔的长×宽尺寸为45±5mm×30±5mm。

本实施例中，样品压块25的由金属材质制成，样品压块25与样品安装孔20具有相同的形状和尺寸，样品压块25能够无缝安装于样品安装孔20内，在研磨抛光过程中，能够在配重组件的作用下在样品安装孔20中向下移动，样品压块25的高度大于样本卡盘19的厚度。样品压块25与待研磨抛光的岩石样本通过热塑树脂连接，采用热塑树脂将岩石样本固定在样品压块25的下表面，保证岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

进一步地，如图8至图9所示，样品压块25的顶面中心设置定位槽26，定位槽26用于容纳配重杆27的下端部。由于配重杆27的下端部能够伸入定位槽26中，使配重组件施加的压力均匀作用在岩石样本上，提升了研磨抛光效果。

进一步地，样品压块25的下表面设置卡槽，卡槽的截面形状为四边外凸的矩形，卡槽的长宽尺寸小于样品安装孔20的长宽尺寸，且大于岩石样本的长宽尺寸，卡槽内充填有热塑树脂，岩石样本的高度(也即厚度)大于卡槽的深度。示例性的，若矩形样品安装孔的长×宽尺寸为45±5mm×30±5mm，则卡槽的长×宽尺寸为40±5mm×25±5mm(长×宽)，由于卡槽的长宽尺寸大于岩石样本的长宽尺寸，热塑树脂能够过量填充，加热后的热塑树脂处于塑性状态，并且卡槽的截面形状为四边外凸的矩形，热塑树脂会填充到岩石样本侧壁与卡槽侧壁之间的空隙中，从而将岩石样本固定在样品压块25上。样品压块25设置卡槽，一方面采用热塑树脂固定岩石样本的操作更加方便，加热的热塑树脂不会溢出；另一方面，避免因样品压块25的外壁沾有冷却的热塑树脂，样品压块25与样品安装孔20的内壁之间存在较大的阻力，在研磨抛光过程中，配重组件施加的压力无法使样品压块25下移，严重影响研磨抛光效果。

本实施例中，连接板22为旋转对称结构，如图5所示，连接板22为圆形结构，连接板22的中心处设有第一通孔23，连接板22沿周向均匀设置3个第二通孔24，第二通孔24的孔径与配重杆27的直径相等。

本实例中，修盘环33为空心圆筒结构，样本卡盘19和连接板22能够装入修盘环33内，样本卡盘19的直径与修盘环33的内径相等，连接板22位于样本卡盘19的上方，连接板22通过连接件与修盘环33固定连接，如图7、图11所示。进一步的，连接件为卡爪35，卡爪35的一端固定于连接板22上，另一端通过螺钉与修盘环33固定，修盘环33的上端面设置螺孔。将连接板22与修盘环33直接固定，样本卡盘19、连接板22以及修盘环33的侧壁形成空腔，此结构能够保证配每一个配重组件施加的压力仅作用在其相对应的待研磨抛光的岩石样本上，而不会对其他样品的压力产生影响。修盘环33的外周壁设置防滑层，如橡胶层。

为了便于样品磨平抛光加载装置的整体移动，样品磨平抛光加载装置还设有把持移动组件，把持移动组件包括中心杆31和把持部，把持部可拆卸地设置于中心杆31的上端，用于使用者把握。中心杆31的下部设有连接板卡部32，连接板卡部32将中心杆31分为上段和下段两部分，连接板卡部32的尺寸大于第一通孔23的孔径。中心杆31的直径与第一通孔23的孔径相等。安装时，中心杆31的上端穿过连接板22的第一通孔23，中心杆31的下段被连接板卡部32卡在连接板22的下方，由于卡爪35将连接板22与修盘环33固定，在提拉把持部时，在卡爪35和连接板卡部32的限位作用下，将样品磨平抛光加载装置的整体提起。

为了使中心杆31处于竖直状态，样本卡盘19的中心处设有中心杆槽21，中心杆槽21的槽径与中心杆31的杆径相等，安装时，将中心杆31下段的下端部伸入中心杆槽21中，由于连接板22的第一通孔23的中心线与样本卡盘19的中心杆槽21的中心线重合，并且中心杆31的直径与第一通孔23的孔径、中心杆槽21的槽径均相等，从而使中心杆31处于竖直状态。

