СПОСОБ ОТБОРА ПРОБЫ МАТЕРИАЛА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ВЫДВИЖНОЙ ШПИНДЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЕ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ МОМЕНТА Российский патент 2011 года по МПК G01L3/04 

Группа изобретений относится к материаловедению и может быть применена в различных областях науки и техники, в которых необходимо исследовать химический состав какого-либо материала, например, определить глубину окислившегося слоя материала исследуемого изделия (далее образец) после его длительного хранения. Часть изобретений, входящих в эту группу и относящихся к дифференциальным винтовым устройствам, может быть применена и в других областях науки и техники, например, когда при решении каких-либо технических задач необходимо обеспечить управляемому исполнительному звену вращательно-поступательное движение с передачей ему крутящего момента.

Известен, по патенту РФ №2210016, F16Н 25/20, от 19.03.2001, опубл. в БИ №22 от 18.08.2003, дифференциальный выдвижной шпиндель, содержащий редуктор и две винтовых пары с различным ходом, выходное звено второй винтовой пары выполнено с возможностью вращательно-поступательного движения.

Недостатком данного дифференциального выдвижного шпинделя является невысокая крутильная жесткость выходного звена второй винтовой пары, связанного с выходным звеном редуктора. Крутильная жесткость звена определяется по известной формуле:

где φ - действительный угол закручивания вала, рад;

[φ] - допускаемый угол закручивания вала;

M_к - крутящий момент вала;

- длина закручиваемой части выходного звена второй винтовой пары;

G - модуль сдвига материала вала;

J₀ - полярный момент инерции сечения вала.

Крутящий момент M_к передается на выходное звено второй винтовой пары от выходного звена привода (зубчатого колеса редуктора). Часть выходного звена второй винтовой пары, выполненная в виде стержня квадратного сечения с небольшой площадью сечения, имеет большую величину длины , которая в данном устройстве зависит от хода подвижного звена первой винтовой пары (=) и расположения выходного звена привода (зубчатого колеса редуктора). При отборе проб у образца, например, неорганического происхождения значения M_к и L* могут достигать больших значений, при которых существует вероятность возникновения ситуации, когда величина значения φ будет больше [φ]. В результате, стержень с квадратным сечением может деформироваться и, как следствие этого, это может привести к выходу из строя устройства.

В известных устройствах, например, в микротомах при срезании слоя материала во время отбора пробы материала осуществляется перемещение образца относительно ножа (далее режущий инструмент) с помощью механизма. Звенья механизма, используемого для осуществления перемещения образца относительно режущего инструмента (или наоборот для перемещения режущего инструмента относительно образца) должны обладать достаточной жесткостью, чтобы обеспечивать точность величины срезаемого слоя материала, а также надежность работы самого механизма.

Известное, по патенту Франции №2087788, G01В 3/00, G02В 21/00, от 04.03.71 г., опубл. в о/б "Промышленная собственность" ("Listes") №52 от 31.12.71 г., устройство для отбора пробы содержит опору, режущий инструмент и держатель образца.

В данном патенте описан способ отбора пробы с помощью устройства для его осуществления (микротом). Способ включает закрепление образца в держателе. Заглубление режущего инструмента (далее инструмент) на заданную глубину относительно поверхности образца. Срезание тонкого слоя материала с образца при перемещении держателя по траектории, параллельной этой поверхности. Отвод инструмента от образца и возвращение его в исходное положение.

Недостатком данного способа и устройства для его осуществления является то, что они предназначены для приготовления срезов у различных биологических образцов - тканей организмов, деревьев и так далее с толщиной среза до 60 мкм. Применение их для отбора проб с какого-либо локального участка поверхности образца, а тем более проводить послойный анализ материала на таком участке без срезания материала за его пределами невозможно.

Задачей, решенной данной группой изобретений, является расширение функциональных возможностей нового способа и устройства для его осуществления, используемых при отборе проб материала у образца. Кроме этого решена задача улучшения одной из основных технических характеристик, а именно, увеличение крутильной жесткости звеньев механизма.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей группы изобретений, заключается в обеспечении возможности отбора пробы материала не только с поверхности образца, но и с разных глубин на одном и том же его участке. Величина погружения инструмента в тело образца превышает более чем на два порядка величину срезаемого, например, микротомом слоя материала. Результат обеспечен использованием в способе новых приемов, реализация которых обеспечена предложенными устройствами. При этом обеспечена возможность отбора проб с одного и того же участка с глубин, превышающих величину максимального перемещения инструмента в тело образца. Кроме этого увеличена крутильная жесткость звеньев механизма, обеспечившая точность величины срезаемого слоя материала, а также повысившая надежность работы механизма.

