CZ290918B6 - Zařízení pro brouąení vzorků materiálu - Google Patents

Abstract

Za° zen je ur eno nap° klad pro brou en mikrostruktury vzorku horniny, nanesen na podlo n m skl ku mikroskopu. Mikroskop obsahuje konzolovou a r movou konstrukci (1) s oto n²m stolem (3), na kter m lze pevn um stit v t po et vzork materi lu, d le nejm n jedno svisle pohybliv brousic v°eteno (2), ulo en nad oto n²m stolem (3) a programovatelnou ° dic jednotku (4) pro ° zen brousic ho postupu. Oto n² st l (3) je upraven pro bo n vykyvov n v i brousic m v°eten m (2).\

Description

Zařízení pro broušení vzorků materiálu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro broušení vzorků materiálu, například broušení mikrostruktury vzorku horniny, naneseného na podložním sklíčku mikroskopu.

Při těžení oleje a plynu z podzemního útvaru (skály) má zásadní důležitost získání znalostí o povaze tohoto útvaru. Toho se mezi jiným dosáhne studiem mikrostruktury příslušné horniny v mikroskopu pro získání poznatků o průlinčitosti a struktuře horniny. Broušení začíná tím, že se oddělí kus horniny a impregnuje se. Potom se impregnovaný kus brousí na povrchu, než se nanese na podložní sklíčko mikroskopu a definitivně vybrousí.

Dosavadní stav techniky

Nejobvyklejší způsob broušení je založen na nanášení brusného materiálu, tj. karbid křemíku v podobě zrn se ve vodné suspenzi nanáší na otáčivý litinový kotouč, vzorky materiálu (sklíčko mikroskopu se vzorky) se umístí na jeden nebo několik otáčivých držáků a přitlačí na otáčivý litinový kotouč. U tohoto druhu zařízení a postupu působí zrna karbidu křemíku jako taková jako brusná látka tloušťka se postupně sníží na přibližně 30 mikrometrů.

Známý způsob a zařízení jsou však spojeny s určitými nevýhodami. Především jsou nanesená brusná zrna zatlačována do epoxidové plastické hmoty a jeví se jako černé částice v pórech vzorků broušeného materiálu. V nejhorším případě to může vyvolat nezpůsobilost vzorků pro další analýzu. Kromě toho může litinový kotouč při průběhu broušení získat šikmý povrch a musí být často seřizován. To znamená zvýšené množství práce. Sikmost u litinového kotouče může také vést ke značné nerovnosti u vzorků materiálu, kterých proto nelze použít pro další zkoumání.

Další nevýhodou známého uspořádání je, že vyžaduje trvalý dohled pracovníka a tím se jeho používání prodraží.

Vynález si klade za úkol navrhnout zařízení pro broušení vzorků materiálu, u něhož jsou shora uvedené nevýhody odstraněny a které

- je podstatně snadnější při používání,

- poskytuje podstatně vyšší přesnost při broušení,

- brání proniknutí brusných zrn do vzorků materiálu,

- vyžaduje minimální účast pracovníka,

- vede k podstatně jemnějšímu a hladšímu povrchu hotových vzorků broušeného materiálu,

- šetří čas ve spojení s pozdějším leštěním povrchu vzorků materiálu,

- má větší brusný výkon.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří zařízení pro broušení vzorků materiálu, například broušení mikrostruktury vzorku horniny, nanesené na podložním sklíčku mikroskopu, obsahující konzolovou

-1 CZ 290918 B6 a rámovou konstrukci s otočným stolem, na kterém lze pevně umístit větší počet vzorků materiálu, dále nejméně jedno svisle pohyblivé brousicí vřeteno, uložené nad otočným stolem a programovatelnou řídicí jednotku pro řízení brousicího postupu, otočný stůl je upraven pro boční vykyvování vůči brousicím vřetenům.

Ve výhodném provedení zařízení obsahuje dvě brousicí vřetena, jedno pro broušení vzorků materiálu na hrubo a druhé pro jejich broušení na jemno.

Další provedení spočívá v tom, že brousicí vřetena jsou vybavena brusným kotoučem s diamantovými částicemi, vázanými do kovu.

Brusný kotouč je s výhodou vytvořen ve tvaru misky.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že jedno nebo více brousicích vřeten je umístěno na vozíku, pohyblivém ve svislém směru podél kolejnic za pomoci servomotoru přes první uspořádání matice/šroub.

