一種密閉腔體中的樣品臺的製作方法
2023-10-23 14:04:57
專利名稱：一種密閉腔體中的樣品臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動領域，尤其涉及一種高真空或超高真空的密閉腔體中的樣品臺。
背景技術：
現代分析儀器越來越多的需要用到高真空或超高真空的工作環境，在高真空或超高真空的密閉腔體中，樣品臺承載樣品進行定位後，在真空環境中對試樣進行加工或分析等操作。典型的，具有真空環境的儀器如二次離子探針質譜儀，其對樣品的微區分析的要 求是在超聞真空環境中進行的，聞精密的樣品臺承載樣品在真空腔體中在二維空間中移動，將待分析的樣品的位置進行精確的定位，同時，還在二次離子引出的方向上移動，以精確聚焦一次離子束轟擊樣品表面的束斑斑點，以對樣品進行轟擊並對濺射出來的二次離子進行分析，為了保證分析結果的精確性，在整個過程中，對真空環境的純淨度有很高的要求。由於有的質譜儀器的真空腔體中的樣品臺為真空步進電機驅動的樣品臺，該樣品臺的機械運動部分及電機驅動部分都置於真空腔體中，通過電真空插頭將電源線和控制線連接到驅動電機。然而，步進電機對潤滑油的要求較高，並且潤滑油會對真空環境造成一定的汙染，而且也引入了其他的電氣材料，在電機工作時由於電氣材料放氣及電機發熱會造成真空度的波動而影響分析結果，而隨著質譜儀器的不斷發展，對真空度的要求也越來越高，對現有的樣品臺提出了更高的要求。
發明內容
本發明旨在解決上述問題之一，提供了一種密閉腔體中的樣品臺，保證更純淨的
真空環境。為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案一種樣品臺，置於密閉腔體中，包括運動模塊，所述運動模塊包括相對設置的第一表面和第二表面，以及相對設置的第三表面和第四表面,第一表面和第二表面上沿第一方向對應設置有第一導軌,第三表面和第四表面上沿第二方向對應設置有第二導軌，第一導軌與第二導軌之間有間隔；第一導向模塊，具有沿第一方向設置的第三導軌，並與沿第二方向設置的第一傳動杆的一端連接，所述第三導軌與第一導軌相配合；第二導向模塊，具有沿第二方向設置的第四導軌，並與沿第一方向設置的第二傳動杆的一端連接，所述第四導軌與第二導軌相配合；樣品頭，所述樣品頭的一端置於運動模塊內，沿第三方向與運動模塊相配合；十字連接模塊，具有第一隨動模塊、與第一隨動模塊相配合的沿第一方向設置的第一隨動導軌以及第二隨動模塊、與第二隨動模塊相配合的沿第二方向設置的第二隨動導軌，第一隨動導軌與第二隨動導軌固定連接，所述樣品頭的另一端與第一隨動模塊、第二隨動模塊二者中的一個沿第三方向固定連接，第一隨動模塊、第二隨動模塊二者中的另一個與沿第三方向設置的第三傳動杆的一端固定連接；其中，第一方向、第二方向與第三方向相互正交，所述導軌為交叉滾柱導軌，所述第一傳動杆、第二傳動杆以及第三傳動杆的另一端置於密閉腔體外，並分別連接位於密閉腔體外的驅動機構。可選地，還包括限位模塊，所述限位模塊具有限定第一導向模塊沿第二方向的運動軌跡的第一端，以及具有限定第二導向模塊沿第一方向的運動軌跡的第二端。可選地，所述第一端上具有沿第二方向設置的第五導軌以及沿第一方向設置的第六導軌，所述第一導向模塊具有沿第二方向設置的第七導軌，所述第二導向模塊具有沿第一方向設置的第八導軌，所述第五導軌與第七導軌相配合，所述第六導軌與第八導軌相配合，所述導軌為交叉滾柱導軌。
可選地，所述第一傳動杆以及第二傳動杆與驅動機構通過波紋管連接。可選地，所述驅動機構為驅動電機，所述驅動電機通過滾柱絲槓與波紋管連接。可選地，所述波紋管為小波紋管。可選地，所述樣品頭沿第三方向與運動模塊軸承配合。本發明提供的樣品臺，在整個真空腔內，為純機械配合的設計，可以採用非潤滑油的方式進行潤滑，避免了電動裝置對潤滑油的高要求，提高了密閉腔體中的真空度，此外，通過傳動杆將動力傳入腔體內，而驅動裝置不必置於腔體中，避免了電氣原件在密閉腔體中的使用，更進一步提高了密閉腔體內的真空度。
