CN102903594B - 一种密闭腔体中的样品台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密闭腔体中的样品台，包括：运动模块，其第一表面和第二表面上沿第一方向对应设置有第一导轨，第三表面和第四表面上沿第二方向对应设置有第二导轨，第一导轨与第二导轨之间有间隔；第一导向模块，具有沿第一方向设置的第三导轨，并与沿第二方向设置的第一传动杆的一端连接，所述第三导轨与第一导轨相配合；第二导向模块，具有沿第二方向设置的第四导轨，并与沿第一方向设置的第二传动杆的一端连接，所述第四导轨与第二导轨相配合；沿第三方向与运动模块相配合的样品头；连接样品头与第三传动杆的十字连接模块；所述导轨为交叉滚柱导轨，所述第一、第二以及第二传动杆的另一端置于密闭腔体外。该样品台保证密闭腔体的真空度。

Description

一种密闭腔体中的样品台

技术领域

本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种高真空或超高真空的密闭腔体中的样品台。

背景技术

现代分析仪器越来越多的需要用到高真空或超高真空的工作环境，在高真空或超高真空的密闭腔体中，样品台承载样品进行定位后，在真空环境中对试样进行加工或分析等操作。

典型的，具有真空环境的仪器如二次离子探针质谱仪，其对样品的微区分析的要求是在超高真空环境中进行的，高精密的样品台承载样品在真空腔体中在三维空间中移动，将待分析的样品的位置进行精确的定位，同时，还在二次离子引出的方向上移动，以精确聚焦一次离子束轰击样品表面的束斑斑点，以对样品进行轰击并对溅射出来的二次离子进行分析，为了保证分析结果的精确性，在整个过程中，对真空环境的纯净度有很高的要求。

由于有的质谱仪器的真空腔体中的样品台为真空步进电机驱动的样品台，该样品台的机械运动部分及电机驱动部分都置于真空腔体中，通过电真空插头将电源线和控制线连接到驱动电机。然而，步进电机对润滑油的要求较高，并且润滑油会对真空环境造成一定的污染，而且也引入了其他的电气材料，在电机工作时由于电气材料放气及电机发热会造成真空度的波动而影响分析结果，而随着质谱仪器的不断发展，对真空度的要求也越来越高，对现有的样品台提出了更高的要求。

发明内容

本发明旨在解决上述问题之一，提供了一种密闭腔体中的样品台，保证更纯净的真空环境。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种样品台，置于密闭腔体中，包括：

运动模块，所述运动模块包括相对设置的第一表面和第二表面，以及相对设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对应设置有第一导轨，第三表面和第四表面上沿第二方向对应设置有第二导轨，第一导轨与第二导轨之间有间隔；

第一导向模块，具有沿第一方向设置的第三导轨，并与沿第二方向设置的第一传动杆的一端连接，所述第三导轨与第一导轨相配合；

第二导向模块，具有沿第二方向设置的第四导轨，并与沿第一方向设置的第二传动杆的一端连接，所述第四导轨与第二导轨相配合；

样品头，所述样品头的一端置于运动模块内，沿第三方向与运动模块相配合；

十字连接模块，具有第一随动模块、与第一随动模块相配合的沿第一方向设置的第一随动导轨以及第二随动模块、与第二随动模块相配合的沿第二方向设置的第二随动导轨，第一随动导轨与第二随动导轨固定连接，所述样品头的另一端与第一随动模块、第二随动模块二者中的一个沿第三方向固定连接，第一随动模块、第二随动模块二者中的另一个与沿第三方向设置的第三传动杆的一端固定连接；

其中，第一方向、第二方向与第三方向相互正交，所述导轨为交叉滚柱导轨，所述第一传动杆、第二传动杆以及第三传动杆的另一端置于密闭腔体外，并分别连接位于密闭腔体外的驱动机构。

