способ контроля материала из отдельных частиц и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ контроля материала из отдельных частиц, при осуществлении которого исследуемый материал помещают в открытый контейнер, перемещают контейнер по высоте опоры до заданного положения, фиксируют его и исследуют открытую поверхность материала, отличающийся тем, что помещают базовый элемент в заданное положение, контейнер перемещают по высоте опоры до соприкосновения открытой поверхности материала с нижней поверхностью базового элемента, удерживают контейнер в этом положении, удаляют базовый элемент, после чего открытую поверхность материала подвергают исследованию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что открытую поверхность материала исследуют с помощью оптических средств.

3. Устройство контроля материала из отдельных частиц, содержащее опору с вертикальным отверстием, открытый контейнер для исследуемого материала, расположенный на опоре на оси ее вертикального отверстия, средства для перемещения контейнера по высоте опоры до заданного положения и для его фиксации, средство для исследования материала, отличающееся тем, что в него введен базовый элемент со средством для его размещения так, чтобы его нижняя поверхность была расположена на опоре на заданной высоте, средство для перемещения базового элемента относительно контейнера, средство для удержания контейнера в положении соприкосновения открытой поверхности материала с нижней поверхностью базового элемента.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно содержит пружины для прижатия контейнера к базовому элементу.

5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что контейнер имеет профилированную внутреннюю нижнюю поверхность.

6. Устройство по пп. 3, 4 или 5, отличающееся тем, что базовый элемент установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.

7. Устройство по пп. 3 5 или 6, отличающееся тем, что содержит средство для размещения средства оптического исследования подвижно на заданной высоте относительно указанного положения контакта.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в него введены два носителя, устанавливаемые поочередно на опоре, на одном из которых установлен базовый элемент, на другом оптические средства, при этом в случае установки на опоре носителя с базовым элементом они расположены друг относительно друга так, что нижняя поверхность базового элемента находится на заданном уровне.

9. Устройство по пп. 3 8, отличающееся тем, что контейнер съемно опирается на платформу, нижняя часть которой имеет форму плунжера, установленного с возможностью скольжения в вертикальном отверстии на опоре.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что между плунжером и дном опоры установлена пружина, обеспечивающая движение платформы вверх.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что движение платформы вверх демпфируется механически.

12. Устройство по пп. 3 11, отличающееся тем, что контейнер выполнен цилиндрической формы, при этом нижняя поверхность базового элемента имеет форму в виде круга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу контроля материала из отдельных частиц и устройству для его осуществления, в частности к подготовке и предоставлению исследуемого материала для оптической проверки.

Оптический контроль можно использовать для определения свойств материала, состоящего из отдельных частиц, например, цвета и отражательной способности. В частности, оптическое качественное измерение находит применение при определении косметического качества кристаллов искусственных алмазов, которые используются как абразивный материал. В одной известной измерительной системе исследуемый материал помещают в чашку или открытый контейнер, а открытую поверхность материала исследуют соответствующим устройством оптического измерения. Как правило, поверхность исследуемого материала неровная, а его высота относительно измерительного устройства непостоянна, что зависит от размера частиц. У алмазного абразивного материала, даже если каждый исследуемый материал берут из части с конкретным диапазоном размера частиц, наблюдается различие размеров и формы частиц в пробе. Полученная неровная поверхность исследуемого материала и различия в высоте поверхности относительно измерительного устройства существенно уменьшают точность и воспроизводимость результатов измерений, а измерение, произведенное на одном исследуемом материале, нельзя обычно сравнить с измерениями на других исследуемых материалах. Также известно техническое решение для контроля материала из отдельных частиц, содержащее опору, открытый контейнер для исследуемого материала, расположенный на опоре на оси ее вертикального отверстия, средства для перемещения контейнера на высоте опоры до заданного положения и для его фиксации и средство для исследования материала (патент Франции N 1375321, кл. G 01 N 21/13, G 01 N 1/28, 1964).

Задачей изобретения является улучшение повторяемости и точности измерений оптической проверки материала в виде отдельных частиц, и, в частности, улучшение предоставления исследуемых материалов для оптической проверки.

