改进的研磨抛光机的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月20提交的美国专利临时申请no.61/074,455的优先权。

背景技术：

本发明涉及研磨抛光机。更具体地，本发明涉及一种用于为实验制备样品的改进的研磨抛光机

研磨抛光机应用于许多产业。它们经常用于制备为进一步实验用的金属样品、聚合物样品、陶瓷样品或类似样品，例如用于金相实验。

已知的研磨抛光机包括标本支架或样品支架，所述标本支架或样品支架设置成可相对于压盘转动，所述压盘也被设置成可以转动。用这种方式，有两个转动的动作同时发生。浆(通常为研磨料)被注入到压盘上为研磨和抛光样品提供研磨介质。

样品支架被支撑用于在卡盘上转动。支架是具有多孔的平面盘，样品位于孔中。在一种方式中，样品被锁入支架中并且由支架施加向下的压力压在压盘上。当支架和压盘转动时，支架(和样品)施加的压力与浆的研磨作用一起，对样品产生研磨和抛光的作用。

在另一种方式中，样品漂浮在支架内并且柱塞被移动与样品接触以对样品施加压力。此外，当所述支架和压盘转动时，柱塞施加的压力与浆的研磨作用一起导致对样品产生研磨和抛光的作用。

支架接近和远离压盘的移动被位于研磨抛光机头部的驱动器控制。驱动马达被用于定位支架并且因此相对于压盘的样品。已知研磨抛光机的一个缺陷是没有良好的定位控制器或机构以精确控制支架相对于压盘的位置。

压盘被支撑在碗状物内。碗状物用作在研磨或抛光操作中产生碎片的容器。水或其他液体用于冲洗碗状物以清除碎片。实践证明使用已知的冲洗系统，碎片被收集在碗状物内，并且导致其难看和不便地堆积在碗状物内。实践还证明如果研磨特别地猛烈，压盘会发热从而会不利地影响样品制备。

因此地，需要一种改进的研磨抛光机。所需的这种研磨抛光机包括改进的照明系统以提高工作区域的能见度。更所需地，这种研磨抛光机具有改进的冲洗/碗状物清洗系统。更值得向往地，这种研磨抛光机具有用于定位头部和样品支架以及用于相对于旋转压盘将样品固定在适当位置的改进系统。

技术实现要素：

一种改进的研磨抛光机包括具有碗状物的基座，转动的驱动盘，驱动盘驱动器和控制系统。所述驱动盘适于支撑压盘。

该研磨抛光机包括改进的照明系统以提高工作区域的能见度并且具有改进的冲洗或碗状物清洗系统。一种改进的系统还被提供用于定位头部和样品支架以及用于相对于转动压盘将所述样品固定在适当位置。

在本实施例中，所述头部设置用于支撑样品支架。研磨抛光机包括封装在头部内的用于样品支架的旋转驱动的第一驱动器(转动驱动器)和用于垂直地移动头部和样品支架使其接近和远离压盘的第二驱动器(高度驱动器)。

头部包括可操作地与第一驱动器连接的测压元件和设置成用于确定头部接近和远离压盘的移动和移动程度的计数器。

当第二驱动器以向前方向操作(以移动样品支架与压盘接触)并且一旦支架和压盘之间检测到接触时停止向前方向移动时，测压元件适于检测样品支架和压盘之间的接触。在本系统中，以一种操作方式中，具有控制系统，使得在检测到的在样品支架和压盘之间接触后，第二驱动器被停止和反转以移动使样品支架远离压盘预定的距离。在这种操作方式中，然后样品被定位在支架内。在研磨或抛光操作中，用指状物把样品固定在适当位置。指状物可伸展出和可缩回到可与样品支架一起转动的头部的部分。指状物设置用于接触样品并施加压力在样品上使得样品与压盘接合。