当连接板22和样本卡盘19在轴向上对齐时，连接板22的第一通孔23与样本卡盘19的中心杆槽21对齐、连接板22的第二通孔24与样品安装孔20对齐，当样品安装孔20中安装样品压块25后，连接板22的第二通孔24与样品压块25顶面的定位槽26对齐，也就是说，第一通孔23的中心线与中心杆槽21的中心线重合，第二通孔24的中心线、样品安装孔20的中心线以及安装在样品安装孔20中样品压块25的中心线重合。

为了保证配重组件向样品压块25仅施加竖直向下的作用力，连接板22的第二通孔24安装有垂直限位部34，垂直限位部34与第二通孔24的内壁可拆卸固定连接。进一步的，垂直限位部34为竖直管，竖直管的内径与配重杆27的直径相等，竖直管的外径等于第二通孔24的孔径，采用竖直限位部34能够保证配重杆27在竖直方向上移动，进而确保配重组件对样品压块25的作用力施竖直向下，提高了研磨抛光效果。

进一步地，竖直管的下端设置外凸的圆周卡部，竖直管能够由下向上穿过第二通孔24，外凸的圆周卡部卡在连接板22的下方，采用夹紧件夹住伸出第二通孔24上方的竖直管的外壁，加紧件与外凸的圆周卡部将连接板与竖直部相对固定，并保证竖直管处于竖直状态。

为了防止样本卡盘19在样品磨平抛光加载装置整体移动过程中意外脱落，采用如下两种结构设计方式：第一种方式，样本卡盘19的外周壁设置防滑部，防滑部为橡胶凸起或橡胶防滑层，橡胶凸起的高度或橡胶防滑层的厚度为1mm，设置防滑部不影响样本卡盘19装入修盘环33或移出修盘环33，在装入或移出样本卡盘19时需要施加一定的力，设置防滑部能够避免样品磨平抛光加载装置在整体移动过程中，样本卡盘19从修盘环33中脱落。第二种方式，中心杆槽21的内壁设置内螺纹，中心杆31的下端设置外螺纹，中心杆31与中心杆槽21通过螺纹连接，使用时，通过旋拧中心杆31使中心杆31与中心杆槽21紧固连接，反向旋拧中心杆31使中心杆31与中心杆槽21分离。

需要说明的是，岩石样本的标准尺寸在不同的测试中不完全相同，但针对某一种测试，岩石样本的标准尺寸是本领域的惯用尺寸，通常情况下，岩石样本的标准尺寸不大于40mm×25mm，厚度小于10mm。实际操作中，根据岩石样本的尺寸选择相应尺寸的样本卡盘19及配套的样品压块25。

利用本实施例的岩石样本的样品磨平抛光加载装置进行岩石样本研磨抛光包括如下步骤：

步骤1：将待研磨抛光的岩石样本置于样品压块25的下表面。采用热塑树脂将待研磨抛光的岩石样本固定在样品压块25的下表面，使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

具体的，先将样品压块25倒置，使样品压块25的卡槽一侧朝上，将加热后的热塑树脂填充在样品压块25的卡槽中，再将岩石样本放置在热塑树脂上。此时由于热塑树脂过量填充，以及加热后的热塑树脂处于塑性状态，并且卡槽的截面形状为四边外凸的矩形，热塑树脂会填充到岩石样本侧壁与卡槽侧壁之间的空隙中；在热塑树脂冷却凝固过程中，将装有岩石样本的样品压块25再次倒置，放置在水平平台上，使岩石样本的待研磨抛光面向下并与水平平台上表面接触，在样品压块25的上表面放置一水平夹板，利用对称设置的螺栓使水平夹板与水平平台平行且能够夹紧装有岩石样本的样品压块25，直至热塑树脂冷却凝固，此时拆下水平夹板，将固定有岩石样本的样品压块25取出，此时，岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

采用热塑树脂的原因在于：热塑树脂加热后呈现塑性状态，但不是通俗意义上的流体，因此可以将样品压块25倒置，而不用考虑热塑树脂的流动；冷却后的热塑树脂呈现刚性，能够对岩石样本进行固定，并保持岩石样本的姿态，使得岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行，进而使同一批样品的待研磨抛光面近似处于同一水平面的状态；如果步骤1中，在热塑树脂冷却过程中不倒置样品压块25，那么岩石样本会在重力的作用下继续将热塑树脂压到岩石样本侧壁与卡槽侧壁之间的空隙中，使得该岩石样本出现沉降误差，导致无法保证岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行，进而无法保证同一批岩石样本的待研磨抛光面都近似处于同一水平面。此外，当岩石样本进行测试后只需要对热塑树脂再次加热，就能对热塑树脂进行回收，方便再利用，且几乎没有损耗。

