NO179238B - Utstyr for tynnsliping av materialpröver - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr for sliping av materialprøver, f.eks. finsliping av en bergartsprøve montert på et objektglass, innbefattende en konsoll- og rammekonstruksjon med et bord som er innrettet for fastholdelse av et antall materialprøver og er anordnet på en vogn eller slede som er innrettet til å forskyves langs skinner e.l. ved hjelp av en drivinnretning, minst en over dreiebordet vertikalt bevegbar slipespindel som er anordnet på en vogn eller slede som er vertikalt forskyvbar langs skinner e.l., ved hjelp av en drivinnretning, samt en programmerbar styreenhet for styring av slipeprosessen.

Ved utvinning av olje og gass fra en underjordisk bergart er det av grunnleggende betydning å skaffe seg kjennskap til beskaffenheten til denne bergarten. Dette gjøres bl.a. ved å studere tynnslip av angjeldende bergart i mikroskop for å danne seg et bilde av bergartens porøsitet og struktur. Et tynnslip fremstilles ved først å kutte en bit av bergarten og impregnere den. Deretter planslipes den impregnerte biten før den monteres på et objektglass og finslipes.

Den vanligste slipingsmetoden foregår ved såkalt "lapping", dvs. at silisiumkarbidkorn i vannsuspensjon tilføres en roterende støpejemsplate, idet materialprøvene (objektgassene med prøvene) som er montert i en eller flere roterende holdere presses mot den roterende støpejernsplaten. Med denne type utstyr og metode fungerer således silisiumkarbidkornene som slipemiddel og tykkelsen reduseres gradvis til ca. 30 nm.

Den kjente metoden og utstyret er imidlertid beheftet med en rekke ulemper. For det første blir slipekornene presset inn i epoksyplasten i materialprøvene under "lapping"-prosessen og viser seg som sorte partikler i porene i de ferdige tynnslipene.

I verste fall fører dette til at tynnslipene er uegnet for videre analyser. Dernest får den roterende støpejernsplaten skjev overflate under slipeoperasjonen og må stadig rettes opp. Noe som medfører betydelig merarbeid. Skjevheten i støpejernsplaten kan også medføre betydelige ujevnheter i materialprøvene som av den grunn må kastes.

Ytterligere en ulempe med det kjente utstyret er at det krever overvåking av en operatør og derfor er kostbart å anvende.

US patentskrift nr. 3258880 viser en slipemaskin for spissing eller sliping av skjære-verktøy for maskinredskap. Maskinen har ikke noe dreiebord, men en holder for fastholdelse av verkstykket. Denne holderen kan dreies 240° om en vertikalakse for å kunne innstille verkstykket i forhold til slipeskiven.

Maskinen som vist i angjeldende US patentskrift er en grovslipemaskin som ikke kan benyttes til tynnsliping eller finsliping av materialprøver.

DE off.skrift. nr. 2628552 viser en slipemaskin for sliping og polering av større stein såsom gravstøtter hvor det benyttes et stort antall slipespindler anordnet i en felles roterede holder. Heller ikke denne maskinen har noe dreiebord, men en understøttelse for fremmating av steinen som skal slipes.

GB patentsøknad nr. 2124114 viser en slipeautomat for skjøre verkstykker der et og et verkstykke om gangen føres inn under og slipes av en overliggende slipespindel. Verkstykkene er riktig nok montert på og fremmates av en roterende benk, men benken er, så vidt fremgår av GB-publikasjonen, i ro under slipeoperasjonen. Men et slikt ensformig slipemønster der bare slipespindelen roterer, vil slipeoverflaten til slipespindelen raskt bli ujevn og skjev, noe som vil medføre ujevnheter og skjevheter i verkstykkene. En slik maskin vil derfor heller ikke kunne benyttes til tynnsliping av materialprøver.