在本实施例中，指状物偏向于缩回位置并且工具被用于伸展指状物。指状物用具有涂层的基材形成。一种合适的涂层是陶瓷材料。

在另一种操作方式中，设有控制系统，使得测压元件检测到样品和压盘之间接触产生的负荷并且当负荷变化时，测压元件产生信号致动第二驱动器，用以以向前方向操作移动样品接近压盘。根据预定的操作时间或移动距离，研磨/抛光操作能够被执行(例如发生研磨)。

研磨抛光机包括主驱动轴，主驱动轴可操作地与样品支架连接并可操作地连接到测压元件上，其中施加于主驱动轴上的力提供样品和压盘之间的接触产生的负荷的检测。

高度驱动器包括用于移动样品支架接近和远离压盘的导螺杆。导螺杆可操作地与计数器连接。托架和轨道用于引导头部和样品支架接近和远离压盘。

控制系统至少部分地封装在外壳内并且包括微处理器控制的控制系统。控制系统包括触摸板或触摸屏。

改进的研磨抛光机还包括用于与碗状物匹配的可替换的碗状衬垫。在本研磨抛光机中碗状物和碗状衬垫大致上呈d形以用于限定压盘外围和碗状衬垫之间的空间用于手接近压盘。碗状衬垫可以是透明的和用塑料制成。

研磨抛光机还包括设置在头部直接朝向压盘和碗的照明设备。照明设备优选为发光二极管。

通过以下的详细描述并结合权利要求，容易理解本发明的这些和其它特征及优点。

附图说明

通过阅读以下的详细描述和附图，相关领域的普通技术人员会更容易理解本发明的好处和优点，其中：

图1为体现了本发明原理的改进的研磨抛光机的透视图；

图2为表示头部旋转得稍微远离基座的研磨抛光机的正视图；

图3为研磨抛光机的侧视图；

图4是俯视图，其中示出了由d形基座和防溅罩提供的压盘和手柄，还示出了头部旋转得稍微远离基座的研磨抛光机；

图5示出了具有使用者的手的压盘以表示接近压盘的近视图；

图6表示了未便于说明多根手指之一处于伸展(通过使用者的手)状态，还表示了用于工作区域照明的led灯；

图7是透视图，其中示出了在适当位置用于操作的压盘和中心模式样品支架，还示出了位于碗状物上方的软管(软管未示出)的分配器部分；

图8为前景中的其中装有样品的中心模式样品支架和背景中单一模式的样品支架的示意图；

图9为驱动盘示意图，示出了驱动盘中的孔并也部分地示出了碗状物排水沟；

图10a和10b为显示有主轴和测压元件的头部(高度)驱动器组件的立体图和透视图；

图11为安装有样品支架的头部的透视图；

图12a-b为显示有高度驱动器组件的头部示意图和为了清楚显示的目的而将头部的一部分被移除了的示意图；

图13为高度驱动器组件的部分视图；

图14为转动驱动器组件的部分透视图；

图15a-c为样品(转动的)驱动器的部分和卡盘的透视图和立体图，示出了其中具有样品支架和样品驱动器组件轴和卡盘以及固定样品的指状物；

图16-17为样品(转动的)驱动器和卡盘的立体图和剖视图；

图18为压盘驱动器和驱动器组件的分解图；

图19-20为控制系统和外壳的正视图和剖视图，图20取沿着图19中20-20线的剖视图；

图21-23为基座的底部视图和剖视图，图22和23分别取沿着图21中的22-22线和23-23线的剖视图；

图24表示控制系统屏幕上的一些符号；

图25为具有用于冲洗压盘和碗状物的延伸的软管的分配器的部分透视图；

图26表示压盘的移除；

图27表示防溅罩的移除；

图28表示用于布置在碗中的干净衬垫；

图29示出了样品支架的预备安装；以及

图30和31表示一个指状物的缩回和伸出用于研磨或抛光。

具体实施方式

虽然本发明可具有多种形式的实施例，但附图所示及将在下面进行描述的是当前的优选实施例，应理解，此公开内容应被看作是本发明的示例，不能认为本发明被限制于所述的具体实施例。

