CN113103443B - 一种岩石样本高精度切割设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石样本高精度切割设备及方法，属于岩石切割设备技术领域，解决了现有岩石切割设备的切割精度差、切割效率低以及切割厚度无法调节的问题。岩石样本高精度切割设备包括机座、切割机构和夹持机构，切割机构和夹持机构固定于机座上，切割机构包括刀盘以及用于驱动刀盘转动的第一驱动电机；夹持机构包括载样盘和驱动机构，载样盘上均布多个样品安装部，待切割样品固定于样品安装部，驱动机构用于驱动载样盘旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘。本发明的结构简单，操作方便，能够实现岩石样品切割厚度的精确调节，切割过程自动化，无需专业人员操作，显著提高了切割效率，具有广泛的应用前景。

Description

一种岩石样本高精度切割设备及方法

技术领域

本发明涉及岩石样品切割设备技术领域，尤其涉及一种岩石样本高精度切割设备及方法。

背景技术

岩石薄片鉴定是地质找矿工作中经常使用的重要方法。

目前，岩石薄片制作过程为：首先，利用岩石切割设备对野外采集的岩石进行切割，将其切割成近似小长方体结构的岩石样品块，切割过程中尽量将岩石样品块切薄；其次，将薄片状的岩石样品块固定粘贴在玻璃载片上，并利用研磨设备对玻璃载片上的岩石样品块进行磨平，减薄至需要厚度；最后，对减薄至所需厚度的岩石样本进行抛光，从而完成岩石薄片的制作。

然而，现有岩石切割设备无法实现岩石样本厚度的精确调节，切割时只能大约估计切割厚度，再利用后续的研磨减薄步骤来实现岩石样品厚度的精确控制，控制难度大，成功率低，无法实现切割过程一步实现所需厚度的精确控制；而且目前市场上切割设备对岩石样品的切割厚度多为1-2cm，若切割过薄则岩石样品容易破碎，无法实现岩石样本毫米厚度级别的超薄切割，由于样品切割厚度无法实一步切割到位，岩石样品块的厚度大，直接导致研磨过程耗时久，大约20min左右才能磨去0.5mm，制样过程往往需要几个小时，导致制样效率十分低下；另外，现有岩石切割设备的切割平面平整度差，切割过程中需要手动控制设备调整岩石的切割俯仰和方位角，以实现切割面的平整，切割面平整度受操作人员操作技术影响，切割设备无法实现自动化，需要经验丰富的专业技术人员操作，劳动强度大，人工成本高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种岩石样本高精度切割设备及方法，用以解决现有岩石切割设备的切割精度差、切割效率低以及切割厚度无法精确调节的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种岩石样本高精度切割设备，包括：

机座；

切割机构，包括刀盘以及用于驱动刀盘转动的第一驱动电机，第一驱动电机固定于机座上；

夹持机构，包括载样盘和驱动机构，载样盘上均布多个样品安装部，样品安装部用于固定安装待切割样品；驱动机构固定于机座上，用于驱动载样盘旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘。

进一步地，机座为箱体结构。

进一步地，切割机构还包括刀座，刀座上安装有传动轴；第一驱动电机的输出轴与主动轮连接，主动轮通过传动带带动从动轮转动，从动轮连接于传动轴的第一端，刀盘连接于传动轴的第二端。

进一步地，切割机构还包括护刀架，护刀架罩设在刀盘外，护刀架朝向载样盘的一侧设有弧形缺口。

进一步地，驱动机构包括滑动支架、丝杠传动组件和第二驱动电机；第二驱动电机设于滑动支架上，用于驱动载样盘旋转；丝杠传动组件用于驱动滑动支架沿横向作直线往返移动。

进一步地，丝杠传动组件包括丝杠、第三驱动电机和支撑板；丝杠横向穿过滑动支架，通过丝杠螺母与滑动支架连接，丝杠的两端转动连接于支撑板上，第三驱动电机通过驱动丝杠旋转以带动滑动支架沿横向作直线往返移动。

进一步地，第三驱动电机通过齿轮啮合传动机构驱动丝杠旋转，第三驱动电机设于机座内，且第三驱动电机的输出轴与丝杠平行设置。

进一步地，机座上设有导轨槽，滑动支架的底部设有滑轨，滑动支架通过滑轨沿导轨槽直线移动。

进一步地，丝杠的一端伸出机座的侧壁，并设有旋转手轮。

进一步地，驱动机构还包括纵向调节组件，纵向调节组件通过螺旋微调的方式调节载样盘沿载样盘的中心轴线纵向移动，从而实现精确控制岩石样本切割厚度。

进一步地，第二驱动电机设于滑动支架的顶部，第二驱动电机的输出轴与第一齿轮连接，且与载样盘的被动转轴纵向平行设置；第一齿轮与第二齿轮啮合传动，第二齿轮与载样盘的被动转轴键连接；被动转轴纵向穿过滑动支架，被动转轴上安装有轴承座，轴承通过轴承座与滑动支架滑动连接，轴承座通过滑轨设置于滑动支架内，滑动支架内的滑轨与被动转轴的轴线平行；

纵向调节组件包括精密丝杠轴、纵向微调旋钮，精密丝杠轴的一端与螺母连接，另一端伸出机座的侧壁并与纵向微调旋钮连接，螺母与轴承座连接，通过旋拧精密丝杠轴使得被动转轴纵向直线往返移动，实现石样本切割厚度的精确调节。

