DE19740529A1 - Probenhalterung für eine Schleifvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenhalterung für eine Schleifvorrichtung. Werkstücke oder Proben sollen mit Hilfe der Probenhalterung unter exakt definierten Winkeln geschliffen oder poliert werden können.

Metallische, halbleitende oder nichtleitende Einkristalle werden z. B. in der Probenhalterung eingespannt, geschliffen oder poliert. Definierte atomare Oberflächen sollen so hergestellt werden.

Es sind Vorrichtungen zum Polieren oder Schleifen von Kristallen bekannt, die eine während des Betriebes rotierende Fläche in Form einer Scheibe aufweisen. Auf der Scheibe ist ein Tuch aufgelegt und befestigt. Die Vor­ richtung weist ferner eine schwenkbare Probenhalterung auf. In diese wird der zu polierende Kristall eingespannt. Die zu polierende oder zu schlei­ fende Fläche des eingespannten Kristalls kontaktiert während seiner Be­ arbeitung das auf der Scheibe befestigte rotierende Tuch. Das Tuch fun­ giert also als Polier- oder Schleifmittel.

Stand der Technik sind Probenhalterungen für Schleif- und Poliervorrich­ tungen, die ein Pendel- oder Kugelgelenklager sowie drei Mikrometer­ schrauben aufweisen. Durch das Pendel- oder Kugelgelenklager führt ei­ ne Spindel. Durch Mikrometerschrauben kann die Spindel verkippt wer­ den. Am unteren Ende der Spindel ist eine Probe mittels einer abnehmba­ ren Halterplatte (Probenträger) befestigt. Die Spindel und somit die an der Spindel befestigte Probe kann entlang ihrer Längsrichtung verstellt wer­ den, bis die Probe auf der Schleiffläche aufliegt.

Beim genannten Stand der Technik mit den Mikrometerschrauben kann nicht mit der vielfach gewünschten Genauigkeit und Reproduzierbarkeit die Spindel und somit die Probe gegenüber der Schleiffläche verkippt werden. Die Probe wird daher nicht mit der entsprechenden Genauigkeit unter exakt definierten Winkeln geschliffen.

Es ist bekannt, genaue Einstellungen vorzunehmen, indem ein bewegli­ ches, erstes Bauteil auf einer Rampe, also auf einer Schräge entlangge­ schoben wird. Das erste Bauteil bewegt infolgedessen ein zweites, ent­ sprechend geführtes Bauteil nahezu senkrecht zu seiner Verschieberich­ tung. Das zweite Bauteil legt dabei einen Weg zurück, der der Höhendiffe­ renz entspricht, die das erste Bauteil durch Verschieben auf der Rampe zurückgelegt hat. Das zweite Bauteil kann so sehr genau und reprodu­ zierbar in eine gewünschte Position gebracht werden.

In einer alternativen Ausführungsform liegt das zweite Bauteil unmittelbar auf der Rampe auf. Die Rampe wird verschoben. Infolgedessen bewegt sich das zweite Bauteil z. B. aufgrund einer entsprechenden Führung senkrecht zur Verschieberichtung.

Im folgenden wird eine solche Vorrichtung mit einem (zweiten) Bauteil, das durch Verschieben einer Rampe oder eines (ersten) Bauteils auf der Rampe im wesentlichen senkrecht zur Verschieberichtung bewegt wird. Goniometer genannt.

Es ist bekannt, mit einem Goniometer genaue Einstellungen vorzuneh­ men.

