CN101114564B - 用于传送样品的传送机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于将样品(1)从在第一保持件(40)内的第一位置传送到在第二保持件(10)内的第二位置和/或反之亦然的传送机构，每个保持件(10、40)装备成可脱离地保持样品(1)，样品在保持件之间的传送在不同于第二位置的传送位置中进行，其特征在于，在样品在保持件(10、40)之间传送时，机械引导机构以高于第二位置的共同精度的共同精度定位保持件(10、40)，并且在样品在第二位置上时，所述机械引导机构不定位至少一个保持件。机械引导机械可包括额外部件(50)。至少一个保持件(40)可以装备成保持多个样品。

Description

用于传送样品的传送机构
技术领域
本发明涉及一种用于将样品从在第一保持件内的第一位置传送到在第二保持件内的第二位置和/或反之亦然的传送机构，每个保持件装备成可脱离地保持样品，样品在保持件之间的传送在不同于第二位置的传送位置中进行。
背景技术
这种传送机构从C.S.Potter等人、J.Struct.Biol.146(3)的2004年六月的“用于传送电子显微镜的机器人网格装载系统”(第431-440页)中得知。
这种传送机构在使用中用作例如粒子光学仪器的一部分或与其结合使用。这种粒子光学仪器用于样品的检查和/或分析，例如从水生产过程中的水或例如生物组织取出的样品。
公知的传送机构与透射电子显微镜(TEM)协同操作，使其在显微镜中自动装载和卸载样品。
如同本领域普通技术人员所公知那样，在TEM内检查的样品必须很薄。通常使用小于100nm的典型厚度，更优选地使用小于50nm的厚度。为了处理这种薄的样品，样品通常安装在包括格栅的样品载体上，格栅支承样品。最为广泛使用的样品载体具有3mm的直径以及大约10和25μm之间的厚度。明显的是这些样品载体非常脆弱。
公知的传送机构包括网格托盘站和装备有夹紧器的机器人臂。
机器人臂是6轴关节臂，其伸展范围是665mm并且定位的可重复性为+/-20μm。在机器人臂上安装多重力/扭矩感测器，其上安装有网格夹紧器。
网格托盘站接收网格托盘，所述托盘包括保持成降低状态的多达96个样品载体。托盘使用对准孔准确定位。
公知的传送机构还包括接收用于TEM的样品保持件的样品保持件站。样品保持件上的销准确对准样品保持件站内的样品保持件。气动钳将样品保持件牢固保持就位。样品保持件是接收切口内的网格并通过弹簧加载杆保持网格的类型。样品保持件站具有操作杆的装置。
公知传送系统的操作包括将网格夹紧器定位在网格托盘的特定网格内、抓握网格、将网格传送到样品保持件并且将网格插入样品保持件的切口内。为了使得网格夹紧器拾取网格，夹紧器必须相对于网格非常好地定位；网格非常脆弱，并且在不对准位置上抓握网格将容易造成网格损坏。这是机器人的+/-20μm的高位置可重复性的原因。
公知的传送机构还具有将样品保持件插入TEM的装置。
注意到在公知传送机构中所使用的例如665mm的伸展范围上的20μm的位置精度与例如30μrad的角度精度相对应，这需要非常先进和稳定的引导机构。装备有具有所述精度和伸展范围的机器人的传送机构因此非常昂贵。同样，由于这种要求，所得传送机构体积大并沉重，这使得这种传送机构不适用于安装在例如TEM上。公知的传送机构因此与TEM分开安装。但是由于相互位置不能很好限定，这在将传送机构和TEM接口时引入额外问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种臂公知传送机构更小、更轻和便宜的传送机构。
为此，本发明的特征在于在样品在保持件之间传送时，机械引导机构以高于第二位置的共同精度的共同精度定位保持件，并且在样品在第二位置上时，所述机械引导机构不定位至少一个保持件。
本发明基于如下共识，即在传送过程中两个保持件同时接触样品。由于样品的脆弱性，保持件之间的位置精度必须很高。但是，在样品字通过一个保持件接触时，不需要保持高位置精度。
将两个保持件以例如20μm的精度定位在一个特定位置上(如公知传送机构所实现那样)相对容易通过紧凑和重量轻的机械引导机构来实现，例如为两个保持件装备协作部件，在两个保持件被推动在一起时形成引导机构。
在按照本发明的传送机构的实施例中，机械引导机构通过保持件的形状协作来形成。
