CN108472907B - 样品封装系统 - Google Patents

Abstract

一种样品封装系统(10)包括固定装置，基座(12)，具有入口和腔室壳体(16)的腔室(14)。壳体(16)具有内壳体(36)和外壳体(38)。腔室(14)固定地安装在内壳体(36)中。基座，腔室(14)和壳体(16)相对于彼此固定并且可相对于固定装置移动。该系统包括盖子(78)和可操作地安装到盖子(78)以用于接合腔室入口的第一压头(80)。第二压头(24)位于腔室(14)中与入口相对的位置并朝向和远离第一压头(80)移动。第二压头(24)由缸驱动。加热组件位于内壳体(36)中，冷却组件包括歧管(60)，其中冷却组件还包括部分由内壳体(36)和外壳体(38)限定的冷却套(50)。在封装周期期间，腔室(14)、腔室壳体(16)和基座(12)可朝向盖子(78)移动以将第一压头(80)与腔室入口接合，以及在封装周期之后，腔室(14)、腔室壳体(16)和基座(12)远离盖子移动，从而将第一压头(80)从腔室入口脱开。冷却系统包括真空破坏器(62)以在冷却后自行排出。

Description

样品封装系统

相关申请

本申请要求了提交于2015年12月1日的序列号为No.62/261,634的美国临时专利申请的权益和优先权，其公开内容整体并入本文。

背景技术

例如通过金相检测对样品进行检查需要许多制备步骤。例如，可能需要将样品切割或分割成特定尺寸，将其安装或封装在支撑材料中并研磨和/或抛光以用于检查。这种样品被安装以便于处理和保持在样品和在其中安装样品的材料之间作出区分的能力。安装材料通常是树脂，例如热固性或热塑性树脂，包括酚醛树脂，邻苯二甲酸酯，环氧树脂，甲基丙烯酸酯等。这些材料可从伊利诺斯州Lake Bluff的ITW公司的Buehler处购买。

安装可以通过多种方式进行。安装样品的一种方式是压缩安装过程。在压缩安装过程中，将样品与安装化合物一起放入腔室或模具中。样品和化合物在压力下被加热，例如通过使用加热线圈和液压压头。在设定的温度和压力下经过预定的时间段之后，将热源与模具隔离，并且将冷却液体在模具周围循环以冷却封装的样品。经过一段预定的时间后，释放压力并将样品从模具中取出。

如果封装样品(即样品和模制化合物)在释放压力并从模具中取出之前没有充分冷却，则模制化合物可能会改变形状或收缩(例如，从样品脱离)。这会导致在后期样品制备步骤(如磨削)期间使样品的边缘具有粗糙的圆边，这可能会危害后续的金相检测。另外，如果没有充分冷却，封装样品的处理可能会很困难。

一种用于封装样品的系统在Freson等人的美国公开号No.2015/0143928

(与本申请具有相同的享有人)中公开，其公开内容以引用方式整体并入本文。Freson等人所述的系统包括基座，具有入口的腔室和腔室壳体，其中腔室容纳在该腔室壳体中。腔室固定地安装在腔室壳体内，腔室壳体可移动地安装到基座。该系统包括盖子，第一压头和第二压头。其中，第一压头可操作地安装到盖子上以用于接合腔室入口，第二压头位于腔室中并与入口相对。第二压头可以朝向和远离第一压头移动。

在封装周期期间，腔室和壳体可朝着盖子移动，以将第一压头与腔室入口接合；在封装周期之后，腔室和壳体可远离盖子移动，以将第一压头与腔室入口脱开。

该系统包括布置在腔室周围的加热组件和冷却组件。温度传感器远离腔室内部安装。基于由远程感测的温度确定的封装样品的预测温度，在远程感测的温度达到设定点温度之后的预定时间段之后，远程感测的温度用于继续或停止冷却系统的操作。

尽管这样的系统良好地发挥作用，但已经发现，在系统部件的制造中可能无法实现特定的公差。例如，腔室和壳体被制造成铸造零件。作为结果，可能难以实现腔室和壳体的精确配合。另外，相比期望的情形，铸件会导致更高的材料质量，以及更长的加热和冷却时间。