步骤2：组装岩石样本磨平抛光加载装置，具体包括如下步骤：

步骤2.1：将样本卡盘19放置在操作平台上，将固定有岩石样本的样品压块25装入样本卡盘19的样品安装孔20中，岩石样本的待研磨抛光面朝下。

步骤2.2：将中心杆31的上端穿过连接板22的第一通孔23，中心杆31的下段被连接板卡部32卡在连接板22的下方，调整连接板22的位置，使第一通孔23与样本卡盘19的中心杆槽21对齐，将中心杆31下段的下端部旋拧入样本卡盘19的中心杆槽21中，并拧紧固定；绕中心杆31转动连接板22，使连接板22的第二通孔24与样品压块25顶面的定位槽26对齐，将配重杆27穿过第二通孔24，并使配重杆27的端部伸入样品压块25的定位槽26中；在配重杆27上安装配重块29。

步骤2.3：在中心杆31的顶端安装把持部36，操作者提拉把持部，将组装的样品卡盘19、固定有岩石样本的样品压块25、连接板22、配重组件整体装入修盘环33中，利用卡爪35将连接板22与修盘环33的上端面固定，完成磨平抛光加载装置组装。

步骤3：将完成组装的磨平抛光加载装置整体放置在岩石抛光机的作业托盘40上进行研磨抛光。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本磨平抛光加载装置，采用热塑树脂将岩石样本的固定在样本压块上，并通过夹紧及倒置冷却的方式来使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行，能够大幅度地减少磨平的工作量，提高磨平抛光的工作效率，只需要5min就能完成一次磨平作业，每个磨平抛光加载装置能够同时研磨抛光处理3个岩石样本，一台岩石抛光机能够同时对两个磨平抛光加载装装置进行作业，一次完成6个岩石样本的研磨抛光。另外，在研磨抛光过程中，每个待研磨抛光的岩石样本均独立设置配重组件，能够针对不同岩性、不同硬度、不同耐磨程度的岩石样本设置不同重量的配重组件，进而能够实现同时对不同岩性、不同硬度的多种样品进行抛光，通用性强，具有广泛的应用前景。

实施例3

本发明的又一具体实施例，公开了一种岩石抛光机，岩石抛光机配套设有实施例2的岩石样本磨平抛光加载装置。如图13所示，岩石抛光机包括主体37、控制组件、限位支架41以及实施例2的磨平抛光加载装置，磨平抛光加载装置的数量为一或多组，优选2组，每组磨平抛光加载装置安装有3个待研磨抛光样本；主体37设有喷水组件38、抛光液滴加组件39、作业托盘40和用于驱动作业托盘40转动的驱动电机，其中，抛光液滴加组件39用于向作业托盘40滴加抛光液，控制组件设于主体37内部，用于控制岩石样本的研磨抛光过程；限位支架41用于将磨平抛光加载装置限位在作业托盘40的某一位置，限位支架41设有两个滚轮42和用于驱动滚轮42转动的滚轮电机，滚轮42与修盘环33的外周壁相切，带动样本卡盘19旋转，样本卡盘19的旋转方向与作业托盘40的旋转方向相反。

实施时，按照实施例2的方法组装将3个待研磨抛光样品固定于样本卡盘19的样品安装孔20中，将装有岩石样本加载装置放在作业托盘40上，岩石样本的待研磨抛光面与作业托盘40接触。调整限位支架41使滚轮42与修盘环33相切。通过控制组件设置作业托盘40的转速、转动时间，设置抛光液滴加组件39滴加抛光液的速度、滴加时间等参数，启动岩石抛光机进行岩石样本的研磨抛光，样本卡盘19在修盘环33与滚轮42的共同作用下，与旋转的作业托盘40产生速度差，研磨过程中喷水组件38向转动的作业托盘40上持续喷水，抛光液滴加组件39向转动的作业托盘40上持续滴加抛光液，岩石抛光机工作设定时间后，关闭抛光机完成石样本的研磨抛光。