Указанная цель достигается тем, что:

- в способе отбора пробы материала, включающем закрепление в держателе исследуемого образца, срезание с него материала с помощью режущего инструмента, перед закреплением образца устанавливают накопитель срезанного материала таким образом, чтобы его полость была расположена вокруг режущего инструмента. Подводят вращающийся режущий инструмент до соприкосновения с нижней поверхностью образца, а при срезании - заглубляют вращающийся режущий инструмент на необходимую глубину в его тело. После чего снимают накопитель вместе со срезанным материалом. При необходимости повторяют нужное количество раз послойный отбор проб на разных глубинах того же участка образца. Для отбора проб с того же участка образца с глубин, превышающих величину возможного погружения режущего инструмента в образовавшееся углубление, образец может быть закреплен в держателе таким образом, чтобы его поверхность, противоположная поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением была в верхнем положении. При этом с помощью фиксатора ориентируют образец таким образом, чтобы ось симметрии углубления совпадала с осью вращения режущего инструмента. После чего осуществляют послойный отбор проб. При отборе проб со стороны противоположной поверхности, на которой образовалось углубление, при закреплении образца может быть заменен держатель;

- устройство для отбора пробы материала, содержащее опору, режущий инструмент и держатель исследуемого образца, дополнительно снабжено накопителем срезанного материала, дифференциальным винтовым шпинделем и поступательной парой. Накопитель установлен таким образом, что его полость для улавливания срезанного материала расположена вокруг режущего инструмента. Выходное звено дифференциального винтового шпинделя выполнено с возможностью вращательно-поступательного перемещения, а на конце этого звена закреплен режущий инструмент. Первое звено поступательной пары выполнено в виде направляющей, закрепленной на опоре параллельно оси симметрии выходного звена дифференциального винтового шпинделя, а второе звено - в виде каретки, которой является корпус дифференциального винтового шпинделя, в котором выполнен направляющий элемент, сопряженный с первым звеном этой поступательной пары. Устройство может быть снабжено фиксатором, который выполнен с возможностью соосного ориентирования углубления, полученного при отборе проб у образца, относительно оси вращения режущего инструмента. Устройство может быть также снабжено дополнительным держателем, выполненным с возможностью закрепления образца таким образом, чтобы его поверхность, противоположная поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением была в верхнем положении;

- в дифференциальном винтовом шпинделе, содержащем редуктор и две винтовые пары с различным ходом, выходное звено второй винтовой пары которого выполнено с возможностью вращательно-поступательного движения, вторая винтовая пара выполнена в виде телескопического вала;

- устройство для передачи крутящего момента, содержащее две винтовые пары с различным ходом, первая из которых состоит из неподвижного и подвижного звеньев, а вторая из двух подвижных звеньев, одно из которых является выходным звеном механизма, дополнительно снабжено гильзой и бандажом. Гильза, соединенная с подвижным звеном первой винтовой пары, выполнена с возможностью входа в полость неподвижного звена этой пары и выхода из нее. Бандаж, нанизанный на наружную поверхность гильзы, соединен с выходным звеном механизма. При этом они образовали с гильзой поступательную пару, выполненную с возможностью входа выходного звена механизма в полость гильзы и выхода из нее, а также перемещения бандажа по наружной поверхности гильзы совместно с выходным звеном механизма.

Соединение бандажа с выходным звеном механизма выполнено, по меньшей мере, с помощью одного элемента, пропущенного через продольный паз в гильзе.

