DK155299B - Apparat til slibning eller polering af emner - Google Patents

Description

i

DK 155299 B

Opfindelsen angår et apparat til slibning eller polering af emner, navnlig metallografiske prøver, ved hvilket emnet trykkef mod en slibe- eller polereskive under indvirkning af en til emnet overført 5 trykkraft.

Ved slibning (herunder lapning) eller polering under anvendelse af et sådant apparat opnås der en aftagning, d.v.s. der fjernes materiale fra den overflade af prøven, der berører slibe- eller polere-10 skiven.

Det er navnlig indenfor metallografien hensigten, at der skal opnås en fjernelse af et overfladelag af en forud fastsat tykkelse eller med andre ord en forud fastsat aftagningsdybde, eller dog en aftag-15 ningsdybde inden for en forud fastsat størrelsesorden.

For at opnå dette har man hidtil i almindelighed brugt procestiden som parameter, d.v.s. slibningen eller poleringen afbrydes efter forløbet af en vis procestid, som er fastlagt empirisk. Denne metode 20 er dog forbundet med en betydelig usikkerhed, idet f.eks. en variation i de skærende egenskaber af en slibesten vil give en anden aftagning pr. tidsenhed end den, der er lagt til grund for fastsættelsen af procestiden.

25 Det vil derfor være en fordel at kunne foretage en direkte måling af aftagningsdybden. En sådan måling vil kunne opnås ved hjælp af et optisk målesystem af tilsvarende art som de systemer, der på moderne værktøjsmaskiner anvendes til måling af afstande i /im-området.

Sådanne systemer er ganske vist meget nøjagtige, men de er alt for 30 kostbare til anvendelse ved almindelig metallografisk slibning og polering, og de ville ikke give nogen indikation af slibe- eller poleretrykket, hvorfor dette, som jo også er en vigtig parameter i processen, måtte måles separat.

35 Opfindelsen går ud på at tilvejebringe et apparat af den angivne art, ved hvilket slibe- eller poleretrykket og aftagningsdybden kan måles under ét med meget lave omkostninger til måleudstyr.

Med henblik herpå består det for opfindelsen ejendommelige i, at 2

DK 155299 B

apparatet i en kraftoverføringsbane for trykkraften indeholder et elastisk deformerbart overføringsled, og at der ved den fra emnet bortvendende ende af kraftoverføringsbanen findes et aktiv|ringsor-gan, som er indrettet til ved påbegyndelsen af slibningen eller 5 poleringen at spænde det elastiske deformerbare led, indtil en ønsket trykkraft er opnået, og derefter at fastlåses, hvorhos apparatet omfatter iøvrigt kendte organer til afføling af den elastiske deformation af overføringsleddet og ændringer af denne deformation under slibningens eller poleringens forløb, samt til 10 udfra de ved afføl ingen fundne værdier at bestemme både trykkraften og aftagningsdybden.

Da trykkraften ved apparatet ifølge opfindelsen overføres fra et fastlåst punkt gennem det elastisk deformerbare overføringsled, vil 15 trykkraften under slibningen falde, efterhånden som aftagningen skrider frem (hvilket som regel er fordelagtigt), og forskellen mellem trykkraften i et givet øjeblik og værdien af trykkraften ved slibningens eller poleringens begyndelse vil derfor være et mål for aftagningen. Derfor giver øjebliksværdien af den elastiske 20 deformation af overføringsorganerne i ethvert stadium af processen et mål for både trykkraften og aftagningsdybden. Den elastiske deformation af et legeme kan som bekendt måles ved hjælp af simple og billige transducere, såsom strain-gauges eller kapacitive transducere, og med simpelt elektronisk udstyr kan måleresultaterne 25 behandles og udnyttes til aflæsning og/eller processtyring.

Det elektroniske udstyr kan omfatte en microprocessor, i hvilken der kan indlæses parametre til styring af processen efter et ønsket program.

30 Ønsker man f.eks. i et givet punkt af processen at formindske trykkraften ud over den formindskelse, der kommer af sig selv, kan microprocessoren indstilles til at omstille aktiveringsorganet således, at den ønskede mindre trykkraft fremkommer, at fastholde 35 den værdi af aftagningsdybden, som var målt umiddelbart inden omstillingen, og efter omstillingen at tælle videre fra den fastholdte værdi i overensstemmelse med den formindskede værdi af trykkraften.

