Способ фиксации изделий произвольной формы для проведения бесконтактных технических операций и система фиксации изделий произвольной формы
METHOD FOR FASTENING PRODUCTS OF ARBITRARY SHAPE FOR CONDUCTING NON-CONTACT TECHNICAL OPERATIONS AND SYSTEM FOR FASTENING PRODUCTS OF ARBITRARY SHAPE

Изобретение относится к способам фиксации разнообразных изделий различных сложных форм для проведения бесконтактных технических операций, в частности, исследований, например методами микроскопии, трехмерного сканирования и др., либо обработки, например лазерной гравировки. В том числе, закрепления ювелирных изделий.
Из уровня техники известно приспособление для закрепления колец, содержащее корпус с размещенным на нем зажимным механизмом, выполненным в виде цанги, установленной с возможностью взаимодействия с силовым винтом, корпус выполнен в виде основания со стойками, на которых закреплены два конусообразных упора, один из которых связан с силовым винтом и установлен с возможностью осевого перемещения, а цанга выполнена в форме цилиндра с кольцевыми пружинами и установлена торцовыми пазами на упорах корпуса (RU 2545 U1 16.08.1996)
Известен также механизм совмещения и позиционирования, который включает подвижную нижнюю раму, связанную посредством упругих шарниров с платформой, подвижную верхнюю раму, связанную с тремя приводами ее линейных перемещений по вертикали и предметным столиком. Приводы линейных перемещений по горизонтали механизма совмещения и позиционирования установлены на подвижном звене и связаны с нижней подвижной рамой и платформой (RU 2160884 C1 15.05.2000).
Известно также устройство для исследования драгоценного камня, выполненное в форме футляра для ювелирных изделий. Футляр для ювелирных изделий имеет подложку для хранения кольца с драгоценным камнем наверху и вращаемую крышку. Вращаемая крышка имеет отверстие в ее верхней части (RU 2300095 C2 06.05.2003).
Известен также способ позиционирования ценного изделия с идентификационной меткой в процессе ее детектирования, заключающийся в том, что изделие устанавливают и фиксируют на позиционирующем средстве с возможностью обеспечения совмещения центра исследуемой поверхности этого изделия с оптической осью средства визуализации, которое используют для детектирования в составе оптической системы, после чего осуществляют фиксацию осевого положения оптической системы относительно позиционирующего средства, перед установкой и фиксацией изделия на позиционирующем средстве, в качестве которого используют самоцентрирующее зажимное устройство с двумя возвратно-поступательно перемещающимися губками, оснащенными установочными и фиксирующими поверхностями, поверхность изделия с идентификационной меткой сопрягают с автономной реперной плоскостью; затем установочные поверхности губок зажимного устройства в раздвинутом положении вводят в контакт с упомянутой реперной плоскостью с обеспечением охвата детектируемого изделия фиксирующими поверхностями губок и осуществляют его фиксацию с образованием пятен контакта в местах соприкосновения изделия с фиксирующими поверхностями. (RU 242798 C1 27.08.2011).
Недостатками известных технических решений является сложность конструкций систем фиксации и, как следствие, способа фиксации изделий. При этом отсутствует возможность фиксирования изделий произвольной формы, что усложняет способ крепления за счет применения дополнительных проставочных элементов.
Техническая проблема заявленного изобретения заключается в упрощении способа закрепления при расширении диапазона форм и размеров изделий.
Технический результат заключается в решении указанной технической проблемы.
Указанный технический результат достигается в способе фиксации изделий произвольной формы, включающий этапы на которых: изделие помещают в открытую емкость с сыпучим ферромагнитным материалом, таким образом, чтобы указанное изделие частично оказалось погруженным в указанный сыпучий ферромагнитный материал; ориентируют изделие необходимым образом; создают магнитное поле, под действием которого возникает взаимное притяжение частиц указанного сыпучего ферромагнитного материала, приводящее к слипанию указанных частиц, вследствие которого осуществляется фиксация указанного изделия в сыпучем ферромагнитном материале.
Магнитное поле создают посредством подачи напряжения на электромагнит, расположенный в непосредственной близости от указанной открытой емкости;
Магнитное поле создают посредством приближения к открытой емкости с сыпучим ферромагнитным материалом, постоянного магнита, при этом для извлечения изделия из открытой емкости, постоянный магнит удаляется.
Сила взаимного слипания частиц сыпучего ферромагнитного материала такова, что возможен переворот конструкции с закрепленным изделием на 180 град.
При фиксации объектов, для которых затруднено их частичное погружение в ферромагнитный материал, производят их закрепление с помощью дополнительных держателей-прижимов, которые предварительно частично погружают в ферромагнитный материал.
Изделия произвольной формы представляют собой ювелирные изделия.