还发现，某些部件的布置和用于加热和冷却的线圈的使用可能是有问题的，同样在样品移除之后以及开始封装周期之前能够适当且快速地使系统排出冷却介质(水)也是如此。

因此，需要具有高度可靠性的腔室/壳体组件的样品制备或封装系统。理想地，这种系统具有较低的质量，因而有较低的加热和冷却时间。更理想地是，这样的系统还包括被动冷却剂排出系统，以有助于在冷却和样品去除之后并且在随后的封装周期之前使系统排出冷却剂。

发明内容

样品封装系统包括基座，具有入口的腔室和腔室壳体。腔室壳体具有内壳体和外壳体。腔室至少部分固定地安装在内壳体内。基座，腔室和壳体相对于彼此固定。

该系统包括用于封闭腔室的盖子。第一压头可操作地安装到盖上以接合腔室入口。第二压头位于腔室内与入口相对，并可朝向和远离第一压头移动。第二压头由诸如液压缸的缸驱动。基座，腔室和壳体偏压地安装在缸壳体上。

加热组件至少部分地位于内壳体中。在一个实施例中，内壳体包括多个通孔，并且诸如电加热器的加热器位于通孔中。基座可以包括通道，该通道形成为用于容纳延伸到加热器的导体。

冷却组件包括部分由内壳体和外壳体限定的冷却套以及安装到外壳体的歧管。歧管包括两个与冷却套流体连通的开口。其中一个开口是冷却液排放开口，另一个开口是真空卸荷开口。真空卸荷开口上安装有真空卸荷止回阀。

在一个实施例中，恒温器与内壳体连通。可以在外壳中形成开口，并且在内壳体壁上形成孔，但该孔不贯穿内壳体壁。外壳体开口和内壳体孔可以彼此对齐并配置成容纳恒温器安装件。位于安装件中的恒温器延伸到内腔室壁的孔中。导体安装在恒温器安装件上。

腔室和内壳体可以由具有不同热膨胀率的不同金属形成。在一个实施例中，通过加热内壳体，冷却腔室或执行上述这两个操作，腔室被装配到内壳体中。

随着腔室和内壳体恢复到环境温度，这两个部件相互配合并形成一个核心。在一个实施例中，腔室由钢制成并且内壳体由铝形成。腔室和内壳体可以通过机械加工形成。

结合所附权利要求，根据以下详细描述，本公开的这些和其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

在阅读以下详细描述和附图之后，本发明的益处和优点对于相关领域的普通技术人员将变得更加显而易见，其中：

图1是示出处于锁定位置的样品制备系统的横截面图；

图2是从图1的视角大约转过90度的另一个横截面图并显示系统的安装；

图3示出了腔室和冷却入口和出口导管；

图4是腔室壳体和腔室的仰视图，其中示出了加热器通孔；

图5示出了内壳体切除区域和加热器的实例；

图6是基座的仰视图；

图7是外壳体的立体图，示出了恒温器键配合开口；

图8是外壳的立体图；

图9是装配有冷却流体入口和出口导管的外壳体的立体图；

图10是冷却流体歧管的视图；

图11是基座的仰视图，示出了位于基座中的通道中的加热器导体；

图12是内壳体的视图，示出了恒温器定位在其中的孔；

图13是腔室的截面图；

图14A-14D是外壳体的立体图(图14A)，截面图(图14B和C)和俯视图(图14D)；

图15A和B是彼此配合的核心组件的截面图(图15A)和俯视图(图15B)；

图16A和16B是外壳体的立体图(图16A)和平面图(图16B)。

图17A-17C是恒温器安装件的立体图(图17A)，截面图(图17B)和前视图(图17C)；

图18A-18C是水套歧管的立体图(图18A)，后视图(图18B)和截面图(图18C)。

具体实施方式

尽管本发明可以有各种形式的实施例，但是在附图中示出并且在下文中被描述目前优选的实施例，应该理解的是，本公开应被认为是该设备的示例，并不旨在被限制为所示的具体实施例。