进一步地，样品安装部凸出载样盘的表面设置，样品安装部具有吸附安装槽，待切割样品通过真空吸附的方式固定安装于吸附安装槽。

进一步地，夹持机构还包括抽真空装置，抽真空装置包括真空泵、真空管，利用抽真空装置将岩石样本吸附在样品安装部上。

进一步地，载样盘的外侧面中心设有抽气口，真空管通过旋转密封接头与载样盘的抽气口连接；载样盘的内部设有多条抽真空通道，抽真空通道沿载样盘的径向设置且与抽气口连通，吸附安装槽的中心处垂直载样盘设有吸附通道，吸附通道与抽真空通道连通。

进一步地，吸附安装槽内设有X形槽，X形槽的槽空间与吸附通道连通。

进一步地，岩石样本高精度切割设备还包括冲水机构，冲水机构用于向切割工作面的刀盘上冲水降温。

进一步地，冲水机构包括喷头和水管，喷头位于刀盘的上方，机座的底部设有集水槽。

进一步地，机座上设置按键组件，按键组件包括电源开关、转速调节按钮，转速调节按钮包括用于控制刀盘转速的第一调节按钮和载样盘转速的第二调节按钮。

进一步地，箱体的正面设有第一开口，设有防护罩，防护罩通过合页连接在机座上，能够罩设在刀盘和载样盘的外侧。

进一步地，箱体的背面设有第二开口，第二开口用于纵向调节组件的纵向移动，纵向微调旋钮位于第二开口的外侧。

进一步地，机座的侧壁设有真空口和冷却水进口；真空口供真空管穿过，冷却水进口供水管穿过。

进一步地，岩石样本高精度切割设备还包括防误切机构，防误切机构用于防止载样盘过度靠近刀盘，导致刀盘切割载样盘的被动转轴。

进一步地，防误切机构设置在滑动支架和/或刀座的侧壁，防误切机构为凸出状结构，防误切机构的长度满足刀盘的安全移动距离。

进一步地，防误切机构为防护杆，防护杆垂直设置于滑动支架和/或刀座的侧壁。

进一步地，岩石样本高精度切割设备还包括测距传感器，测距传感器用于实时监测载样盘的被动转轴与刀盘之间的距离。

进一步地，测距传感器设于刀座的侧壁，或者，测距传感器设于防护杆的端部。

另一方面，还提供一种岩石样本高精度切割方法，利用上述的岩石样本高精度切割设备，方法包括如下步骤：

步骤一：将待切割的岩石样本固定在玻璃载片上；

步骤二：启动抽真空装置，将玻璃载片通过真空吸附的方式稳定吸附在载样盘上；

步骤三：利用纵向调节组件调整岩石样本的切割厚度；

步骤四：打开设备开关，预先设定刀盘的转速、载样盘的转速以及载样盘的横向前进速度，设备按照设定参数自动执行切割过程。

进一步地，步骤四中，设备启动后，第二驱动电机驱动载样盘旋转，同时第三驱动电机驱动载样盘以第一速度向刀盘移动；

测距传感器实时监测到载样盘的被动转轴距刀盘的距离，当测距传感器监测到的距离为第一距离时，第三驱动电机驱动载样盘以第二速度向刀盘移动，第二速度小于第一速度，同时控制器控制第一驱动电机启动，驱动刀盘以设定转速旋转，当待切割样品与刀盘接触时开始切割，此时，测距传感器监测到的距离为第二距离，载样盘继续以第二速度稳步向刀盘推进，稳定进行切割工作；

当完成岩石样品切割时，测距传感器监测到的距离为第三距离，测距传感器将切割完成信号传送至控制器，控制器控制第一驱动电机停止转动，并且第三驱动电机反向旋转，驱动丝杠传动组件带动载样盘远离刀盘方向移动，直至移动至初始位置。

进一步地，切割岩石样本时，刀盘与载样盘同向转动。

进一步地，步骤四中，在刀盘切割岩石样本前，启动冲水机构，冲水机构由上向下朝刀盘的切割区域喷射冷却水，冷却水喷射在刀盘的两侧面。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a）本发明提供的岩石样本高精度切割设备，结构简单，操作自动化，通过在载样盘上均布多个样品安装部，能够一次完成多个样品切割，大幅提升切割效率。

b）本发明提供的岩石样本高精度切割设备，夹持机构的驱动机构能够驱动载样盘旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘，刀盘与载样盘采用同向旋转切割方式，能够在切割处形成相向转动，刀盘与岩石样本的接触为点接触，切割接触点距载样盘的中心距离相同，切割过程中所有岩石样本按照圆弧轨迹进行切割，切割处线速度为刀盘外圆周与载样盘上样品切割处的线速度之和，切割处二者的相对线速度增大，不仅提升切割效率，而且载样盘上所有岩石样本能够同步进行切割，保证所有岩石样品切割效果相同，切割效果好。

c）本发明提供的岩石样本高精度切割设备，通过设置纵向调节组件，采用螺旋微调的方式调节载样盘沿载样盘的中心轴线纵向移动，螺旋微调的精度为10微米，从而实现精确控制岩石样本切割厚度，可将岩石样本厚度切薄至300-500微米，切割面平整度高，大幅减少后续抛光前的研磨时间，显著提升制样效率。

d）本发明提供的岩石样本高精度切割设备，采用丝杠传动组件实现载样盘的稳定横向移动，丝杠传动更加灵敏平稳，保证岩石样本的切割效果，而且将第三驱动电机设于丝杠的一侧，使得切割设备的结构更加紧凑，有助于切割设备的小型化。

e）本发明提供的岩石样本高精度切割方法，操作方便，切割过程实现自动化，一次能够同时进行多个样品切割，大幅提升了岩石样本切割效率；夹持机构采用螺旋微调的方式精确控制岩石样本的切割厚度，能够满足不同岩性、硬度岩石样本对超薄厚度的切割要求，样品质量高且具有良好的重复性，无需专业操作人员，具有广泛的市场应用前景。

