專利名稱：新型激光打磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型激光打磨機(jī)。
背景技術(shù)：
因?yàn)殂@石是最昂貴的寶石并且是所有礦石中最堅(jiān)硬的，所以它始終表現(xiàn)出不可抗拒的魅力并且得到了幾乎神話般的盛名。因此，對(duì)每塊鉆石礦石均必須仔細(xì)研究，以確定最有利的方案來塑造它且使重量損失最小。處于未拋光形態(tài)的鉆石是相當(dāng)模糊的晶形，沒有真實(shí)的光澤。只有如標(biāo)記切面、劈裂、鋸切、腰緣加工等一連串的過程才能賦予最終的刻面形態(tài)和光澤。腰緣加工是對(duì)鋸切(或劈裂)下來的塊的底部的倒圓加工，從而使它或多或少地具有已拋光鉆石的形態(tài)。在可實(shí)現(xiàn)對(duì)未加工鉆石礦石進(jìn)行腰緣加工的傳統(tǒng)機(jī)器中，鋸下的鉆石安裝在車床的卡盤上，通過相對(duì)于作為切割工具的另一鉆石轉(zhuǎn)動(dòng)來得到所期望的倒圓形態(tài)。采用傳統(tǒng)機(jī)器切割的未加工鉆石的多余表面不精密。傳統(tǒng)打磨機(jī)工作速度低，且具有高的重量損失。這是由于切割力傳播到鉆石的其它部分而造成的。由于每個(gè)鉆石均是獨(dú)一無二的，為了提高鉆石工業(yè)的生產(chǎn)力(生產(chǎn)效率)，發(fā)展新的技術(shù)勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
為克服傳統(tǒng)打磨機(jī)所表現(xiàn)出的上述局限性，本發(fā)明提供一種新型激光打磨機(jī)。與傳統(tǒng)打磨機(jī)相比，采用新型激光打磨機(jī)可使打磨變成非接觸式的極快過程。由于激光打磨是非接觸式的，因而使得速度更快，顯著地減小了重量損失并保持了鉆石形狀的一致性。在新型激光打磨機(jī)中，計(jì)算機(jī)成為切割鉆石過程中的重要元件。計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)軟件一起給出最佳切割的建議，從而使鉆石具有將尺寸和形狀均考慮在內(nèi)的精確倒圓形狀。此外，將要被定中和打磨的未加工鉆石礦石由照明源照亮。這些照明源由多個(gè)發(fā)光二極管(LED)組成，從而使得眼睛得到這樣一種印象，即被照亮的始終是該礦石的同一側(cè)，因此，可通過由CCD攝像機(jī)組成的視頻系統(tǒng)在CCTV上觀察被照亮的未加工鉆石。因?yàn)樾滦痛蚰C(jī)能夠不必停止機(jī)器而隨時(shí)檢查該過程，所以這是一種很有用的技術(shù)。將所有這些優(yōu)點(diǎn)概括起來就是，采用新型激光打磨機(jī)可顯著提高生產(chǎn)力。


下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)和清楚地描述本發(fā)明。
圖1顯示了打磨機(jī)的前視圖；圖2顯示了鉆石支架；圖3顯示了未加工鉆石的可能最大直徑的俯視圖；圖4顯示了設(shè)置裝置的前視圖；圖5顯示了設(shè)置裝置的側(cè)視圖；圖6顯示了設(shè)置裝置的俯視圖；圖7顯示了打磨加工系統(tǒng)的前視圖；圖8顯示了腰緣拋光系統(tǒng)的前視圖；圖9顯示了光束傳送機(jī)構(gòu)的方塊圖；圖10顯示了包含電源和熱交換器的臺(tái)車；圖11顯示了熱交換器的冷卻系統(tǒng)和驟冷系統(tǒng)的方塊圖；圖12顯示了驟冷水箱的前視圖；
圖13顯示了的分箱的前視圖；圖14顯示了鉆石；圖15顯示了流程圖；圖16a顯示了未加工鉆石礦石的任意/初始位置；圖16b顯示了未加工鉆石礦石的中心在X軸上時(shí)的位置；圖16c顯示了在定中時(shí)未加工鉆石礦石的位置。
具體實(shí)施例方式
新型激光打磨機(jī)由(i)鉆石支架8、(ii)設(shè)置裝置(setup device)3、以及(iii)加工裝置4組成。鉆石支架8由粘合模6、磁性模7以及未加工鉆石5組成。設(shè)置裝置3由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口和視頻系統(tǒng)組成。加工裝置4由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口(CNC Interface)、熱交換器25、視頻系統(tǒng)、光束傳送裝置26、激光源27、射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28、電源29以及穩(wěn)定器組成。
安裝在鋁機(jī)架2上的打磨機(jī)1主要由三部分組成(1)鉆石支架8(2)設(shè)置裝置3(3)加工裝置4(1)鉆石支架8將要進(jìn)行打磨或腰緣拋光加工的未加工鉆石5通過粘合劑和加熱而粘接在粘合模6的頂部。利用磁性模7的磁力，將粘合模6固定在磁性模7的頂部。粘合模6和磁性模7的組合稱為鉆石支架8。
寶石礦石/未加工鉆石礦石5的自動(dòng)化定中和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供給設(shè)置裝置3。根據(jù)測(cè)得的對(duì)入射到寶石礦石5的光能量的光譜響應(yīng)，確定未加工鉆石礦石/寶石礦石5的物理數(shù)據(jù)。采用多個(gè)光源照亮寶石礦石5，從而寶石礦石5的光譜響應(yīng)可作為像素?cái)?shù)據(jù)集而被CCD攝像機(jī)捕獲、測(cè)量、量化并且記錄下來，以作為將來的參考。設(shè)置裝置3為寶石礦石5的自動(dòng)化定中和量化物理數(shù)量提供成像臺(tái)。該視頻系統(tǒng)/成像臺(tái)連接至計(jì)算機(jī)/分析臺(tái)，以對(duì)將捕獲到的入射光數(shù)據(jù)集進(jìn)行傳送。分析臺(tái)/計(jì)算機(jī)16采用數(shù)據(jù)處理器和模型數(shù)據(jù)庫，以通過所傳送的像素?cái)?shù)據(jù)集對(duì)寶石礦石5的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。寶石礦石5對(duì)入射光源的光譜響應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫的模型像素?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行量化，并被記錄下來，以作為將來的參考。設(shè)置裝置3的操作由控制卡和指令集控制。