Det samme gjelder løsningen vist i den europeiske patentsøknaden nr. 0323518. I henhold til sistnevnte publikasjon er verkstykket/ene oppspent i et bord som er innrettet til å kunne vibrere i forskjellige "mønstre" ved hjelp av piezoelektriske krystaller. Med så små amplituder (vibrasjoner) som kan oppnås med en slik løsning, vil det ikke kunne unngås at det oppstår skjevheter og ujevnheter i verkstykket/ene under slipeoperasjonen.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til utstyr for sliping av materialprøver hvor ovennevnte ulemper er eliminert, dvs. som

er vesentlig enklere å anvende,

gir vesentlig større nøyaktighet under slipe-

operasjonen,

unngår inntrengning av slipekorn i materialprøvene,

medfører minimal operatørinnsats,

gir vesentlig finere og jevnere overflate for de ferdig slipte materialprøvene, sparer tid ved senere polering av materialprøveoverflaten,

har større slipekapasitet.

Utstyret i henhold til oppfinnelsen er karakterisert ved at bordet utgjøres av et roterende dreiebord som er innrettet til å oscillere sideveis i forhold til slipespindelen/e under slipeprosessen.

De uselvstendige kravene 2-7 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen. Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til tegningene hvor:

Fig. 1 viser a) sett forfra, b) sett fra siden og

c) sett ovenfra slipeutstyret i h.h.t. oppfinnelsen,

Fig. 2 viser i større målestokk en opplagring for en slipe-

spindel som inngår i utstyret, og

Fig. 3 viser sett ovenfra og i større målestokk et dreiebord som inngår i utstyret.

Fig. 4 viser to eksempler på materialprøver som er slipte ved hjelp av h.h.v. a) slipeutstyr ifølge oppfinnelsen og b) kjent utstyr ved "lapping".

Utstyret i henhold til oppfinnelsen innbefatter som vist i Fig. 1 fire hovedkomponenter, nærmere bestemt en ramme- og konsollkonstruksjon 1, et slipespindelarrangement 2, et dreiebord 3, samt et styresystem 4.

Ramme- og konsollkonstruksjonen 1 er innrettet til å oppta store krefter under slipeoperasjonen ved anvendelse av utstyret og er derfor fremstilt av solide stålbærere og -avstivere 5, 6, 7 for å sikre tilstrekkelig stabilitet og hindre slipeavvik. Når det gjelder nærmere detaljer omkring ramme- og konsollkonstruksjonen, anses disse å ligge innenfor en fagmanns kompetanseområde og skal ikke kommenteres nærmere her.

Slipespindelarrangementet 2 består i det her viste eksempel av to direkte over dreiebordet 3 anordnede slipespindler, en grov- og en finspindel, som hver drives av en elektromotor 8. Hver spindel og motorenhet 2,8 er i sin tur understøttet av en slede eller vogn 9 som er forskyvbar i vertikal retning langs skinner 10 i konsollkonstruksjonen.

Sledene 9 og dermed spindlene 2 kan beveges opp eller ned ved hjelp av et høypresisjon mutter/skruearrangement 11 som drives av en servomotor 12. Utstyret i henhold til oppfinnelsen er som nevnt innledningsvis konstruert for å kunne finslipe materialprøver ned til en tykkelse av 20-30 nm og med en nøyaktighet på ± 1 |^m. For å unngå slipeavvik på grunn av varmeutvidelse er derfor slipespindelen opplagret i en spesiell opplagring 13 i sleden 9 som er nærmere vist i større målestokk i Fig. 2. I detalj vises her teflonpakninger 14, vinkelkontaktkulelager 15 og 16, tallerkenfjærer 17, sporkulelager 18, låsemutter 19, spindelaksling 20 og sentreringsring 29.