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为实施例中岩石样本高精度切割设备的结构示意图；

图2为实施例中岩石样本高精度切割设备的防护罩打开状态的结构示意图；

图3为实施例中岩石样本高精度切割设备的第一俯视角度的结构示意图；

图4为实施例中岩石样本高精度切割设备的第二俯视角度的结构示意图；

图5为实施例中切割机构与夹持机构的连接关系示意图一；

图6为实施例中切割机构与夹持机构的连接关系示意图二

图7为实施例中切割机构在第一视角下的结构示意图；

图8为实施例中切割机构在第二视角下的结构示意图；

图9为实施例中夹持机构在第一视角下的结构示意图；

图10为实施例中夹持机构在第二视角下的结构示意图；

附图标记：

1、机座；1-1、防护罩；1-2、真空口；1-3、冷却水进口；1-4、按键组件；

2、切割机构；2-1、刀盘；2-2、第一驱动电机；2-3、传动轴；2-4、主动轮；2-5、从动轮；2-6、传动带；2-7、刀座；2-8、护刀架；

3、夹持机构；3-1、载样盘；3-1-1、吸附安装槽；3-1-2、吸附通道；3-1-3、旋转密封接头；3-2、第二驱动电机；3-3、第一齿轮；3-4、第二齿轮；3-5、纵向调节组件；3-5-1、精密丝杠轴；3-5-2、纵向微调旋钮；3-6、丝杠传动组件；3-6-1、丝杠；3-6-2、第三驱动电机；3-6-3、齿轮啮合传动机构；3-6-4、导轨槽；3-6-5、旋转手轮；3-6-6、支撑板；3-7、真空管；3-8、滑动支架；

4、冲水机构；4-1、喷头；4-2、水管。

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作如下约定：“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置；“前进”、“后退”表示两部件的相对运动关系，例如，“前进”是指载样盘靠近刀盘移动，“后退”是指载样盘远离刀盘移动；“横向”、“纵向”表示载样盘在平面内的移动方向，例如，“横向”是指载样盘靠近或远离刀盘的移动方向，“纵向”是指垂直于载样盘与刀盘的相对移动方向，也可理解为，面向切割设备的正面，左、右方向为“横向”，前、后方向为“纵向”。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1至图4所示，公开了一种岩石样本高精度切割设备，包括：

切割机构2，包括刀盘2-1以及用于驱动刀盘2-1转动的第一驱动电机2-2；

夹持机构3，包括载样盘3-1和驱动机构，载样盘3-1上均布多个样品安装部，待切割样品固定于样品安装部，驱动机构用于驱动载样盘3-1旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘2-1；

机座1，切割机构2和岩石样本夹持机构3设于机座1上。

切割时，将岩石样本固定在玻璃载片上，再将玻璃载片固定在载样盘3-1上的样品安装部；启动设备开关，预先设定刀盘2-1的转速、载样盘3-1的转速以及载样盘3-1的横向前进速度，载样盘3-1逐渐向刀盘2-1靠近，当刀盘2-1与岩石样品接触时开始进行切割，随着载样盘3-1以恒定的前进速度推进同时，设备自动完成岩石样本切割。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本高精度切割设备，通过在载样盘3-1上均布多个样品安装部，能够一次完成多个样品切割，大幅提升切割效率；夹持机构3的驱动机构能够驱动载样盘3-1旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘2-1，通过驱动载样盘3-1旋转，一方面能够便于切下的物料落下，另一方面通过载样盘3-1与刀盘2-1相向转动，刀盘2-1与岩石样本的接触为点接触，切割接触点距载样盘3-1的中心距离相同，由于载样盘3-1匀速旋转，切割过程中所有岩石样本按照圆弧轨迹进行切割，不仅提升切割效率，而且载样盘3-1上所有岩石样本能够同步进行切割，保证所有岩石样品切割效果相同，切割效果好。

本实施例中，机座1用于支撑安装切割机构2和夹持机构3，可选的，机座1为箱体结构，机座1的内部设有安装空间，切割机构2和夹持机构3设置于安装空间内。

本实施例的一个可选实施方式，如图2所示，机座1的正面设有第一开口，待切割样品通过第一开口进行安装与取出，第一开口处设有防护罩1-1，防护罩1-1通过合页与机座1转动连接，能够罩设在刀盘2-1和载样盘3-1的外侧，通过设置防护罩1-1能够有效防止切割过程中产生的碎屑和冷却水飞溅，还能降低噪音，保证设备的工作安全性。

本实施例中，如图5至图7所示，所述切割机构2还包括刀座2-7，刀座2-7上安装有传动轴2-3，传动轴2-3通过两个精密轴承安装在刀座2-7上；第一驱动电机2-2的输出轴与主动轮2-4连接，主动轮2-4通过传动带2-6带动从动轮2-5转动，从动轮2-5连接于传动轴2-3的第一端，刀盘2-1连接于传动轴2-3的第二端。

考虑到高速运转的刀盘可能会对操作人员造成伤害，如图8所示，切割机构2还包括护刀架2-8，护刀架2-8罩设在刀盘2-1外，护刀架2-8朝向载样盘3-1的一侧设有弧形缺口。通过为刀盘2-1设置护刀架2-8能够有效避免刀盘2-1对工作人员造成伤害，保证设备的工作安全性。

由于电机过热会影响运行效率，因此本实施例的切割机构2还包括散热装置，散热装置设置于机座1内部，用于对第一驱动电机2-2散热，机座1的侧壁上设有散热孔，提高散热效率。可选的，散热装置为散热风扇，利用空气流动将热量带出，实现电机的散热，保证电机的工作可靠性。