Отличительные признаки изобретений обеспечивают следующие новые свойства:

- установка накопителя срезанного материала с возможностью расположения полости вокруг инструмента обеспечила улавливание срезанного материала при его отделении без потерь. Подвод вращающегося инструмента до соприкосновения с нижней поверхностью образца обеспечил возможность начала отсчета заглубления инструмента в тело образца. Заглубление инструмента на необходимую глубину в тело образца при срезании обеспечило возможность взятия пробы со строго заданной толщиной снятого слоя материала с заданного участка без повреждения поверхности образца, расположенной за пределами этого участка. Возможность снятия накопителя вместе со срезанным материалом обеспечила исключение потерь этого материала при его доставке к месту проведения анализа. Предложенная совокупность признаков обеспечила возможность срезания на заданном участке слоя материала не только с поверхности образца, но и при необходимости проведения послойного анализа материала на одном и том же участке срезанием материала на разных глубинах в теле образца. Для достижения возможности отбора проб с глубин, превышающих величину возможного погружения инструмента в образовавшееся углубление, на одном участке отбор проб может быть разбит на два этапа. Осуществление первого этапа обеспечено признаками, рассмотренными выше. Осуществление второго этапа может быть обеспечено закреплением образца в держателе таким образом, чтобы его поверхность, противоположная его поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением была в верхнем положении. Ориентирование образца при этом с помощью фиксатора таким образом, чтобы ось симметрии углубления совпадала с осью вращения инструмента, обеспечит возможность отбора проб строго на первоначально выбранном участке. При толщине образца, не превышающей удвоенной величины максимального погружения инструмента в его тело, при отборе проб с двух сторон образца образуется сквозное отверстие. Образование отверстия подтверждает то, что пробы материала взяты на первоначально выбранном участке. Для взятия проб рассмотренным способом у образца с двумя плоскими и параллельными поверхностями достаточно одного держателя. Из-за возможного различия форм участков противоположных поверхностей образца, например, с выпуклой и вогнутой формой, для осуществления его закрепления на противоположной стороне будет иметь место необходимость замены держателя. После такого закрепления осуществление второго этапа обеспечивается теми же признаками, что и на первом этапе. Возможность осуществления отбора проб на небольшом участке с разных глубин без разрушения образца или повреждения большей части его поверхности позволяет в некоторых случаях, в зависимости от свойств материала, восстанавливать поврежденный участок. После восстановления поврежденного участка образец (деталь какого-либо изделия) может использоваться по назначению;

- снабжение устройства накопителем срезанного материала, дифференциальным винтовым шпинделем и поступательной парой обеспечило возможность осуществления срезания материала и его улавливание. При этом осуществление срезания материала стало возможным не только с поверхности ограниченного участка поверхности образца, но и с разных глубин этого участка. Установка накопителя таким образом, что его полость для улавливания срезанного материала была расположена вокруг режущего инструмента, позволила собирать материал без его потерь. Тем самым обеспечена достаточно высокая достоверность проводимого впоследствии анализа материала. Закрепление режущего инструмента на конце выходного звена дифференциального винтового шпинделя, выполненного с возможностью вращательно-поступательного перемещения, обеспечило возможность заглубления этого инструмента в тело исследуемого материала. Выполнение в поступательной паре первого звена в виде направляющей, закрепленной на опоре параллельно оси симметрии выходного звена дифференциального винтового шпинделя, а второго звена в виде каретки, которой является корпус дифференциального винтового шпинделя с направляющим элементом, сопряженным с первым звеном этой поступательной пары, обеспечило возможность уменьшения габаритов. Уменьшение габаритов устройства обеспечило возможность размещения его при необходимости в ограниченном пространстве закрытого бокса. При снабжении устройства фиксатором обеспечивается возможность осуществления срезания материала на одном и том же участке при отборе проб у образца с глубин, превышающих величину максимального погружения в его тело режущего инструмента. Для этого фиксатор выполняется с возможностью соосного ориентирования углубления, полученного при отборе проб у образца относительно оси вращения режущего инструмента. В результате, отбор проб с первоначально выбранного участка на глубинах, превышающих величину максимального погружения, станет возможным осуществляться за два перехода. При втором переходе отбор проб с противолежащей стороны образца ведется в соответствии с координатами первоначально выбранного участка;

- выполнение в дифференциальном винтовом шпинделе второй винтовой пары в виде телескопического вала обеспечило увеличение крутильной жесткости выходного звена механизма и позволило значительно уменьшить его габариты. Уменьшение габаритов устройства обеспечило возможность размещения его в ограниченном пространстве закрытого бокса;