可选地，还包括：限位模块，所述限位模块具有限定第一导向模块沿第二方向的运动轨迹的第一端，以及具有限定第二导向模块沿第一方向的运动轨迹的第二端。

可选地，所述第一端上具有沿第二方向设置的第五导轨以及沿第一方向设置的第六导轨，所述第一导向模块具有沿第二方向设置的第七导轨，所述第二导向模块具有沿第一方向设置的第八导轨，所述第五导轨与第七导轨相配合，所述第六导轨与第八导轨相配合，所述导轨为交叉滚柱导轨。

可选地，所述第一传动杆以及第二传动杆与驱动机构通过波纹管连接。

可选地，所述驱动机构为驱动电机，所述驱动电机通过滚柱丝杠与波纹管连接。

可选地，所述波纹管为小波纹管。

可选地，所述样品头沿第三方向与运动模块轴承配合。

本发明提供的样品台，在整个真空腔内，为纯机械配合的设计，可以采用非润滑油的方式进行润滑，避免了电动装置对润滑油的高要求，提高了密闭腔体中的真空度，此外，通过传动杆将动力传入腔体内，而驱动装置不必置于腔体中，避免了电气原件在密闭腔体中的使用，更进一步提高了密闭腔体内的真空度。

附图说明

图1为根据本发明实施例的样品台的爆炸图；

图2为图1中的运动模块的结构示意图；

图3为图1中的运动模块与一导向模块配合后的结构示意图；

图4为图1中的运动模块与第一和第二导向模块配合后的结构示意图；

图5为图1的导向模块与限位模块的组装图；

图6A、6B为图1中的十字连接模块不同视角的结构示意图；

图7为图1中的样品台置于密闭腔体中的示意图。

具体实施方式

为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参考图1，为本发明优选实施例的样品台的爆炸图，该样品台包括运动模块100、第一导向模块200、第二导向模块300、限位模块600以及与第一导向模块200连接的第一传动杆400、与第二导向模块300连接的第二传动杆500。

如图1和图2所示，运动模块100为多面体，相对设置的第一表面101和第二表面102上对应设置有第一导轨100-1，相对设置的第三表面103和第四表面104上对应设置有第二导轨100-2，第一导轨100-1沿第一方向110设置，第二导轨100-2沿与第一方向110正交的第二方向120设置，同时第一和第二导轨的设置具有一定的间隔，也就是说，第一和第二导轨在统一平面上时，并不会相交，当运动模块通过导轨运动时，在不同的方向上并不会发生干涉。

参考图1所示，第一导向模块200为四方框的结构，其内表面沿第一方向设置有第三导轨200-1，该第三导轨200-1与运动模块的第一导轨100-1为相配合的结构；同样地，第二导向模块300为四方框的结构，其内表面沿第二方向设置有第四导轨300-1，该第四导轨300-1与运动模块的第二导轨100-2为相配合的结构，本文中导轨之间的相配合能够完成二者的相对运动。本发明中的导轨都为交叉滚柱导轨，相配合的导轨之间为紧密的配合，这样使运动模块配合第一导向模块200的第三导轨200-1在第一方向上运动，而在第二方向上被限制住，同理，运动模块配合第二导向模块300的第四导轨300-2在第二方向上运动，而在第一方向上被限制住，如图3所示。此外，交叉滚柱导轨之间仅有滚动摩擦，而无滑动摩擦，对润滑的要求低，甚至不需要润滑材料，对真空环境的清洁度没有影响。

参考图1和图4所示，在第一导向模块200上沿第二方向设置有第一传动杆400，也就是说，第一传动杆向第二方向传递动力，在第二导向模块300上沿第一方向设置有第二传动杆500，也就是说，第二传动杆向第一方向传递动力，在本实施例中，传动杆与导向模块为刚性连接，向导向模块传递线性运动的动力。如图4所示，在第一传动杆400被驱动时，运动模块在第一方向上被第二导向模块300限制住，由第一导向模块200带动运动模块100沿与其配合的第二导向模块300的第四导轨运动，从而完成第二方向的运动；同样地，在第二传动杆500被驱动时，运动模块在第二方向上被第一导向模块限制住，由第二导向模块300带动运动模块沿与其配合的第一导向模块200的第三导轨运动，从而完成第一方向的运动。可以看出，本发明完全是利用了运动模块与第一和第二导向模块的配合完成机械方式的二维运动。