Изобретение отличается тем, что помещают базовый элемент в заданное положение, контейнер перемещают по высоте опоры до соприкосновения открытой поверхности материала с нижней поверхностью базового элемента, удерживают контейнер в этом положении, удаляют базовый элемент, после чего открытую поверхность материала подвергают исследованию с помощью оптических средств.

Далее изобретение отличается тем, что в него введен базовый элемент со средством для его размещения таким образом, чтобы его нижняя поверхность была расположена на опоре на заданной высоте, средство для перемещения базового элемента относительно контейнера и средство для удержания контейнера в положении соприкосновения открытой поверхности материала с нижней поверхностью базового элемента. Изобретение содержит пружины для прижатия контейнера к базовому элементу, контейнер имеет профилированную внутреннюю нижнюю поверхность, базовый элемент установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.

Устройство также содержит средство для размещения средства оптического исследования подвижно на заданной высоте относительно указанного положения контакта, в устройство введены два носителя, устанавливаемые поочередно на опоре, на одном из которых установлен базовый элемент, на другом оптические средства, при этом в случае установки на опоре носителя с базовым элементом они расположены друг относительно друга таким образом, что нижняя поверхность базового элемента находится на заданном уровне. Контейнер съемно опирается на платформу, нижняя часть которой имеет форму плунжера, установленного с возможностью скольжения в вертикальном отверстии на опоре, между плунжером и дном опоры установлена пружина, обеспечивающая движение платформы вверх, которое демпфируется механически. Контейнер выполнен цилиндрической формы, при этом нижняя поверхность базового элемента имеет форму в виде круга.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 носитель для устройств оптической проверки.

Устройство включает в себя цилиндрическую опору, на нижнем участке которой находится соосное вертикальное отверстие 2, проходящее в соосную камеру 3 в верхней части опоры. Камера 3 открыта наверху.

Верхний конец опоры имеет краевую выемку 4. На этом верхнем конце может быть расположен съемный носитель 5, как показано на фиг. 1, или съемный носитель 6, как показано на фиг. 3.

Каждый из этих носителей включает в себя круглую крышку или опорную пластину 7, 8, с соответствующим кольцевым фланцем 9, который плотно посажен в выемке 4. В кольцевую поверхность наверху опоры посажены три шара 10, расположенные на равном угловом расстоянии друг от друга вокруг центральной оси опоры и образующие трехточечную опору для опорной пластины 7 или 8. Эти шары, а также взаимодействие фланцев 9 и выемки 4, обеспечивают посадку носителя 5 и носителя 6 на опоре точно в одном и том же положении и, в частности на одной и той же высоте.

Каждый из носителей имеет центральное отверстие. В центральном отверстии носителя 6 расположен измерительный блок, состоящий из кольца инфракрасных светодиодов 11, каждый из которых установлен под углом 45^o к центральной оси, и детектор 12 на центральной оси для оптического изучения исследуемого материала, помещенного в контейнер 13 для материала в камере 3.

Инфракрасное освещение используется для измерения отражательной способности благодаря тому, что исследуемые материалы могут иметь разный цвет. Этот цвет не следует учитывать при измерениях и этом обеспечивается за счет использования инфракрасной части спектра, в результате чего все цвета становятся "серыми". Таким образом, в одном исследуемом материале могут быть изменения или смешение цветов и это не будет влиять на осуществляемые измерения.

Точность оптического измерительного оборудования будет зависеть от характера требуемых измерений. Например, если следует определить изменение цвета, то устройства светового излучения должны излучать видимый свет. Подходящее оптическое оборудование для измерений хорошо известно и поэтому эта часть аппаратуры не будет рассматриваться выше.

В основании имеется средство для удержания открытого контейнера 13 для исследуемого материала, которое вместе с носителем 5 предназначено для того, чтобы исследуемые материалы в контейнере предоставлялись для носителя для устройств оптической проверки соответствующим образом и, в частности для обеспечения того, чтобы составляющие частицы исследуемого материала были выровнены, а их открытая верхняя поверхность всегда находилась на одной высоте.

В отверстии 2 установлен направляющий рукав 14, в котором расположен вертикально скользящий плунжер 15, толкаемый вверх пружиной 16 сжатия, вставленной в основу опоры.

