專利名稱：研磨材料樣品的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨材料樣品的設(shè)備，例如對(duì)組裝在顯微鏡載片上的巖石樣品進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)研磨的設(shè)備。
在從地下構(gòu)造(巖石)中抽取石油和氣體以前，取得該構(gòu)造的特性的知識(shí)是十分重要的。取得構(gòu)造特性知識(shí)主要是依靠在顯微鏡下仔細(xì)觀察該巖石的顯微結(jié)構(gòu)，弄清巖石的孔隙度和構(gòu)造情況。研磨前首先要切割好一塊巖石并加以浸漬。然后把浸漬過的石塊進(jìn)行表面研磨，然后組裝到顯微鏡載片上進(jìn)行最后研磨。
最常見的研磨方法是以所謂的“打補(bǔ)丁”(patching)為基礎(chǔ)的，就是把水性懸浮液中的金剛砂磨粒加到旋轉(zhuǎn)的鑄鐵園盤上，再把材料樣品(顯微鏡載片上裝的樣品)組裝到一個(gè)或幾個(gè)能旋轉(zhuǎn)的夾具上，并使之壓到旋轉(zhuǎn)的鑄鐵園盤上。利用這種類型的設(shè)備和方法時(shí)，金剛砂磨粒本身作為磨劑發(fā)揮作用，逐漸把(樣品的)厚度磨成約30μm。
但是，這一方法和設(shè)備礙于若干缺點(diǎn)。首先，在“打補(bǔ)丁”過程中，磨粒會(huì)壓入材料樣品上的環(huán)氧塑膠物內(nèi)，在研磨好的材料樣品的微孔中呈現(xiàn)為黑色顆粒。這在最不利情況下會(huì)使該樣品不適于作進(jìn)一步的分析。其次，旋轉(zhuǎn)的鑄鐵園盤在研磨操作過程中有可能表面傾斜，須經(jīng)常調(diào)整。這會(huì)使工作量增大很多。園盤傾斜還可使材料樣品顯著地不平整，因而也不能用作進(jìn)一步的試驗(yàn)。
已有設(shè)備再一個(gè)缺點(diǎn)是它需要一名操作員的監(jiān)督，因而使用的費(fèi)用較高。
本發(fā)明提供一種研磨材料樣品的設(shè)備，它可消除上述缺點(diǎn)，亦即—它在本質(zhì)上使用方便，—它在研磨操作中能在本質(zhì)上提供更大的精密度，—它能避免磨粒滲入材料樣品中，—它需要的操作人員的參預(yù)最少，—它可研磨出本質(zhì)上更精細(xì)而平整表面的材料樣品成品，—它在與材料樣品的下一步表面拋光作業(yè)的銜接上可以節(jié)省時(shí)間，—它的研磨生產(chǎn)能力比較大。
本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，它包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上可穩(wěn)妥地放置材料樣品，從而用安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上方的至少一個(gè)可上下移動(dòng)的研磨軸以至少一個(gè)步驟進(jìn)行研磨，見權(quán)利要求1所定義的。
獨(dú)立權(quán)利要求2-10定義了本發(fā)明的優(yōu)選特征。下面將用實(shí)旋例并參考下列附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明

圖1示出本發(fā)明的研磨設(shè)備的a)正視圖，b)側(cè)視圖和c)上視圖。
圖2示出本設(shè)備中的研磨軸支承結(jié)構(gòu)的大比例尺圖。
圖3示出本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的上視圖和放大圖。
圖4示出兩塊材料樣品的實(shí)例，a)是用本發(fā)明的研磨設(shè)備研磨的，b)是用已有設(shè)備“打補(bǔ)丁”研磨的。
如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)備包括四個(gè)主要部件，即骨架和支架結(jié)構(gòu)1、研磨軸裝置2、旋轉(zhuǎn)臺(tái)3和控制單元4。
骨架和支架結(jié)構(gòu)1設(shè)計(jì)成能在用該設(shè)備進(jìn)行研磨操作時(shí)吸收巨大的能量，因此是用強(qiáng)力的鋼梁和加勁桿5，6，7制作的，以保證足夠的穩(wěn)定性，并防止研磨的樣品出現(xiàn)不平整。關(guān)于骨架和支架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步詳情取決于制造技術(shù)人員的能力，在此不加贅述。
如圖1所示，研磨軸裝置2包括兩個(gè)研磨軸，安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的上方，一個(gè)是粗磨軸，一個(gè)是精磨軸，每個(gè)都由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)8驅(qū)動(dòng)。每套研磨軸和電動(dòng)機(jī)單元2，8，都用托板或托架9支承，托架9可沿著支架結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)軌10在垂直方向移動(dòng)。
托架9，并與研磨軸2一起，可借助高精度的螺母/絲桿裝置11上下移動(dòng)，由伺服電機(jī)12來操作。如前所述，本發(fā)明的設(shè)備系設(shè)計(jì)成能精細(xì)地把材料樣品研磨到厚20-30μm，精度為±1μm。為避免熱膨脹帶來的研磨偏移，研磨軸系用托架9上的特種支承器13支承著，在圖2中用放大的比例尺示出了它的結(jié)構(gòu)。圖中詳細(xì)示出了聚四氟乙烯填料14，向心止推滾珠軸承(angular contactball bearing)15和16，盤形彈簧17，徑向止推滾珠軸承(radial contact ball bearing)18，防松螺母19，研磨軸的傳動(dòng)軸20，以及定心環(huán)。