V dalším výhodném provedení je otočný stůl umístěn na saních, upravených na druhých kolejnicích saní a podél nich pohyblivých pomocí druhého servomotoru přes druhé uspořádání matice/šroub.

Otočný stůl je s výhodou konstruován pro držení vzorků materiálu pomocí vakua a je opatřen větším počtem otvorů, jež jsou spojeny se zdrojem vakua a uspořádány v obrazci kolem obvodu otočného stolu.

Další provedení spočívá v tom, že hřídel pro otočný stůl a brousicí vřetena je vůči šikmým ložiskům předem nastaven pružinou tak, že se hřídel může účinkem tepla volně roztahovat bez posunutí otočného stolu nebo brousicích vřeten.

Hřídel je s výhodou nesen dvěma šikmými ložisky, navzájem styčně upravenými a že šikmá ložiska jsou typu Šikmých styčných kuličkových ložisek s odlišným průměrem a počtem kuliček.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude nyní blíže popsán na příkladech provedení v souvislosti s výkresy, kde obr. 1 znázorňuje A pohled zpředu, B pohled ze strany a C pohled shora na zařízení podle vynálezu, obr. 2 znázorňuje ve zvětšeném měřítku nosič pro brousicí vřeteno, které je v zařízení zahrnuto, a obr. 3 znázorňuje v pohledu shora a ve zvětšeném měřítku otáčivý stůl podle vynálezu, obr. 4 znázorňuje dva příklady vzorků materiálu, které jsou broušeny a) brousicím zařízením podle vynálezu a b) známým zařízením na základě nanášení brusného materiálu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle vynálezu zahrnuje, jak je znázorněno na obr. 1, čtyři hlavní složky, totiž konzolovou a rámovou konstrukci 1, uspořádání brousicího vřetena 2, otočný stůl 3 a řídicí jednotku 4.

Konzolová a rámová konstrukce 1 je určena k absorbování velkých energií při brousicím postupu, když se zařízení používá, a je proto provedeno ze silných ocelových nosníků a výztuh 5,

-2CZ 290918 B6

6, 7, aby se zajistila dostatečná stabilita a bylo zabráněno nerovnoměrnosti brusných vzorků. Pokud jde o bližší podrobnosti konzolové a rámové konstrukce 1, lze předpokládat, že takové podrobnosti náležejí do kompetence odborníka v oboru a nebudou proto zde blíže popisovány.

Uspořádání brousicích vřeten 2 obsahuje, jak je znázorněno na obr. 1, dvě brousicí vřetena 2, umístěná nad otočným stolem 3, a to jedno hrubé a jedno jemné vřeteno, z nichž každé je poháněno elektrickým motorem 8. Každá jednotka brousicího vřetena 2 a elektrického motoru 8 je nesena vozíkem 9, pohyblivým ve svislém směru podél kolejnic 10 v konzolové a rámové konstrukci L

Vozík 9 může být i s brousicími vřeteny 2 posunován nahoru a dolů vysoce přesným uspořádáním 11 šroub/matice (vnitřní závitovky), které je ovládáno servomotorem 12. Zařízení podle vynálezu je, jak shora uvedeno, konstruováno tak, že může jemně brousit vzorky materiálu na tloušťku 20 až 30 mikrometrů a s přesností ± 1 mikrometr. Aby se zabránilo odchylkám v důsledku roztahování teplem, je brousicí vřeteno 2 uloženo na zvláštním nosiči 13 na vozíku 9, jak je dále znázorněno ve zvětšeném měřítku na obr. 2. Podrobně jsou znázorněna teflonová těsnění 14, šikmá ložiska 15 a 16, pružiny 17, radiální styčné kuličkové ložisko 18, pojistná matice 19, hřídel 20 a středící kroužek.