本实施例中，夹持机构3的驱动机构不仅能够驱动载样盘3-1旋转，还能同时以设定速度靠近或远离刀盘2-1，如图5至图6、图9至图10所示，驱动机构包括滑动支架3-8、丝杠传动组件3-6和第二驱动电机3-2其中，第二驱动电机3-2设于滑动支架3-8上，用于驱动载样盘3-1旋转；丝杠传动组件3-6用于驱动滑动支架3-8沿横向作直线往返移动，从而实现载样盘3-1靠近和远离刀盘2-1。

具体而言，第二驱动电机3-2设于滑动支架3-8的顶部，第二驱动电机3-2的输出轴通过传动结构与载样盘3-1连接；丝杠传动组件3-6包括丝杠3-6-1、第三驱动电机3-6-2和支撑板3-6-6；第三驱动电机3-6-2设于机座1内，位于丝杠3-6-1的一侧，且第三驱动电机3-6-2的输出轴与丝杠3-6-1平行设置；丝杠3-6-1横向穿过滑动支架3-8，且两端转动连接于支撑板3-6-6上，支撑板3-6-6固定设置在机座1的底板上，丝杠3-6-1通过丝杠螺母与滑动支架3-8连接，第三驱动电机3-6-2通过齿轮啮合传动机构3-6-3驱动丝杠3-6-1旋转以带动滑动支架3-8沿横向作直线往返移动。采用丝杠传动组件传动灵敏平稳，能够实现载样盘3-1的稳定横向移动，从而保证岩石样本的切割效果，而且将第三驱动电机3-6-2设于丝杠3-6-1的一侧，使得切割设备的结构更加紧凑，有助于切割设备的小型化。

切割时，刀盘2-1与载样盘3-1的转动方向相同，示例性的，操作人员面向切割设备的正面时，若刀盘2-1位于载样盘3-1左侧时，如图1所示，第一驱动电机2-2驱动刀盘2-1逆时针旋转，第二驱动电机3-2驱动载样盘3-1逆时针旋转；若刀盘2-1位于载样盘3-1右侧时，第一驱动电机2-2驱动刀盘2-1顺时针旋转，第二驱动电机3-2驱动载样盘3-1顺时针旋转。刀盘2-1与载样盘3-1采用同向旋转切割方式，能够在切割处形成相向转动，切割处线速度为刀盘2-1外圆周与载样盘3-1上样品切割处的线速度之和，切割处二者的相对线速度增大，使得切割效率高，切削效果更好。

本实施例的一个可选实施方式，第二驱动电机3-2采用步进电机，具有较好的位置精度、运动的重复性以及优秀的起停和反转响应，从而有助于提升切割效果。

本实施例的一个可选实施方式，第三驱动电机3-6-2采用直线导轨电机，直线导轨电机具有结构简单，体积小的点，使得切割设备的结构紧凑。另外，直线导轨电机除了起支撑作用的直线导轨外，没有其它机械连接或转换装置的缘故，因此运动平稳，能够使载样盘3-1稳定的靠近刀盘2-1，从而保证切割效果。

本实施例的一个可选实施方式，机座1上设有导轨槽3-6-4，滑动支架3-8的底部设有滑轨，滑动支架3-8通过滑轨沿导轨槽3-6-4直线移动。具体而言，导轨槽3-6-4的数量为两个，两个导轨槽3-6-4平行设置，丝杠3-6-1的轴线位于两个导轨槽3-6-4的对称平面，滑动支架3-8的底部设有平行设置的两条滑轨，滑轨与导轨槽3-6-4滑动连接，通过设置两条滑轨及滑轨槽，能够避免滑动支架3-8在移动中发生偏转，保证载样盘3-1在切割过程中在同一平面前进，进而保证岩石样本的切割厚度均一性。

本实施例的一个可选实施方式，丝杠3-6-1的一端伸出机座1的侧壁，并设有旋转手轮3-6-5，可以通过手动操作旋转手轮3-6-5驱动丝杠3-6-1旋转，实现载样盘3-1靠近和远离刀盘2-1，避免因第三驱动电机3-6-2故障导致无法驱动载样盘3-1的横向移动，从而通过手动、自动结合的方式保证了设备的工作可靠性。

本实施例的一个可选实施方式，驱动机构还包括纵向调节组件3-5，纵向调节组件3-5采用螺旋微调的方式调节载样盘3-1沿载样盘3-1的中心轴线纵向移动，螺旋微调的精度为10微米，从而实现精确控制岩石样本切割厚度，可将岩石样本切薄至300-500微米厚度，切割面平整度高，大幅减少后续抛光前的研磨时间，显著提升制样效率。

具体而言，第二驱动电机3-2设于滑动支架3-8的顶部，第二驱动电机3-2的输出轴与第一齿轮3-3连接，第一齿轮3-3与第二齿轮3-4啮合传动，第二齿轮3-4与载样盘3-1的被动转轴键连接，第二驱动电机3-2的输出轴与载样盘3-1的被动转轴纵向平行设置，且第二驱动电机3-2的输出轴位于载样盘3-1的被动转轴的上方，第二驱动电机3-2通过第一齿轮3-3与第二齿轮3-4啮合传动的方式，驱动载样盘3-1以及与载样盘3-1连接的被动转轴旋转。被动转轴纵向穿过滑动支架3-8，被动转轴上安装有轴承座，轴承通过轴承座与滑动支架3-8滑动连接，轴承座通过滑轨设置于滑动支架3-8内，滑动支架3-8内的滑轨与被动转轴的轴线平行；纵向调节组件3-5包括精密丝杠轴3-5-1、纵向微调旋钮3-5-2，精密丝杠轴3-5-1的一端与螺母连接，另一端伸出机座1的侧壁并与纵向微调旋钮3-5-2连接，螺母与轴承座连接，通过旋拧精密丝杠轴3-5-1使得载样盘3-1的被动转轴沿纵向直线往返移动，实现石样本切割厚度的精确调节。