圖I為根據本發明實施例的樣品臺的爆炸圖；圖2為圖I中的運動模塊的結構示意圖；圖3為圖I中的運動模塊與一導向模塊配合後的結構示意圖；圖4為圖I中的運動模塊與第一和第二導向模塊配合後的結構示意圖；圖5為圖I的導向模塊與限位模塊的組裝圖；圖6A、6B為圖I中的十字連接模塊不同視角的結構示意圖；圖7為圖I中的樣品臺置於密閉腔體中的示意圖。
具體實施例方式為使發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。參考圖1，為本發明優選實施例的樣品臺的爆炸圖，該樣品臺包括運動模塊100、第一導向模塊200、第二導向模塊300、限位模塊600以及與第一導向模塊200連接的第一傳動杆400、與第二導向模塊300連接的第二傳動杆400。
如圖I和圖2所示，運動模塊100為多面體,相對設置的第一表面101和第二表面10上對應設置有第一導軌100-1，相對設置的第三表面103和第四表面104上對應設置有第二導軌100-2,第一導軌100-1沿第一方向110設置,第二導軌100-2沿與第一方向110正交的第二方向120設置，同時第一和第二導軌的設置具有一定的間隔，也就是說，第一和第二導軌在統一平面上時，並不會相交，當運動模塊通過導軌運動時，在不同的方向上並不會發生幹涉。參考圖I所不，第一導向模塊200為四方框的結構,其內表面沿第一方向設置有第三導軌200-1,該第三導軌200-1與運動模塊的第一導軌100-1為相配合的結構；同樣地，第二導向模塊300為四方框的結構，其內表面沿第二方向設置有第四導軌300-1，該第四導軌300-1與運動模塊的第二導軌100-2為相配合的結構，本文中導軌之間的相配合能夠完成二者的相對運動。本發明中的導軌都為交叉滾柱導軌，相配合的導軌之間為緊密的配合，這樣使運動模塊配合第一導向模塊200的第三導軌200-1在第一方向上運動，而在第二方向上被限制住，同理，運動模塊配合第二導向模塊300的第四導軌300-2在第二方向上運動，而在第一方向上被限制住，如圖3所示。此外，交叉滾柱導軌之間僅有滾動摩擦，而無滑 動摩擦，對潤滑的要求低，甚至不需要潤滑材料，對真空環境的清潔度沒有影響。參考圖I和圖4所不,在第一導向模塊200上沿第二方向設置有第一傳動杆400,也就是說，第一傳動杆向第二方向傳遞動力，在第二導向模塊300上沿第一方向設置有第二傳動杆500，也就是說，第二傳動杆向第一方向傳遞動力，在本實施例中，傳動杆與導向模塊為剛性連接，嚮導向模塊傳遞線性運動的動力。如圖4所示，在第一傳動杆400被驅動時，運動模塊在第一方向上被第二導向模塊300限制住，由第一導向模塊200帶動運動模塊100沿與其配合的第二導向模塊300的第四導軌運動，從而完成第二方向的運動；同樣地，在第二傳動杆300被驅動時，運動模塊在第二方向上被第一導向模塊限制住，由第二導向模塊200帶動運動模塊沿與其配合的第一導向模塊200的第三導軌運動，從而完成第一方向的運動。可以看出，本發明完全是利用了運動模塊與第一和第二導向模塊的配合完成機械方式的二維運動。參考圖I和圖5，為了更好地為運動模塊提供更為精準的移動軌跡，本實施例中進一步包括了限位模塊600，用於限定第一 200和第二導向模塊300的運動軌跡，所述限位模塊600具有限定第一導向模塊沿第二方向的運動軌跡的第一端601，以及具有限定第二導向模塊沿第一方向的運動軌跡的第二端602，具體地，限位模塊為第一端和第二端圍成的四方框結構，所述第一端601上具有沿第二方向設置的第五導軌600-2以及沿第一方向設置的第六導軌600-1，所述第一導向模塊200具有沿第二方向設置的第七導軌200-2，所述第二導向模塊300具有沿第一方向設置的第八導軌300-1,所述第五導軌600-2與第七導軌200-2相配合，所述第六導軌600-1與第八導軌相配合300-1，這些導軌也都為交叉滾柱導軌，而第一 400和第二導向杆500並不與限位模塊600發生幹涉,本實施例中的,第一 400和第二導向杆500通過圓孔穿過限位模塊600。