在对岩石样本的待研磨抛光面进行磨平抛光时，通过抛光液滴加组件39的蠕动泵将抛光液滴在岩石样本的待研磨抛光面上；在抛光液滴加组件39的抛光液容器中放入磁搅拌转子，并将抛光液容器放置在磁力搅拌器上，保持对抛光液的搅拌。使用磁搅拌的方式能够保持抛光液始终处于混合状态，防止抛光液内的有效成分沉淀，提高了抛光的效率和效果。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石抛光机，配套设有两组岩石样本加载装置，每组岩石样本加载装置可以固定安装3个岩石样本，一次能够同时完成6个岩石样本的研磨抛光，显著提升了抛光工作效率，大幅度减轻了操作者的劳动强度。通过设置控制组件，能够岩石抛光机自动完成抛光过程，操作简单，能够用于各类地质样品的抛光，即便没有制样经验的研究人员也能自行获得优质的地质岩石样本，降低了实验耗材成本，应用前景广泛。

实施例4

本发明的又一具体实施例，公开了一种岩石样本制样***，该制样***包括实施例1的岩石样本切割设备和实施例3的岩石抛光机，岩石抛光机配套设有实施例2的岩石样本磨平抛光加载装置。

利用本实施例的岩石样本制样***进行制样过程中，使用实施例1中的岩石样本切割设备对岩石样本进行切割，使用实施例2中的岩石样本磨平抛光加载装置以及实施例3中的岩石抛光机对岩石样本进行磨平抛光。

具体的，岩石样本制样方法，如图14所示，包括如下步骤：

步骤1：使用岩石样本切割设备对采集的岩石进行切割，得到待抛光的岩石样本。

步骤1.1：采集岩石。

通常需要现场采集测试目标岩石，为了方便切割，采集的岩石不行应当过大，过大的岩石应当先初步破碎成小块的岩石，小块岩石的特征尺寸应当大于岩石样本的标准尺寸，且不大于标准尺寸的3倍，即小块的岩石应当能够完全放入，岩石样本的标准尺寸的长宽厚的3倍对应的长方体空间内。本发明实施例中避免采集的岩石尺寸过大增加岩石切割的工作量，从而提高岩石样本的制样效率，此外，如果岩石的尺寸过大也不利于岩石样本切割设备对岩石的固定。

步骤1.2：岩石切割。

使用实施例1中的岩石样本切割设备对采集的岩石进行切割，且保证切割成的待抛光的岩石样本的尺寸略大于岩石样本的标准尺寸。

具体的：

步骤1.2.1：旋松夹具锁紧螺钉，将采集的岩石放置在固定台4上，同时使切割后的岩石的一面抵在挡板11上，调整岩石夹具12的夹爪，将岩石夹住，此时拧紧夹具锁紧螺钉，固定夹爪与挡板11的相对位置；再沿挡板滑槽13调整挡板11相对于固定台4的位置，拧紧挡板11固定螺钉，固定挡板11与固定台4的相对位置，完成对采集的岩石在固定台4上的固定。此过程中应当保证圆锯17能够在切割让位槽18的上方将采集的岩石切割出足够大的切割平面。

步骤1.2.2：转动固定台4，使圆弧滑块3在圆弧滑轨2内滑动，从而通过固定台4调整岩石相对与圆锯17的方位角，旋紧顶紧螺钉，固定方位角；扭转旋转调节块9，转动丝杠6，使螺母沿丝杠6和螺母滑轨10上下平移，从而通过固定台4调整岩石相对于圆锯17的俯仰角，停止扭转旋转调节块9，固定俯仰角。使得挡板11与圆锯17平行。

步骤1.2.3：盖上透明外壳，在控制主机上设置圆锯17的切割位置与进给量，启动圆锯17，完成对采集的岩石的一个切割面的切割后，关闭圆锯17。

步骤1.2.4：将岩石取下，旋转岩石柄，重复步骤2.1至2.3，保证刚刚切割好的切割面抵在岩石夹具12或挡板11上，直至将岩石切割成厚度均匀的长方形薄片状的岩石样本。

