CN1129981A - 研磨材料样品的设备 - Google Patents

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Abstract

这是一种对材料样品进行研磨，例如对组装在显微镜载片上的岩石样品进行研磨的设备，它包括支架和骨架结构(1)，上有旋转台(3)，旋转台制造成保持一定数量的材料样品。在旋转台的上方至少装有一个能垂直移动的研磨轴(2)。用一个可编程控制单元(4)，来控制研磨过程。

Description

研磨材料样品的设备
本发明涉及研磨材料样品的设备，例如对组装在显微镜载片上的岩石样品进行显微结构研磨的设备。
在从地下构造(岩石)中抽取石油和气体以前，取得该构造的特性的知识是十分重要的。取得构造特性知识主要是依靠在显微镜下仔细观察该岩石的显微结构，弄清岩石的孔隙度和构造情况。研磨前首先要切割好一块岩石并加以浸渍。然后把浸渍过的石块进行表面研磨，然后组装到显微镜载片上进行最后研磨。
最常见的研磨方法是以所谓的“打补丁”(patching)为基础的，就是把水性悬浮液中的金刚砂磨粒加到旋转的铸铁园盘上，再把材料样品(显微镜载片上装的样品)组装到一个或几个能旋转的夹具上，并使之压到旋转的铸铁园盘上。利用这种类型的设备和方法时，金刚砂磨粒本身作为磨剂发挥作用，逐渐把(样品的)厚度磨成约30μm。
但是，这一方法和设备碍于若干缺点。首先，在“打补丁”过程中，磨粒会压入材料样品上的环氧塑胶物内，在研磨好的材料样品的微孔中呈现为黑色颗粒。这在最不利情况下会使该样品不适于作进一步的分析。其次，旋转的铸铁园盘在研磨操作过程中有可能表面倾斜，须经常调整。这会使工作量增大很多。园盘倾斜还可使材料样品显著地不平整，因而也不能用作进一步的试验。
已有设备再一个缺点是它需要一名操作员的监督，因而使用的费用较高。
本发明提供一种研磨材料样品的设备，它可消除上述缺点，亦即：
—它在本质上使用方便，
—它在研磨操作中能在本质上提供更大的精密度，
—它能避免磨粒渗入材料样品中，
—它需要的操作人员的参预最少，
—它可研磨出本质上更精细而平整表面的材料样品成品，
—它在与材料样品的下一步表面抛光作业的衔接上可以节省时间，
—它的研磨生产能力比较大。
本发明的设备的特征在于，它包括一个旋转台，在旋转台上可稳妥地放置材料样品，从而用安装在旋转台上方的至少一个可上下移动的研磨轴以至少一个步骤进行研磨，见权利要求1所定义的。
独立权利要求2-10定义了本发明的优选特征。下面将用实旋例并参考下列附图来进一步描述本发明：
图1示出本发明的研磨设备的a)正视图，b)侧视图和c)上视图。
图2示出本设备中的研磨轴支承结构的大比例尺图。
图3示出本发明的旋转台的上视图和放大图。
图4示出两块材料样品的实例，a)是用本发明的研磨设备研磨的，b)是用已有设备“打补丁”研磨的。
如图1所示，本发明的设备包括四个主要部件，即骨架和支架结构1、研磨轴装置2、旋转台3和控制单元4。
骨架和支架结构1设计成能在用该设备进行研磨操作时吸收巨大的能量，因此是用强力的钢梁和加劲杆5，6，7制作的，以保证足够的稳定性，并防止研磨的样品出现不平整。关于骨架和支架结构的进一步详情取决于制造技术人员的能力，在此不加赘述。
如图1所示，研磨轴装置2包括两个研磨轴，安装在旋转台3的上方，一个是粗磨轴，一个是精磨轴，每个都由一台电动机8驱动。每套研磨轴和电动机单元2，8，都用托板或托架9支承，托架9可沿着支架结构上的导轨10在垂直方向移动。
托架9，并与研磨轴2一起，可借助高精度的螺母/丝杆装置11上下移动，由伺服电机12来操作。如前所述，本发明的设备系设计成能精细地把材料样品研磨到厚20-30μm，精度为±1μm。为避免热膨胀带来的研磨偏移，研磨轴系用托架9上的特种支承器13支承着，在图2中用放大的比例尺示出了它的结构。图中详细示出了聚四氟乙烯填料14，向心止推滚珠轴承(angular contactball bearing)15和16，盘形弹簧17，径向止推滚珠轴承(radial contact ball bearing)18，防松螺母19，研磨轴的传动轴20，以及定心环。
在支承器中使用了上述不同尺寸和滚珠数的轴承，为的是防止轴承座圈在研磨的材料样品表面上产生出不需要的型样。盘形弹簧分别给轴承18和下部的支托轴承15、16旋加恒定压力，这样就使研磨轴无论怎样过热也不会对研磨面产生误差。换言之，即研磨轴的传动轴可以自由地向上膨胀。聚四氟乙烯轴封的摩擦力很小，在轴箱中产生的发热量很少。至于研磨轴本身，它们是由金刚石颗粒构成的，金刚石颗粒固结在做成园盘状的金属材料上，最好是形成杯子形，以便在研磨时获得很好的冷却。使用金刚石园盘是本发明的一个基本优点，因为村料样品可以保持彻底干净，研磨的材料在结构中不会留下不需要的颗粒。
图4示出两例材料样品，其中a)是用本发明的设备研磨的，b)是用已有设备“打补丁”研磨的。从图4b)中看出，在材料结构中有不需要的颗粒30。图4a)中示出的材料样品上没有这样的颗粒。
旋转台3(见图2)为本发明中第三个重要部件，它包括一只园形台盘，它可用电动机23通过皮带22或类似器械来驱动。台盘3连同传动机构22、23安装在托架类部件24上，托架则可在骨架结构5上的导轨25上移动。可适当地使用螺母/丝杆装置用伺服电机来驱动托架，类似于使研磨轴2升降的方式。
由于把旋转台安排成象上述那样能够移动，这就造成了一种摆动和转动的复合研磨动作，使材料样品获得平滑而准确(复盖全面)的研磨。
将要被研磨的材料样品是靠真空可松开地保持在旋转台3上的固定位置的。图3用大比例尺示出了本发明的旋转台3的顶视图。旋转台是黄铜做的，没有材料应力，上有若干小孔28与凹槽31相通，凹槽31安排成这样一种型样，凹槽相互间保持一定的距离，并与真空源(未画出)相连接。台上总共有四十个小孔和凹槽，可容纳相同数量的这样的样品。
在研磨过程中，通过装在旋转台上方的一个或多个喷嘴，向台上输送水以冷却材料样品。这些在图上都没有画出。
本发明的第四个重要部分是可编程逻辑控制器(PLC)，它构成了实现控制的控制***4。PLC单元可以通过称为“触摸屏幕显示”的装置来适当地操作，其间用不同的菜单和按键用来控制研磨设备。整个控制***是与研磨设备上装有的控制盘相连结、或者最好是装在单独的控制盘上，使操作员易于接触到。
所用的这种PLC单元是市场上能买到的，它本身不是什么专利性的东西，因此PLC单元的技术方案将不再进一步描述。但是，关于怎样利用PLC单元来操作研磨机方面，下面将作一简单说明。
当总开关合上后，所有的“轴”-旋转台和各研磨轴-就转回零点(称为“origo”)。同时，在操作屏幕上就显示出“origo search.”字样。当设备作好使用准备时，显示屏上就会显示出主菜单。举例说，可以在自动研磨岩石样品、自动研磨玻璃板或者手动研磨之间进行选择。
如在主菜单中选择手动研磨，一个子菜单就会出现，供选择开动旋转台，选择使用哪一台研磨电动机。如果选择的是精磨或粗磨，另一个子菜单将出现，指明执行手动研磨工序。在这里还可以输入并保持(记忆)参考点，后者可在用机器全自动研磨时使用，亦即凭借对样品的研磨进程和对参考点的记忆，机器能自动执行研磨工序的循环往复。
选择旋转台摆动的最终位置是在另外的菜单上完成的。在这个菜单上还可进行自动研磨速度的编程。
在选择自动研磨以前，首先要把材料样品放到旋转台上，并打开真空和冷却水。然后从主菜单中选定玻璃样品自动研磨或岩石样品自动研磨。选定后有关子菜单就出现，这才可能开动和停止程序中设定的研磨工序。此时整个研磨工序都可得到执行，包括粗磨和精磨以及旋转台的同时摆动，直到研磨作业完毕。然后旋转台会回到起点，材料样品即可进行下一步的处理和分析。
关于研磨作业，应注意最好是象上述那样用两只研磨盘，因为这样可以缩短研磨时间。在此情况下，是先用粗磨园盘把材料样品粗磨到适当的厚度，例如100μm，然后再用精磨园盘磨到要求的厚度，
例如30μm。但是，象在权利要求书中所定义的那样，本发明并不限定用两个研磨盘，而是可以只用一个，或者三个以上的研磨盘。