En anden mulighed, der ofte vil være fordelagtig, er at indlæse den 3

DK 155299 B

ønskede aftagningsdybde som styreparameter for processen, således at processen afsluttes, når den ønskede aftagningsdybde er opnået. I forbindelse hermed kan det forekomme ved en slibesten, tat denne efter en indledende afretning ikke bevarer sine slibeegenskaber så 5 længe, at den ønskede aftagningsdybde opnås inden et fastsat tidsmaksimum. Den elektroniske automatik kan da være indrettet til at afbryde slibeprocessen, igangsætte en afretning og fortsætte slibeprocessen, idet værdien af aftagningsdybden også i dette tilfælde fastholdes under den midlertidige afbrydelse og tælles videre op, 10 når processen fortsættes.

Da en mekanisk maskine ikke kan opbygges uden visse tolerancer, og da de anvendte slibe-polereskiver ikke vil kunne rotere uden en vis skævhed, er det nødvendigt at finde en middelværdi for den udgangs-15 position, hvorfra aftagningsdybden beregnes. Ligeledes vil der ske en middelværdidanne!se under processen, som indgår i beregningen af aftagningsdybden. Middel værdidannelsen kan ske over en enkelt omdrejning eller flere, afhængigt af det underlag (slibe-polere-skive), der anvendes. Perioden for middel værdidannelsen kan ske rent 20 elektronisk eller ved hjælp af et særligt vinkelsignal fra en roterende del.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 skematisk viser en udførelsesform for et apparat ifølge opfindelsen, for de mekaniske deles vedkommende set fra siden og delvis i diametral snit, og fig. 2 en enkelthed af apparatet i større målestok.

30 På en slibe-polereskive 1 er anbragt en metal1ografisk prøve 2, som påvirkes af tryksko 3, jfr. iøvrigt fig. 2, med en kraft P, der overføres fra en roterende aksel 16.

Prøven 2 styres af en medbringerplade 15, der igennem fire stag 21 35 er i fast forbindelse med et prøveholderhoved 4, som roterer sammen med akslen 16. Rotation sker ved hjælp af en el-motor 5.

Akslen 16 kan også bevæges vertikalt, hvilket skal ske for at anbringe prøven 2 i medbringerpladen 15, og for at give den fornødne 4

DK 155299 B

kraft P. Dette sker ved hjælp af en gearmotor 12, som gennem et tandhjul 13 påvirker en tandstang 14, idet gearmotoren 12 er fast forankret til maskinens stativ. Når en bevægelse nedad af {>røvehol-derhovedet 4 ønskes, startes gearmotoren 12, og tandstangen 14 5 bevæges nedad. Denne bevægelse overføres til en bjælke 11 gennem en drejelig forbindelse. Bjælken 11 er forbundet med en drejelig bjælke 8 gennem en fjedrende bjælke 9. På bjælken 9 er anbragt to strain-gauges (halvbroer) ID. Bjælken 8 påvirker akslen 16 gennem en konsol 17.

10

Gearmotoren 12 er selvspærrende, og ved stop låses tandstangen 14 i den opnåede position.

Ved hjælp af en induktiv sensor 7 og en roterende tandskive 6 kan 15 akslen 16 og dermed prøveholderhovedet 4's vinkeldrejning aflæses.

Gearmotoren 12, strain-gaugerne 10 og sensoren 7 er forbundet til en elektronisk styring, der omfatter en comparator med Schmi«trigger 22, en differentialforstærker 23, en analog/digital-converter 24, en 20 microprocessor 25, en trykreguleringsenhed 26 og et display 27 til aflæsning af tryk og aftagningsdybde.

Ved processens begyndelse er prøvens overflade 18, men efterhånden som processen skrider frem, fjernes der materiale, angivet skraveret 25 19, og der afsluttes med en ny overflade 20.

Når der af en prøve 2 ønskes fjernet et forudindstillet antal øm 19, foregår det således, jfr. fig. 1: 30 Prøven 2 anbragt i^edbringerpladen 15 i det roterende prøveholder-hoved 4 bevæges af gearmotoren 12 ned mod den roterende slibe- eller polereskive 1.

Når det ønskede tryk er opnået, afbrydes strømmen til gearmotoren 35 12, hvorved den nederste fjederarm 11 ikke længere kan bevæge sig.