步骤1.2.5：重复步骤1.2.1至1.2.4，直至完成所有岩石样本的切割。

步骤2：将完成切割的待研磨抛光的岩石样本装入岩石样本磨平抛光加载装置中，利用岩石抛光机进行研磨抛光。

步骤2.1：将待研磨抛光的岩石样本置于样品压块25的下表面。采用热塑树脂将待研磨抛光的岩石样本固定在样品压块25的下表面，使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

具体的，先将样品压块25倒置，使样品压块25的卡槽一侧朝上，将加热后的热塑树脂填充在样品压块25的卡槽中，再将岩石样本放置在热塑树脂上。此时由于热塑树脂过量填充，以及加热后的热塑树脂处于塑性状态，并且卡槽的截面形状为四边外凸的矩形，热塑树脂会填充到岩石样本侧壁与卡槽侧壁之间的空隙中；在热塑树脂冷却凝固过程中，将装有岩石样本的样品压块25再次倒置，放置在水平平台上，使岩石样本的待研磨抛光面向下并与水平平台上表面接触，在样品压块25的上表面放置一水平夹板，利用对称设置的螺栓使水平夹板与水平平台平行且能够夹紧装有岩石样本的样品压块25，直至热塑树脂冷却凝固，此时拆下水平夹板，将固定有岩石样本的样品压块25取出，此时，岩石样本的待研磨抛光面与样品压块25的上表面平行。

步骤2.2：组装实施例2的岩石样本磨平抛光加载装置，具体包括如下步骤：

步骤2.2.1：将样本卡盘19放置在操作平台上，将固定有岩石样本的样品压块25装入样本卡盘19的样品安装孔20中，岩石样本的待研磨抛光面朝下。

步骤2.2.2：将中心杆31的上端穿过连接板22的第一通孔23，中心杆31的下段被连接板卡部32卡在连接板22的下方，调整连接板22的位置，使第一通孔23与样本卡盘19的中心杆槽21对齐，将中心杆31下段的下端部旋拧入样本卡盘19的中心杆槽21中，并拧紧固定；绕中心杆31转动连接板22，使连接板22的第二通孔24与样品压块25顶面的定位槽26对齐，将配重杆27穿过第二通孔24，并使配重杆27的端部伸入样品压块25的定位槽26中；在配重杆27上安装配重块29，配重组件对样品压块25施加竖直向下的压力。

步骤2.2.3：在中心杆31的顶端安装把持部36，操作者提拉把持部，将组装的样品卡盘19、固定有岩石样本的样品压块25、连接板22、配重组件整体装入修盘环33中，利用卡爪35将连接板22与修盘环33的上端面固定，完成磨平抛光加载装置组装。

步骤2.3：将完成组装的磨平抛光加载装置整体放置在岩石抛光机的作业托盘40上进行研磨抛光。

步骤2.4，重复步骤2.1至2.3，直至完成对所有岩石样本的磨平抛光作业。当完成对岩石样本的后续测试后，对与岩石样本连接的固态热塑树脂进行加热，直至热塑树脂处于塑性状态，将热塑树脂进行回收，使得热塑树脂可以循环利用，降低实验成本，符合绿色实验理念。

针对步骤2，为对比工作效率，从同一大块岩石切割得到数十块岩石样本，挑选出12块待研磨抛光的岩石样本，分两组进行对比实验。使用本领域现有方法来对同一岩石切割得到的6块方解石样本逐个进行人工磨平抛光，单个方解石样本磨平抛光平均用时20min，单个方解石样本其他工序平均用时10min，总用时180min，成品率为67％。使用本发明实施例的方法来对另外6块某方解石样本进行磨平抛光，只需一次研磨抛光作业就完成6块岩石样本的研磨抛光，磨平抛光用时5min，其他工序共用时20min，总用时25min完成6块方解石样本的磨平抛光，并且本方法制成的岩石样本，抛光效果好，成品率为100％。显然，使用本发明实施例的方法来进行岩石样本制样大幅度缩减了工作时间，提高了工作效率和成品率。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本制样方法，至少具有如下有益效果之一：

(1)通过采用具有俯仰角调节机构和方位角调节机构的岩石样本切割设备，能够调节岩石相对圆锯的俯仰角度和方位角度，进而能够切割出厚度更加均匀的长方形片状岩石样本，减少了后续磨平作业的工作量，提高了岩石样本的切割制样效率。