还应当理解，本说明书该部分的标题，即“本发明的详细说明”与美国专利局的要求有关，并不意味着也不应被推断为要限制在此所公开的主题内容。

现在参照附图，特别是图1-4，其中示出了改进的研磨抛光机10。该研磨抛光机10通常包括基座12，头部14和控制板16。与已知的研磨抛光机不同，本发明的装置10的外壳18由铸造材料制成。本发明的材料是铸铝。已知的研磨抛光机由板材(金属板)或覆于支架上的塑料制品制成。照这样，已知的研磨抛光机会由于使用或类似的情况而受到振动、损坏。本发明的铸造体(头部14、基座12和控制板外壳20)甚至在猛烈的研磨条件下还能提供用于研磨抛光机10的牢固支撑结构。

基座12上安置有压盘22、压盘驱动器24以及液体供给和冲洗部件26。基座12还安置有收集碗状物或盆状物28，其中收集液体和在研磨/抛光过程中产生的碎片。

应理解，在操作过程中可能产生大量的碎片，并且因此碎片在碗状物28中的积聚会产生问题。在许多例子中，碎片变硬并且除去它们比较困难和耗时。在一些例子中发现，当允许碎片大量堆积和硬化时，几乎不可能去除掉。有时，需要很大的力量去除碎片，这会导致损坏这些已知的研磨抛光机的碗状物。

为了减轻这种情况，本发明的研磨抛光机10包括可移动的/可替换的/可任意使用的碗状衬垫(见图28)。当然，这样通过使用碗状衬垫30解决了难看或由于过度堆积实际上丧失功能的情况，碗状衬垫可被移除或替换以便于清洗，并且如果必要可以将该碗状衬垫丢弃，以便新的、功能性的碗状衬垫易于安装在研磨抛光机10上。本发明的碗状衬垫30优选由塑料材料和更优选的透明塑料材料形成，以便当需要时能看到碗状物。

液体供给和冲洗部件26包括安装在基座12上的软管/分配器组件32(见图1-4和25)。组件32用于分配或喷洒水到碗状物28中以提供水帮助保持碗状物28中的碎片的清除。在本发明的研磨抛光机10中，软管34是储存在基座12中的易弯曲的橡胶材料。软管34能被存储在一个系统(未示出)中，该系统允许软管34在使用时从基座12中伸出和缩回。软管34具有金属编织护套(未示出)以保护软管34并且允许任意操作和布置软管34。

防溅罩36与基座12成一体并且从基座12向上延伸围绕碗状物28。防溅罩36和防溅罩36上的基座12一体化呈d形(如37所示)，d形具有展开的角区域38,其限定手持(见图5)，使得操作者能接近被防溅罩36限定的区域内的碗状物28的内部区域。

压盘22是可移动的并安装在驱动盘40上，该驱动盘通过皮带42由压盘驱动马达43驱动，并形成压盘驱动器46的部分(见图9、18和21-23)，驱动盘40和压盘22设置成可顺时针或逆时针旋转，转速通常未从约10转/分到约500转/分。高扭矩马达43用于确保压盘22的转速和扭矩恒定而不论所施加的负荷。

驱动盘40包括其底部上的孔44，使得水能向上进入穿过驱动盘40到压盘22的下侧。优选的压盘22在下侧具有向外向着水的鳍状物(fins)或轮辐(spokes)(未示出)。这样便于从下面冷却压盘22。实践证明当研磨特别猛烈时，压盘易于发热，这会对制备的样品产生不利影响。因此，压盘22的冷却有助于保持压盘22在最佳的操作温度。

头部14支撑和转动样品s。头部14通过可伸缩式支撑臂48安装在基座12上。头部14包括两个驱动系统50、52，其中，驱动系统50通过卡盘54用于转动样品支架84，高度驱动系统52用于上下移动头部以移动样品支架84和样品s接近和远离压盘22。移动、转动和高度分别由驱动系统50、52提供。