I opplagringen benyttes lågere som nevnt ovenfor med forskjellig dimensjon og kuleantall fordi dette hindrer at kulebanene frembringer uønsket mønster i slipeflaten for materialprøvene. Tallerkenfjærene for sin del frembringer et konstant trykk mot øvre lager 18, respektive de nedre trustlagere 15, 16 som gjør at eventuell varmgang i spindelen ikke skaper unøyaktighet mot slipeflaten. Spindelakslingen vil med andre ord fritt kunne utvide seg i retning oppad. Teflontettingene har liten friksjon som igjen skaper liten varmeutvikling i spindelhuset. Når det gjelder selve slipespindlene, består disse av metallbundne diamantskiver 21, fortrinnsvis skålformede sådanne for å oppnå god kjøling under slipeoperasjonen. Anvendelse av diamantskiver representerer en vesentlig fordel ved oppfinnelsen, idet materialprøvene som slipes blir helt rene og frie for fremmedpartikler i slipestrukturen.

I Fig. 4 vises to eksempler på materialprøver som er slipte ved hjelp av henholdsvis a) slipeutstyr ifølge oppfinnelsen og b) kjent utstyr ved lapping. Som det fremgår av Fig. 4 b) er det en mengde fremmedpartikler 30 i slipestrukturen. Materialprøven vist i Fig. 4 a) har ingen slike partikler.

Dreiebordet 3 (se Fig. 2) som utgjør det tredje viktige element i oppfinnelsen utgjøres av en sirkulær skive som via en removerføring 22 e.l. drives av en elektromotor 23. Skiven 3 med drivverk 22,23 er anordnet på en vogn, slede e.l. 24 som er forskyvbart anordnet på skinner 25 på rammekonstruksjonen 5. Vognen kan hensiktsmessig være drevet av en servomotor via en mutter/skrueløsning lignende den løsning som benyttes for heving og senkning av slipespindlene 2.

Ved å anordne dreiebordet 3 forskyvbart som her antydet, fremskaffes en kombinert oscillerende og roterende slipebevegelse for materialprøvene som gir jevn og nøyaktig (dekkende) nedsliping av disse.

Materialprøvene som skal slipes fastholdes hensiktsmessig på dreiebordet 3 ved hjelp av vakuum. Fig. 3 viser i forstørret målestokk et dreiebord 3 i h.h.t. oppfinnelsen sett ovenfra. Dreiebordet er fremstilt av spenningsfri messing og er forsynt med et stort antall hull 28 med spor 31 som er anordnet i et mønster i avstand fra hverandre og som er forbundet med en vakuumkilde (ikke vist). Totalt viser bordet førti slike hull med spor for fastholdelse av tilsvarende antall slike prøver.

Under slipeprosessen tilføres vann til dreiebordet for kjøling av materialprøvene via en eller flere dyser ovenfra. Dette er ikke nærmere vist i figurene.

Den fjerde og ikke minst viktige delen som inngår i foreliggende oppfinnelse er en programmerbar logisk styring (PLS) som utgjør styresystemet 4 for løsningen. Betjeningen av PLS-enheten kan hensiktsmessig foregå via et såkalt "touch screen display" hvor forskjellige menyer med berøringstaster benyttes til å styre slipeutstyret. Hele styresystemet 4 er bygget inn i et skap anordnet på selve slipeutstyret, eller fortrinnsvis på et eget frittstående stativ som er lett tilgjengelig for en operatør.

En slik PLS-enhet som her benyttes representerer i seg selv intet patenterbart idet den finnes fritt tilgjengelig i markedet, og den tekniske løsning når det gjelder PLS-enheten skal derfor følgelig ikke beskrives nærmere her. Imidlertid skal det i det etterfølgende kort beskrives hvordan slipemaskinen kan brukes ved hjelp av PLS-enheten.

Når hovedbryteren blir skrudd på vil alle "akser" som viser dreiebordets og slipespindelens posisjon bevege seg til et nullpunkt kalt "origo". Samtidig vil teksten "origo search" vises på operatørdisplayet. Når utstyret er klart til bruk vil så en hovedmeny vises på displayet. Her kan det f.eks. velges mellom automatisk steinsliping, automatisk glassplatesliping og manuell sliping.