(2)通过采用采用热塑树脂将岩石样本的固定在样本压块上，并通过夹紧及倒置冷却的方式来使岩石样本的待研磨抛光面与样品压块的上表面平行，保证同一批岩石样本的待研磨抛光面都近似处于同一水平面上，从而大幅度地减少磨平的工作量，提高磨平抛光的工作效率。

(3)在研磨抛光过程中，每个待研磨抛光的岩石样本均独立设置配重组件，能够针对不同岩性、不同硬度、不同耐磨程度的岩石样本设置不同重量的配重组件，进而能够实现同时对不同岩性、不同硬度的多种样品进行抛光，大幅提高工作效率和制样成品率，应用前景广泛。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种岩石样本制样***，其特征在于，包括岩石样本切割设备和岩石抛光机，所述岩石抛光机配套设有岩石样本磨平抛光加载装置；

所述岩石样本切割设备包括：切割机构、岩石固定机构和姿态调整机构；所述切割机构可活动的安装在所述岩石样本切割设备的基座(1)上；

所述姿态调整机构包括固定台(4)、方位角调整机构和俯仰角调整机构；所述固定台(4)的底面与基座(1)通过球铰(5)连接；

所述方位角调整机构包括圆弧滑轨(2)、圆弧滑块(3)和顶紧螺钉，所述圆弧滑块(3)与固定台(4)的底面固定连接；所述圆弧滑轨(2)的圆心与球铰(5)的中心重合；所述顶紧螺钉穿过固定台(4)且抵在圆弧滑轨(2)上；所述圆弧滑块(3)设有至少2个，且能够沿圆弧滑轨(2)滑动；

所述俯仰角调整机构包括滚珠丝杠机构和连杆(8)，所述滚珠丝杠机构的丝杠(6)与基座(1)垂直，所述滚珠丝杠机构的丝杠螺母(7)与连杆(8)铰接，连杆(8)与圆弧滑轨(2)铰接；

所述岩石样本磨平抛光加载装置包括样本卡盘(19)、连接板(22)、样品压块(25)、配重组件和修盘环(33)；

所述样本卡盘(19)和连接板(22)均能够可拆卸安装于修盘环(33)中，连接板(22)位于样本卡盘(19)的上方；

所述样本卡盘(19)为旋转对称结构，且沿周向均匀布设多个样品安装孔(20)；

所述样品压块(25)能够安装于样品安装孔(20)内；

所述连接板(22)设有与所述样品安装孔(20)数量相同的配重通孔，配重组件能够通过配重通孔向样品压块(25)施加压力；

所述样品压块(25)的下表面设有卡槽，所述卡槽充填有热塑树脂；

岩石样本采用热塑树脂固定在样品压块(25)下表面的卡槽内，岩石样本的待研磨抛光面与样品压块(25)的上表面平行；

所述配重组件包括配重杆(27)和配重块(29)，所述配重块(29)可拆卸安装于所述配重杆(27)上；

所述连接板(22)为旋转对称结构，连接板(22)的中心处设有第一通孔(23)，连接板(22)沿周向均匀设有3个第二通孔(24)，第二通孔(24)的孔径与所述配重杆(27)的直径相等；

所述样品压块(25)能够无缝安装于样品安装孔(20)内，在研磨抛光过程中能够在配重组件的作用下在样品安装孔(20)中向下移动。

2.根据权利要求1所述的岩石样本制样***，其特征在于，所述岩石样本磨平抛光加载装置还包括把持移动组件，所述把持移动组件包括中心杆(31)和把持部。

3.根据权利要求2所述的岩石样本制样***，其特征在于，所述样本卡盘(19)的中心处设有中心杆槽(21)，中心杆槽(21)的槽径与中心杆(31)的杆径相等。

4.根据权利要求1至3任一项所述的岩石样本制样***，其特征在于，所述样品压块(25)的顶面中心设有定位槽(26)。

5.一种岩石样本制样方法，其特征在于，所述岩石样本制样方法使用权利要求1至4任一项所述的岩石样本制样***；

所述岩石样本制样方法包括如下步骤：

步骤1：使用所述岩石样本切割设备对采集的岩石进行切割，得到待研磨抛光的岩石样本；

步骤2：将岩石样本装入所述岩石样本磨平抛光加载装置中，利用所述岩石抛光机进行研磨抛光。

Images