為了便于與設(shè)置裝置3的通訊以及對(duì)傳送來的像素?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行分析，分析臺(tái)/計(jì)算機(jī)16的數(shù)據(jù)處理器/控制卡提供一個(gè)指令集。該指令集包括解析的和統(tǒng)計(jì)的圖像模型，它們從像素?cái)?shù)據(jù)集提取出寶石礦石的相關(guān)物理數(shù)據(jù)。此外，分析臺(tái)包括大容量存儲(chǔ)記憶裝置，用來存儲(chǔ)參考值數(shù)據(jù)庫、分析指令集以及可能包括文本和視覺數(shù)據(jù)的報(bào)告信息。寶石礦石5的物理數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)(LAN)從設(shè)置裝置3傳遞給加工裝置4的計(jì)算機(jī)21。
為了使精確定位和控制成像部件所必需的步驟自動(dòng)化，設(shè)置裝置3和加工裝置4的數(shù)據(jù)處理器/控制卡提供一個(gè)指令集。利用該數(shù)據(jù)處理指令集，設(shè)置裝置3和加工裝置4的成像系統(tǒng)/視頻系統(tǒng)持續(xù)地和精確地從寶石礦石5的圖像中提取出尺寸、形狀和比例信息。
(2)設(shè)置裝置3，其由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口和視頻系統(tǒng)組成。
(I)計(jì)算機(jī)數(shù)控接口設(shè)置裝置3的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口包括機(jī)動(dòng)化X軸定位器9、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11、機(jī)動(dòng)化上/下定位器12、驅(qū)動(dòng)卡13，14，15、控制卡、計(jì)算機(jī)16以及步進(jìn)馬達(dá)。
(II)視頻系統(tǒng)設(shè)置裝置3的視頻系統(tǒng)由上CCD攝像機(jī)17和下CCD攝像機(jī)18組成。
為了精確的腰緣加工/倒圓加工或除去未加工鉆石5周圍的多余表面，關(guān)鍵的是，未加工鉆石5應(yīng)該可繞著其中心點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)/圓周運(yùn)動(dòng)，為此，要求未加工鉆石5與粘合模6一起應(yīng)放置在磁性模7的頂部中央，這由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口、計(jì)算機(jī)16和標(biāo)準(zhǔn)軟件以及監(jiān)視器19完成。
實(shí)例由于視頻系統(tǒng)，未加工鉆石5顯示在監(jiān)視器19上。由于采用了上CCD攝像機(jī)17和下CCD攝像機(jī)18，可以選擇觀察未加工鉆石5的正視圖或者俯視圖。假定考慮的是未加工鉆石5的頂視圖/俯視圖并利用三點(diǎn)法選擇了未加工鉆石5的一個(gè)表面。然后，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊而選擇未加工鉆石5的三個(gè)任意端點(diǎn)，利用標(biāo)準(zhǔn)軟件給出未加工鉆石5的物理數(shù)據(jù)，并且自動(dòng)地使用機(jī)動(dòng)化X軸定位器9的推進(jìn)桿10和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11將粘合模6放置到磁性模7的頂部中央。由于設(shè)置裝置3的計(jì)算機(jī)16和加工裝置4的計(jì)算機(jī)21通過局域網(wǎng)(LAN)相連，因而可在加工裝置4中得到未加工鉆石5和預(yù)計(jì)成品鉆石20的物理數(shù)據(jù)。
下面描述設(shè)置裝置3的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口的功能。
實(shí)例參照?qǐng)D16a，假定未加工鉆石5的中心是P(x，y)，則它是偏離O(0，0)的。這代表著豎直地放置在機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11上的未加工鉆石5的初始位置。
參照?qǐng)D16b，計(jì)算機(jī)化的視覺系統(tǒng)將測(cè)量需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并通過機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)使未加工鉆石5的中心P落到X軸上。步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)該機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11，從而放置在該機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11上的鉆石支架8也轉(zhuǎn)動(dòng)并到達(dá)在X軸上的該位置。
參照?qǐng)D16c，為了使中心P與O重合，固定于機(jī)動(dòng)化X軸定位器9的推進(jìn)桿10將P向著O推進(jìn)，從而將粘合模6放置于磁性模7的頂部中央。該機(jī)動(dòng)化X軸定位器9由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