由于第二齿轮3-4与刀盘轴键连接，刀盘轴纵向直线往返移动时，第二齿轮3-4也会随之移动，因此为了保证刀盘轴纵向移动调节时，即第二齿轮3-4在纵向移动调节岩石样本切割厚度过程中，第一齿轮3-3与第二齿轮3-4始终啮合。第一齿轮3-3的齿宽为W1，第二齿轮3-4的齿宽为W2，W2＞W1，具体齿宽（W1，W2）根据岩石样本厚度调节范围确定，保证第二齿轮3-4在纵向移动过程中，第一齿轮3-3与第二齿轮3-4始终啮合。当夹持机构3的第二驱动电机3-2驱动第一齿轮3-3与第二齿轮3-4啮合传动时，第二齿轮3-4带动被动转轴在滑动支架3-8内被动空转，此时纵向微调旋钮3-5-2不会随被动转轴旋转，而是处于静止状态。

本实施例中，箱体的背面设有第二开口，第二开口用于纵向调节组件3-5的纵向移动，纵向微调旋钮3-5-2位于第二开口的外侧，第二开口的大小以满足纵向调节组件3-5的纵向移动距离为宜。

本实施例中，待切割样品固定于载样盘3-1上的样品安装部有多种方式，如通过真空吸附、胶体粘贴以及采用紧固件固定等方式固定待切割岩石样品。

第一种固定方式：通过热塑树脂将玻璃载片固定在样品安装部上，热塑树脂受热变软，安装后，恢复至室温后变硬，变硬后的热塑树脂将玻璃载片固定在样品安装部上。

第二种固定方式：采用紧固件固定，紧固件为扣压式结构，包括压片，弹性压片的一端固定于样品安装部的外围，另一端能够挤压在玻璃载片的四周区域，压片的设置高度及位置以不影响刀盘2-1的切割为宜。

第三种固定方式：待切割样品通过真空吸附的方式固定安装在载样盘3-1上的样品安装部。

在第三种固定方式中，夹持机构3还包括抽真空装置3-4，抽真空装置3-4包括真空泵、真空管3-7，利用抽真空装置3-4将岩石样本吸附在样品安装部上；样品安装部凸出载样盘3-1的表面设置，样品安装部具有一定高度便于玻璃载片的安装与拆卸，样品安装部具有吸附安装槽3-1-1，吸附安装槽3-1-1的吸附面面积大于玻璃载片的面积，多个吸附安装槽3-1-1均匀分布在载样盘3-1上。

具体而言，载样盘3-1的内侧面中心与被动转轴连接，被动转轴垂直于载样盘3-1设置，载样盘3-1的外侧面中心设有抽气口，真空管3-7通过旋转密封接头3-1-3与载样盘3-1的抽气口连接；载样盘3-1的内部设有多条抽真空通道，抽真空通道沿载样盘3-1的径向设置且与抽气口连通，吸附安装槽3-1-1的中心处垂直载样盘3-1设有吸附通道3-1-2，吸附通道3-1-2与抽真空通道连通且并未贯穿载样盘3-1，每个吸附安装槽3-1-1设有一条抽真空通道和一条吸附通道3-1-2。

本实施例中，真空泵独立设置在机座1外，机座1的安装空间侧壁上设有真空口1-2，真空管3-7穿过真空口1-2与真空泵连接，真空管3-7为软管，夹持机构3靠近或远离切割机构2过程中，真空管3-7能够随载样盘3-1移动；而且，由于采用旋转密封接头3-1-3，载样盘3-1旋转过程中，旋转密封接头3-1-3发生转动，而真空管3-7不转动，保证了密封性，提高待切割样品的安装稳定性。

本实施例的一个可选实施方式，吸附安装槽3-1-1内设有X形槽，X形槽的槽空间与吸附通道3-1-2连通，进一步的，吸附通道3-1-2的通道口位于X形槽的中心交叉处。通过设置与吸附通道3-1-2连通的X形槽，增大玻璃载片的吸附面积，吸附效果好，提升吸附稳固性，避免因吸附力不足导致切割过程中样品发生移动或掉落，提升了设备的工作可靠性。

本实施例中，岩石样本高精度切割设备还包括冲水机构4，冲水机构4用于向切割工作面的刀盘2-1上冲水降温。其中，冲水机构4包括喷头4-1、水管4-2和水泵，喷头4-1位于刀盘2-1的上方，机座1的底部设有集水槽，机座1的安装空间侧壁上设有冷却水进口1-3，冷却水进口1-3供水管4-2穿过，水管4-2的一端与水泵连接，另一端与喷头4-1连接，水泵通过水管4-2向喷头供水，通过喷头4-1向切割区域喷水为所述刀盘降温。由于冲水机构4的喷头4-1位于刀盘2-1的上方，刀盘2-1逆时针旋转，能够使水斜向下流落在机座1底部的集水槽。

本实施例中，机座1上设置按键组件1-4，按键组件1-4设于机座1的外表面，按键组件1-4包括电源开关、转速调节按钮，转速调节按钮包括用于控制刀盘2-1转速的第一调节按钮和载样盘3-1转速的第二调节按钮。通过将刀盘2-1的转速可调、载样盘3-1的转速可调，能够根据不同岩性、不同硬度的岩石样本选择相适应的转速，切割效果好，本实施例的切割设备能够满足不同岩性、不同硬度的各类型岩石样品的切割，应用前景广泛。