Claims (10)

1.对材料样品进行研磨，例如对组装在显微镜载片上的岩石样品进行显微结构研磨的设备，其特征在于：它包括支架和骨架结构(1)，上有旋转台(3)，旋转台设计得可松开地保持一定数量的材料样品；包括至少一个能在垂直方向移动的研磨轴(2)，它处于旋转台的上方；还包括一个可编程控制单元(4)，以便控制研磨过程。
2.按权利要求1的设备，其特征在于它包括两个研磨轴(2)，一个是对材料样品进行粗磨使用，另一个是进行精磨使用。
3.按权利要求1或2的设备，其特征在于研磨轴上装配有研磨园盘(21)，它是用金属固结金刚石颗粒做成的。
4.按权利要求3的设备，其特征在于研磨园盘(21)做成杯子形。
5.按权利要求1-4的设备，其特征在于研磨轴系安装在托架或托板(9)上，托架则可沿导轨(10)在垂直方向移动，用伺服电机通过螺母/丝杆装置来操作。
6.按权利要求1的设备，其特征在于旋转台(3)设计成能够相对于旋转台和研磨轴进行横向摆动。
7.按权利要求6的设备，其特征在于旋转台系安装在托架或托板(24)上，托架则装在导轨(25)上并可沿导轨移动，用伺服电机(27)通过螺母/丝杆装置(26)来操作。
8.按权利要求6-7的设备，其特征在于旋转台设计成能用真空来保持住材料样品，其特征还在于它开有一定数量的小孔(28)，小孔与真空源相连结，并沿旋转台四周安排成一定图案。
9.按权利要求1-8的设备，其特征在于旋转台(3)和研磨轴(2)的传动轴(20)都分别由弹簧装置(17)事先调定与支托轴承(15，16)的相对关系，即使得传动轴在受热情况下可自由膨胀而不使旋转台或研磨轴移位。
10.按权利要求9的设备，其特征在于传动轴是支撑在两只相对安装的支托轴承上，其特征还在于两只轴承(16，17)是直径和滚珠数不同的向心止推式滚珠轴承(angular contact ball bearingtype)。
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