平面研磨機的製作方法
2023-10-05 09:44:19 1
關聯申請的交叉引用
本申請要求2014年11月12日遞交的臨時美國申請序列no.62/078,628的權益和優先權，所述臨時申請的公開以其全部併入本文。
背景
研磨機使用在許多行業中。一種類型的研磨機被使用來製備諸如金屬、聚合物、陶瓷等的材料樣品以用於進一步檢查，如通過顯微鏡檢查。
已知的研磨機包括樣品或試樣架，所述樣品或試樣架被配置以相對於也被配置成旋轉的研磨介質旋轉。以該方式，存在同時進行的兩種旋轉運動。流體(如水)被注射到研磨介質中，以潤滑和冷卻樣品和介質並且除去雜物，如在研磨過程期間產生的研磨雜物。
shewey等人的us8,574,028中公開的一種已知的研磨機/拋光機包括頭部，樣品架被安裝在所述頭部以用於樣品的旋轉。樣品被保持在研磨機的基部中的旋轉盤或壓盤(platen)上。盤或壓盤具有粗糙表面，或者粗糙的流體介質被引入到壓盤上，以實現樣品製備。典型地，壓盤上的粗糙表面是砂紙或其他可移除和可替換的介質。shewey等人的公開，以及hart的us8,465,347和hart的us8,152,603的公開被共同轉讓給本申請，並且通過引用併入本文。
shewey的研磨機和/拋光機的頭部往復運動(朝向和遠離壓盤移動)以維持樣品和壓盤之間的預先確定的力。頭部的往復移動是至少部分地基於來自被可操作地連接到試樣架(經由卡盤和驅動軸)的稱重傳感器的輸入確定的。
當用作研磨機時，砂輪被安裝到壓盤。在使用中，因為與試樣的接觸和試樣的研磨，形成砂輪的磨料顆粒被磨損。結果，砂輪必須被「修整(dressed)」或重置表面(resurfaced)，以繼續有效地製備樣品。修整是使用臂在研磨操作期間進行的，所述臂在具有頭端的輪的對面之上擺動，所述頭端被安裝到臂。臂呈弧形移動並且接觸輪，以移除磨損區域並且露出能更有效地實現研磨的磨料的新表面。在已知的自動化研磨機系統中，修整是在定時基礎上進行的，而不管是否需要或逾期。
另外，已知的研磨機具有基部，其中安置有具有開放的頂部的壓盤。即，壓盤上方圍繞著架上的試樣的區域對於周圍環境是開放的。而這使得可容易做到接近輪和/或壓盤和試樣，在操作期間它還可以導致飛濺以及雜物從研磨機噴出。
有時候，更換輪來進行不同的研磨操作也是常見的。例如，待製備的不同的材料(如鋼和鋁)可能需要使用不同類型的砂輪(不同的輪材料)。像這樣，用於研磨鋼的輪可以被移除，而隨後用於研磨鋁的輪被安設在研磨機中。當隨後重新安設研磨鋼的輪時，它可能會因為在所述輪被安設在壓盤上時它的取向而需要修整或重新修整，以確保輪表面是平面的並且垂直於試樣。否則，因為輪上相對於試樣的高點和低點，研磨可能是不平坦的。確保輪上的平面表面的該附加的修整可以是耗時的，並且可以導致移除輪的還沒有被消耗的部分和輪的對於研磨仍然有效的部分。
因此，存在對於改進的研磨機的需要。符合期望地，此類研磨機包括用於基於需要修整砂輪的自動化系統。更符合期望地，此類研磨機包括試樣之上的蓋子，以減少飛濺和雜物噴出的量，但是允許即時接近砂輪。再更符合期望地，此類研磨機允許移除砂輪，並且以在重新安設期間維持輪的取向的方式重新安設該砂輪。
技術實現要素：
一種樣品研磨機包括基部，基部具有碗狀物(bowl)和旋轉驅動盤，以可操作地支撐砂輪。頭部被配置以支撐試樣架並且具有用於所述試樣架的旋轉驅動的第一驅動，以及用於使所述頭部和所述試樣架朝向和遠離所述旋轉驅動盤移動的第二驅動。所述頭部具有下垂套管，所述下垂套管具有大於所述試樣架的內和外周緣。