在支承器中使用了上述不同尺寸和滾珠數(shù)的軸承，為的是防止軸承座圈在研磨的材料樣品表面上產(chǎn)生出不需要的型樣。盤形彈簧分別給軸承18和下部的支托軸承15、16旋加恒定壓力，這樣就使研磨軸無論怎樣過熱也不會(huì)對(duì)研磨面產(chǎn)生誤差。換言之，即研磨軸的傳動(dòng)軸可以自由地向上膨脹。聚四氟乙烯軸封的摩擦力很小，在軸箱中產(chǎn)生的發(fā)熱量很少。至于研磨軸本身，它們是由金剛石顆粒構(gòu)成的，金剛石顆粒固結(jié)在做成園盤狀的金屬材料上，最好是形成杯子形，以便在研磨時(shí)獲得很好的冷卻。使用金剛石園盤是本發(fā)明的一個(gè)基本優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇辶蠘悠房梢员３謴氐赘蓛?，研磨的材料在結(jié)構(gòu)中不會(huì)留下不需要的顆粒。
圖4示出兩例材料樣品，其中a)是用本發(fā)明的設(shè)備研磨的，b)是用已有設(shè)備“打補(bǔ)丁”研磨的。從圖4b)中看出，在材料結(jié)構(gòu)中有不需要的顆粒30。圖4a)中示出的材料樣品上沒有這樣的顆粒。
旋轉(zhuǎn)臺(tái)3(見圖2)為本發(fā)明中第三個(gè)重要部件，它包括一只園形臺(tái)盤，它可用電動(dòng)機(jī)23通過皮帶22或類似器械來驅(qū)動(dòng)。臺(tái)盤3連同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)22、23安裝在托架類部件24上，托架則可在骨架結(jié)構(gòu)5上的導(dǎo)軌25上移動(dòng)。可適當(dāng)?shù)厥褂寐菽?絲桿裝置用伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)托架，類似于使研磨軸2升降的方式。
由于把旋轉(zhuǎn)臺(tái)安排成象上述那樣能夠移動(dòng)，這就造成了一種擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合研磨動(dòng)作，使材料樣品獲得平滑而準(zhǔn)確(復(fù)蓋全面)的研磨。
將要被研磨的材料樣品是靠真空可松開地保持在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上的固定位置的。圖3用大比例尺示出了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的頂視圖。旋轉(zhuǎn)臺(tái)是黃銅做的，沒有材料應(yīng)力，上有若干小孔28與凹槽31相通，凹槽31安排成這樣一種型樣，凹槽相互間保持一定的距離，并與真空源(未畫出)相連接。臺(tái)上總共有四十個(gè)小孔和凹槽，可容納相同數(shù)量的這樣的樣品。
在研磨過程中，通過裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上方的一個(gè)或多個(gè)噴嘴，向臺(tái)上輸送水以冷卻材料樣品。這些在圖上都沒有畫出。
本發(fā)明的第四個(gè)重要部分是可編程邏輯控制器(PLC)，它構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)控制的控制系統(tǒng)4。PLC單元可以通過稱為“觸摸屏幕顯示”的裝置來適當(dāng)?shù)夭僮?，其間用不同的菜單和按鍵用來控制研磨設(shè)備。整個(gè)控制系統(tǒng)是與研磨設(shè)備上裝有的控制盤相連結(jié)、或者最好是裝在單獨(dú)的控制盤上，使操作員易于接觸到。
所用的這種PLC單元是市場(chǎng)上能買到的，它本身不是什么專利性的東西，因此PLC單元的技術(shù)方案將不再進(jìn)一步描述。但是，關(guān)于怎樣利用PLC單元來操作研磨機(jī)方面，下面將作一簡單說明。
當(dāng)總開關(guān)合上后，所有的“軸”-旋轉(zhuǎn)臺(tái)和各研磨軸-就轉(zhuǎn)回零點(diǎn)(稱為“origo”)。同時(shí)，在操作屏幕上就顯示出“origo search.”字樣。當(dāng)設(shè)備作好使用準(zhǔn)備時(shí)，顯示屏上就會(huì)顯示出主菜單。舉例說，可以在自動(dòng)研磨巖石樣品、自動(dòng)研磨玻璃板或者手動(dòng)研磨之間進(jìn)行選擇。
如在主菜單中選擇手動(dòng)研磨，一個(gè)子菜單就會(huì)出現(xiàn)，供選擇開動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，選擇使用哪一臺(tái)研磨電動(dòng)機(jī)。如果選擇的是精磨或粗磨，另一個(gè)子菜單將出現(xiàn)，指明執(zhí)行手動(dòng)研磨工序。在這里還可以輸入并保持(記憶)參考點(diǎn)，后者可在用機(jī)器全自動(dòng)研磨時(shí)使用，亦即憑借對(duì)樣品的研磨進(jìn)程和對(duì)參考點(diǎn)的記憶，機(jī)器能自動(dòng)執(zhí)行研磨工序的循環(huán)往復(fù)。
選擇旋轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)的最終位置是在另外的菜單上完成的。在這個(gè)菜單上還可進(jìn)行自動(dòng)研磨速度的編程。