Bei bekannten Vorrichtungen, die ein Goniometer umfassen, trägt das Goniometer eine mechanische Last. Diese mechanische Belastung führt auf Dauer zur Schädigung des Goniometers. Die Reproduzierbarkeit von Einstellungen ist daher bei solchen Vorrichtungen nicht gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Probenhalterung, mit der eine Probe unter exakt definierten Winkeln reproduzierbar geschliffen werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Probenhalterung gelöst, die eine Spindel umfaßt. Am unteren Ende der Spindel kann eine Probe befe­ stigt werden. Die Spindel ist kippbar gelagert. Das Lager trägt die Last. Oberhalb des Lagers ist ein Goniometer vorgesehen. Mit Hilfe des Go­ niometers kann die Spindel definiert verkippt werden. Im Bedarfsfall ist ein Feststellungsmittel vorgesehen, mit dem die eingestellte Verkippung der Spindel fixiert werden kann.

Die Spindel kann mit dem zweiten Bauteil im eingangs genannten Sinne identisch sein.

Das Goniometer trägt bei der anspruchsgemäßen Vorrichtung keine Last.

Die Kombination des Goniometers in Verbindung mit einem Pendel- bzw. Kugelgelenklager, das die Last trägt, ermöglicht die genaue Verkippung der Spindel, ohne daß das Goniometer auf Dauer geschädigt wird. Die gewünschten Einstellungen können reproduziert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Verschie­ bung eines Bauteils auf der Rampe oder die Verschiebung der Rampe durch Verstellen einer Schraube oder einer Schraubenmutter bewirkt. Es kann sich dabei um eine Mikrometerschraube handeln. Die Verschiebung kann so sehr genau vorgenommen werden. Entsprechend erhöht sich die Genauigkeit, mit der die Spindel verkippt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Goniometer dreh­ bar gelagert. Die Rampe des Goniometers kann dann um die Spindel her­ um gedreht werden.

Die drehbare Lagerung des Goniometers ermöglicht, daß die Probe unter einem beliebigen Raumwinkel geschliffen werden kann. Eine Drehung des Goniometers bewirkt, daß die Probe anschließend zwar unter dem glei­ chen Winkel, aber auf einer anderen Ebene geschliffen wird. Ein Facet­ tenschliff ist so möglich.

Um reproduzierbar einen Facettenschliff vornehmen zu können, weist die Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform Feststellungsmittel auf, mit denen die Drehbewegung des Goniometers fixiert werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Spindel entlang ihrer Längsachse verschoben werden. Auf diese Weise kann auf einfache Weise ein Kontakt zwischen Schleiffläche und der Probe sichergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Rampe oder das Bauelement, welches auf der Rampe entlanggeschoben wird, durch eine Feder in seiner jeweiligen Ruheposition gehalten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Spindel in ihrer Längsrichtung fe­ dernd gelagert. Während des Betriebes auftretende Stöße können auf­ grund der Federung kompensiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung aus Keramik und/oder aus chemisch resistentem Kunststoff bestehende Abstandshalter auf, die einen Abstand zwischen Schleiffläche und dem übrigen Teil der Probenhalterung herstellen. Der übrige Teil der Proben­ halterung besteht insbesondere aus Metall.

Es kann dann Material der Probe elektrochemisch abgetragen werden. Auf einer metallischen Schleiffläche befindet sich zu diesem Zweck ein Elektrolyt. Ein Strom wird über die metallische Schleiffläche durch die Probe und anschließend durch den metallischen Teil der Probenhalterung hindurchgeleitet. Es wird dann elektrochemisch Probenmaterial abgetra­ gen. Die Keramik oder der Kunststoff verhält sich dagegen resistent ge­ genüber einer elektrochemischen Abtragung. Die Probenhalterung wird daher nicht beschädigt.

Die anspruchsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Spindel mit einer Genauigkeit von 0,05 Grad reproduzierbar zu verkippen. Entsprechend exakt werden die Proben unter einem gewünschten Winkel geschliffen.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine anspruchsgemäße Vorrichtung.

