CN115683797B - 一种金相试样镶嵌料自动清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金相试样镶嵌料自动清理装置，属于金相制样领域，该装置包括机架以及固定在机架上的破碎单元、镶样固定单元和控制单元：破碎单元中第一动力组件通过轴承与刀具连接，刀具包括圆形刀柄和沿周向固定在该圆形刀柄上的V形刀头；镶样固定单元中固定架上设置有样品环，并且其一侧设置有锯齿；第二动力组件与固定架的锯齿啮合并通过齿轮传动；阻样架位于刀具的正下方；控制单元与第一动力组件和第二动力组件连接。本发明对刀具的形状进行设计，在保证金相试样完整的前提下实现镶嵌料有效分离，同时考虑到刀具压入镶嵌料会产生粘连，通过增设阻样架使得刀具能够继续下一个试样的破碎分离，有效提高了金相试样镶嵌料清理的自动化程度。

Description

一种金相试样镶嵌料自动清理装置

技术领域

本发明属于金相制样领域，更具体地，涉及一种金相试样镶嵌料自动清理装置。

背景技术

镶嵌是金相制样的关键步骤之一，其意图包括可以使形状或尺寸不适合自动或手动磨抛进行金相制样的试样通过镶嵌来形成统一的尺度；保护试样边缘；避免制备进程形成边缘倒角等缺陷；确保易脆、多孔的材料的制备等。

现有的金相制样的相关装置设备仅能满足试样的自动镶嵌和自动磨抛功能，镶嵌后如想要取出试样进行其他操作则需要手动清理镶嵌料，手动清理的流程繁琐，并且容易因手工操作不当破坏金相试样的表面或出现丢失问题，严重阻碍了科研进程。

基于此，迫切需要一种能够进行金相试样镶嵌料自动清理的装置代替人工操作，提高取样质量和取样效率，保证科研的正常推进。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金相试样镶嵌料自动清理装置，旨在解决现有的金相试样镶嵌无法实现全自动化过程的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种金相试样镶嵌料自动清理装置，该装置包括机架以及固定在所述机架上的破碎单元、镶样固定单元和控制单元：

所述破碎单元包括第一动力组件、轴承和刀具，所述第一动力组件通过轴承与刀具连接，以带动所述刀具上下运动，所述轴承用于使刀具在接触镶样后停止旋转；所述刀具包括圆形刀柄和沿周向固定在该圆形刀柄上的预设数量的V形刀头，工作时通过该V形刀头压入镶样中使其产生裂纹后破碎，进而实现金相试样分离；

所述镶样固定单元包括固定架、第二动力组件和阻样架，所述固定架通过导轨装配在机架上，该固定架上设置有预设数量的样品环，用于放置镶样，并且其一侧设置有锯齿；所述第二动力组件与固定架的锯齿啮合并通过齿轮传动，以带动所述固定架沿垂直于刀具的方向前后移动，进而实现自动换样；所述阻样架位于所述刀具的正下方，并设置在刀具和固定架之间，用于分离粘接在刀具上的镶嵌料，该阻样架中部开有圆形孔，并且该圆形孔的边缘设置有与V形刀头匹配的开口，以保证刀具穿过该阻样架接触镶样，相邻开口之间设置有尖角，以将V形刀头导入开口中；

所述控制单元与第一动力组件和第二动力组件连接，用于控制其实现自动清理功能。

作为进一步优选的，所述镶样固定单元还包括固定在机架上的定位销，该定位销采用半圆形设计，其底部设置有弹簧，以实现定位销的弹出和回缩功能，同时所述固定架的另一侧设置有与定位销匹配的弧形凹槽，用于与定位销配合实现对固定架的定位。

作为进一步优选的，所述金相试样镶嵌料自动清理装置还包括机械手单元和清洗单元，所述机械手单元用于移动金相试样，所述清洗单元用于对金相试样进行清洗并清除渣料，以实现金相试样的自动清理。

作为进一步优选的，所述机械手单元包括底板、主机械臂、副机械臂和抓手，所述底板固定在机架上，所述主机械臂与底板连接，能够沿垂直于刀具的方向进行前后运动和周向旋转；所述副机械臂的一侧与主机械臂连接，能够沿垂直于刀具的方向进行左右运动以及沿刀具的方向进行上下运动，其另一侧与抓手连接；所述抓手在主机械臂和副机械臂的带动下移动，并通过抓紧和放松实现金相试样的移动。