V nosiči je užito shora uvedených ložisek, která mají různé rozměry a čísla kuliček, aby se zabránilo tomu, že by drážka kuliček vytvořila nežádoucí obrazce v brusném povrchu vzorků materiálu. Pružiny 77 vytvářejí trvalý tlak na radiální styčné kuličkové ložisko 18, popřípadě na šikmá ložiska 15, 16, což vede k tomu, že jakéhokoliv přehřátí brousicího vřetena 2 nevytvoří nepřesnost, pokud jde o brusný povrch. Hřídel 20 má jinými slovy volnost se roztahovat ve směru vzhůru. Teflonové těsnění 14 má nízké tření, což vede k nízkému vyvíjení teplota ve skříni brousicího vřetena 2. Pokud jde o brousicí vřetena 2 jako taková, sestávající z diamantových částic, vázaných v kovovém materiálu, vytvořeném jako brusné kotouče 21, s výhodou v podobě pohárků, aby se při brousicím postupu dosáhlo dobrého chlazení. Použití diamantových kotoučů představuje podstatnou výhodu vynálezu, jelikož vzorky materiálu se úplně očistí a oprostí od nežádoucích částic ve struktuře mletého materiálu.

Na obr. 4 jsou znázorněny dva příklady vzorků materiálu, které jsou broušeny: 4a, brousicím zřízením podle vynálezu, a 4b, známým ústrojím pomocí usazování brusných částic. Z obr. 4b vyplývá, že ve struktuře materiálu jsou nežádoucí částice. Vzorky materiálu, znázorněné na obr. 4a, nemají takové částice.

Otočný stůl 3 (viz obr. 2), který tvoří třetí důležitou součást vynálezu, sestává z okrouhlého kotouče, který je přes pás 22 nebo pod., poháněn elektrickým motorem 23. Otočný stůl 3 s hnacím soukolím 22, 23 je umístěn na sáních 24 nebo pod., jež jsou pohyblivé na druhých kolejnicích 25 na rámové konstrukci 5. Sáně 24 mohou být účelně poháněny druhým servomotorem 27 pomocí uspořádání 26 matice/šroub podobně k řešení, jehož je použito pro zvedání a snižování brousicích vřeten 2.

Tím, že se otočný stůl 3 upraví tak pohyblivě, jak je shora popsáno, vytvoří se pro vzorky materiálu výkyvný a otáčivý brousicí pohyb, který vede k jejich hladkému a přesnému vybroušení (po celém povrchu).

Vzorky materiálu, určené k broušení, jsou uvolnitelně umístěny na otočném stole 3 pomocí podtlaku. Obr. 3 znázorňuje ve zvětšeném měřítku otočný stůl 3 podle vynálezu v pohledu shora. Otočný stůl 3 je z mosazi, je prost napětí materiálu a má větší počet otvorů 28, spojených s drážkami 31, která jsou uspořádány v obrazci v určité vzájemné vzdálenosti a jsou spojeny s neznázoměným zdrojem podtlaku. Celkem má otočný stůl 3 čtyřicet takových otvorů 28 s drážkami 31, které mohou držet stejný počet vzorků.

-3CZ 290918 B6

Při brousicím postupu se k otočnému stolu 3 přivádí voda pro chlazení vzorků materiálu pomocí jedné nebo více trysek, umístěných nad stolem. To již není na výkresech znázorněno.

Čtvrtým důležitým znakem, který je ve vynálezu zahrnut, je programovatelné logické řízení (PLC), které tvoří řídicí jednotku 4. Činnost jednotky PLC může být vhodně prováděna tzv. „dotekovým zobrazovacím displejem“, kde se používá různých menu s tlačítky pro řízení brousicího zařízení. Celá řídicí soustava je provedena ve spojení s řídicím panelem, umístěným na brousicím zařízení, nebo s výhodou na odděleném ovládacím panelu, umístěném na brousicím zařízení, nebo s výhodou na zvláštním ovládacím panelu, umožňujícím operátorovi snadný přístup.

Tento druh jednotky PLC, jehož je použito, nepředstavuje jako takový žádný patentovatelný význam, neboť je na trhu dostupný a technické vyřešení jednotky PLC nebude blíže popisováno. Avšak v následujícím bude krátce vysvětleno, jak může být brousicí zařízení ovládáno pomocí jednotky PLC.

Když se zapojí hlavní spínač, pak všechny „osy“, které znázorňují otočný stůl 3 a brousicí vřetena 2, se posunou do nulového bodu, zvaného „origo“ (počátek). Zároveň se na operátorské zobrazovací jednotce objeví text „vyhledávání počátku“. Když je zařízení připraveno k použití, zobrazí se na displeji hlavní menu. Například si lze vybrat mezi samočinným broušením vzorků horniny, samočinným broušením skleněné tabule nebo ručním broušením.

