Устройство для прецизионной сортировки сфер по размерам

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ СОРТИРОВКИ СФЕР ПО РАЗМЕРАМ, включающее пакет разделительных поверхностей с сортирующими отверстиями с последовательно изменяющимися размерами по высоте пакета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности разделения сфер за счет повышения точности регулирования размеров сортирующих отверстий, устройство снабжено вертикально расположенной прозрачной полированной пластиной, образующей с торцами разделительных поверхностей сортирующие отверстия в виде щелей постоянной ширины по длине, при этом разделительные поверхности установлены горизонтально с возможностью перемещения перпендикулярно пластине, а торец каждой разделительной поверхности выполнен в виде призмы с зеркальными взаимно перпендикулярными гранями, обращен острием к пластине и образует с ней гранями призмы равные углы.

Изобретение относится к области техники, связанной с сортировкой твердых материалов, и может быть использовано для выделения сферических оболочек заданного диаметра из исходной партии при изготовлении мишеней для лазерного и пучкового термоядерного синтеза.
Целью изобретения является повышение точности разделения сфер за счет повышения точности регулирования размеров сортирующих отверстий.
На фиг.1 представлена схема устройства для сортировки сфер, реализующая метод мокрого обратного просеивания; на фиг.2 - схема контроля величины зазора при его установке.
Устройство для сортировки сфер имеет вертикально расположенную полированную прозрачную пластину 1 (из стекла или кварца), разделительные поверхности с торцами в виде призм 2 и 3, обращенные к пластине грани которых выполнены зеркальными, взаимно перпендикулярными и образуют с плоскостью пластины примерно равные углы, а ребра, образованные зеркальными гранями, расположены в горизонтальных плоскостях параллельно плоскости пластины, с которой образуют сортирующие отверстия в виде щелей. Призмы установлены с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости пластины для установки любой величины щели с возможностью контроля ее величины путем наблюдения в поле зрения микроскопа со стороны прозрачной пластины через грань призмы ребра А соседней призмы и его зеркального отражения А от пластины (фиг.2). При этом
= , где АВ - проекция АА' на плоскости наблюдения;
- величина щели;
- угол между пластиной и направлением наблюдения.
При наблюдении через участок грани призмы, близкий к ребру, и расстоянии между соседними щелями, много большем величины зазоров, угол 0,1 и Соs 0,99, откуда с точностью 1%
= .
Таким образом, абсолютная ошибка в определении величины щели уменьшается в 2 раза по сравнению с ошибкой определения величины АВ или разрешающей способности микроскопа. При этом величина щелей, образованных пластиной и ребрами соседних призм, устанавливается из соотношений
₁ = D_ном - ;
₂ = D_ном + .
Зеркальные грани призм выполнены взаимно перпендикулярными и расположены так, что образуют с плоскостью пластины равные углы. Это приводит к тому, что при установке щели наблюдение за ее величиной ведется перпендикулярно пластине, при этом сводятся к минимуму аберрации изображения щели, возникающие при наклонном расположении пластины относительно оси наблюдения и соответственно обеспечивается более точная установка щели.
Устройство для сортировки сфер работает следующим образом.
При реализации метода мокрого обратного просеивания элементы разделительных поверхностей погружают в смачивающую их поверхности сфер жидкость 4 (например, этиловый спирт или дистиллированную воду), величина щели при этом уменьшается снизу вверх, а исходная партия сфер 5 помещается под нижнюю поверхность. Сферы под действием выталкивающей силы стремятся подняться на свободную поверхность жидкости и сортируются на щелях. В результате между соседними разделительными поверхностями остаются сферы 6 с диаметром больше минимальной щели и меньше максимальной щели. Переход в другой диапазон диаметров сортируемых сфер осуществляется установкой щелей соответствующей величины путем перемещения призм в направлении, перпендикулярном пластине, и контроля величины щели путем измерения через микроскоп с наружной стороны пластины расстояния между соответствующим ребром и его зеркальным отражением в пластине. При реализации метода сухого просеивания жидкость отсутствует, а устройство поворачивается вокруг горизонтальной оси на 180^о так, что величина щелей уменьшается сверху вниз, а исходная партия сфер помещается над верхней разделяющей поверхностью. При сортировке микросфер малого веса и размера образующиеся агломерации частиц разрушают воздействием на них ультразвуковых или акустических колебаний или импульсами противодавления жидкости при наличии ее потока.
Устройство опробовано на предприятии на макете, состоящем из пяти зеркальных призм, изготовленных из нержавеющей стали, плоскопараллельной полированной пластины из стекла толщиной 10 мм. Ребра пяти призм образуют с поверхностью пластины пять щелей регулируемой величины, распределенные по высоте через 16 мм. Величина щелей устанавливается перемещением призм в направлении пластины и контролируется с помощью микроскопа с точностью 1 мкм. Элементы сортирующих поверхностей погружались в этиловый спирт, а под нижнюю разделительную поверхность помещалась исходная партия микросфер диаметром 80-300 мкм в количестве 10⁴-10⁵ штук. Для разрушения образующихся агломераций частиц устройство жестко связано с вибратором. В результате на макете за несколько минут отсортированы фракции сфер с диаметрами 150, 160 мкм с разбросом диаметров во фракции 1,5-2 мкм.
Таким образом, конструктивное выполнение данного устройства позволяет устанавливать любую величину сортирующих зазоров и выделять фракции сфер любого диаметра в широком диапазоне без замены сортирующих элементов и демонтажа устройства.
Повышение постоянства щелей по длине обеспечивается технологической возможностью изготовления плоскости пластины и ребер призм с высокой точностью. Так, поверхности пластин, например, из стекла, кварца могут быть изготовлены с точностью 0,2-0,5 полосы, т.е. 0,12-0,25 мкм, а ребра призмы, например, из стекла или кварца с отражающим напылением или из нержавеющей стали, например Х 18 Н10Т, могут быть изготовлены с отклонением от прямолинейности в раза больше, чем отклонение от плоскостности поверхностей, образующих призму, т.е. 0,17-0,35 мкм. Кроме того, для обеспечения постоянства величины зазора по длине, образованного линейным элементом и плоскостью, достаточно выставить линейный элемент, т.е. ребро в плоскости, параллельной плоскости пластины, а отклонение его по вертикали не приводит к изменению величины щели по длине, как это происходит при образовании между двумя линейными элементами (например, двумя ребрами призм). Таким образом, использование пластины как одного из элементов сортирующей поверхности устраняет один из источников погрешности величины щели по длине и соответственно также способствует повышению качества сортировки.
Расположение ребер в горизонтальных плоскостях обеспечивает равномерную сортировку сфер по длине щели. При этом плоскость пластины и грани призм служат направляющими при движении сфер так, что результирующая сила, действующая на каждую сферу, соприкасающуюся с сортирующей поверхностью, всегда ориентирована в направлении щели, способствуя прохождению через нее и уменьшая количество сфер в фракции с диаметром, меньшим D_ном - .