作为进一步优选的，所述清洗单元包括超声清洗机、喷洗机、吹风机和除渣机，所述超声清洗机用于对金相试样进行超声清洗，所述喷洗机用于对超声清洗后的金相试样喷清洗剂，所述吹风机用于干燥所述金相试样，所述除渣机用于吸除固定架上的渣料。

作为进一步优选的，所述第一动力组件包括从上至下依次连接的第一伺服电机、联轴器和丝杆，所述第一伺服电机通过联轴器带动丝杆上下移动，并且所述丝杆与机架通过螺纹连接。

作为进一步优选的，所述第二动力组件包括第二伺服电机和齿轮组，所述第二伺服电机与齿轮组连接以带动其转动，同时所述齿轮组与固定架上的锯齿啮合，进而通过齿轮传动的方式带动固定架前后移动。

作为进一步优选的，所述清洗单元还包括样品盒，所述样品盒放置在固定架的一侧，用于收集清洗后的金相试样。

作为进一步优选的，所述刀具中V形刀头的数量为3～5个。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

有益效果：

1.本发明考虑到镶样的特殊结构，对刀具的形状进行了设计，通过在圆形刀柄的周向上固定预设数量的V形刀头，使其能够分布在金相试样周围，当刀具压入镶样中，V形刀头会插入镶嵌料使其产生裂变，随着刀具的深入裂纹扩展至金相试样处，由于金相试样为金属，其与镶嵌料接触的界面容易分离，裂纹会在金相试样周围扩展，最终将金相试样分离，从而在保证金相试样完整的前提下实现镶嵌料有效分离，同时考虑到刀具压入镶嵌料会产生粘连，相应设计了阻样架，使得刀具能够继续下一个试样的破碎分离，有效提高了金相试样镶嵌料清理的自动化程度；

2.同时，本发明通过设置定位销、机械手单元和清理单元，能够实现自动定位、金相试样自动取出和清理工作，实现了整个流程的自动化过程，填补了目前金相试样自动磨样机没有取出和清洗功能的空白，大大降低了从镶嵌料中取金相试样的难度，避免了人为操作不当产生的试样损坏问题，提高了整个过程的工作效率，实现了从一个原始镶样到磨样、取样、清洗的全自动完整流程。

附图说明

图1是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置的主视图；

图2是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置的后视图；

图3是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置的俯视图；

图4是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置中刀具的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为仰视图；

图5是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置中阻样架的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；

图6是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置中固定架的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置中夹具的结构示意图和A-A向视图；

图8是本发明实施例提供的金相试样镶嵌料自动清理装置中机械手单元的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-机架，2-第一伺服电机，3-联轴器，4-丝杆，5-轴承，6-夹具，7-刀具，8-机械手单元，8.1-底板，8.2-主机械臂，8.3-副机械臂，8.4-抓手，9-固定架，10-阻样架，11-齿轮组，12-第二伺服电机，13-定位销，14-样品盒，15-喷洗机，16-吹风机，17-除渣机，18-超声清洗机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-7所示，本发明提供了一种金相试样镶嵌料自动清理装置，该装置包括机架1以及固定在机架1上的破碎单元、镶样固定单元和控制单元：

破碎单元包括第一动力组件、轴承5和刀具7，第一动力组件通过轴承5与刀具7连接，以带动刀具7上下运动，该第一动力组件包括从上至下依次连接的第一伺服电机2、联轴器3和丝杆4，第一伺服电机2固定在机架1上，并通过联轴器3带动丝杆4上下移动，丝杆4与机架1通过螺纹连接以保证其稳定性；轴承5用于使刀具7在接触镶样后停止旋转，该轴承5的上下面通过夹具6进行连接；刀具7包括圆形刀柄和沿周向固定在该圆形刀柄上的预设数量的V形刀头，工作时刀具7对准镶样的中心，V形刀头分布在试样周围，将V形刀头插入镶嵌料中会使其产生裂纹，并随着V形刀头的深入，裂纹产生扩展，当裂纹扩展至金相试样处，由于金相试样为金属，与镶嵌料接触的界面容易分离，裂纹会在试样周围扩展，最终将金相试样分离；