本实施例中，岩石样本高精度切割设备设有控制器，控制器用于控制设备各功能部件的运行，可以为各个驱动电机、水泵、真空泵等能部件各自单独设置控制器，也可以设置一个集成式控制器。需要说明的是，关于控制器以及控制技术本身并非本申请发明点所在，利用现有控制技术就能够实现本发明切割设备的自动切割控制过程。

实施例2

由于待切割的岩石样品厚度多为1-2cm，而且切割过程中载样盘3-1的横向移动速度以及刀盘2-1的旋转速度，影响切割效果，尤其瞬间开始切割时，若载样盘3-1的横向速度推进速度过快，则容易导致待切割的岩石样品开裂，造成样品切割失败。因此，切割瞬间以及切割过程中需要控制载样盘3-1的推进速度以及旋转速度，载样盘3-1的横向速推进速度要慢，并在切割过程中维持稳定的横向推进速度。然而，但是载样盘3-1的初始位置距离刀盘2-1之间具有一定距离，若设备启动初期就以慢速横向推进，则载样盘3-1由初始位置向刀盘2-1移动过程中耗时久，影响工作效率。另外，若载样盘3-1过度靠近刀盘2-1，则会导致刀盘2-1切割载样盘3-1的被动转轴，损坏设备。

基于上述情况，本实施例公开了又一种岩石样本高精度切割设备，该设备具有自身防误切功能，与实施例1的区别在于，本实施例的岩石样本高精度切割设备设有防误切机构，防误切机构用于防止载样盘3-1过度靠近刀盘2-1，导致刀盘2-1切割载样盘3-1的被动转轴。

防误切机构设置在滑动支架3-8和/或刀座2-7的侧壁，防误切机构为凸出状结构，防误切机构的长度满足刀盘3-1的安全移动距离。示例性的，凸出的防误切机构可以设置在滑动支架3-8朝向刀座2-7的侧壁上，或者，凸出的防误切机构设置在刀座2-7朝向滑动支架3-8的侧壁上，或者，刀座2-7和滑动支架3-8的侧壁上均设置防误切机构，且两个防误切机构相向设置。

本实施例的一个可选实施方式，防误切机构为防护杆，防护杆垂直设置于滑动支架3-8和/或刀座2-7的侧壁。示例性的，滑动支架3-8朝向刀座2-7的侧壁设有防护杆，防护杆具有一定长度，该长度限制载样盘3-1向刀盘3-1移动的最大距离，保证夹持机构3不会过度靠近切割机构2，进而避免刀盘2-1切割载样盘3-1的被动转轴。本实施例的一个可选实施方式，岩石样本高精度切割设备还设有测距传感器，测距传感器用于实时监测刀座2-7侧壁与滑动支架3-8侧壁之间的距离，也即实时监测载样盘3-1的被动转轴与刀盘2-1的距离。可选的，测距传感器设于刀座2-7的侧壁，或者，测距传感器设于防护杆的端部。

示例性的，当载样盘3-1由初始位置向刀盘2-1移动过程中，载样盘3-1与刀盘2-1在竖直方向的投影逐渐靠近，当载样盘3-1与刀盘2-1在竖直方向的投影相切存在切点时，测距传感器监测到的距离为第一距离，此时，刀盘2-1还未切割到岩石样品，但已非常靠近岩石样品；在到达第一距离前，载样盘3-1以第一速度靠近刀盘2-1，此时刀盘2-1不转动；当到达第一距离时，控制器控制第一驱动电机2-2启动，刀盘2-1开始以设定速度旋转，同时载样盘3-1以第二速度靠近刀盘2-1，第一速度大于第二速度；当刀盘2-1开始切割载样盘3-1上的岩石样本时，测距传感器监测到的距离为第二距离，载样盘3-1继续以第二速度稳步向刀盘2-1推进，稳定进行切割工作；当刀盘2-1完成载样盘3-1上的岩石样品切割时，测距传感器监测到的距离为第三距离，此时载样盘3-1的被动转轴与刀盘2-1之间的距离在危险距离范围内，表明载样盘3-1过度靠近刀盘2-1，即将发生误切，控制器控制第一驱动电机2-2停止转动，并且控制器控制驱动机构使载样盘3-1远离刀盘2-1方向移动，丝杠传动组件3-6带动载样盘3-1反向退回至初始位置。

也就是说，载样盘3-1由初始位置以设定速度向刀盘2-1过程中，设定速度至少包括两个速度，在当监测到第一距离前，载样盘3-1以第一速度快速推进，当推进至第一距离时，载样盘3-1降低推进速度，以第二速度开始慢速推进，当载样盘3-1以慢速推进至第二距离时，开始切割岩石样品，载样盘3-1继续以第二速度推进至第三距离时，完成岩石样品切割，丝杠传动组件3-6带动载样盘3-1反向退回至初始位置。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本高精度切割设备，通过设置防误切机构，有效地避免因载样盘3-1过度靠近刀盘2-1，导致刀盘2-1误切载样盘3-1的被动转轴，提升了设备的安全可靠性。另外，通过设置测距传感器实时监测载样盘3-1的被动转轴与刀盘2-1的距离，使得载样盘3-1由初始位置先快速、再慢速的推进速度完成整个切割过程，不仅提升了切割效率，而且保证了切割效果以及成品率，而且通过精确的距离监测，保证防误切的功能可靠性，提升设备自动化程度。

实施例3

本发明的又一具体实施例，公开了一种岩石样本高精度切割方法，利用实施例1或2的岩石样本高精度切割设备，具体包括如下步骤：

步骤一：将待切割的岩石样本固定在玻璃载片上。

将方块状待切割的岩石样本粘贴固定在玻璃载片的第一侧面，并将装有待切割岩石样本的玻璃载片装入载样盘3-1的吸附安装槽3-1-1，玻璃载片的第二侧面与吸附安装槽3-1-1的吸附面接触；