如果未加工鉆石5的正視圖或俯視圖未清楚地顯示在監(jiān)視器19上，則機(jī)動(dòng)化上/下定位器12便開始起作用，它通過垂直運(yùn)動(dòng)而使未加工鉆石5的清晰圖像顯示在監(jiān)視器19上。該機(jī)動(dòng)化上/下定位器12由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)卡13，14，15分別連接至機(jī)動(dòng)化X軸定位器9、機(jī)動(dòng)化上/下定位器12和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11。驅(qū)動(dòng)卡13，14，15還與計(jì)算機(jī)16相連。驅(qū)動(dòng)卡13，14，15放大來自計(jì)算機(jī)16的電子信號(hào)并將該放大了的電子信號(hào)提供給機(jī)動(dòng)化X軸定位器9、機(jī)動(dòng)化上/下定位器12和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11。安裝在計(jì)算機(jī)16中的控制卡控制著機(jī)動(dòng)化X軸定位器9、機(jī)動(dòng)化上/下定位器12和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11的運(yùn)動(dòng)。而且，在機(jī)動(dòng)化X軸定位器9、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)11和機(jī)動(dòng)化上/下定位器12的每個(gè)端部均安裝有限制開關(guān)，以檢測(cè)其起始位置和終止位置。驅(qū)動(dòng)卡電源22連接至驅(qū)動(dòng)卡13，14，15，從而接通或切斷該驅(qū)動(dòng)卡13，14，15。
(3)加工裝置4在將粘合模6放置在磁性模7中央的過程之后，緊接著將鉆石支架8傳送到加工裝置4。鉆石支架8被水平地固定在機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23上。由于設(shè)置裝置3的計(jì)算機(jī)16與加工裝置4的計(jì)算機(jī)21通過局域網(wǎng)(LAN)相連，因此從設(shè)置裝置3獲取的未加工鉆石5的物理數(shù)據(jù)可通過安裝在加工裝置4的計(jì)算機(jī)21中的標(biāo)準(zhǔn)軟件在監(jiān)視器24上顯示。
下面描述加工裝置4的機(jī)構(gòu)。
加工裝置4由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口、熱交換器25、視頻系統(tǒng)、光束傳送裝置26、激光源27、射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28以及電源29組成。
(I)加工裝置4的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口由機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23、機(jī)動(dòng)化X軸定位器31、計(jì)算機(jī)21、監(jiān)視器24、CCTV 32、驅(qū)動(dòng)卡33，34，35、驅(qū)動(dòng)卡電源36以及用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30、機(jī)動(dòng)化旋轉(zhuǎn)平臺(tái)23和機(jī)動(dòng)化X軸定位器31的步進(jìn)馬達(dá)組成。
(II)熱交換器25由冷卻系統(tǒng)37、驟冷系統(tǒng)38以及聯(lián)鎖系統(tǒng)39組成。冷卻系統(tǒng)37涉及從冷卻循環(huán)37到激光頭43和Q開關(guān)42以及與此相反方向的去離子水循環(huán)。驟冷系統(tǒng)38涉及從熱交換器25到驟冷泵系統(tǒng)48以及與此相反方向的水循環(huán)。驟冷泵系統(tǒng)48由驟冷水箱70和分箱71組成。熱交換器25通過聯(lián)鎖電纜連接至電源29。在去離子水的(i)流速和/或(ii)水位和/或(iii)溫度不必要地降低或升高時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)39會(huì)通過自動(dòng)切斷電源29來避免機(jī)器受到損壞。熱交換器25的聯(lián)鎖系統(tǒng)39包括流速發(fā)光二極管49、水位發(fā)光二極管50以及溫度發(fā)光二極管51。
(III)視頻系統(tǒng)加工裝置4的視頻系統(tǒng)包括上CCD攝像機(jī)52和下CCD攝像機(jī)53。
(IV)加工裝置4的光束傳送裝置26由(i)打磨加工系統(tǒng)54和(ii)腰緣拋光系統(tǒng)55組成。打磨加工系統(tǒng)54由(a)滑動(dòng)光束彎折器(bender)56、(b)下光束彎折器57以及(c)下聚焦裝置58組成。腰緣拋光系統(tǒng)55由(a)上光束彎折器59和(b)上聚焦裝置60組成。滑動(dòng)光束彎折器56、下光束彎折器57和上光束彎折器59設(shè)置成相對(duì)于入射激光束成45°角。下聚焦裝置58和上聚焦裝置60具有照明源，以照亮未加工鉆石5。每個(gè)照明源具有多個(gè)發(fā)光二極管。
(V)激光源27由后鏡40、光圈41，41、Q開關(guān)42、激光頭43、擋板44、起偏器45、前鏡46以及擴(kuò)束器47組成。
激光頭43是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵部件。前鏡46和后鏡40通過提供反饋來增強(qiáng)激光。Q開關(guān)42用來存儲(chǔ)激光能量，從而使其作為一個(gè)高峰值功率脈沖發(fā)射出來。安全擋板44在電力故障的情況下?lián)踝〖す馐?。安全擋?4通過擋住激光束的光路并防止從激光源發(fā)射出激光輻射來終止激光。該安全擋板44由撥動(dòng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)。光圈41，41限制了光沿著諧振器離軸方向的光的增強(qiáng)，從而提供尖銳的頻帶。擴(kuò)束器47擴(kuò)展激光束，從而使其發(fā)散最小。采用起偏器45來使激光束偏振。