镶样固定单元包括固定架9、第二动力组件和阻样架10，固定架9通过导轨装配在机架1上，该固定架9上设置有预设数量的样品环，用于放置镶样，并且其一侧设置有锯齿；第二动力组件包括第二伺服电机12和齿轮组11，第二伺服电机12与齿轮组11连接，以带动齿轮组11转动，齿轮组11与固定架9上的锯齿啮合，进而通过齿轮传动的方式带动固定架9沿垂直于刀具7的方向前后移动，并且该第二伺服电机12优选采用一体化闭环步进电机，具有控制稳定、精度高的优势；阻样架10位于刀具7的正下方，并设置在刀具7和固定架9之间，用于分离粘接在刀具7上的镶嵌料，该阻样架10中部开有圆形孔，并且该圆形孔的边缘设置有与V形刀头匹配的开口，以保证刀具7穿过该阻样架10接触镶样，相邻开口之间设置有尖角，以将V形刀头导入开口中；

控制单元与第一动力组件和第二动力组件连接，用于控制其实现自动清理功能。

进一步，镶样固定单元还包括固定在机架1上的定位销13，该定位销13采用半圆形设计，其底部设置有弹簧，以实现定位销13的弹出和回缩功能，同时固定架9的另一侧设置有与定位销13匹配的弧形凹槽，用于与定位销13配合实现对固定架9的定位；换样时，第二伺服电机12通过齿轮组11带动固定架9向前移动，定位销13压缩弹簧进行回缩，待下一个样品环运动到位时，定位销13在压缩弹簧的带动下弹出，卡入弧形凹槽中使得第二伺服电机12的电流发生变化，控制单元检测到后停止第二伺服电机12运行，进而实现对固定架9的定位。

进一步，金相试样镶嵌料自动清理装置还包括机械手单元8和清洗单元，机械手单元8用于移动金相试样，清洗单元用于对金相试样进行清洗并清除渣料，并且机械手单元8和清洗单元均由控制单元控制，以实现金相试样的自动清理。

其中，如图8所示，机械手单元8包括底板8.1、主机械臂8.2、副机械臂8.3和抓手8.4，底板8.1固定在机架1上，主机械臂8.2与底板8.1连接，能够沿垂直于刀具7的方向进行前后运动和周向旋转；副机械臂8.3的一侧与主机械臂8.2连接，能够沿垂直于刀具7的方向进行左右运动以及沿刀具7方向进行上下运动，其另一侧与抓手8.4连接；抓手8.4在主机械臂8.2和副机械臂8.3的带动下移动，同时能够进行旋转，并通过抓紧和放松实现金相试样的移动。

清洗单元包括超声清洗机18、喷洗机15、吹风机16、除渣机17和样品盒14，超声清洗机18用于对金相试样进行超声清洗，喷洗机15用于对超声清洗后的金相试样喷清洗剂，吹风机16用于干燥金相试样，除渣机17用于吸除固定架9上的渣料，样品盒14放置在固定架9的一侧，用于收集清洗后的金相试样。

进一步，刀具7中V形刀头的数量为3～5个；固定架9上样品环的数量为3～6个。选用直径为20mm的标准镶样，设定第一伺服电机2的转速为200r/min，额定扭矩8N·m，步进距离通过手动控制，当扭矩大于8N·m时，自动停止，防止破坏刀具7；设定第二伺服电机的步进距离，使得齿轮组11带动固定架9运动一个样品的距离。

本发明提供的金相试样镶嵌料自动清理装置的工作流程为：

(1)将磨好的镶样依次放置在固定架9的样品环中，通过控制第二伺服电机12带动固定架9移动，并利用定位销13进行定位使得镶样对准刀具7；

(2)通过控制第一伺服电机2带动丝杆4旋转，使刀具7向下运动，当刀具接触镶样时，由于轴承5的存在，刀具7不在旋转，继续控制第一伺服电机2向下运动，直到将镶嵌料压碎，获得金相试样；

(3)控制第一伺服电机2向上运动，在夹具6的夹持下带动刀具7一同向上运动，固定架9将连接在刀具7上的镶嵌料碎屑分开；

(4)控制除渣机17旋转，使得管口对准样品环，以吸取镶嵌料渣；

(5)控制主机械臂8.2前后运动调整位置，副机械臂8.3左右运动使抓手8.4对准金相试样，抓手8.4抓取后副机械臂8.3上升并取出，主机械臂8.2旋转并且副机械臂8.3左右移动，使抓手8.4对准超声清洗机18，副机械臂8.3向下运动将金相试样放入超声清洗机18中，以对其进行清洗，

(6)控制副机械臂8.3向上运动，抓手8.4旋转使金相试样放置于喷洗机15和吹风机16下方，控制喷洗机15喷出清洗机，然后吹风机16开始吹风，干燥金相试样表面；

(7)抓取干燥后的金相试样，控制主机械臂8.2旋转并前后运动，副机械臂8.3前后运动调整，使抓手8.4对准样品盒14，副机械臂8.3向下运动并使抓手8.4松开将金相试样放置于样品盒14中，然后除渣机17再次旋转管口吸取剩余在样品环中的渣料；