可移除的蓋子被設置在所述碗狀物和旋轉驅動盤之上。所述蓋子具有開口，所述開口具有大於所述套管的所述外周緣的內周緣，從而當所述試樣架朝所述旋轉驅動盤移動時，所述套管橫穿過所述蓋子開口。
所述蓋子具有頂部，所述頂部為非平面的並且朝前側拐角傾斜。所述套管可以由透明的或半透明的材料形成。
所述蓋子可以包括流體遞送歧管和與所述流體遞送歧管流體連通的多個流體分發噴嘴。所述流體遞送歧管可以被形成為所述蓋子的一部分，並且所述流體分發噴嘴可以在所述流體遞送歧管之上被安裝到所述蓋子。所述噴嘴可以被形成為盤中的開口，並且所述盤被安裝到所述蓋子的內側表面。所述開口可以大體上沿所述盤的支座(line)被不對稱地設置。所述基部中的流體遞送導管與所述流體遞送歧管流體連通。
一種砂輪具有中心軸線，並且可安裝到所述壓盤並且與所述壓盤共軸。所述砂輪僅以單一徑向取向安裝到所述壓盤，並且具有與所述壓盤安裝元件配合以允許僅以所述單一徑向取向來安裝所述砂輪的、在所述砂輪上的一個或更多個安裝元件。所述砂輪最初被安裝到所述壓盤，從所述壓盤被移除並且被重新安裝到所述壓盤，並且當所述砂輪被重新安裝到所述壓盤時，所述砂輪可以僅以與最初被安裝到所述盤相同的徑向取向被重新安裝。
所述壓盤安裝元件和所述砂輪安裝元件可以是，例如，配合的凸起和凹進。所述配合的凸起和凹進可以是銷和孔。所述銷可以被安置在所述壓盤上，並且所述孔被形成在所述砂輪中。
在一實施例中，四個銷被安置在所述壓盤上，其中的三個被對稱地設置在所述壓盤上，而所述第四個銷相對於所述三個對稱地設置的銷被不對稱地設置在所述壓盤上。所述砂輪包括被安置以與所述四個銷配合的四個孔。
所述樣品研磨機還可以包括修整系統，所述修整系統包括用於接觸所述砂輪以修整所述砂輪的臂和硬化面。監控器監控所述驅動盤電動機和所述頭部第一驅動中的一個或兩個的電流。所述樣品研磨機包括控制器。
所述監控器監控所述驅動盤電動機和所述頭部第一驅動中的一個或兩個消耗(drawn)的電流，並且所述修整系統基於所述驅動盤電動機和所述頭部第一驅動中的一個或兩個消耗的所述電流降到預先確定的值以下而被致動。
在一實施例中，所述控制器確定研磨周期是否已開始，並且一旦開始，所述控制器啟動修整操作。當所述控制器確定修整操作在進行中時，所述控制器監控並且捕獲電流數據點，並且當所述控制器確定沒有在進行修整操作時，所述控制器確定用於所述驅動盤電動機和/或所述頭部第一驅動的預先確定的電流值。
從以下具體實施方式，連同權利要求書，本發明的這些和其他特徵和優點將容易是明顯的。
幾幅附圖的簡要描述
在審閱以下具體實施方式和附圖之後，對於相關領域的普通技術人員而言，本發明的益處和優點將更容易變得明顯，其中；
圖1是平面研磨機的實施例的立體圖示說明；
圖2的平面研磨機的立體示意性圖示說明，其中示出頭部處於下面的或研磨位置；
圖3是類似於圖1-2的那些平面研磨機的視圖，其中頭部被撤回並且旋轉離開基部和蓋子；
圖4是類似於圖3的視圖，其中蓋子被移除以便於觀察砂輪，並且示出修整臂處於砂輪上的操作位置；
圖5是類似於圖4的視圖，示出砂輪被移除以便於觀察壓盤；
圖6和7是頭部高度驅動組件的局部立體視圖，並且使頭部的部分被移除以清楚地圖示說明；
圖8是試樣(旋轉)驅動的一部分的立體視圖，其中示出所述試樣(旋轉)驅動中的試樣架和試樣驅動組件軸；