На верхнем конце плунжера 15 находится горизонтальная платформа 17 с вертикальным концентрическим кольцевым фланцем 18, который образует установочное место для контейнера 13 для исследуемого материала. Фланец 18 имеет обращенный вовнутрь выступ с выборками через угловые расстояния, а основа контейнера для исследуемого материала имеет расположенные соответствующим образом на расстоянии друг от друга выступы 19, которые можно вставлять через выборки в упомянутом выступе и затем зацеплять под выступом за счет вращения контейнера для материала подобно штыковому соединению. В верхней поверхности пластины 17 посажены три опорных шара 20 через равные угловые интервалы, которые удерживают выступы 19 в тесном контакте с нижней поверхностью фланцевого выступа, за счет чего контейнер 13 для исследуемого материала не может двигаться вертикально относительно плунжера 15.

Периферийная часть платформы 17 соединена с заплечиком в основании камеры 3 кольцевой резиновой уплотнительной прокладкой 21 таким образом, что верхний участок камеры 3 уплотняется от ее нижнего участка и от отверстия 2 и плунжера 15 таким образом, чтобы плунжер и соответствующие узлы не засорялись частицами исследуемого материала, которые могут попасть в камеру 3.

По существу горизонтальный рычаг 22 с рукояткой 23 проходит через горизонтальный проход 25 в опоре и соединен с верхним участком плунжера 15 горизонтальным поворотным штырем 26.

Примыкая к отверстию 2, верхняя сторона рычага упирается в горизонтальную опору 27 в верхнем участке прохода 25. На противоположной стороне этой опоры от поворотного штыря 26 рычаг лежит на штоке 28 или соединен со штоком 28 пневматического демпфированного цилиндра или успокоителя 29, установленного в нижней части опоры 1 с вертикальной осью.

Видно, что когда пружина 16 толкает плунжер 15 вверх, внешний участок рычага будет поворачиваться вниз вокруг опоры 27, толкая шток 28 в пневматический цилиндр 29, который соответственно гасит движение вверх плунжера 15 под действием пружины. Для опускания плунжера 15 рукоятку 23 поднимают вручную. Цилиндр 29 не гасит это движение.

Рычаг 22 можно фиксировать в поднятом положении (при опущенном плунжере 15) с помощью нагруженного пружиной фиксирующего штыря 30, скользящего в отверстии опоры 1 под прямыми углами к проходу 25 и пересекая его в нижней части последнего. Когда рычаг 23 полностью поднят, штырь может скользить через проход 25 под рычагом, в результате чего рычаг фиксируется в поднятом положении, а плунжер 15 в своем опущенном или отодвинутом положении.

Соосно с фиксирующим штырем 30, но на противоположной стороне проходе 25, находится запирающий винт 31, ввернутый в опору 1 и имеющий ручку 32. Когда плунжер 15 поднят, а рычаг 22 соответственно опущен, запирающий винт можно затянуть против рычага для фиксирования его в выбранном положении, за счет чего плунжер фиксируется на любой выбранной высоте.

Носитель 5 включает в себя бобышку 33, в которой имеет опору центральный вертикальный поворотный хвостовик 34, выступающий вниз таким образом, чтобы находиться в камере 3, когда носитель оптической проверки посажен на опоре 1. В верхнем конце хвостовика 34 находится маховик или рукоятка 35, которой можно поворачивать хвостовик вокруг его вертикальной оси. В нижнем конце хвостовика находится поперечная горизонтальная опорная пластина 36, на нижней стороне которой прикреплен съемный базовый элемент 37 с плоской горизонтальной нижней поверхностью. Хвостовик и базовый элемент установлены таким образом, что нижняя поверхность базового элемента всегда находится на заданном расстоянии ниже нижней поверхности покрывающей пластины 7 носителя 5, и, таким образом, на фиксированной заданной высоте относительно опоры 1. Можно обеспечить приспособление для начальной настройки или последующей коррекции этого вертикального расстояния, но во время работы оно остается постоянным.

Базовый элемент соосен с контейнером 13 для исследуемого материала и плотно посажен в нем.

Действие устройства будет описано в отношении проверки косметического качества кристаллов искусственных алмазов, в частности алмазного абразива с учетом состояния поверхности и внутренних характеристик таких, как наличие металлических включений. Чистые или содержащие лишь мелкие металлические включения кристаллы относятся к "высококачественным", а кристаллы с большим количеством включений отнесены к "низкокачественным". Для устройства необходим числовой выход, подразделяющий партию исследуемого материала на сорта в зависимости от качества.