Die Vorrichtung (Probenhalterung) besteht aus einem Haltering 1, einem Lagerring 2, einem Drehring (Bauteil mit Aussparung) 3, einem kippbaren Führungsrohr 4, einem Verstellkegel (Rampe) 5 für die Winkeleinstellung, einer Arretierschraube 6, einer Mutter (Kappe) 7 für eine Höhenverstellung der Spindel, einer Spindel 8, einer Druckfeder 9 für die Höhenverstellung der Spindel, einer Druckfeder 10 für die Winkelverstellung der Spindel, einem Probenträger 11, einem Führungsstift 12, einer Mutter 13 für die Spindel, einer Kontermutter 14, einer Null-Justierschraube 15, einer Ju­ stierschraube 15a, einer Feststellschraube 16, einer Führungsschraube 17, einer Führungsbuchse 18, einem Gelenklager 19, einem Abstands­ halter 20, einer Keramik 21 und einer Führungsschraube 22 für die Spin­ del. Die Spindel 8 ist in dem Kugelgelenklager 19 kippbar gelagert. Das Kugelgelenklager 19 weist eine Kugel auf, die von hohlkugeligen Fassun­ gen gehalten wird. Die Spindel 8 wird in dem Rohr 4 geführt. Es ist vor­ gesehen, am unteren Ende der Spindel 8 an dem Probenträger 11 eine Probe zu befestigen.

Die Rampe 5 ist am Rohr 4 verschiebbar angebracht. Das zylinderförmige Bauteil 3 weist eine Aussparung auf. Die Schraube 15 kann in die Aus­ sparung hineingedreht werden. Gegenüberliegend der Schraube 15 kann die Schraube 15a ebenfalls in die Aussparung hineingedreht werden. Wird die Rampe 5 in Richtung der Aussparung verschoben, so bewegt sich die Rampe 5 entlang der Schraube 15. Die Verschiebung wird durch die Mutter 6 bewirkt. Durch die Verschiebung der Rampe 5 wird die Spindel 8 verkippt. Die Verkippung kann durch die Schraube 15a in Position gehal­ ten werden. Statt einer Schraube 15a kann auch eine Feder vorgesehen werden.

Das Bauteil 3 mit der Aussparung kann verdreht werden. Als Folge einer Drehung des Bauteils 3 mit der Aussparung wird die Position einer am Ende der Spindel befestigten Probe so verändert, daß eine neue Ebene der Probe geschliffen wird. Der Winkel, unter dem geschliffen wird, ist da bei nicht verändert worden.

Die Spindel 8 weist an ihrem oberen Ende eine Kappe 7 auf. In einer ent­ sprechenden Aussparung innerhalb des Rohres 4 befindet sich eine Fe­ der 9. Die Feder 9 drückt gegen die Kappe 7 und hält so die Spindel 8 federnd in ihrer Position.

Eine Mutter 13 wirkt über eine Kugel auf die Spindel 8. Durch Schrauben der Kappe 7 kann die Spindel 8 entlang ihrer Längsachse verschoben werden.

Abstandshalter 20 bestehen aus chemisch resistentem Kunststoff mit ei­ ner Verstärkung aus Keramik am unteren Ende. Im übrigen besteht die Probenhalterung aus Metall.

Eine Feder 10 hält die Rampe 5 federnd in Position.

Claims (5)

1. Probenhalterung

• - mit einer Spindel (8),
• - am unteren Ende der Spindel (8) sind Befestigungsmittel (11) für ei­ ne Probe vorgesehen,
• - die Spindel (8) ist kippbar gelagert,
• - oberhalb des Lagers ist ein Goniometer so angebracht, daß die Spindel (8) mittels des Goniometers definiert verkippt werden kann.

2. Probenhalterung nach Anspruch 1, bei der die Rampe (5) oder ein Bauteil auf der Rampe des Goniometers durch Verstellung einer Schraube oder Mutter (6) verschiebbar ist.

3. Probenhalterung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem drehbar gelager­ ten Goniometer.

4. Probenhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Fest­ stellmittel (16), mit dem die Drehung des Goniometers fixiert werden kann.

5. Probenhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer in ihrer Längsrichtung verschiebbar gelagerten Spindel (8).