Технический результат достигается также в системе фиксации изделий произвольной формы содержащей открытую емкость, частично заполненную сыпучим ферромагнитным материалом, обладающим возможностью удержания объекта, погруженного в указанный ферромагнитный материал, посредством магнитного поля, создаваемого, по меньшей мере, одним магнитом, при этом указанная открытая емкость закреплена на приспособлении, выполненном с возможностью точного позиционирования открытой емкости с изделием в трехмерной системе координат.
В качестве магнита применяется электромагнит, соединенный через выключатель с источником питания.
В качестве магнита применяется постоянный магнит, при этом для фиксации изделия он приближается к открытой емкости с сыпучим магнитным материалом, а для извлечения изделия - удаляется.
Сыпучий ферромагнитный материал представляет собой стальные или металлические шарики с диаметром по существу равным 1 мм.
Дополнительно выполнены держатели-прижимы, частично погруженные в сыпучий ферромагнитный материал.
В качестве приспособления, выполненного с возможностью точного позиционирования открытой емкости с изделием в трехмерной системе координат используется позиционер или манипулятор.
Для предотвращения механического повреждения изделий, поверхность частиц ферромагнитного материала покрыта мягким материалом.
Мягкий материал представляет собой металл или сплав на основе меди или олова или индия.
Фиг. 1 - схема системы фиксации изделия с электромагнитом;
Фиг. 2 - схема системы фиксации изделия с электромагнитом и держателями-прижимами;
Фиг. 3 - схема системы фиксации изделия с постоянным магнитом.
На сегодняшний день существует проблема закрепления изделий для их исследований с помощью микроскопа, для проведения геммологических исследований вмонтированных в них драгоценных камней, для нанесения на них лазерной гравировки и т.п. При этом закрепленное изделие должно быть ориентировано определенным образом, например площадкой камня к объективу микроскопа. Ввиду того, что изделия бывают различных типов (кольца, серьги, подвески, и т.д.), и даже изделия одного типа могут очень существенно различаться по размерам и конструкции, крайне затруднительно использовать для их закрепления одно универсальное устройство типа зажима, струбцины и т.п., либо даже ограниченный набор различных струбцин или зажимов. Следует отметить, что способ и система фиксации изделий не ограничивается закреплением только ювелирных изделий, по существу изделия могут быть любыми и выполненными из любого, не только ферромагнитного материала.
При использовании для закрепления изделий клеевых составов, липкой ленты, и т.п., существует проблема удаления остатков клея. Кроме того, при выполнении лазерной гравировки или лазерной или плазменной пайки/сварки изделий клеевые составы оплавляются и горят от высокой температуры.
Пример работы:
Изделие 1 помещают в открытую емкость 2 с сыпучим материалом 3 из ферромагнитного материала (фиг.1-3), например железа, стали, так, чтобы оно частично оказалось погруженным в сыпучий ферромагнитный материал, при этом вручную ориентируют изделие необходимым образом.
В качестве ферромагнитного сыпучего материала используют стальные шарики диаметром около 1 мм. При этом для предотвращения механического повреждения изделий поверхность частиц ферромагнитного материала покрыта мягким материалом (металл или сплав, например медь, олово, индий).
После этого с помощью выключателя 4 и источника 5 питания подают напряжение на расположенный в непосредственной близости электромагнит (соленоид, обмотка) 6, либо несколько электромагнитов (фиг.1). Магнитное поле, индуцированное электромагнитом, приводит к существенному взаимному притяжению частиц ферромагнитного материала и их слипанию. Вследствие слипания гранул, частично погруженный в них объект оказывается зафиксированным. Емкость с сыпучим ферромагнитным материалом и электромагнитом может быть закреплена на позиционере или манипуляторе (на фиг. не показано), с помощью которого может выполняться точное позиционирование всей сборки с изделием как в прямоугольных координатах, так и по углам для выполнения с изделием технологических операций (гравировка, пайка, микроскопия, и т.д.), при этом частицы сыпучего магнитного материала (стальные шарики) устойчивы к высоким температурам.
Сила взаимного слипания частиц сыпучего ферромагнитного материала такова, что допускается даже переворот конструкции с закрепленным изделием на 180 градусов.
Для извлечения изделия от электромагнита отключают электропитание и извлекают изделие. Частицы порошка (стальные шарики) осыпаются с изделия в емкость и изделие не требует дополнительной очистки.
При фиксации объектов (фиг.2), для которых затруднено их частичное погружение в ферромагнитный материал, используют дополнительные держатели-прижимы 7, которые частично погружаются в ферромагнитный материал.
В альтернативной конфигурации (фиг.3) вместо электромагнита 6 может использоваться постоянный магнит 8. Для фиксации изделия он приближается к емкости с магнитным материалом, а для извлечения изделия - удаляется.