- снабжение устройства гильзой и бандажом обеспечило возможность отказаться от использования в выходном звене длинного стержня квадратного сечения и тем самым значительно повысить надежность работы механизма. Выполнение гильзы, соединенной с подвижным звеном первой винтовой пары, имеющей возможность входа в полость неподвижного звена этой пары и выхода из нее, позволило значительно уменьшить габариты механизма. Соединение бандажа, нанизанного на наружную поверхность гильзы, с выходным звеном механизма обеспечило увеличение крутильной жесткости выходного звена механизма. Результат достигнут образованием поступательной пары, выполненной с возможностью входа выходного звена механизма в полость гильзы и выхода из нее, а также перемещением бандажа по наружной поверхности гильзы совместно с выходным звеном механизма. Выполнение соединения бандажа с выходным звеном механизма, по меньшей мере, с помощью одного элемента, пропущенного через продольный паз в гильзе, обеспечило вращение выходного звена механизма.

На фиг.1 показано устройство для отбора проб; на фиг.2 - то же, с фиксатором, с замененным держателем; на фиг.3 - то же, дифференциальный выдвижной шпиндель (режущий инструмент находится в исходном положении); на фиг.4 - то же, дифференциальный выдвижной шпиндель (режущий инструмент находится в выдвинутом положении); на фиг.5 - то же, сечение А-А; на фиг.6 - то же, направляющие элементы, сечение Б-Б; на фиг.7 - то же, направляющие элементы, сечение В-В.

Способ отбора пробы материала (см. фиг.1) включает установку накопителя 1 срезанного материала таким образом, чтобы его полость Г была расположена вокруг инструмента 2, закрепление образца 3 в держателе 4. Перед срезанием материала подводят вращающийся инструмент 2 до соприкосновения с нижней поверхностью образца 3. Срезание материала осуществляют, заглублением режущих кромок, вращающегося инструмента 2, на необходимую глубину в тело образца 3. Контроль величины заглубления осуществляется отсчетом величины перемещения инструмента 2, начиная с момента касания его режущих кромок с поверхностью образца 3. После окончания срезания материала снимают накопитель 1 вместе с отобранной пробой. При необходимости повторяют нужное количество раз послойный отбор проб на разных глубинах с одного и того же участка образца 3.

После достижения максимально возможной глубины погружения инструмента 2 в углубление, образовавшееся в образце 3, отбор проб с того же участка с глубин, превышающих максимальную глубину погружения инструмента 2, при необходимости может осуществляться следующим образом.

Противоположные поверхности образца 3 отличаются по форме исполнения, одна выполнена выпуклой, а другая - вогнутой. В этом случае вместо держателя 3 используют держатель 5 (см. фиг.2). Вначале устанавливают накопитель 1 срезанного материала таким образом, чтобы его полость Г была расположена вокруг инструмента 2. Закрепляют образец 3 в держателе 5 таким образом, чтобы поверхность образца 3, противоположная его поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением, была в верхнем положении. С помощью фиксатора 6 ориентируют образец 3 таким образом, чтобы ось симметрии углубления в теле образца 3 совпадала с осью вращения инструмента 2. Закрепляют образец 3. После удаления фиксатора 6 осуществляют послойный отбор проб приемами, аналогичными вышеописанным.

Если исследуемый образец имеет верхнюю и нижнюю поверхности, одинаковые по форме исполнения, например, плоской формы, то после достижения максимально возможной глубины погружения инструмента 2 в образовавшееся углубление при необходимости продолжения отбора пробы с того же участка образца может использоваться тот же держатель 4, дополнительно снабженный фиксатором (не показано).

Срезанный материал (проба), изъятый из накопителя 1, поступает на исследование без количественных потерь. В результате можно достаточно с большой достоверностью провести его анализ, например, происшедшие в нем изменения при длительном хранении (глубины окислившегося слоя). Проведение различных анализов срезанного с объекта материала может быть осуществлено по любой известной в технике методике.

Устройство для отбора пробы материала (см. фиг.1) содержит инструмент 2, держатель 4 и опору 7.

В качестве инструмента 2 может быть использована фреза. Держатель 4, выполненный в виде ложемента, снабжен прижимом 8, пластиной 9, тремя шпильками 10 и тремя гайками 11.

Накопитель 1 вставлен в держатель 4. Накопитель и держатель могут быть выполнены заодно (не показано), то есть в виде одной детали.