在選擇自動(dòng)研磨以前，首先要把材料樣品放到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并打開真空和冷卻水。然后從主菜單中選定玻璃樣品自動(dòng)研磨或巖石樣品自動(dòng)研磨。選定后有關(guān)子菜單就出現(xiàn)，這才可能開動(dòng)和停止程序中設(shè)定的研磨工序。此時(shí)整個(gè)研磨工序都可得到執(zhí)行，包括粗磨和精磨以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)的同時(shí)擺動(dòng)，直到研磨作業(yè)完畢。然后旋轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)回到起點(diǎn)，材料樣品即可進(jìn)行下一步的處理和分析。
關(guān)于研磨作業(yè)，應(yīng)注意最好是象上述那樣用兩只研磨盤，因?yàn)檫@樣可以縮短研磨時(shí)間。在此情況下，是先用粗磨園盤把材料樣品粗磨到適當(dāng)?shù)暮穸?，例?00μm，然后再用精磨園盤磨到要求的厚度，例如30μm。但是，象在權(quán)利要求書中所定義的那樣，本發(fā)明并不限定用兩個(gè)研磨盤，而是可以只用一個(gè)，或者三個(gè)以上的研磨盤。
權(quán)利要求
1.對(duì)材料樣品進(jìn)行研磨，例如對(duì)組裝在顯微鏡載片上的巖石樣品進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)研磨的設(shè)備，其特征在于它包括支架和骨架結(jié)構(gòu)(1)，上有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)得可松開地保持一定數(shù)量的材料樣品；包括至少一個(gè)能在垂直方向移動(dòng)的研磨軸(2)，它處于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的上方；還包括一個(gè)可編程控制單元(4)，以便控制研磨過程。
2.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于它包括兩個(gè)研磨軸(2)，一個(gè)是對(duì)材料樣品進(jìn)行粗磨使用，另一個(gè)是進(jìn)行精磨使用。
3.按權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于研磨軸上裝配有研磨園盤(21)，它是用金屬固結(jié)金剛石顆粒做成的。
4.按權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于研磨園盤(21)做成杯子形。
5.按權(quán)利要求1-4的設(shè)備，其特征在于研磨軸系安裝在托架或托板(9)上，托架則可沿導(dǎo)軌(10)在垂直方向移動(dòng)，用伺服電機(jī)通過螺母/絲桿裝置來操作。
6.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)設(shè)計(jì)成能夠相對(duì)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)和研磨軸進(jìn)行橫向擺動(dòng)。
7.按權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于旋轉(zhuǎn)臺(tái)系安裝在托架或托板(24)上，托架則裝在導(dǎo)軌(25)上并可沿導(dǎo)軌移動(dòng)，用伺服電機(jī)(27)通過螺母/絲桿裝置(26)來操作。
8.按權(quán)利要求6-7的設(shè)備，其特征在于旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)成能用真空來保持住材料樣品，其特征還在于它開有一定數(shù)量的小孔(28)，小孔與真空源相連結(jié)，并沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)四周安排成一定圖案。
9.按權(quán)利要求1-8的設(shè)備，其特征在于旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)和研磨軸(2)的傳動(dòng)軸(20)都分別由彈簧裝置(17)事先調(diào)定與支托軸承(15，16)的相對(duì)關(guān)系，即使得傳動(dòng)軸在受熱情況下可自由膨脹而不使旋轉(zhuǎn)臺(tái)或研磨軸移位。
10.按權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于傳動(dòng)軸是支撐在兩只相對(duì)安裝的支托軸承上，其特征還在于兩只軸承(16，17)是直徑和滾珠數(shù)不同的向心止推式滾珠軸承(angular contact ball bearingtype)。
全文摘要
這是一種對(duì)材料樣品進(jìn)行研磨，例如對(duì)組裝在顯微鏡載片上的巖石樣品進(jìn)行研磨的設(shè)備，它包括支架和骨架結(jié)構(gòu)(1)，上有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)制造成保持一定數(shù)量的材料樣品。在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的上方至少裝有一個(gè)能垂直移動(dòng)的研磨軸(2)。用一個(gè)可編程控制單元(4)，來控制研磨過程。
文檔編號(hào)G01N1/32GK1129981SQ95190560
公開日1996年8月28日 申請(qǐng)日期1995年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月15日
發(fā)明者B·托里森, G·托吉爾森 申請(qǐng)人:挪威海德羅公司