(VI)射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28為了得到具有高峰值功率的脈沖激光輸出，激光以Q開關(guān)模式運(yùn)行。聲-光Q開關(guān)42中的變換器要求射頻電源來控制Q開關(guān)42，此要求由射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28來滿足。與所需的激光的脈沖重復(fù)率相對(duì)應(yīng)，該射頻電源的脈沖頻率在0.1KHz至50KHz之間。以這種高頻進(jìn)行開關(guān)的石英電池需要冷卻。因此Q開關(guān)42也變冷。為了使Q開關(guān)42以脈沖模式操作，射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28連接至Q開關(guān)42和計(jì)算機(jī)21。計(jì)算機(jī)21將頻率數(shù)據(jù)傳送給射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器28，因此激光源中的激光以Q開關(guān)模式運(yùn)行。由于Q開關(guān)42以這種高頻進(jìn)行開關(guān)，為了重復(fù)操作，采用去離子水循環(huán)對(duì)它進(jìn)行冷卻，因此安裝了聯(lián)鎖系統(tǒng)。
(VII)電源29它使激光燈(Kr/Xe弧光燈)發(fā)光并控制所發(fā)射的激光的強(qiáng)度。由燈產(chǎn)生的光強(qiáng)被用來泵浦Nd:YAG棒中的Nd原子。一旦在燈中產(chǎn)生了放電，于是通過改變流過燈的電流，便可控制該燈所發(fā)射的光強(qiáng)。在許多應(yīng)用中，激光并不是連續(xù)使用的，因此電源29具有待命模式的特殊特征，其通過產(chǎn)生燈所需的、用來維持燈中放電的最佳電流，從而使燈中一直保持著放電。由于這種特殊的設(shè)置省去了產(chǎn)生用于使燈發(fā)光的觸發(fā)脈沖的整個(gè)過程，因此對(duì)于提高燈以及電源的工作壽命十分有用。
下面描述加工裝置4的功能。
由粘合模6和磁性模7組成的鉆石支架8從設(shè)置裝置3處傳送到并水平地固定于機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23上。在打磨過程中，來自激光源27的激光束落在滑動(dòng)光束彎折器56上，從這里再落到下光束彎折器57上，然后，來自下光束彎折器57的激光束被下聚焦裝置58聚焦，最后，聚焦的激光束落在寶石礦石/未加工鉆石礦石5上。因此，通過利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并在特定軸上位移來除去其多余的表面，從而得到該未加工鉆石礦石/寶石礦石5的最大直徑61。
此外，還通過腰緣拋光過程來得到未加工鉆石5的最大直徑61。在腰緣拋光過程中，來自激光源27的激光束落在上光束彎折器59上，然后被上聚焦裝置60聚焦，最后，聚焦的激光束落在未加工鉆石礦石5上。
應(yīng)用打磨過程54或腰緣拋光過程55是為了通過除去未加工鉆石5多余的周圍表面從而得到該未加工鉆石5的最大直徑61。在打磨過程54或腰緣拋光過程55以后，該未加工鉆石5的形狀大體上被轉(zhuǎn)變成圓柱形。采用來自激光源27的激光束來除去該未加工鉆石5多余的周圍表面。
熱交換器25和電源29的開關(guān)程序如下泵開/關(guān)鈕62安裝在熱交換器25中，其初始時(shí)保持為“開”。泵發(fā)光二極管63由泵開/關(guān)鈕62控制。此外，在熱交換器25上還安裝有數(shù)字式溫度控制元件72和聯(lián)鎖系統(tǒng)39。另外，在電源29中，T.P.64和燈開關(guān)65轉(zhuǎn)到“開”狀態(tài)，以觸發(fā)激光源27的激光燈。而且，由于電源29通過聯(lián)鎖電纜連接至熱交換器25，因此聯(lián)鎖發(fā)光二極管66安裝在電源29上。按壓按鈕開關(guān)(按壓控制)67來啟動(dòng)電流設(shè)定組件68。顯示在電流設(shè)定組件68中的值可通過電流變量鈕69改變，從而為電流設(shè)定組件68提供切除未加工鉆石5周圍的多余表面所需的瓦特。熱交換器25和電源29安裝在臺(tái)車99中。
實(shí)例用來切除未加工鉆石5周圍的多余表面所需的激光束形式的熱量依賴于鉆石質(zhì)量。假定一塊未加工鉆石5所需的用來切除其周圍的多余表面的瓦特為25瓦特，為了得到這樣的值，可轉(zhuǎn)動(dòng)電源29的電流變量鈕69，直到在瓦特計(jì)中顯示為25瓦特。
下面描述熱交換器25的應(yīng)用與功能。
當(dāng)激光產(chǎn)生時(shí)在激光源27的泵浦腔內(nèi)產(chǎn)生大量的熱。如果不將熱從激光源27的泵浦腔除去，就會(huì)導(dǎo)致燈和棒受到損壞，因此，就熱交換器15而言，要為加工裝置4提供合適的熱分布。隨后，來自去離子水的熱由驟冷系統(tǒng)38除去。去離子水的溫度通過螺線管調(diào)節(jié)，該螺線管按照需要將來自驟冷系統(tǒng)38的水流打開和關(guān)閉。
熱交換器25由(i)冷卻系統(tǒng)37、(ii)驟冷系統(tǒng)38以及(iii)聯(lián)鎖系統(tǒng)39組成。冷卻系統(tǒng)37使去離子水從熱交換器25到激光頭43和Q開關(guān)42以及沿與此相反的方向進(jìn)行循環(huán)。此外，驟冷系統(tǒng)38使水從熱交換器25到驟冷泵系統(tǒng)48以及沿與此相反的方向進(jìn)行循環(huán)。
在熱交換器25中，來自驟冷泵系統(tǒng)48的水循環(huán)顯著地降低引入的去離子水的溫度，并將具有較低溫度的去離子水提供給激光頭43和Q開關(guān)42。來自驟冷系統(tǒng)38并用來降低從冷卻系統(tǒng)37引入的去離子水溫度的水流逐漸變熱，從而該水的溫度上升。該水的溫度需要通過驟冷泵系統(tǒng)48來降低。驟冷泵系統(tǒng)48由分箱71和驟冷水箱70組成。