Опора 7 снабжена плитой 12 и четырьмя стойками 13.

Имеется также дифференциальный винтовой шпиндель (см. фиг.3 и 4), который состоит из следующих деталей.

Неподвижное звено 14 и подвижное звено 15 образовали первую винтовую пару. Звено 14 выполнено в виде гильзы с наружной винтовой нарезкой и двумя прорезями 16 и 17. Звено 15 выполнено в виде гильзы с внутренней винтовой нарезкой. Подвижные звенья 18 и 19 образовали вторую винтовую пару. Звено 18 выполнено в виде ползуна (в форме втулки), а другое звено 19 - в виде стержня с винтовой нарезкой. На внутренней поверхности (отверстие) звена 18 выполнена винтовая нарезка. В звене 18 может быть закреплен, по меньшей мере, один стержень 20. В конкретно приведенном примере таких стержней два 20 и 21. Свободные концы стержней 20 и 21 (см. фиг.5, сечение А-А), соответственно пропущенные через прорези 16 и 17, размещены в кольцевой канавке Д, выполненной в подвижном звене 15. Выходное звено 19 второй винтовой пары выполнено с возможностью вращательно-поступательного движения.

Звено 15 смонтировано в корпусе 22 на подшипниковых опорах 23 и 24. Червяк 25, смонтированный в корпусе 22 и крышке 26, образовал зубчатое зацепление со звеном 27, выполненным в виде венца червячного колеса. Звено 15 выполнено заодно также со звеном 27 (выходным звеном редуктора). На одном из концов червяка 25 закреплена рукоятка 28 (см. фиг.1).

В конкретно приведенном примере редуктор выполнен в виде червячной передачи. В то же время в редукторе может быть выполнена любая известная в технике понижающая передача.

Дифференциальный винтовой шпиндель снабжен телескопическим валом. В технике известны различные конструкции телескопического вала, которые могут быть реализованы в данном устройстве. Предлагается устройство для передачи крутящего момента (см. фиг.3 и 4), которое содержит две телескопические пары. Первая телескопическая поступательная пара состоит из звеньев 14 и 15, 29, а вторая поступательная пара, выполненная в виде телескопического вала, - из звеньев 19 и 29.

Звено 29 выполнено в виде гильзы с двумя продольными пазами 30 и 31. Звено 29, соединенное со звеном 15, первой винтовой пары, выполнено с возможностью входа в полость звена 14 этой же пары и выхода из нее. На звено 29 нанизан с возможностью перемещения в осевом направлении бандаж 32. Элемент 33 выполнен в виде стержня (штифта), закрепленного в звене 19, концы которого соединены с бандажом 32. Звено 19 и бандаж 32, соединенные друг с другом с помощью элемента 33, образовали со звеном 29 новую поступательную пару. Эта пара выполнена с возможностью входа звена 19 в полость звена 29 и выхода из нее, а также перемещения бандажа 32 по наружной поверхности звена 29 совместно со звеном 19. Для этого элемент 33 пропущен через два продольных паза 30 и 31. В результате звенья 19, 32 и 29 образовали телескопический вал. При этом бандаж 32 обеспечивает необходимую крутильную жесткость звену 29 во всем диапазоне перемещения звена 19 (препятствует деформированию обеих частей разрезанной (см. пазы 30 и 31) гильзы звена 29 под действием приложенного к нему крутящего момента). Как вариант исполнения элемент 33 может быть пропущен через один из этих пазов.

Звено 19 выполнено заодно с приспособлением 34 для крепления режущего инструмента 2. Под выполнением звена 19 заодно с приспособлением 34 следует понимать то, что они выполнены в виде одной детали или двух отдельных деталей, скрепленных между собой (не показано).

Приспособление 34 может быть реализовано с помощью известных в технике различных устройств, например в виде цанги, кулачкового патрона или струбцины.

Поступательная пара (см. фиг.1) содержит направляющую, выполненную в виде двух стержней 35 и 36, которые закреплены на опоре 7 и плите 12 параллельно оси симметрии звена 14. На стержнях 35 и 36 установлена каретка, выполненная в виде корпуса 22, снабженного направляющими элементами 37 (см. фиг.6) и 38 (см. фиг.7).

Направляющая может быть выполнена из одного направляющего стержня 35 или 36, а каретка соответственно может быть снабжена одним направляющим элементом 37 или 38 (не показано).