圖9是壓盤驅動和驅動組件的分解視圖；
圖10a-10c是基部的底部和剖面視圖，圖10b和10c是分別沿圖10a中的線10b-10b和10c-10c取的；
圖11圖示說明處於上面的或內縮位置的頭部和套管；
圖12是蓋子的底面和蓋子中的流體歧管進口和噴射噴嘴的圖示說明；
圖13是流體歧管和流體噴射噴嘴的局部放大的圖示說明；
圖14是基部的立體視圖，其中蓋子和砂輪被移除以用於清楚地圖示說明壓盤；
圖15是砂輪的底部的圖示說明；以及
圖16是用於平面研磨機的操作方案的示例。
具體實施方式
儘管本裝置容許各種形式的實施例，但是在附圖中示出並且將在下文描述目前優選的實施例的條件是本公開被認為是示例，而不是旨在被限制到圖示說明的具體實施例。
現在參考附圖並且特別是參考圖1-5，示出一種臺式平面研磨機10。所述研磨機10一般地包括：基部12、頭部14，以及與控制面板18連通的控制器16。基部12包括圍合旋轉壓盤22的外殼20，以及用於所述壓盤22的驅動系統24。簡略地參考圖9和10a-10c，驅動系統24包括驅動電動機26。在本實施例中，電動機26是被驅動皮帶28可操作地連接到壓盤22的交流電動機。
基部12限定形成碗狀物32的頂部邊緣的上緣部30。壓盤22在碗狀物的底部上方但在緣部30下方被安置在碗狀物32中。碗狀物32具有大體上d形的輪廓，以允許接近壓盤22，以用於維護、移除等。砂輪34被安置在壓盤22上。碗狀物32的d形輪廓還允許即時接近砂輪34，以用於維護、移除等。
參考圖4和14-15，砂輪34被安置在壓盤22上並且被安裝到所述壓盤22，以用於與壓盤22一起旋轉。砂輪34和壓盤22彼此共軸(即，擁有共同的軸線a)並且被這樣配置，從而砂輪34可以僅以一個取向被安設在壓盤22上或者被安裝到壓盤22。該單一取向的安裝配置確保當輪34被移除和重新安設在壓盤22上時，它每次均以完全相同的取向被重新安設。如將被本領域技術人員領會到的，每次均以相同的取向重新安設輪34的能力消除了每次輪被安設在壓盤22上時重新修整所述輪34的需要。
在本實施例中，單一取向的安裝系統是通過多個定位銷36a-d提供的，所述定位銷36a-d中的一個36d被不對稱地定位，並且所述定位銷36a-d被接收在輪34中的配合定位孔38a-d中，所述定位孔38a-d中的一個38d被不對稱地定位以接收不對稱地定位的銷36d。例如，輪34可以包括被定位在距輪34的中心軸線a等距離、彼此間隔120度的三個銷36a-c，和被定位在輪34上的任何位置處的第四個銷36d(如在圖示說明的實施例中，沿三個銷中的一個的徑向線)；以及壓盤22中用於接收銷的配合孔38a-d。基本上，不對稱的第四個銷36d提供幹擾安裝的布置，從而阻止以將使所有四個銷36a-d容納在它們各自的配合孔38a-d中的一個取向之外的任何取向來安裝輪34。單一緊固件40(如沉頭螺栓)可以被使用來將輪34緊固到壓盤22。
此類單一取向的安裝布置有許多優點。例如，如上文指出的，一旦輪34被修整，它可以從壓盤22被移除並且重新安設，而不需要進一步的修整或重新修整，除非需要對輪34重置表面。而且，用例如單個緊固件40將輪34容易並且快速地安設、移除和重新安設在壓盤22上。