旋转驱动器50(见图14-17)设置成以顺时针或逆时针方向转动样品支架84。在本发明的研磨抛光机10中，驱动系统50是由马达53驱动的齿轮51驱动器，当然也可使用直接传动、皮带传动或类似的驱动器。应理解当样品支架84旋转驱动器50运转时头部14是静止的。驱动系统50包括罐状外壳57，罐状外壳57具有与马达齿轮51啮合的齿轮55以转动罐状外壳57。

高度驱动器52(见图12-13和15)是精确驱动器以相对于压盘22精确地定位样品支架84和样品s。高度驱动器52固定安装在头部14内。本发明的研磨抛光机10使用伺服电机54，该伺服电机通过正时皮带56(timingbelt)可操作地连接到皮带轮58(由皮带56驱动)上。导螺杆60安装在皮带轮58上以用于与皮带轮58一起旋转。导螺杆60被安装至固定的(相对于基座12和支撑臂48)带螺纹的接收元件62，使得导螺杆60的转动上下移动头部14以移动支架84接近和远离压盘22

高度驱动系统或组件52包括轨道64和滚筒/轴承66以提供基础的支撑结构并且当头部上下移动时(通过导螺杆60的动作)便于头部14的平滑和导向移动。

为了精确地定位头部14相对于压盘22(和基座12)的高度，高度驱动器52包括丝杆交换齿轮68和计数器70，以计算导螺杆60的相对转动(见图13和15)。丝杆交换齿轮68位于滑轮58之下并与皮带轮58和导螺杆60固定安装。计数器70被与丝杆交换齿轮68啮合的小齿轮72驱动。在这种方式中，丝杆交换齿轮的转数(该转数等于导螺杆60的转数)通过小齿轮的转动来计算该转数与导螺杆60的高度行程是有关联的。因此，从基线位置，头部14的高度(和从压盘22到样品s的距离或高度)能够容易确定。应理解从图中可以看出丝杆交换齿轮68相对于小齿轮72(和计数器70)大很多，并且因此能够以很高的精度来监测和控制导螺杆60的转动。这样就提供了精确控制头部14相对于压盘22的移动的能力。

尽管显示了导螺杆60和计数器70装置，本领域的技术人员将认识到也有其他的能确定和控制样品s相对于压盘22的高度的方式。

头部14还包括测压元件74(见图14-15b)。当样品s和支架安装在驱动器50(在卡盘80上)上时，测压元件74设置用于检测通过样品s和支架84施加在旋转驱动马达53和驱动组件50上的载重。测压元件74还设置成确定样品支架84(从马达53上“悬挂”)何时与压盘22产生接触(通过检测在测压元件74上的向上的力或负荷差异)。测压元件74设置在主驱动轴76的上方。

与已知的研磨抛光机不同，本发明的研磨抛光机头部14包括一体的照明设备78(见图6)。在本发明的研磨抛光机10中，发光二极管(leds)79安装在头部14上以照亮支架84和样品s以及压盘22(通常为工作区域)，包括碗状物28。紧凑的、嵌入式照明提供了对研磨或抛光过程的更好的观察和从而更好的控制。本发明的研磨抛光机10包括九个间隔环绕在头部14的外围的发光二极管以用于工作区域/样品s的照明。应理解发光二极管79不与卡盘80一起转动，而是固定设置在头部14内。

卡盘80可操作地安装在主驱动轴76上(见图15c、16-17)。卡盘80设置用于固定样品支架84。卡盘80适于接纳安装在样品支架84上的驱动接合器82。一种优选的接合器82是一种逐渐变细的接合器(见图8和17)，该接合器允许控制样品支架84底部的受力以降低重心。它还允许通过对夹圈86的单拉(singlepull)容易地改变样品支架84。

对于单一的操作模式，研磨抛光机10包括气动的指状物88，该指状物从头部14中伸出或缩回以接触样品s。在这种操作模式中，样品s“漂浮”在样品支架84内(样品s不固定在支架84内)，并且气动指状物88向下固定(holddown)样品s在抵靠在压盘22的支架84的范围内。