Обычно алмазный абразив включает в себя частицы размером от 200 мкм до 2 мм, причем каждая партия содержит частицы одного размерного диапазона. Берется исследуемый материал, например около 200 карат, и помещается открытый контейнер 13 для материала. Контейнер для материала закрепляет на платформе 17, причем последняя удерживается в своем нижнем положении с помощью фиксирующего штыря 30.

Носитель 5 затем устанавливается на опоре 1 и фиксирующий штырь 30 освобождается, позволяя пружине 16 поднимать плунжер 15 и с ним контейнер 13 для исследуемого материала против демпфирующего действия пневматического цилиндра 29.

В результате подъема контейнера 13 материал в виде отдельных частиц входит в контакт с нижней стороной базового элемента. Следует понимать, что при необходимости можно использовать средство для удержания носителя 5 внизу на опоре 1 против действия направленного вверх давления, сообщаемого пружиной 16.

Давление, сообщаемое пружиной 16, приведет к уплотнению исследуемого материала в контейнере 13 и выравниванию поверхности материала о базовый элемент. Запирающий винт затем затягивают на рычаге 22 для фиксирования рычага, в результате плунжер 15 и контейнер 13 для исследуемого материала занимают положение, при котором поверхность материала находится на базовом уровне, определяемом нижней стороной базового элемента 37.

Для обеспечения ровной поверхности исследуемого материала внутренняя базовая поверхность 38 контейнера для материала не является плоской, а профилированной, например, имеет форму полого конуса, как это показано на фиг. 1. Форма этой базовой поверхности определяется опытным путем для получения надлежащего профиля давления в материале с целью обеспечения ровной верхней поверхности исследуемого материала.

Кроме того, базовый элемент можно поворачивать рукояткой 35 для улучшенного уплотнения и выравнивания исследуемого материала.

Следует понимать, что наиболее подходящий профиль нижней поверхности открытого контейнера для материала будет в некоторой мере зависеть от размера и характера уплотняемых частиц.

Когда открытый контейнер исследуемого материала зафиксирован в таком положении и поверхность материала в нем находится на базовом уровне, определяемом базовым элементом 37, носитель 5 снимается и на опору 1 устанавливается носитель для устройств оптической проверки 6. Излучатели 11 и детектор 12 измеряют отражательную способность поверхности исследуемого материала. Это измерение можно регистрировать компьютером и сравнивать с известными калибровочными пределами, определенными для устройства. Затем измеренные показания можно представить в числовом виде и/или классифицировать материал как высококачественный или низкокачественный.

Поскольку поверхность материала независимо от размера частиц и размера исследуемого материала всегда предоставляется для измерения в одном положении в пространстве относительно измерительных устройств, возможно надежное и воспроизводимое измерение.

Для градуировки устройства и обеспечения достаточного диапазона динамических измерений для выявления различий в исследуемых материалах используется следующий порядок операций.

Открытый контейнер для материала снимают, а средство для удерживания контейнера зафиксировано в нижнем положении с помощью фиксирующего штыря. Средство для размещения базового элемента находится на такой высоте, что при нахождении в фиксированном нижнем положении его поверхность будет совпадать с положением базового элемента. Этот элемент окрашивают в белый цвет и, таким образом, сигнал, полученный из измерительного устройства, устанавливает верхнюю границу для материала высокого качества. Подобный, но черный элемент используется для определения нижней границы измерений. Таким образом устанавливается динамический диапазон.

Если измерения слишком близки друг к другу, белый и черный элементы заменяют вторым набором с различной отражательной способностью для повторного определения максимума и минимума области измерений и для возможности различать близкие друг к другу исследуемые материалы.

Хотя измерение описано с конкретной ссылкой на определение внешних качеств алмазного абразива, его также можно применять в других областях, в которых нужно приготовить исследуемый материал в виде частиц и осуществить его оптическую проверку или измерение, например, при измерении цвета других типов абразивных материалов из искусственных или натуральных алмазов, шлифовальных порошков либо других материалов.