如圖1-4和11中圖示說明的，研磨機10包括被設置在碗狀物32之上的蓋子42。當在適當位置中時，蓋子42遮蓋碗狀物32(包括輪34)。蓋子42包括開口44，試樣架46使試樣移動穿過所述開口44與輪34接觸。套管48被安置在頭部14上，從所述頭部14下垂在軸50周圍和之上，試樣架46被安裝到軸50。套管48從頭部14下垂到試樣架46正上方的位置。
套管48具有稍微大於試樣架46的直徑的內直徑，以及被配置以允許套管48與試樣架46一起移動穿過蓋子開口44的外直徑(套管48的外直徑剛好小於蓋子開口44的直徑)。以該方式，套管48和蓋子開口44之間的間隙52足夠小，以便減小或消除可能出現的飛濺。如圖3和12中看到的，蓋子42的前側拐角54向下傾斜，以允許頭部14(與被安裝到所述頭部14的試樣架46一起)擺動遠離蓋子42和輪34，以用於容易地接近架46和輪34。密封件56可以被安置在蓋子42的下邊緣周圍，其中蓋子42被安置在基部12上，以進一步密封碗狀物32。套管48可以由透明的或半透明的材料形成，以允許觀察試樣和輪34。
為了接近輪34和壓盤22，蓋子42被配置以用於從基部12容易地移除。在本實施例中，蓋子42包括被安置在修整臂殼體60之上的、在蓋子後面的有槽開口58。有槽開口58的邊緣滑動到修整臂殼體60中的凹進62中，以將蓋子42緊固在適當位置中。蓋子42可以包括將蓋子42緊固和鎖定到基部12，並且允許在不使用工具的情況下移除和安設蓋子42的夾具64。
當蓋子42在基部12上的適當位置中時，蓋子42中的開口66與流體供應導管68連通。導管68從基部12向上延伸到開口66中。密封件70被安置在導管68和開口66之間。流體(如水)從供應裝置提供，穿過基部12，而進入到蓋子42中的開口66中。
如上文指出的，適合的研磨機10的操作需要冷卻/潤滑流體。流體供應導管68經由蓋子42中的流體遞送歧管72向輪34供應冷卻/潤滑流體。在一實施例中，流體遞送歧管72包括將流體噴射到輪34上的多個開口或噴嘴74。噴嘴74被安置來將期望的噴射模式的流體提供到輪34上。在一實施例中，九(9)個噴嘴74a-74i被布置來從歧管72噴射流體，其中第一噴嘴74a靠近流體入口(從導管68)，一組五個鄰近的噴嘴74b-74f與第一噴嘴間隔開，第七個噴嘴74g與所述一組五個噴嘴間隔開，並且一組兩個噴嘴74h、74i在約歧管72的端部處，最靠近輪34的中心。噴嘴74可以被形成在板76中，所述板76被安置在歧管72的部分上方並且形成所述歧管72的所述部分。
參考圖1-9，頭部14支撐並且使試樣s旋轉。頭部14被可伸縮式支撐件78安裝到基部12。頭部14包含兩個驅動系統，一個驅動系統80用於試樣架46的旋轉(參見圖8)，而高度驅動系統82用於頭部14的上下移動(參見圖6-7)，以使試樣架46和試樣s朝向和遠離輪34移動。移動、旋轉和高度由分開的系統80、82提供。
參考圖8，旋轉驅動80被配置以使試樣架46以或者順時針方向或者逆時針方向旋轉。在本研磨機10中，驅動系統80是由電動機84驅動的齒輪驅動，然而，也可以使用直接驅動、皮帶驅動等。將理解的是，當試樣架46旋轉驅動運轉時，頭部14是靜止的。驅動系統80包括具有齒輪88的罐狀殼體86，所述齒輪88接合電動機齒輪90以使罐狀殼體86旋轉。
參考圖6-7，高度驅動82是相對於輪34精確地安置試樣架46和試樣s的精確驅動。高度驅動82被固定地安裝在頭部14中。本研磨機10使用被正時皮帶92可操作地連接到滑輪94(由皮帶92驅動的)的伺服電動機。導螺杆96被安裝到滑輪94，以用於與滑輪94一起旋轉。導螺杆96被安裝到固定的(相對於基部12和支撐件78)帶螺紋的接收元件98，從而導螺杆96的旋轉使頭部14上下移動，從而使試樣架46朝向和遠離輪34移動。