指状物88通过在外壳14内的气动系统(未示出)致动。当然，指状物88能与卡盘80和样品支架84一起转动以在操作中将力施加到样品s上。指状物88由金属芯(例如铝)形成，并且能被陶瓷覆盖(例如，在陶瓷上烘烤)以减少在头部14上的套管90内的摩擦(见图15b)。指状物88的芯或基材被选择以使指状物88具有增强的硬度和稳定性。

在中心的操作模式中，样品s固定在支架84中并且支架84固定在卡盘80内。因为样品s固定在支架84中，指状物88(用于向下固定样品s)不是用于操作所必须的。

参照图1和图19-20，控制板16设置在外壳20上(见图1和16)。在本发明的研磨抛光机中，基于控制系统92的微处理器控制机器10的运转。控制板16为触摸屏94或覆盖有塑料或聚酯薄膜的接触式板96。这种装置能阻止水或其他液体或污染物进入控制系统16的电力或电子区域。触摸屏型板16的另外一个优点在于能使用符号(见图24中的98)或符号仅当用于特别操作模式时才能显示。例如，如果特别操作步骤仅适用于单一操作模式，并且单一操作模式进入系统(触动单一模式按钮)，然后仅属于单一操作模式的符号能显示在屏幕上。还有停止开关100位于控制板外壳上。

在单一操作模式中，头部14与在卡盘上的支架84从原始位置(向上或缩回位置)出发。样品支架84施加的载重被测压元件74检测到。

支架84向下移动(在高度驱动器52致动下)直到其与压盘22接触。通过检测测压元件74上负荷的变化(达到预定的差异)来确定接触。一旦其确定支架84接触到了压盘22，就停止向下的移动，并且马达54反转使支架84从压盘22上抬升(或退回)预定的距离。在本发明的研磨抛光机10中，在接触后头部14退回大约2mm。然后样品固定在支架84上，并且指状物88下降接触样品s以固定样品s在适当的位置。头部旋转系统50启动并且压盘22开始转动研磨或抛光样品s。

在中心操作模式中，样品s固定在支架84上。支架84向下移动(高度驱动器52被启动)直到检测到预定的力并且压盘22和头部旋转50驱动器24、53被启动用以转动压盘22和头部(以转动卡盘80和样品s)。通常，驱动器50启动预定的期间以研磨/抛光样品。当进行研磨/抛光和材料从样品上的去除时，高度驱动器52被启动(根据测压元件74检测到的负荷和预设的负荷)用于向下移动支架84和样品接近压盘22。

应理解基于微处理器的控制系统16在操作研磨抛光机10时极具灵活性。并且基于微处理器的控制系统与测压元件74和导螺杆60/计数器70的结合，该基于微处理器的控制系统16具有已知在先的研磨抛光机系统没有的广泛控制设置。

应理解研磨/抛光操作(简称制备)能够基于在所需的力下的制备的期望时间。该操作也能基于从样品s上去除材料所需的数量。例如，控制系统16能设置用于施加想要的力在样品s上。当样品制备完成时，测压元件74上的负荷被检测到并且高度系统52马达被启动用于保持负荷在一定的范围内。通过检测(计算)导螺杆60的转数以及确定头部14移动的距离(其对应于从样品s上去除材料的数量)，计数器70用于确定已经去除的样品s数量。其他操作和控制模式应被本领域的技术人员理解。

此处提及的所有专利在此被引入作为参考，不论是否在本公开的文本中特定指明这样做。

在本公开内容中，词语“一个”被认为包括单个和多个。相反地，任何所指的多个物品在适当时包括单个。

通过上述内容可以看到，在不脱离本发明新概念的真实精神和范围下，可以进行多种改动和变型。应当理解，相对于所示具体实施方式，不打算或不应推断得出任何限制。本公开内容目的在于覆盖落入本发明范围内的所有这种改动。