参考图1和图5，为了更好地为运动模块提供更为精准的移动轨迹，本实施例中进一步包括了限位模块600，用于限定第一导向模块200和第二导向模块300的运动轨迹，所述限位模块600具有限定第一导向模块沿第二方向的运动轨迹的第一端601，以及具有限定第二导向模块沿第一方向的运动轨迹的第二端602，具体地，限位模块为第一端和第二端围成的四方框结构，所述第一端601上具有沿第二方向设置的第五导轨600-2以及沿第一方向设置的第六导轨600-1，所述第一导向模块200具有沿第二方向设置的第七导轨200-2，所述第二导向模块300具有沿第一方向设置的第八导轨300-1，所述第五导轨600-2与第七导轨200-2相配合，所述第六导轨600-1与第八导轨相配合300-1，这些导轨也都为交叉滚柱导轨，而第一导向杆400和第二导向杆500并不与限位模块600发生干涉，本实施例中的，第一导向杆400和第二导向杆500通过圆孔穿过限位模块600。这样，一方面通过限位模块为第一和第二导向模块提供了支撑，使他们沿与限位模块限定的运动轨迹而运动，从而为运动模块提供更为稳定和精确的移动轨迹。

以上各模块的组合实现了二维方向上的运动，而有时二维的运动并不能满足需求，需要更进一步的完成三维方向的运动。参考图1和图6A、6B所示，在运动模块100上沿着第三方向130装有样品头700，该样品头700置于运动模块100的内腔中，样品头700可以在运动模块100的内腔中沿着第三方向运动，所述第三方向与第一、第二方向正交，更优选的实施例中，样品头700与运动模块100以圆形轴承配合，便于装配和实现。

样品头700在驱动力下可以沿着第三方向运动，同时，在运动模块沿着第一或第二方向运动时，会连带样品头700一同运动，为了不限制样品头700在第一和第二方向上的运动，本发明通过十字连接模块800来实现与运动模块的连动。具体地，如图1和图6A、6B所示，该十字连接模块800包括第一随动模块810-1、与第一随动模块相配合的沿第一方向设置的第一随动导轨820-1以及第二随动模块810-2、与第二随动模块相配合的沿第二方向设置的第二随动导轨820-2，随动模块与随动导轨之间的配合为交叉滚柱导轨的配合，第一随动导轨820-1与第二随动导轨820-2固定连接，所述样品头的另一端与第一随动模块810-1、第二随动模块810-2二者中的一个沿第三方向130固定连接，第一随动模块810-1、第二随动模块810-2二者中的另一个与沿第三方向130设置的第三传动杆900的一端固定连接。

与样品头另一端连接的可以为第一随动模块810-1也可以为第二随动模块810-2，此处以样品头另一端与第二随动模块810-2连接、第一随动模块810-1与第三传动杆900连接为例进行说明，当运动模块100沿第二方向120运动时，运动模块100带动样品头700及第二随动模块810-2沿着第二随动导轨820-2运动，当运动模块100沿第一方向110运动时，第二随动模块810-2在第一方向上被第二随动导轨820-2限制住，运动模块100带动样品头700及第一820-1、第二随动导轨820-2沿第一方向110运动，第一随动导轨820-1与第一随动模块810-1相对运动，从而实现了滑动头700与运动模块100的随动，同理地，样品头另一端与第一随动模块810-1连接、第二随动模块810-2与第三传动杆900连接的方式也同样可以实现滑动头700与运动模块100的随动，此处不再赘述。而当传动杆900受到驱动时，在传动杆900的作用下，推动样品头700沿着第三方向运动，从而，实现了样品头沿着三个方向的运动。可以看到，以上的样品台的设计为纯机械配合的设计，避免了电动装置对润滑油的高要求，更易于提高密闭腔体中的真空度。