研磨機10的進一步的精進是自動化修整系統100。如上文指出的，當輪34被磨損時，即當磨料上的峰被磨損而峰之間的谷被試樣材料充滿(稱作輪載入)時，進行修整以對輪34重置表面或修復。修整系統100包括被安裝到臂104的頭端102，所述臂104呈弧形移動並且接觸輪34，從而移除已載入區域(例如，磨損的和變鈍的區域或磨料)，並且露出能更有效地實現研磨的磨料的新表面。通過移動臂104以從進行研磨操作的位置在輪34的對面之上擺動，在研磨操作期間進行修整。
修整系統頭端102具有接觸並且移除輪34的磨損或變鈍的區域的硬化面106。一個硬化面是犧牲金剛石(sacrificialdiamond)修整面106。在已知的研磨系統的操作中，在預先設定的時間進行修整，而不管實際上是否需要修整或者修整是否逾期。在前一個實例中，將領會到的是，修整太頻繁會移除輪表面的對於研磨仍然有效的部分。在後者中，逾期修整可以導致太多的時間花費在研磨樣品或烏無法適當地研磨上。而且，所需要的修整期是許多變量的函數，如試樣材料、輪組成、輪速度、樣品架速度等。
在本研磨機10的實施例中，修整是基於經測量的操作條件以及將那些操作條件與預先設定的值進行比較來進行的。一種基於操作條件修整輪34的此類方法是測量試樣s和砂輪34之間的阻力，並且當所述阻力降到某個預先設定的值以下時，修整砂輪34。
可以以各種方式來監控所述阻力。在一個實施例中，阻力與操作或者壓盤電動機26或頭部電動機84(兩個同時旋轉的元件)需要的功率的量相關。功率與電動機26、84消耗的電流相關。所以，在應用中，測量阻力的一種方式是監控壓盤26或頭部電動機84消耗的電流。當電流下降到某個預先確定的水平以下時，這是降低阻力的指示，而修整將會自動開始。
圖16中圖示說明自動修整操作1000的流程圖。在步驟1002中，研磨機周期開始，而在步驟1004中，啟動重新修整操作。在步驟1006中，控制器監控重新修整操作是否在進行中。
如果修整操作在進行中，那麼在步驟1008中，(電力)電流數據點(電動機上的工作荷載)被捕獲並且儲存在控制器中，並且操作返回到步驟1004和1006之間。
如果沒有在進行修整操作，那麼在步驟1010中，控制器確定啟動下一次修整操作的最佳的電流觸發點。在步驟1012中，控制器監控電流荷載是否達到荷載觸發點。並且，如果已經達到觸發點，則在步驟1004中，控制器啟動修整操作。如果還沒有達到觸發點，則在步驟1012中，控制器繼續監控電流荷載是否達到荷載觸發點。
以該方式，僅當基於實際操作數據(通過監控壓盤或頭部電動機上的電流荷載捕獲的數據)有需要時，才啟動修整操作，而不是基於任意的、基於時間的測量。該特徵提供具有最小的周期時間的最佳的工作荷載。
本文提到的所有專利都通過引用併入本文，無論在本公開的文本之內是否明確這樣做。
在本公開中，單詞「一個(a)」或「一個(an)」要被理解為包括單數和複數兩者。相反地，對複數物品的任何提及在適當情況中都應該包括單數。
從前文中將會觀察到，可以在不背離本公開的新穎的構思的真實精神和範圍的情況下實現許多修改和變化。要理解，不能預期或不應該推測關於圖示說明的具體實施例的限制。公開旨在覆蓋落在發明的範圍之內的所有此類修改。