现在参考附图，特别是图1-2，总体示出了样品制备或封装系统10。系统10总体包括基座12，腔室14，腔室壳体16，腔室盖子组件18和控制系统(未示出)。

基座12是用于腔室壳体16和腔室14的安装系统。基座12安装到缸壳体20，缸壳体20容纳用于下压头24的缸22。基座12偏压地安装到缸壳体20。在一个实施例中，偏压的安装件是三点安装件，并且波形弹簧26位于基座12和缸壳体20之间。在这种方式下，基座12(具有腔室14和腔室壳体16)相对于缸壳体20移动。

为系统10提供了控制面板(未示出)。流体连接器28和电连接器30分别延伸到壳体16和基座12并进入壳体16和基座12，并连接到各种部件。简要参考图11，电连接30延伸穿过基座12中的通道32以向加热器34提供电力和控制，如下面将更详细描述的。

腔室14固定地安装在腔室壳体16内。在一个实施例中，壳体16包括内壳体36和外壳体38。腔室14和内壳体36可以是相互配合的机械加工部件。在本实施例中，腔室14是机械加工钢部件，内壳体36是机械加工铝部件。利用材料的热膨胀差异将腔室14装配到内壳体36中。例如，腔室14可以被冷却(收缩或缩小)，或者内壳体36可以被加热(膨胀)或既冷却腔室14又加热内壳体36，进而腔室14被插入并定位在内壳体36内。然后允许部件返回到环境温度，从而在腔室14和内壳体36之间实现紧配合。腔室/内壳体组件被称为核心或核心组件40。

内壳体36包括多个穿过其纵向延伸的孔42。在当前实施例中，内壳体36包括在周向上等距离隔开的六个通孔42。通孔42被配置成容纳定位在其中的用于在封装周期期间加热系统10的加热器34(例如电加热器)(见，例如，图9和图11)。内壳体36具有限定中央凹进区域48的上部和下部一体的向外延伸的凸缘44,46。

外壳体38装配在内壳体36上并在内壳体上部和下部凸缘44，46处安装到内壳体36。在内壳体36和外壳体38之间限定空间50(由从内壳体36的壁向外延伸的内壳体凸缘44，46形成)。空间50形成冷却套，其适于在封装周期结束时冷却剂流动，如将在下面更详细描述的那样。

壳体16和基座12彼此固定地安装并且通过诸如肩部螺栓52的紧固件安装到缸壳体20。壳体16和基座12能够沿着螺栓52朝向和远离缸壳体20移动。这样，当壳体16朝向和远离缸壳体20移动时，腔室14同样地朝向和远离缸壳体20移动。偏压元件26(例如示出的波形弹簧贝尔维尔垫圈)背离缸壳体20地偏压基座12、腔室14和壳体16。例如所示的肩部螺钉的止动件54允许设定壳体16能够从缸壳体20移开的距离。

如上所述，壳体16包括冷却系统和加热系统。加热系统包括多个电加热线圈34，电加热线圈34在内壳体36中的通孔42内，通孔42围绕腔室14地布置。冷却系统包括如上所述的套50，冷却流体入口56和冷却流体出口58，歧管60和包括无源(无供能)空气止回阀64的真空卸荷组件62。歧管60与出口58流体连通并且在冷却套50的顶部附近与开口66流体连通。

系统10包括恒温器68和用于恒温器68的键配合件70，在一个实施例中，键配合件70通过外壳体38中的开口72插入并且拧入内壳体36中的孔74中，其位置在相邻的加热器孔42之间。内壳体36中的孔74进入但不穿过内壳体36的壁。恒温器键配合件70与冷却系统歧管60成大约180度。系统10可以包括一个或多个温度传感器(未示出)。

盖子组件18包括布置在腔室14与基座12相对的一端处的盖子安装板76。安装板76可以安装到例如柱或间隔件(未示出)并且相对于缸壳体20是固定的。在这种配置中，基座12，腔室壳体16和腔室14朝向和远离安装板76移动或在安装板76与缸壳体20之间移动。