Если образец 3 имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, отличающиеся по форме исполнения, например, выпуклую и вогнутую, то в устройстве (см. фиг.2) может использоваться дополнительный держатель 5, снабженный фиксатором 6. Держатель 5 выполнен в виде ложемента, снабженного прижимом 39, тремя шпильками 40 и тремя гайками 41. Фиксатор 6 выполнен в виде стержня, вставленного в отверстие 42, выполненное в прижиме 39. Ось симметрии отверстия 42 совпадает с осью вращения режущего инструмента 2.

Устройство работает следующим образом.

При вращении рукоятки 28 (см. фиг.3) вращаются червяк 25, червячный венец 27 и звено 15. Звено 15 совершает один оборот за

Z₂₇:Z₂₅ оборотов рукоятки 28,

где Z₂₇ - число зубьев червячного венца 27;

Z₂₅ - число заходов червяка 25.

Звено 15, вращаясь, перемещается вдоль своей оси вращения относительно неподвижного звена 14. При этом корпус 22 (каретка), с помощью направляющих элементов 37 и 38, поступательно перемещается по направляющим стержням 35 и 36 на расстояние L. Звено 18, связанное со звеном 15, перемещается вместе с ним, но при этом не вращается. Звено 19, тоже связанное со звеном 15 через звено 29 вращается вместе со звеньями 15 и 29. При этом звено 19 перемещается вдоль своей оси вращения. Звенья 15 и 18 перемещаются также на расстояние L. Величина расстояния L обусловлена количеством оборотов звена 15 и величиной шага его винтовой нарезки. Перемещение звена 19 обусловлено суммарным движением звена 15 и самого звена 19 относительно звена 18:

l=(t₂±t₁)·n,

где l - путь звена 19;

n - количество оборотов, совершенных звеном 14;

t₂ - шаг винтовой нарезки первой винтовой пары;

t₁ - шаг винтовой нарезки второй винтовой пары;

знак "+" при одинаковых направлениях винтовых линий;

знак "-" при разных направлениях винтовых линий (применяется в устройстве для отбора пробы материала).

При малой разности t₂-t₁ можно получить малое перемещение звена 19.

В исходном положении режущего инструмента 2 звенья в парах телескопического устройства расположены следующим образом (см. фиг.3):

- в первой паре звено 29, соединенное с подвижным звеном 15, выдвинуто относительно звена 14. Звено 18, соединенное со звеном 15, расположено в нижнем крайнем положении относительно звена 14;

- во второй паре звено 19 расположено в нижнем крайнем положении относительно звена 14. Бандаж 32 расположен в верхнем крайнем положении относительно звена 29.

В выдвинутом положении режущего инструмента 2 звенья в парах телескопического устройства расположены следующим образом (см. фиг.4):

- в первой паре гильза 29 введена в полость звена 14. Звено 18 расположено в верхнем крайнем положении относительно звена 14;

- во второй паре звено 19 расположено в верхнем крайнем положении относительно звена 14. Звено 19 введено в полость звена 29. Бандаж 32 расположен в нижнем крайнем положении относительно гильзы 29.

Использование данного изобретения позволяет обеспечить возможность отбора пробы материала не только с поверхности образца, но и с разных глубин на одном и том же его участке. Величина погружения режущего инструмента в тело образца превышает более чем на два порядка величины срезаемого, например, микротомом слоя материала. Результат обеспечен использованием в способе новых приемов, реализация которых обеспечена предложенными устройствами. При этом обеспечена возможность отбора проб с одного и того же участка с глубин, превышающих величину максимального перемещения режущего инструмента в тело образца. Кроме этого увеличена крутильная жесткость звеньев механизма, обеспечившая точность величины срезаемого слоя материала, а также повысившая надежность работы механизма.