例如通过为两个保持件装备形成引导机构的协作部件，并且在两个保持件被推动在一起时引导两个保持件，形成简单和可靠的机械引导机构。
在本发明的传送机构的另一实施例中，机械引导机构通过两个保持件与分开构件的协作来形成，在传送样品时，所述构件通过两个保持件可脱离地接触。
在此实施例中，两个保持件与分开构件协作。在保持件推靠该构件时，此分开构件可引导保持件，但是分开构件还可将保持件夹紧在特定位置上，随后可以传送样品。
另外的优点在于在分开构件相对于例如照相机的设备定位时，保持件相对于该设备的位置在传送期间也很好限定，从而可以监测传送。
在本发明的传送机构的又一实施例中，至少一个保持件装备成保持多个样品。在保持件之一装备成保持多个样品时，多个样品可例如通过TEM内的自动检测来自动处理。
在本发明的传送机构的再一实施例中，传送机构装备成在真空环境内操作。
在本发明的传送机构的另一实施例中，保持件在样品传送过程中在任何方向上的共同精度必须小于50μm。
附图说明
现在将通过附图描述本发明，附图中相应的参考标号指的是相应的结构，为此：
图1示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件的几何形状形成机械引导系统；
图2示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件与分开构件协作以便形成机械引导系统；
图3示意表示本发明的传送机构的截面图，其中样品在相互垂直运动的两个轴之间传送；
图4示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件之一装备成保持多个样品。
具体实施方式
图1示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件的几何形状形成机械引导系统。
样品1以本领域普通技术人员公知的方式安装在TEM样品网格2上。
第一保持件10包括具有末端12的轴11。末端12装备有夹紧器13。这种夹紧器是可以购买到的来自于Zyvex Corporation的例如Zyvex NanoEffectorTM Microgripper modelBB系列。保持件10另外装备有两个末端15a和15b，各自具有凸出表面16a和16b。
同样第二保持件包括具有末端22的轴21。末端22装备有夹紧器23。第二保持件20还装备有两个末端25a知25b，各自具有用来与末端15a和15b的凸出表面16a和16b协作的凸出表面26a和26b。
在两个保持件10和20相对运动时，末端15a和25a的两个协作表面16a和26a以及末端15b和25b的协作表面16b和26b对准两个轴11和21，由此与不具有结构15a、15b、25a、25b的情况相比，以更高精度相互定位夹紧器13和23。
假设样品载体通过夹紧器13夹紧，并且夹紧器23是打开的(如图所示)，所实现的高位置精度确保另一夹紧器23不接触样品载体。样品载体2以及样品1现在通过闭合夹紧器23并接着打开夹紧器13而从夹紧器13传送到另一夹紧器23。第二保持件20可接着缩回到另一位置，由此将样品从第一位置传送到第二位置。
注意到为了本发明的传送机构适当操作，至少一个轴必须具有某些量的游隙，使得轴可相互定位。
另外还注意到可以使用所述类型之外的其它类型或型号的夹紧器。公知的是基于例如压电作用的、静电力或磁力的夹紧器以及基于通过例如电马达造成的机械运动的夹紧器可以操作。
还注意到虽然此实施例描述了安装在TME网格上的样品，可以在TEM内检测，本发明还涉及其它的样品和样品载体，并且传送机构还可与例如扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束仪器(FIB)接口或者与例如用于离子和电子束的仪器接口。同样使用具有其它目的的传送机构的仪器也可与所述的传送机构接口或装备这种传送机构。
图2示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件与分开构件协作以便形成机械引导系统。
样品1以本领域普通技术人员公知的方式安装在TEM样品网格2上。分开构件31具有内表面32和端表面33a和33b。第一保持件10具有末端12的轴11。末端12装备有夹紧器13。末端12的表面17a和17b形成为与分开构件31的内表面32协作，同时端表面18形成为与分开构件31的端表面33a协作。第二保持件20包括具有末端22的轴21。末端22装备有夹紧器23。末端22的表面27a和27b形成为与分开构件31的内表面32协作，同时端表面28形成为与分开构件31的端表面33b协作。