實(shí)例假定熱交換器25的數(shù)字式溫度控制元件72的顯示器表明去離子水的溫度為35℃，現(xiàn)在，如果需要去離子水的溫度為35℃，就按住數(shù)字式溫度控制元件72的設(shè)定(SET)開關(guān)幾秒鐘，當(dāng)去離子水的當(dāng)前溫度(35℃)閃爍時(shí)，就按住上、下按鈕開關(guān)直到所需的溫度30℃顯示在數(shù)字式溫度控制元件72的顯示器上。當(dāng)數(shù)字式溫度控制元件72的顯示器上顯示為30℃時(shí)，就按一下數(shù)字式溫度控制元件72的設(shè)定(SET)按鈕。片刻之后，當(dāng)去離子水的溫度穩(wěn)定在30℃時(shí)，降低引入的去離子水溫度的熱交換器25的驟冷泵系統(tǒng)48便停止工作。驟冷泵系統(tǒng)48的功能仍然保持。
熱交換器25的驟冷泵系統(tǒng)48的功能如下數(shù)字式溫度控制元件73安裝在驟冷水箱70上。在數(shù)字式溫度控制元件73的顯示器上，如果當(dāng)前水溫的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所設(shè)定的水溫值，則分箱71就開始工作。如果當(dāng)前水溫的值保持在所設(shè)定的水溫值附近，則分箱71就停止工作。通過該方式，驟冷泵系統(tǒng)48相當(dāng)可觀地節(jié)省了電力。
因此，利用熱交換器25可以維持溫度，這也防止了機(jī)器過熱。
熱交換器25的入口74通過軟管82連接至聚四氟乙烯(Teflon)連接器75的一端，而聚四氟乙烯連接器75的其它兩端分別通過軟管83，84連接至激光頭43的出口76和Q開關(guān)42的出口77。熱交換器25的出口78通過軟管85連接至聚四氟乙烯連接器79的一端，而聚四氟乙烯連接器79的其它兩端分別通過軟管86，87連接至激光頭43的入口80和Q開關(guān)42的入口81。熱交換器25的出口78分別通過入口80和入口81向激光頭43和Q開關(guān)42提供去離子水，而由于激光的熱量分別從激光頭43的出口76和Q開關(guān)42的出口77流出的熱去離子水通過入口74進(jìn)入熱交換器25中。
熱交換器25的驟冷出口88通過軟管95連接至驟冷水箱70的入口89，驟冷水箱70的出口90通過軟管96連接至分箱71的入口91。分箱71的出口92通過軟管97連接至驟冷水箱70的雙通口93，驟冷水箱70的雙通口93的另一端通過軟管98連接至熱交換器25的驟冷入口94。
用來降低去離子水溫度的水變熱并從熱交換器25的驟冷出口88流出，然后流向驟冷水箱70的入口89。此后，該熱水流入分箱71，該分箱71降低熱水的溫度然后將此水提供給驟冷水箱70。從驟冷水箱70流出的水通過入口94流入熱交換器25中。
加工裝置4的光束傳送裝置26的功能如下如果通過安裝在計(jì)算機(jī)21中的軟件在監(jiān)視器24上選擇了打磨過程，則激光束落在滑動(dòng)光束彎折器56上。然后，激光束落在下光束彎折器57上，從這里射向下聚焦裝置58，最后，聚焦的激光束落在安裝在鉆石支架8上的未加工鉆石5的側(cè)面上。
如果通過安裝在計(jì)算機(jī)21中的軟件在監(jiān)視器24上選擇了腰緣拋光過程，則激光束通過滑動(dòng)光束彎折器56而落在上光束彎折器59上。然后，激光束穿過上聚焦裝置60，最后，聚焦的激光束落在安裝在鉆石支架8上的未加工鉆石5上。
此外，為了在CCTV 32上觀察打磨過程或腰緣拋光過程，上聚焦裝置60和下聚焦裝置58具有照明元件，從而利用周圍的多個(gè)發(fā)光二極管來照亮未加工鉆石5。
加工裝置4的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口的功能如下機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23利用其上水平地安裝著鉆石支架8的機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23的轉(zhuǎn)動(dòng)，由激光束將未加工鉆石5周圍的多余表面除去。采用步進(jìn)機(jī)來驅(qū)動(dòng)該機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23。
機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30和機(jī)動(dòng)化X軸定位器31在打磨過程中，激光束逐漸進(jìn)入未加工鉆石5中，直到得到鉆石的最大直徑61或圓柱形形狀，為此，需要通過機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23使未加工鉆石5在Y軸和/或X軸上位移，此需要由機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30和/或機(jī)動(dòng)化X軸定位器31來實(shí)現(xiàn)。機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30安裝在機(jī)動(dòng)化X軸定位器31上，其安裝成使得該機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30可在該機(jī)動(dòng)化X軸定位器31上移動(dòng)。機(jī)動(dòng)化X軸定位器31和/或機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30的位移是自動(dòng)完成或者是通過由安裝在計(jì)算機(jī)21中的軟件輸入的手動(dòng)數(shù)據(jù)來完成的。
機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30和機(jī)動(dòng)化X軸定位器31的運(yùn)動(dòng)以及機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23的旋轉(zhuǎn)由安裝在計(jì)算機(jī)21中的控制卡控制。