步骤二：启动抽真空装置，将玻璃载片通过真空吸附的方式稳定吸附在载样盘3-1上。

利用真空泵将玻璃载片与吸附安装槽3-1-1的空隙以及真空管中的空气抽出，内部通道形成真空环境，玻璃载片被稳定吸附在载样盘3-1的吸附安装槽3-1-1上。注意，载样盘3-1上所有吸附安装槽3-1-1均需要装入固定有岩石样本的玻璃载片或者空玻璃载片，将所有吸附通道3-1-2堵住，避免漏气破坏真空吸附环境，以保证提供稳定、足够大的吸附力。

步骤三：利用纵向调节组件3-5调整岩石样本的切割厚度。

根据岩石样本的切割厚度要求调整纵向调节组件3-5，具体旋拧纵向微调旋钮3-5-2，纵向微调旋钮3-5-2带动精密丝杠轴3-5-1旋转，精密丝杠轴3-5-1带动被动转轴的轴承座纵向移动，进而驱动滑动支架3-8纵向移动，实现载样盘3-1在纵向方向的移动，从而实现岩石样品的厚度调节，以达到不同岩性、硬度岩石样本的厚度要求。

步骤四：当完成所需厚度的调节后，打开设备开关，设备启动，设定刀盘2-1的转速、载样盘3-1的转速以及载样盘3-1的横向前进速度，设备按照设定参数自动执行切割过程。

具体的，切割设备启动后，第二驱动电机3-2和第三驱动电机3-6-2开始动作，此时第一驱动电机2-2不动作，第二驱动电机3-2驱动载样盘3-1旋转，同时第三驱动电机3-6-2驱动载样盘3-1以第一速度向刀盘2-1移动，向刀盘2-1靠近，当测距传感器监测到载样盘3-1的被动转轴距刀盘2-1的距离为第一距离时，第三驱动电机3-6-2驱动载样盘3-1以第二速度向刀盘2-1移动，第二速度小于第一速度，同时控制器控制第一驱动电机2-2启动，第一驱动电机2-2驱动刀盘2-1以设定转速旋转，这时旋转的待切割样品最外圆周即将与刀盘2-1接触，直至待切割样品与刀盘2-1接触开始样品切割；当刀盘2-1开始切割载样盘3-1上的岩石样本时，测距传感器监测到的距离为第二距离，载样盘3-1继续以第二速度稳步向刀盘2-1推进，稳定进行切割工作；当刀盘2-1完成载样盘3-1上的岩石样品切割时，测距传感器监测到的距离为第三距离，此时载样盘3-1的被动转轴与刀盘2-1之间的距离在危险距离范围内，表明载样盘3-1过度靠近刀盘2-1，即将发生误切，测距传感器将切割完成信号传送至控制器，控制器控制第一驱动电机2-2停止转动，并且控制器控制第三驱动电机3-6-2反向旋转，驱动丝杠传动组件3-6带动载样盘3-1远离刀盘2-1方向移动，直至移动至初始位置。

步骤四中，切割岩石样本时，刀盘2-1与载样盘3-1的转动方向相同，刀盘2-1与载样盘3-1采用同向旋转切割方式，能够在切割处形成相向转动，切割处线速度为刀盘2-1与载样盘3-1该处的线速度之和，切割处二者的相对线速度增大，使得切割效率高，切削效果更好。

操作人员面向切割设备的正面时，若刀盘2-1位于载样盘3-1左侧时，如图1所示，控制器控制第一驱动电机2-2驱动刀盘2-1逆时针旋转，控制器控制第二驱动电机3-2驱动载样盘3-1逆时针旋转；若刀盘2-1位于载样盘3-1右侧时，控制器控制第一驱动电机2-2驱动刀盘2-1顺时针旋转，控制器控制第二驱动电机3-2驱动载样盘3-1顺时针旋转。

步骤四中，刀盘2-1切割岩石样本前，启动冲水机构4，冲水机构4由上向下朝刀盘2-1的切割区域喷水，冷却水喷在刀盘2-1的两侧面上，对刀盘2-1冲水降温，冷却水斜向下流落在机座1底部的集水槽，排出至废水槽。

步骤五：完成切割后，关闭设备开关，同时关闭抽真空设备、冲水机构4，吸附安装槽3-1-1和吸附通道3-1-2的内部空间由真空状态恢复至常压后，将完成切割的岩石样本薄片取下，完成岩石样本切割，随后稍作磨薄，就可进行抛光工作。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石样本高精度切割方法，操作方便，切割过程实现自动化，一次能够同时进行多个样品切割，大幅提升了岩石样本切割效率；通过岩石样本夹持机构采用螺旋微调的方式精确控制切割厚度，微调精度为10微米，可将岩石样本厚度切薄至300-500微米，能够满足不同岩性、硬度岩石样本对超薄厚度的切割要求，样品质量高且具有良好的重复性，而且无需专业操作人员，具有广泛的市场应用前景。

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 (6)

1.一种岩石样本高精度切割设备，其特征在于，包括：

机座（1）；

切割机构（2），包括一刀盘（2-1）以及用于驱动刀盘（2-1）转动的第一驱动电机（2-2），第一驱动电机（2-2）固定于机座（1）上；

夹持机构（3），包括一载样盘（3-1）和驱动机构，载样盘（3-1）上均布多个样品安装部，样品安装部用于固定安装待切割样品；所述驱动机构固定于机座（1）上，用于驱动载样盘（3-1）旋转的同时以设定速度靠近或远离刀盘（2-1）；刀盘（2-1）与载样盘（3-1）同向转动；