(8)重复上述过程直至完成所有金相试样的制备和镶嵌料清理工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，该装置包括机架(1)以及固定在所述机架(1)上的破碎单元、镶样固定单元和控制单元：

所述破碎单元包括第一动力组件、轴承(5)和刀具(7)，所述第一动力组件通过轴承(5)与刀具(7)连接，以带动所述刀具(7)上下运动，所述轴承(5)用于使刀具(7)在接触镶样后停止旋转；所述刀具(7)包括圆形刀柄和沿周向固定在该圆形刀柄上的预设数量的V形刀头，工作时通过该V形刀头压入镶样中使其产生裂纹后破碎，进而实现金相试样分离；

所述镶样固定单元包括固定架(9)、第二动力组件和阻样架(10)，所述固定架(9)通过导轨装配在机架(1)上，该固定架(9)上设置有预设数量的样品环，用于放置镶样，并且其一侧设置有锯齿；所述第二动力组件与固定架(9)的锯齿啮合并通过齿轮传动，以带动所述固定架(9)沿垂直于刀具(7)的方向前后移动，进而实现自动换样；所述阻样架(10)位于所述刀具(7)的正下方，并设置在刀具(7)和固定架(9)之间，用于分离粘接在刀具(7)上的镶嵌料，该阻样架(10)中部开有圆形孔，并且该圆形孔的边缘设置有与V形刀头匹配的开口，以保证刀具(7)穿过该阻样架(10)接触镶样，相邻开口之间设置有尖角，以将V形刀头导入开口中；

所述控制单元与第一动力组件和第二动力组件连接，用于控制其实现自动清理功能。

2.如权利要求1所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述镶样固定单元还包括固定在机架(1)上的定位销(13)，该定位销(13)采用半圆形设计，其底部设置有弹簧，以实现定位销(13)的弹出和回缩功能，同时所述固定架(9)的另一侧设置有与定位销(13)匹配的弧形凹槽，用于与定位销(13)配合实现对固定架(9)的定位。

3.如权利要求1所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述金相试样镶嵌料自动清理装置还包括机械手单元(8)和清洗单元，所述机械手单元(8)用于移动金相试样，所述清洗单元用于对金相试样进行清洗并清除渣料，以实现金相试样的自动清理。

4.如权利要求3所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述机械手单元(8)包括底板(8.1)、主机械臂(8.2)、副机械臂(8.3)和抓手(8.4)，所述底板(8.1)固定在机架(1)上，所述主机械臂(8.2)与底板(8.1)连接，能够沿垂直于刀具(7)的方向进行前后运动和周向旋转；所述副机械臂(8.3)的一侧与主机械臂(8.2)连接，能够沿垂直于刀具(7)的方向进行左右运动以及沿刀具(7)的方向进行上下运动，其另一侧与抓手(8.4)连接；所述抓手(8.4)在主机械臂(8.2)和副机械臂(8.3)的带动下移动，并通过抓紧和放松实现金相试样的移动。

5.如权利要求3所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述清洗单元包括超声清洗机(18)、喷洗机(15)、吹风机(16)和除渣机(17)，所述超声清洗机(18)用于对金相试样进行超声清洗，所述喷洗机(15)用于对超声清洗后的金相试样喷清洗剂，所述吹风机(16)用于干燥所述金相试样，所述除渣机(17)用于吸除固定架(9)上的渣料。

6.如权利要求1所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述第一动力组件包括从上至下依次连接的第一伺服电机(2)、联轴器(3)和丝杆(4)，所述第一伺服电机(2)通过联轴器(3)带动丝杆(4)上下移动，并且所述丝杆(4)与机架(1)通过螺纹连接。

7.如权利要求1所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述第二动力组件包括第二伺服电机(12)和齿轮组(11)，所述第二伺服电机(12)与齿轮组(11)连接以带动其转动，同时所述齿轮组(11)与固定架(9)上的锯齿啮合，进而通过齿轮传动的方式带动固定架(9)前后移动。

8.如权利要求5所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述清洗单元还包括样品盒(14)，所述样品盒(14)放置在固定架(9)的一侧，用于收集清洗后的金相试样。

9.如权利要求1～8任一项所述的金相试样镶嵌料自动清理装置，其特征在于，所述刀具(7)中V形刀头的数量为3～5个。