由于Y-驅(qū)動(dòng)卡33連接至計(jì)算機(jī)21和機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30，它將來自計(jì)算機(jī)21的電子信號(hào)放大并將放大了的電子信號(hào)傳送給機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30。類似地，X-驅(qū)動(dòng)卡34和R-驅(qū)動(dòng)卡35分別將放大了的電子信號(hào)傳送給機(jī)動(dòng)化X軸定位器30和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23。Y-驅(qū)動(dòng)卡33、X-驅(qū)動(dòng)卡34和R-驅(qū)動(dòng)卡35可通過與它們相連接的驅(qū)動(dòng)卡電源36來接通/切斷。機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30和機(jī)動(dòng)化X軸定位器31由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。此外，在機(jī)動(dòng)化Y軸定位器30、機(jī)動(dòng)化X軸定位器31以及機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)23的每個(gè)端部均裝有限制開關(guān)來檢測(cè)其起始位置和終止位置。
將要進(jìn)行打磨或腰緣拋光加工的未加工鉆石5可通過加工裝置4的視頻系統(tǒng)在CCTV 32上觀察，該視頻系統(tǒng)由上CCD攝像機(jī)52和下CCD攝像機(jī)53組成。
由于激光打磨是非接觸式的，因而使得速度更快、顯著地減小了重量損失并且保持了鉆石形狀的一致性。在該新型激光打磨機(jī)中，計(jì)算機(jī)成為切割鉆石過程中的重要因素。計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)軟件一起給出最佳切割的建議，從而使鉆石具有將尺寸和形狀均考慮在內(nèi)的精確倒圓形狀。此外，將要被定中和打磨的未加工鉆石礦石由照明源照亮。這些照明源由多個(gè)發(fā)光二極管組成，從而使得眼睛得到這樣一種印象，即，被照亮的始終是該礦石的同一側(cè)，因此，可通過由CCD攝像機(jī)組成的視頻系統(tǒng)在CCTV上觀察被照亮的未加工鉆石。因?yàn)樵撔滦痛蚰C(jī)能夠不必停止機(jī)器而隨時(shí)檢查該過程，并且它可以由一個(gè)人來操作，所以這是很有用的技術(shù)。將所有這些優(yōu)點(diǎn)概括起來就是，采用該新型激光打磨機(jī)可顯著提高生產(chǎn)力。
權(quán)利要求
1.一種新型激光打磨機(jī)，它由(i)鉆石支架(8)、(ii)設(shè)置裝置(3)以及(iii)加工裝置(4)組成；鉆石支架(8)由粘合模(6)、磁性模(7)以及未加工鉆石(5)組成；設(shè)置裝置(3)由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口和視頻系統(tǒng)組成；加工裝置(4)由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口、熱交換器(25)、視頻系統(tǒng)、光束傳送裝置(26)、激光源(27)、射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(28)、電源(29)以及穩(wěn)定器組成。
2.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，未加工鉆石(5)通過粘合劑和加熱而粘接在粘合模(6)的頂部，粘合模(6)與未加工鉆石(5)一起固定在磁性模(7)的頂部。
3.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，設(shè)置裝置(3)的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口由機(jī)動(dòng)化X軸定位器(9)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)、機(jī)動(dòng)化上/下定位器(12)、驅(qū)動(dòng)卡(13，14，15)、控制卡、計(jì)算機(jī)(16)、監(jiān)視器(19)、三個(gè)步進(jìn)馬達(dá)以及驅(qū)動(dòng)卡電源(22)組成。
4.如權(quán)利要求1或3所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，機(jī)動(dòng)化X軸定位器(9)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)、機(jī)動(dòng)化上/下定位器(12)由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1或3所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)卡(13，14，15)的一端分別與機(jī)動(dòng)化X軸定位器(9)、機(jī)動(dòng)化上/下定位器(12)和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)相連；驅(qū)動(dòng)卡(13，14，15)的另一端通過針式連接器(37)與計(jì)算機(jī)(16)的控制卡相連，驅(qū)動(dòng)卡(13，14，15)與驅(qū)動(dòng)卡電源(22)相連。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，機(jī)動(dòng)化X軸定位器(9)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)和機(jī)動(dòng)化上/下定位器(12)的運(yùn)動(dòng)由安裝在計(jì)算機(jī)(16)中的控制卡控制，在機(jī)動(dòng)化X軸定位器(9)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)和機(jī)動(dòng)化上/下定位器(12)的每個(gè)端部安裝有限制開關(guān)，以檢測(cè)起始位置和終止位置。