Ved å velge manuell sliping i hovedmenyen vil det komme frem en undermeny med muligheter for valg av kjøring av dreiebord og for valg av hvilken slipemotor det er ønskelig å bruke. Velges finslip eller grovslip vil det komme frem en ny undermeny hvor manuell kjøring av slipeprosedyren utføres. Det er også her mulig å gå inn og lagre referansepunkter for bruk i helautomatisk sliping med maskinen. Det vil si at det ved å slipe en prøve og ved å lagre referansepunktene, kan maskinen automatisk utføre en gjentagelse av slipeprosedyren.

Valg av endepunkter for dreiebordets oscilleringsbevegelser utføres på en egen meny. På denne menyen kan det også legges inn slipehastigheter for automatisk sliping.

Før automatisk sliping velges legges først materialprøvene som skal slipes på dreiebordet i utgangsposisjonen og vakuum og kjølevann skrus på. Deretter velges automatisk glassliping eller automatisk steinsliping i hovedmenyen. Når dette er gjort kommer den respektive undermeny frem og det vil her være mulig å starte og stoppe slipeprosedyren hvor som helst i programmet. Her vil hele slipeprosedyren utføres med grovsliping og finsliping med samtidig oscillering av dreiebordet til den er ferdig. Da vil dreiebordet bevege seg tilbake til utgangspunktet og materialprøvene er ferdige for videre bearbeidelse og analyser.

Når det gjelder selve slipeoperasjonen skal bemerkes at det er fordelaktig å benytte to slipeskiver som beskrevet i det foranstående, idet slipetiden reduseres. Først grovslipes i så tilfelle materialprøvene ned til en hensiktsmessig tykkelse, f.eks. 100 ^m, med den grove slipeskiven, før de finslipes med den fine slipeskiven ned til ønsket finsliptykkelse, f.eks. ca. 30 [ im. Oppfinnelsen slik den er definert i kravene er imidlertid ikke begrenset til to slipeskiver, men kan være forsynt med en eller flere enn to slike skiver.

Claims (7)

1. Utstyr for sliping av materialprøver, f.eks. finsliping av en bergartsprøve montert på et objektglass, innbefattende en konsoll- og rammekonstruksjon (1) med et bord (3) som er innrettet for fastholdelse av et antall materialprøver og er anordnet på en vogn eller slede (24) som er innrettet til å forskyves langs skinner 25 e.l. ved hjelp av en drivinnretning (26,27), minst en over dreiebordet vertikalt bevegbar slipespindel (2) som er anordnet på en vogn eller slede (9) som er vertikalt forskyvbar langs skinner (10) e.l. ved hjelp av en drivinnretning, samt en programmerbar styreenhet (4) for styring av slipeprosessen, karakterisert ved . at bordet (3) utgjøres av et roterende dreiebord som er innrettet til å oscillere sideveis i forhold til slipespindelen/e under slipeprosessen.

2. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at det på den vertikalt bevegbare vognen (9) er anordnet to slipespindler (2), en for grovsliping og en finsliping av materialprøvene.

3. Utstyr ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at slipespindlene som i og for seg kjent er utstyrt med en slipeskive (21) av metallbundne diamantpartikler.

4. Utstyr ifølge krav 3, karakterisert ved at slipeskiven (21) som i og for seg kjent er skålformet.

5. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at dreiebordet som i og for seg kjent er innrettet til å fastholde materialprøvene ved hjelp av vakuum, idet det er forsynt med et antall gjennomgående hull (28) som er forbundet med en vakuumkilde, og som er anordnet i et mønster langs omkretsen av dreiebordet.

6. Utstyr ifølge de foregående krav 1-5, karakterisert ved at akslingen (20) for hver av dreiebordet (3) og slipespindelen/e (2) er forspent i forhold til trustlagere (15, 16) ved hjelp av en fjæranordning (17) slik at akslingen ved varmepåvirkning kan utvide seg fritt uten å forskyve dreiebordet eller slipespindelen/e.

7. Utstyr ifølge krav 8, karakterisert ved at akslingen som i og for seg kjent er opplagret i to trustlagere anordnet inntil hverandre, idet lagerene (16, 17) utgjøres av vinkelkontaktkulelagere med forskjellig diameter og kuleantall.