這樣，一方面通過限位模塊為第一和第二導向模塊提供了支撐，使他們沿與限位模塊限定的運動軌跡而運動，從而為運動模塊提供更為穩定和精確的移動軌跡。以上各模塊的組合實現了二維方向上的運動，而有時二維的運動並不能滿足需求，需要更進一步的完成三維方向的運動。參考圖I和圖6A、6B所示，在運動模塊100上沿著第三方向130裝有樣品頭700，該樣品頭700置於運動模塊100的內腔中，樣品頭700可以在運動模塊100的內腔中沿著第三方向運動，所述第三方向與第一、第二方向正交，更優選的實施例中，樣品頭700與運動模塊100以圓形軸承配合，便於裝配和實現。樣品頭700在驅動力下可以沿著第三方向運動，同時，在運動模塊沿著第一或第二方向運動時，會連帶樣品頭700 —同運動,為了不限制樣品頭700在第一和第二方向上的運動，本發明通過十字連接模塊800來實現與運動模塊的連動。具體地，如圖I和圖6A、6B所不，該十字連接模塊800包括第一隨動模塊810-1、與第一隨動模塊相配合的沿第一方向設置的第一隨動導軌820-1以及第二隨動模塊810-2、與第二隨動模塊相配合的沿第二方向設置的第二隨動導軌820-2，隨動模塊與隨動導軌之間的配合為交叉滾柱導軌的配合，第一隨動導軌820-1與第二隨動導軌820-2固定連接，所述樣品頭的另一端與第一隨動模塊810-1、第二隨動模塊810-2 二者中的一個沿第三方向130固定連接，第一隨動模塊810-1、第二隨動模塊810-2 二者中的另一個與沿第三方向130設置的第三傳動杆900的一端固定連接。 與樣品頭另一端連接的可以為第一隨動模塊810-1也可以為第二隨動模塊810-2，此處以樣品頭另一端與第二隨動模塊810-2連接、第一隨動模塊810-1與第三傳動杆900連接為例進行說明，當運動模塊100沿第二方向120運動時，運動模塊100帶動樣品頭700及第二隨動模塊810-2沿著第二隨動導軌820-2運動，當運動模塊100沿第一方向110運動時，第二隨動模塊810-2在第一方向上被第二隨動導軌820-2限制住，運動模塊100帶動樣品頭700及第一 820-1、第二隨動導軌820-2沿第一方向110運動，第一隨動導軌820-1與第一隨動模塊810-1相對運動，從而實現了滑動頭700與運動模塊100的隨動，同理地，樣品頭另一端與第一隨動模塊810-1連接、第二隨動模塊810-2與第三傳動杆900連接的方式也同樣可以實現滑動頭700與運動模塊100的隨動，此處不再贅述。而當傳動杆900受到驅動時，在傳動杆900的作用下，推動樣品頭700沿著第三方向運動，從而，實現了樣品頭沿著三個方向的運動。可以看到，以上的樣品臺的設計為純機械配合的設計，避免了電動裝置對潤滑油的高要求，更易於提高密閉腔體中的真空度。參考圖7所示，上述的樣品臺置於密閉腔體1000中，第一、第二和第三傳動杆的端頭設置在密閉腔體1000之外，以與腔體1000外的驅動機構連接(圖未示出)，傳動杆與腔體的接口處通過密封圈密封以保證內部的真空環境，密封圈如銅密封圈，本實施例中，所述第一、第二傳動杆以及第二傳動杆與驅動機構通過波紋管1100連接，所述驅動機構為驅動電機，所述驅動電機通過滾柱絲槓(圖未示出)與波紋管1100連接，波紋管兩端接真空法蘭，滾柱絲槓將在腔體1000之外工作的驅動電機的動力轉換成線性運動，而後將線性運動通過波紋管的伸縮傳遞到密閉腔體1000中，以驅動樣品臺的運動，更優地，波紋管採用小波紋管，以提供更精確的步進，小波紋管是指口徑在25mm或以下的波紋管，波紋管這樣的設計避免了電氣原件在密閉腔體中的使用，提高了密閉腔體內的真空度。以上對本發明較優的實施例進行了詳細的描述，本發明實施例的樣品臺為機械配合的設計，例如可以通過在交叉滾柱導軌表面噴鍍的金屬氧化物來起到潤滑作用，真空腔中沒有任何的電動驅動裝置，避免了電動裝置對潤滑油的高要求，提高了密閉腔體中的真空度，此外，通過傳動杆將動力傳入腔體內，而驅動裝置不必置於腔體中，避免了電氣原件在密閉腔體中的使用，更進一步提高了密閉腔體內的真空度。