7.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，設(shè)置裝置(3)的視頻系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)(16)相連，并由上CCD攝像機(jī)(17)和下CCD攝像機(jī)(18)組成。
8.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，加工裝置(4)的計(jì)算機(jī)數(shù)控接口由機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)、機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)、計(jì)算機(jī)(21)、監(jiān)視器(24)、CCTV(32)、Y-驅(qū)動(dòng)卡(33)、X-驅(qū)動(dòng)卡(34)、R-驅(qū)動(dòng)卡(35)、驅(qū)動(dòng)卡電源(36)、三個(gè)步進(jìn)馬達(dá)以及控制卡組成。
9.如權(quán)利要求8所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)以及機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，Y-驅(qū)動(dòng)卡(33)、R-驅(qū)動(dòng)卡(35)和X-驅(qū)動(dòng)卡(34)的一端分別與機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)和機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)相連；Y-驅(qū)動(dòng)卡(33)、R-驅(qū)動(dòng)卡(35)和X-驅(qū)動(dòng)卡(34)的另一端通過針式連接器與計(jì)算機(jī)(21)的控制卡相連，Y-驅(qū)動(dòng)卡(33)、X-驅(qū)動(dòng)卡(34)和R-驅(qū)動(dòng)卡(35)與驅(qū)動(dòng)卡電源(36)相連。
11.如權(quán)利要求8所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)、機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)和機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)由計(jì)算機(jī)(21)的控制卡控制。
12.如權(quán)利要求8所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，經(jīng)由機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)進(jìn)行的鉆石支架(8)的未加工鉆石(5)在Y軸和/或X軸上的位移分別由機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)和機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)完成，機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)和機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)安裝成使得該機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)可在該機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)上移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求8所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，在機(jī)動(dòng)化Y軸定位器(30)、機(jī)動(dòng)化X軸定位器(31)和機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)的每個(gè)端部安裝有限制開關(guān)，以檢測(cè)起始位置和終止位置。
14.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，加工裝置(4)的視頻系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)(21)相連，并由上CCD攝像機(jī)(52)和下CCD攝像機(jī)(53)組成。
15.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，加工裝置(4)的熱交換器(25)與電源(29)和射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(28)相連；數(shù)字式溫度控制器(72)、用于指示去離子水的流速、水位和溫度的聯(lián)鎖控制器的發(fā)光二極管(49，50，51)、泵開/關(guān)鈕(62)以及泵發(fā)光二極管(63)安裝在熱交換器(25)中。