Při zvolení ručního broušení v hlavním menu se přikročí k vedlejšímu menu s volbami, týkajícími se ovládání otočného stolu 3 a volbami, týkajícími se ovládání otočného stolu 3 a volbami, jak má být použito brousicího motoru. Zvolí-li se jemné nebo hrubé broušení, objeví se další vedlejší menu, kde se provádí ruční řízení brousicího postupu. Je také možno zjistit a uchovat (uložit do paměti) referenční body, jichž lze později použít pro úplně samočinné broušení strojem, tj. vybroušením vzorku a uložením referenčních bodů může stroj samočinně provést opakování brousicího postupu.

Volba koncových poloh výkyvných pohybů otočného stolu 3 se provádí na odděleném menu. Na tomto menu lze také programovat rychlost samočinného broušení.

Před zvolením samočinného broušení se vzorek materiálu nejdříve umístí na otočný stůl 3 a spustí se vakuum nebo chladicí voda. Potom se z hlavního menu zvolí samočinné broušení skleněného vzorku nebo samočinné broušení vzorku horniny. Když se tak stalo, objeví se příslušná submenu a je možno zahajovat a zastavovat brousicí postup kdykoliv v programu. Zde může být prováděn celý brousicí postup s broušením na hrubo a na jemno a se současným vykyvováním otočného stolu 3, až se brousicí postup ukončí. Pak se otočný stůl 3 navrátí do výchozího bodu a vzorky materiálu jsou připraveny k dalšímu zpracování a analýzám.

Pokud jde o brousicí postup, je třeba poznamenat, že je výhodné použít dvou brousicích kol, jak shora popsáno, jelikož se zkrátí doba broušení. V tomto případě se vzorky materiálu brousí nejdříve na hrubo na vhodnou tloušťku, například přibližně 100 mikrometrů, kotoučem, brousicím na hrubo, než se kotoučem, brousicím na jemno, vybrousí na žádanou tloušťku, například přibližně 30 mikrometrů. Vynález, jak je definován v přiložených nárocích, není ovšem omezen na dva brousicí kotouče, nýbrž může být opatřen pouze jedním nebo více než třemi brousicími kotouči tohoto druhu.

Claims (9)

1. Zařízení pro broušení vzorků materiálu, například broušení mikrostruktury vzorku horniny, nanesené na podložním sklíčku mikroskopu, obsahující konzolovou a rámovou konstrukci (1) s otočným stolem (3), na kterém lze pevně umístit větší počet vzorků materiálu, dále nejméně jedno svisle pohyblivé brousicí vřeteno (2), uložené nad otočným stolem (3) a programovatelnou řídicí jednotku (4) pro řízení brousicího postupu, vyznačující se tím, že otočný stůl (3) je upraven pro boční vykyvování vůči brousicím vřetenům (2).

2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsahuje dvě brousicí vřetena (2), jedno pro broušení vzorků materiálu na hrubo a druhé pro jejich broušení na jemno.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že brousicí vřetena (2) jsou vybavena brusným kotoučem (21) s diamantovými částicemi, vázanými do kovu.

4. Zařízení podle nároku 3,vyznačující se tím, že brusný kotouč (21) je vytvořen ve tvaru misky.

5. Zařízení podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že jedno nebo více brousicích vřeten (2) je umístěno na vozíku (9), pohyblivém ve svislém směru podél kolejnic (10) za pomoci servomotoru (12) přes první uspořádání (11) matice/šroub.

6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že otočný stůl (3) je umístěn na saních (24), upravených na druhých kolejnicích (25) saní (24) a podél nich pohyblivých pomocí druhého servomotoru (27) přes druhé uspořádání (26) matice/šroub.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že otočný stůl (3), je konstruován pro držení vzorků materiálu pomocí vakua a je opatřen větším počtem otvorů (28), jež jsou spojeny se zdrojem vakua a uspořádány v obrazci drážek (31) kolem obvodu otočného stolu (3).

8. Zařízení podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že hřídel (20) pro otočný stůl (3) a brousicí vřetena (2) je vůči šikmým ložiskům (15, 16) předem nastaven pružinou (17) tak, že se hřídel (20) může účinkem tepla volně roztahovat bez posunutí otočného stolu (3) nebo brousicích vřeten (2).

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že hřídel (20) je nesen dvěma šikmými ložisky, navzájem styčně upravenými a že šikmá ložiska (15, 16) jsou typu šikmých styčných kuličkových ložisek s odlišným průměrem a počtem kuliček.