雖然本發明是結合以上實施例進行描述的，但本發明並不被限定於上述實施例，而只受所附權利要求的限定，本領域普通技術人員能夠容易地對其進行修改和變化，但並不離開本發明的實質構思和範圍。·
權利要求
1.一種樣品臺，置於密閉腔體中，其特徵在於，包括 運動模塊，所述運動模塊包括相對設置的第一表面和第二表面，以及相對設置的第三表面和第四表面，第一表面和第二表面上沿第一方向對應設置有第一導軌，第三表面和第四表面上沿第二方向對應設置有第二導軌，第一導軌與第二導軌之間有間隔； 第一導向模塊，具有沿第一方向設置的第三導軌，並與沿第二方向設置的第一傳動杆的一端連接，所述第三導軌與第一導軌相配合； 第二導向模塊，具有沿第二方向設置的第四導軌，並與沿第一方向設置的第二傳動杆的一端連接，所述第四導軌與第二導軌相配合； 樣品頭，所述樣品頭的一端置於運動模塊內，沿第三方向與運動模塊相配合； 十字連接模塊，具有第一隨動模塊、與第一隨動模塊相配合的沿第一方向設置的第一隨動導軌以及第二隨動模塊、與第二隨動模塊相配合的沿第二方向設置的第二隨動導軌，第一隨動導軌與第二隨動導軌固定連接，所述樣品頭的另一端與第一隨動模塊、第二隨動模塊二者中的一個沿第三方向固定連接，第一隨動模塊、第二隨動模塊二者中的另一個與沿第三方向設置的第三傳動杆的一端固定連接； 其中，第一方向、第二方向與第三方向相互正交，所述導軌為交叉滾柱導軌，所述第一傳動杆、第二傳動杆以及第三傳動杆的另一端置於密閉腔體外，並分別連接位於密閉腔體外的驅動機構。
2.根據權利要求I所述的樣品臺，其特徵在於，還包括限位模塊，所述限位模塊具有限定第一導向模塊沿第二方向的運動軌跡的第一端，以及具有限定第二導向模塊沿第一方向的運動軌跡的第二端。
3.根據權利要求2所述的樣品臺，其特徵在於，所述第一端上具有沿第二方向設置的第五導軌以及沿第一方向設置的第六導軌，所述第一導向模塊具有沿第二方向設置的第七導軌，所述第二導向模塊具有沿第一方向設置的第八導軌，所述第五導軌與第七導軌相配合，所述第六導軌與第八導軌相配合，所述導軌為交叉滾柱導軌。
4.根據權利要求I所述的樣品臺，其特徵在於，所述第一傳動杆以及第二傳動杆與驅動機構通過波紋管連接。
5.根據權利要求4所述的樣品臺，其特徵在於，所述驅動機構為驅動電機，所述驅動電機通過滾柱絲槓與波紋管連接。
6.根據權利要求4所述的樣品臺，其特徵在於，所述波紋管為小波紋管。
7.根據權利要求I所述的樣品臺，其特徵在於，所述樣品頭沿第三方向與運動模塊軸承配合。
全文摘要
本發明提供一種密閉腔體中的樣品臺，包括運動模塊，其第一表面和第二表面上沿第一方向對應設置有第一導軌，第三表面和第四表面上沿第二方向對應設置有第二導軌，第一導軌與第二導軌之間有間隔；第一導向模塊，具有沿第一方向設置的第三導軌，並與沿第二方向設置的第一傳動杆的一端連接，所述第三導軌與第一導軌相配合；第二導向模塊，具有沿第二方向設置的第四導軌，並與沿第一方向設置的第二傳動杆的一端連接，所述第四導軌與第二導軌相配合；沿第三方向與運動模塊相配合的樣品頭；連接樣品頭與第三傳動杆的十字連接模塊；所述導軌為交叉滾柱導軌，所述第一、第二以及第二傳動杆的另一端置於密閉腔體外。該樣品臺保證密閉腔體的真空度。
文檔編號H01J49/04GK102903594SQ201210385039
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者楊之青, 劉敦一 申請人:中國地質科學院地質研究所