Derefter venter microprocessoren på signal fra den induktive positionsføler 7. Når signalet kommer, startes A/D-converteren, og spændingen fra strain-gauge-differential forstærkeren, der nu er blevet et udtryk for prøven 2' s vertikale position, indlæses af

DK 155299 B

s microprocessoren. ålt imedens prøveholderhovedet 4 roterer, indlæses nye værdier, og når prøveholderhovedet har roteret præcis 360°, hvilket aflæses af positionsføleren 7, beregnes middelværdien. Denne værdi er nu et udtryk for prøvens vertikale udgangsposition. Der 5 foretages nu den ene middel værdi beregning efter den anden, og når differencen mellem den sidst foretagne beregning og udgangspositionen er lig med den specificerede aftagning, standses slibe-polere-processen.

10 Årsagen til, at de målte værdier først kan bruges efter en middel værdidannelse over 360°, er den, at de mekaniske tolerancer bevirker, at prøvens vertikale position bliver en funktion af dens horisontale position.

15 Endvidere afhænger måleprincippet af, ora det er en slibesten eller en polereskive, der køres på. Ved slibestenen er det kun nødvendigt at middelværdidanne over 350°, idet stenen er afrettet (neddrejet) på maskinen, hvorved prøvens vertikale position er uafhængig af slibestenens rotation. Ved polereskiven foretages ikke en sådan 20 afretning, hvorved prøvepositionen, udover prøveholderhovedets rotation, også bliver afhængig af polereskivens rotation. Der må derfor middelværdidannes over et langt større antal prøveholderro-tationer, således at bidraget fra selve polereskiven bliver medtaget i middel værdiberegningen.

25

Som det fremgår af ovenstående, er der overensstemmelse mellem aftagningshastigheden og middelværdidannelsestiden, idet beregningen af udgangspositionen nødvendigvis skal foregå hurtigt på en skive med stor aftagningshastighed, medens den gerne må tage lidt længere 30 tid på en polereskive med meget lille aftagningshastighed.

Til nærmere belysning af processen skal der nedenfor angives nogle eksempelvise talværdier: 35 Trykket pr. prøve kan variere fra 50-60N ved slibning og grov polering til 3N ved fin polering.

Under processen, hvor bjælken 11 er låst, vil trykket falde, efterhånden som materialet på prøven 19 fjernes. Dette trykfald er ikke 6

DK 155299 B

stort, men det har principielt en gunstig indvirkning, da et trykfald mod slutningen af processen ofte ønskes.

Trykfaldet er afhængigt af fjederkarakteristikken af den fjedrende 5 bjælke 9. Typisk vil være et trykfald på ca. 3N pr. 0,1 mm nedadgående bevægelse af prøven 2. Dette vil ved en materialefjernelse 19 på 0,2 mm give en trykreduktion på ca. 12% ved et udgangstryk på 50N.

10 Den mængde materiale, der fjernes fra prøven vil normalt være i størrelsesordenen fra 0,1 til 0,5 mm. Aftagningen vil være med en tolerance på ±5pm til ±10μπι afhængig af maskinens mekaniske og elektroniske opbygning.

15 20 25 t 30 35

Claims (3)

1. Apparat til slibning eller polering af emner, navnlig^metallo-grafiske prøver, ved hvilket emnet trykkes mod en slibe- eller 5 polereskive under indvirkning af en til emnet overført trykkraft, kendetegnet ved, at apparatet i en kraftoverføringsbane for trykkraften indeholder et elastisk deformerbart overføringsled, og at der ved den fra emnet bortvendende ende af kraftoverførings-banen findes et aktiveringsorgan, som er indrettet til ved påbegyn-10 del sen af slibningen eller poleringen at spænde det elastiske deformerbare led, indtil en ønsket trykkraft er opnået, og derefter at fastlåses, hvorhos apparatet omfatter iøvrigt kendte organer til afføling af den elastiske deformation af overføringsleddet og ændringer af denne deformation under slibningens eller poleringens 15 forløb, samt til udfra de ved afføl ingen fundne værdier at bestemme både trykkraften og aftagningsdybden.

2. Apparat ifølge krav 1, ved hvilket emnet under slibningen eller poleringen holdes i en roterende prøveholder, kendetegnet 20 ved, at apparatet indeholder organer til middelværdidannelse af måleresultatet over en enkelt omdrejning eller et antal omdrejninger af prøveholderen.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at 25 organerne til bestemmelse af trykkraften og aftagningsdybden omfatter en microprocessor, i hvilken der kan indlæses parametre til styring af processen efter et ønsket program. 30 35