盖子组件18包括盖子78，并且盖子78和安装板76包括协同操作的固定组件，诸如卡口安装件，以将盖78固定到安装板76。将理解的是，在这种配置中，盖子78被安装到相对于移动的腔室壳体16和腔室14静止的安装板76。还将理解的是，可以使用任何类型的安装件来将盖子78固定到安装板76并且卡口安装件是可以使用的一种安装件的示例。

盖子78包括安装在其上的第一或上部压头80。上部压头80被配置成在入口处插入腔室14中以建立压力边界并形成模腔的一侧或一端。上部压头80可以通过可调节元件82安装到盖子78上，以允许适当地调节上部压头80在腔室14中的位置。上部压头80具有与腔室14锥形壁配合的锥形壁。

盖子78通过支柱84安装到系统上，支柱84骑设在线性轴承86中，线性轴承86允许盖子78朝向和远离安装板76降低和升高。恒定力弹簧88，例如图示的钢制盘簧，以便以最小的力升高和降低盖子78。弹簧88可以具有大约等于盖子78的重量的力。

系统10包括布置在腔室14中的与上部压头80相对的下部压头24。在本实施例中，下部压头24是由安装在缸壳体20内的往复活塞驱动的液压压头。当处于模制或封装周期中时，压头24朝向上部压头80向上移动，并且当释放封装样品时，压头24离开上部压头80向下移动以对腔室14进行装载。

在使用中，在周期开始时，盖子78打开并远离腔室14和壳体16完全回撤和旋转。下压头24处于收回位置。

将样品和封装材料引入腔室14中。将盖子78定位在腔室14和壳体16上并且下降到安装板76上。然后将盖子78锁定到安装板76上。上部压头80定位在腔室14入口端中，但不与腔室14入口端完全接合。

封装周期开始于缸22致动并且下部压头24向上移动。当下部压头24向上移动时，接合腔室14和壳体16的弹簧26向上推动腔室14和壳体16，并且将腔室14的入口完全移动到与上部压头80接合。上部压头80削锥并且腔室14锥形壁将压头80密封在腔室14中。下部压头24移入腔室14朝向上部压头80施加高达约15,000磅的力。

然后通过加热器34将热量施加到腔室14，并且在预定时间段内由下部压头24施加在样品和封装材料上的热量和压力将封装材料和样品熔化以形成封装的样品。

在加热和压缩-封装周期之后，加热系统34隔离并且冷却系统开始冷却样品。在冷却周期中，诸如水的冷却流体通过流体入口56进入冷却套50中。冷却剂流过套50并通过出口58流出。

套50顶部处的开口66与歧管60流体连通。因此，冷却剂通过歧管60从套开口66向下流出并流出出口58，同时流体通过出口58从套50排出。

一旦达到期望的处理温度，冷却系统隔离——即，冷却流体的流动停止。系统10通过从出口58排出流体而开始排放。为了便于排水并克服在套50中产生的任何真空，歧管60包括真空卸荷组件62。在本实施例中，真空卸荷组件62包括安装到歧管60且与歧管60流体连通的真空卸荷或真空破坏阀64。当流体从套50排出时，低压区将在套50中形成，由此减少流体流出。例如为空气止回阀的真空卸荷阀64将允许空气进入冷却系统(进入套50)，由此减少或消除冷却系统内的任何低压区(例如消除可能产生的任何真空)并允许冷却剂从系统自由流动。以这种方式对冷却系统进行排放具有许多优点，但主要是，其使封装系统10为后续封装周期作好准备，因为冷却流体快速且彻底地从系统排出。在这种方式中，当加热壳体16/腔室14/样品时，加热器34不必加热可能残留在冷却系统中的任何冷却流体。因此，执行后续封装周期需要更少的时间和能量。应该理解的是，这种无动力或无供能布置将允许空气进入系统以促进排水并且在系统充满冷却流体时将关闭或隔离。