在两个保持件10和20相对运动时，它们首先通过接触分开构件的内表面32的表面17b和27b对中。随后，接触分开构件31的内表面32的表面17a和27a同样相互对准两个保持件。夹紧器之间的距离通过相互接触的表面18和33a以及28和33b来确定。
应该注意到分开构件31可以是圆管的一部分，但是还可以是具有例如矩形截面的管的一部分。在后面的情况下，保持件沿其公共轴线的转动自由度是预定的。
还应该注意到分开构件31可以连接到传送机构作为其一部分的设备的一部分上，但是分开构件相对于保持件或相对于设备不需要高位置要求：只要表面17a和27a进入分开构件即可，随后表面17a和27a将接触分开构件的内表面32，两个保持件将正确定位以便传送。
同样应该注意到分开构件31不需要是单件：它还可以装备成例如相对可动的两个部件，在闭合时围绕两个保持件夹紧。
图3示意表示本发明的传送机构的截面图，其中样品在相互垂直运动的两个轴之间传送。
可以认为图3是从图2导出的。端表面33b以及在保持件插入分开构件31时限定保持件20的位置的内表面32的部分现在相对于端表面33a以及限定保持件10的位置的内表面的部分转过直角。
本领域普通技术人员将清楚的是夹紧器13和23从不同于图2的另一角度观看，并且样品载体2因此也描述成在另一角度上。
注意到轴不需要对准(如图2所示)或垂直(如图3所示)，而是可以构想到在轴之间具有任意角度的传送机构。
图4示意表示本发明的传送机构的截面图，其中保持件之一装备成保持多个样品。
保持件10包括具有末端12的轴11。末端12装备有夹紧器13。
匣盒40是用于样品的保持件，载体包括其中可放置多个样品载体1-i的多个细槽41-i。每个细槽41-i连接到锥形凹口42-i上。锥形凹口42-i的表面用来与末端12的表面协作，其方式是在末端12完全插入凹口42-i之一时，安装在轴11上的夹紧器相对于细槽41-i以及样品载体1-i准确定位。
匣盒40卡扣(ram-shackled)连接到匣盒操纵器50上，由此在保持件10的末端12插入匣盒40时，使得匣盒40相对于保持件10定位自己。匣盒操纵器50包括安装有匣盒40的主体51以及相对于保持件10定位主体51的轴52。
匣盒操纵器50的轴52可以足够的精度定位匣盒40，使得保持件10可插入匣盒凹口42-i。夹紧器13相对于凹口42-i的准确定位通过末端12和凹口42-i的协作表面来实现。因此，可以从匣盒40拾取特定样品载体2-i。
注意到通过参考匣盒40可拆卸地安装在匣盒操纵器50内，使得匣盒可通过另一匣盒来更换。另外注意到不需要两个保持件是可动的。特别是在使用匣盒是，可以设想到匣盒保持固定。

Claims (7)

1.一种用于将样品(1)从在第一保持件(10)内的第一位置传送到在第二保持件(20)内的第二位置和/或反之亦然的传送机构，每个保持件(10、20)装备成可脱离地保持样品(1)，样品(1)在保持件(10、20)之间的传送在不同于第二位置的传送位置中进行，其特征在于，在样品(1)在保持件(10、20)之间传送时，机械引导机构以高于第二位置的共同精度的共同精度定位保持件(10、20)，并且在样品在第二位置上时，所述机械引导机构不定位至少一个保持件，所述机械引导机构通过保持件(10、20)的形状协作来形成或者通过两个保持件与分开构件(31)的协作形成。
2.如权利要求1所述的传送机构，其特征在于，在传送样品(1)时，所述分开构件(31)通过两个保持件(10、20)可脱离地接触。
3.如上述权利要求任一项所述的传送机构，其特征在于，至少一个保持件(40)装备成保持多个样品(1-i)。
4.如权利要求1或2所述的传送机构，其特征在于，传送机构装备成在真空环境下操作。
5.如权利要求1或2所述的传送机构，其特征在于，在样品传送过程中保持件(10、20)在任何方向上的共同精度必须小于50μm。
6.装备有如上述权利要求任一项所述的传送机构的设备。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备是粒子光学设备。
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