Группа изобретений относится к материаловедению и может быть применена в различных областях науки и техники, в которых необходимо исследовать химический состав какого-либо материала, например, определить глубину окислившегося слоя материала исследуемого изделия (далее, образец) после его длительного хранения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Способ отбора пробы материала включает закрепление в держателе исследуемого образца, срезание с него материала. Причем перед закреплением образца устанавливают накопитель срезанного материала таким образом, чтобы его полость была расположена вокруг режущего инструмента, подводят вращающийся режущий инструмент до соприкосновения с нижней поверхностью образца, а при срезании - заглубляют вращающийся режущий инструмент на необходимую глубину в его тело, после чего снимают накопитель вместе со срезанным материалом, при необходимости повторяют нужное количество раз послойный отбор проб на разных глубинах того же участка образца. Устройство для отбора пробы материала, дифференциальный винтовой шпиндель и устройство для передачи крутящего момента реализуются по вышеуказанному способу. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ отбора пробы материала, включающий закрепление в держателе исследуемого образца, срезание с него материала, отличающийся тем, что перед закреплением образца устанавливают накопитель срезанного материала таким образом, чтобы его полость была расположена вокруг режущего инструмента, подводят вращающийся режущий инструмент до соприкосновения с нижней поверхностью образца, а при срезании - заглубляют вращающийся режущий инструмент на необходимую глубину в его тело, после чего снимают накопитель вместе со срезанным материалом, при необходимости повторяют нужное количество раз послойный отбор проб на разных глубинах того же участка образца.

2. Способ отбора пробы материала по п.1, отличающийся тем, что для отбора проб с того же участка образца с глубин, превышающих величину возможного погружения режущего инструмента в образовавшееся углубление, образец закрепляют в держателе таким образом, чтобы его поверхность, противоположная поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением была в верхнем положении, при этом с помощью фиксатора ориентируют образец таким образом, чтобы ось симметрии углубления совпадала с осью вращения режущего инструмента, после чего осуществляют послойный отбор проб.

3. Способ отбора пробы по п.2, отличающийся тем, что при отборе проб со стороны противоположной поверхности, на которой образовалось углубление, при закреплении образца заменяется держатель.

4. Устройство для отбора пробы материала, содержащее опору, режущий инструмент и держатель исследуемого образца, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено накопителем срезанного материала, устройством для передачи крутящего момента и поступательной парой, накопитель установлен таким образом, что его полость для улавливания срезанного материала расположена вокруг режущего инструмента, в устройстве для передачи крутящего момента выходное звено дифференциального винтового шпинделя выполнено с возможностью вращательно-поступательного перемещения, а на конце этого звена закреплен режущий инструмент, первое звено поступательной пары выполнено в виде направляющей, закрепленной на опоре параллельно оси симметрии выходного звена дифференциального винтового шпинделя, а второе звено - в виде каретки, которой является корпус дифференциального винтового шпинделя, в котором выполнен направляющий элемент, сопряженный с первым звеном этой поступательной пары.

5. Устройство для отбора пробы материала по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено фиксатором, который выполнен с возможностью соосного ориентирования углубления, полученного при отборе проб в исследуемом объекте, относительно оси вращения режущего инструмента после его переустановки и закрепления таким образом, чтобы поверхность объекта, противоположная его поверхности, на которой образовалось углубление, в новом положении была нижней, а поверхность с образовавшимся в ней углублением была в верхнем положении.

6. Устройство для отбора пробы по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным комплектом, состоящим из накопителя, ложемента и прижима, выполненными с возможностью установки и закрепления исследуемого объекта с двумя противоположно расположенными поверхностями, отличающимися друг от друга по форме.

7. Дифференциальный винтовой шпиндель, содержащий две винтовые пары с различным ходом, выходное звено, выполненное с возможностью вращательно-поступательного движения, отличающийся тем, что вторая винтовая пара выполнена в виде телескопического вала.

8. Устройство для передачи крутящего момента, содержащее две винтовые пары с различным ходом, первая из которых состоит из неподвижного и подвижного звеньев, а вторая из двух подвижных звеньев, одно из которых является выходным звеном механизма, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено гильзой и бандажом, гильза, соединенная с подвижным звеном первой винтовой пары, выполнена с возможностью входа в полость неподвижного звена этой пары и выхода из нее, бандаж, нанизанный на наружную поверхность гильзы, соединен с выходным звеном механизма, при этом они образовали с гильзой поступательную пару, выполненную с возможностью входа выходного звена механизма в полость гильзы и выхода из нее, а также перемещения бандажа по наружной поверхности гильзы совместно с выходным звеном механизма, соединение бандажа с выходным звеном механизма выполнено, по меньшей мере, с помощью одного элемента, пропущенного через продольный паз в гильзе.