所述样品安装部凸出载样盘（3-1）的表面设置，样品安装部具有吸附安装槽（3-1-1），待切割样品固定在玻璃载片上，玻璃载片通过真空吸附的方式固定安装于吸附安装槽（3-1-1）；

夹持机构（3）还包括抽真空装置（3-4），抽真空装置（3-4）包括真空泵、真空管（3-7），载样盘（3-1）的外侧面中心设有抽气口，真空管（3-7）通过旋转密封接头（3-1-3）与载样盘（3-1）的抽气口连接；载样盘（3-1）的内部设有多条抽真空通道，抽真空通道沿载样盘（3-1）的径向设置且与抽气口连通，吸附安装槽（3-1-1）的中心处垂直载样盘（3-1）设有吸附通道（3-1-2），吸附通道（3-1-2）与抽真空通道连通且并未贯穿载样盘（3-1），每个吸附安装槽（3-1-1）设有一条抽真空通道和一条吸附通道（3-1-2）；

所述驱动机构包括滑动支架（3-8）、丝杠传动组件（3-6）和第二驱动电机（3-2）；

所述第二驱动电机（3-2）设于滑动支架（3-8）上，用于驱动载样盘（3-1）旋转；

所述丝杠传动组件（3-6）用于驱动滑动支架（3-8）沿横向作直线往返移动；

所述驱动机构还包括纵向调节组件（3-5），纵向调节组件（3-5）通过螺旋微调的方式调节载样盘（3-1）沿载样盘（3-1）的中心轴线纵向移动，螺旋微调的精度为10微米；

所述第二驱动电机（3-2）设于滑动支架（3-8）的顶部，第二驱动电机（3-2）的输出轴与第一齿轮（3-3）连接，且与载样盘（3-1）的被动转轴纵向平行设置；第一齿轮（3-3）与第二齿轮（3-4）啮合传动，第二齿轮（3-4）与载样盘（3-1）的被动转轴键连接；被动转轴纵向穿过滑动支架（3-8），被动转轴上安装有轴承座，轴承通过轴承座与滑动支架（3-8）滑动连接，轴承座通过滑轨设置于滑动支架（3-8）内，滑动支架（3-8）内的滑轨与被动转轴的轴线平行；第一齿轮（3-3）的齿宽为W1，第二齿轮（3-4）的齿宽为W2，W2＞W1；

所述纵向调节组件（3-5）包括精密丝杠轴（3-5-1）、纵向微调旋钮（3-5-2），精密丝杠轴（3-5-1）的一端与螺母连接，另一端伸出机座（1）的侧壁并与纵向微调旋钮（3-5-2）连接，螺母与轴承座连接，通过旋拧精密丝杠轴（3-5-1）使得被动转轴纵向直线往返移动；

所述切割机构（2）还包括刀座（2-7），刀座（2-7）上安装有传动轴（2-3）；第一驱动电机（2-2）的输出轴与主动轮（2-4）连接，主动轮（2-4）通过传动带（2-6）带动从动轮（2-5）转动，从动轮（2-5）连接于传动轴（2-3）的第一端，刀盘（2-1）连接于传动轴（2-3）的第二端。

2.根据权利要求1所述的岩石样本高精度切割设备，其特征在于，所述丝杠传动组件（3-6）包括丝杠（3-6-1）、第三驱动电机（3-6-2）和支撑板（3-6-6），丝杠（3-6-1）横向穿过滑动支架（3-8），通过丝杠螺母与滑动支架（3-8）连接，丝杠（3-6-1）的两端转动连接于支撑板（3-6-6）上，第三驱动电机（3-6-2）通过驱动丝杠（3-6-1）旋转以带动滑动支架（3-8）沿横向作直线往返移动。

3.根据权利要求2所述的岩石样本高精度切割设备，其特征在于，所述第三驱动电机（3-6-2）设于机座（1）内，通过齿轮啮合传动机构（3-6-3）驱动丝杠（3-6-1）旋转，所述第三驱动电机（3-6-2）的输出轴与丝杠（3-6-1）平行设置。

4.根据权利要求3所述的岩石样本高精度切割设备，其特征在于，还包括防误切机构，防误切机构用于防止刀盘（2-1）误切载样盘（3-1）的被动转轴；

防误切机构为防护杆，防护杆垂直设置于滑动支架（3-8）或刀座（2-7）的侧壁。

5.根据权利要求4所述的岩石样本高精度切割设备，其特征在于，还包括测距传感器，测距传感器用于实时监测载样盘（3-1）的被动转轴与刀盘（2-1）之间的距离；

测距传感器设于刀座（2-7）的侧壁，或者，测距传感器设于防护杆的端部。

6.一种岩石样本高精度切割方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的岩石样本高精度切割设备，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将待切割的岩石样本固定在玻璃载片上；

步骤二：启动抽真空装置，将玻璃载片通过真空吸附的方式稳定吸附在载样盘（3-1）上；

步骤三：利用纵向调节组件（3-5）调整岩石样本的切割厚度；

步骤四：打开设备开关，预先设定刀盘（2-1）的转速、载样盘（3-1）的转速以及载样盘（3-1）的横向前进速度，设备按照设定参数自动执行切割过程，切割岩石样本时，刀盘（2-1）与载样盘（3-1）同向转动；

步骤四中，在刀盘（2-1）切割岩石样本前，启动冲水机构（4），冲水机构（4）由上向下朝刀盘（2-1）的切割区域喷射冷却水，冷却水喷射在刀盘（2-1）的两侧面；

步骤五：完成切割后，关闭设备开关，同时关闭抽真空装置、冲水机构（4），吸附安装槽（3-1-1）和吸附通道（3-1-2）的内部空间由真空状态恢复至常压后，将完成切割的岩石样本薄片取下，完成岩石样本切割。

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