16.如權(quán)利要求1或15所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，熱交換器(25)由冷卻系統(tǒng)(37)和驟冷系統(tǒng)(38)組成；冷卻系統(tǒng)(37)循環(huán)去離子水而驟冷系統(tǒng)(38)循環(huán)水；在冷卻系統(tǒng)(37)中，熱交換器(25)的入口(74)通過軟管(82)與聚四氟乙烯連接器(75)的一端相連，而聚四氟乙烯連接器(75)的其它兩端分別通過軟管(83，84)連接至激光頭(43)的出口(76)和Q開關(guān)(42)的出口(77)；熱交換器(25)的出口(78)通過軟管(85)連接至聚四氟乙烯連接器(79)的一端，而聚四氟乙烯連接器(79)的其它兩端分別通過軟管(86，87)連接至激光頭(43)的入口(80)和Q開關(guān)(42)的入口(81)；驟冷系統(tǒng)(38)由驟冷泵系統(tǒng)(48)組成；驟冷泵系統(tǒng)(48)由分箱(71)和驟冷水箱(70)組成；數(shù)字式溫度控制器(73)連接至驟冷水箱(70)；熱交換器(25)的驟冷出口(88)和驟冷入口(94)連接至驟冷泵系統(tǒng)(48)；熱交換器(25)的驟冷出口(88)通過軟管(95)連接至驟冷水箱(70)的入口(89)；驟冷水箱(70)的出口(90)通過軟管(96)連接至分箱(71)的入口(91)；分箱(71)的出口(92)通過軟管(97)連接至驟冷水箱(70)的雙通口(93)，驟冷水箱(70)的雙通口(93)的另一端通過軟管(98)連接至熱交換器(25)的驟冷入口(94)。
17.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，加工裝置(4)的光束傳送裝置(26)由打磨加工系統(tǒng)(54)和腰緣拋光系統(tǒng)(55)組成。
18.如權(quán)利要求17所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，打磨加工系統(tǒng)(54)由滑動(dòng)光束彎折器(56)、下光束彎折器(57)以及下聚焦裝置(58)組成。
19.如權(quán)利要求17或18所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，腰緣拋光系統(tǒng)(55)由上光束彎折器(59)和上聚焦裝置(60)組成；滑動(dòng)光束彎折器(56)、下光束彎折器(57)和上光束彎折器(59)設(shè)置成相對(duì)于入射激光束成45°角；光束彎折器(56，57，59)中的每一個(gè)均使激光束彎折90°；下聚焦裝置(58)和上聚焦裝置(60)將入射的激光束聚焦；下聚焦裝置(58)和上聚焦裝置(60)具有照明源，以照亮未加工鉆石(5)；下聚焦裝置(58)和上聚焦裝置(60)的每個(gè)照明源具有多個(gè)發(fā)光二極管。
20.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，激光源(27)由后鏡(40)、光圈(41，41)、Q開關(guān)(42)、激光頭(43)、擋板(44)、起偏器(45)、前鏡(46)以及擴(kuò)束器(47)組成。
21.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，射頻-Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(28)與計(jì)算機(jī)(21)、Q開關(guān)(42)和熱交換器(25)相連。
22.如權(quán)利要求1所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，穩(wěn)定器連接至電源(29)；T.P.開關(guān)(64)、激光燈開/關(guān)撥動(dòng)開關(guān)(65)、電流設(shè)定組件(68)、電流設(shè)定組件(68)的按鈕開/關(guān)開關(guān)(67)、以及電流變量鈕(69)為電源(29)提供。
23.如權(quán)利要求3、8或17所述的新型激光打磨機(jī)，其特征在于，計(jì)算機(jī)(16)和(21)通過局域網(wǎng)相連，用于打磨加工系統(tǒng)(54)和腰緣拋光系統(tǒng)(55)的計(jì)算機(jī)程序基本上描述在附圖中的流程圖中。
24.一種新型激光打磨機(jī)，其基本上參照前述說明書和相應(yīng)的附圖進(jìn)行了描述。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型激光打磨機(jī)，其主要由三部分組成(i)鉆石支架(8)、(ii)設(shè)置裝置(3)以及(iii)加工裝置(4)。鉆石支架(8)由未加工鉆石(5)、粘合模(6)以及磁性模(7)組成。而且，將被定中和打磨的未加工鉆石(5)通過粘合劑和加熱而粘接在粘合模(6)的頂部。然后，將該粘合模(6)固定在磁性模(7)的頂部。設(shè)置裝置(3)由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口和視頻系統(tǒng)組成。將被定中并然后被打磨的未加工鉆石(5)豎直地放置在機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(11)上。在完成對(duì)未加工鉆石的定中以后，鉆石支架(8)被送至加工裝置(4)并水平地固定在加工裝置(4)的機(jī)動(dòng)化轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(23)上。加工裝置(4)由計(jì)算機(jī)數(shù)控接口、熱交換器(25)、視頻系統(tǒng)、光束傳送裝置(26)、激光源(27)、射頻－Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(28)、電源(29)以及穩(wěn)定器組成。加工裝置(4)的光束傳送裝置(26)由(i)打磨加工系統(tǒng)(54)和(ii)腰緣拋光系統(tǒng)(55)組成。計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)軟件一起給出最佳切割的建議，從而使鉆石具有將尺寸和形狀均考慮在內(nèi)的精確倒圓形狀。
文檔編號(hào)B28D5/00GK1717298SQ03823902
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者阿爾溫德伯翰·拉夫吉伯翰·帕特爾 申請(qǐng)人:阿爾溫德伯翰·拉夫吉伯翰·帕特爾