在冷却周期期间或之后的期望时间，下部压头24收回或回撤。当压头24回撤时，它将腔室14和壳体16向下(抵抗弹簧26的力)向着缸壳体20并远离上部压头80拉动或推动。这便于更容易地将盖子78从安装板76上松开，使得盖子78容易地从腔室14移除，并且可打开盖子78并移除封装的样品。

参照Freson等人的上述申请，本领域技术人员将认识到实现控制系统的操作所必需的编程，并且将理解系统控制可以操作的许多其他方式。

本文引用的所有专利和专利申请通过引用并入本文，无论是否在本公开的文本内具体这样做。

在本公开中，词语“一”或“一个”将被视为包括单数和复数。相反，在适当的情况下，对复数项目的任何提及均应包括单数。

本领域技术人员将理解，诸如上，下，后，前，上，下等的相对方向术语仅用于说明目的，并非旨在限制本公开的范围。

从前述可以看出，在不脱离本公开的新颖概念的真实精神和范围的情况下可以实现许多修改和变化。应该理解的是，对于所示出的特定实施例没有限制意图或者应该被推断。本公开旨在覆盖落入其范围内的所有这些修改。

Claims (12)

1.一种样品封装系统，包括：

基座；

腔室，所述腔室具有入口；

腔室壳体，所述腔室壳体具有内壳体和外壳体，所述腔室至少部分地固定地安装在所述内壳体内，其中所述腔室壳体可移动地安装到固定装置和所述基座，并且其中所述腔室和所述腔室壳体相互固定在一起；

盖子；

第一压头，所述第一压头被可操作地安装到所述盖子上用于接合所述腔室的所述入口；

第二压头，所述第二压头位于所述腔室中并与所述入口相对，所述第二压头可朝向和远离所述第一压头移动；

加热组件，所述加热组件至少部分地位于所述内壳体中；以及

冷却组件，所述冷却组件包括部分地由所述内壳体和所述外壳体限定的冷却套，所述冷却组件包括歧管，

其中在封装周期期间，所述腔室、所述腔室壳体和所述基座可朝向所述盖子移动以将所述第一压头与所述腔室的所述入口接合，以及在封装周期之后，所述腔室、所述腔室壳体和所述基座远离所述盖子移动以将所述第一压头从所述腔室的所述入口脱开，

其中，所述歧管安装至所述外壳体，并且其中所述歧管包括与所述冷却套流体连通的两个开口，所述两个开口中的一个开口是冷却剂排放开口，另一开口是真空卸荷开口，其中真空卸荷止回阀被安装到所述真空卸荷开口。

2.如权利要求1所述的样品封装系统，包括在所述内壳体中的多个通孔。

3.如权利要求2所述的样品封装系统，其中，加热器位于所述通孔中。

4.如权利要求3所述的样品封装系统，其中，所述加热器是电供能的加热器，并且其中所述基座包括形成为容纳延伸到所述加热器的导体的通道。

5.如权利要求1所述的样品封装系统，包括与所述内壳体连通的恒温器。

6.如权利要求5所述的样品封装系统，包括在所述外壳体中的开口和进入所述内壳体的一部分中的孔，所述外壳体中的所述开口和所述内壳体中的所述孔彼此对齐并被配置为容纳恒温器安装件。

7.如权利要求1所述的样品封装系统，其中，所述腔室和所述内壳体由具有不同热膨胀率的不同金属形成。

8.如权利要求7所述的样品封装系统，其中，通过加热所述内壳体和/或冷却所述腔室将所述腔室装配到所述内壳体中。

9.如权利要求7所述的样品封装系统，其中，所述腔室由钢形成并且所述内壳体由铝形成。

10.如权利要求7所述的样品封装系统，其中，所述腔室和所述内壳体中的一者或两者通过机械加工形成。

11.如权利要求1所述的样品封装系统，其中，所述第二压头由安装在缸壳体内的缸驱动，并且其中所述基座、所述腔室和所述腔室壳体偏压地安装到所述缸壳体。

12.如权利要求11所述的样品封装系统，包括用于固定所述盖子的盖子安装件，并且其中所述盖子安装件固定地安装到所述缸壳体。

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