参考图7所示，上述的样品台置于密闭腔体1000中，第一、第二和第三传动杆的端头设置在密闭腔体1000之外，以与腔体1000外的驱动机构连接(图未示出)，传动杆与腔体的接口处通过密封圈密封以保证内部的真空环境，密封圈如铜密封圈，本实施例中，所述第一传动杆以及第二传动杆与驱动机构通过波纹管1100连接，所述驱动机构为驱动电机，所述驱动电机通过滚柱丝杠(图未示出)与波纹管1100连接，波纹管两端接真空法兰，滚柱丝杠将在腔体1000之外工作的驱动电机的动力转换成线性运动，而后将线性运动通过波纹管的伸缩传递到密闭腔体1000中，以驱动样品台的运动，更优地，波纹管采用小波纹管，以提供更精确的步进，小波纹管是指口径在25mm或以下的波纹管，波纹管这样的设计避免了电气原件在密闭腔体中的使用，提高了密闭腔体内的真空度。

以上对本发明较优的实施例进行了详细的描述，本发明实施例的样品台为机械配合的设计，例如可以通过在交叉滚柱导轨表面喷镀的金属氧化物来起到润滑作用，真空腔中没有任何的电动驱动装置，避免了电动装置对润滑油的高要求，提高了密闭腔体中的真空度，此外，通过传动杆将动力传入腔体内，而驱动装置不必置于腔体中，避免了电气原件在密闭腔体中的使用，更进一步提高了密闭腔体内的真空度。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (7)

1.一种样品台，置于密闭腔体中，其特征在于，包括：

运动模块，所述运动模块包括相对设置的第一表面和第二表面，以及相对设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对应设置有第一导轨，第三表面和第四表面上沿第二方向对应设置有第二导轨，第一导轨与第二导轨之间有间隔；

第一导向模块，具有沿第一方向设置的第三导轨，并与沿第二方向设置的第一传动杆的一端连接，所述第三导轨与第一导轨相配合；

第二导向模块，具有沿第二方向设置的第四导轨，并与沿第一方向设置的第二传动杆的一端连接，所述第四导轨与第二导轨相配合；

样品头，所述样品头的一端置于运动模块内，沿第三方向与运动模块相配合；

十字连接模块，具有第一随动模块、与第一随动模块相配合的沿第一方向设置的第一随动导轨以及第二随动模块、与第二随动模块相配合的沿第二方向设置的第二随动导轨，第一随动导轨与第二随动导轨固定连接，所述样品头的另一端与第一随动模块、第二随动模块二者中的一个沿第三方向固定连接，第一随动模块、第二随动模块二者中的另一个与沿第三方向设置的第三传动杆的一端固定连接；

其中，第一方向、第二方向与第三方向相互正交，上述导轨均为交叉滚柱导轨，所述第一传动杆、第二传动杆以及第三传动杆的另一端置于密闭腔体外，并分别连接位于密闭腔体外的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，还包括：限位模块，所述限位模块具有限定第一导向模块沿第二方向的运动轨迹的第一端，以及具有限定第二导向模块沿第一方向的运动轨迹的第二端。

3.根据权利要求2所述的样品台，其特征在于，限位模块的第一端上具有沿第二方向设置的第五导轨以及限位模块的第二端上具有沿第一方向设置的第六导轨，所述第一导向模块具有沿第二方向设置的第七导轨，所述第二导向模块具有沿第一方向设置的第八导轨，所述第五导轨与第七导轨相配合，所述第六导轨与第八导轨相配合，上述导轨均为交叉滚柱导轨。

4.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述第一传动杆以及第二传动杆与驱动机构通过波纹管连接。

5.根据权利要求4所述的样品台，其特征在于，所述驱动机构为驱动电机，所述驱动电机通过滚柱丝杠与波纹管连接。

6.根据权利要求4所述的样品台，其特征在于，所述波纹管为小波纹管。

7.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述样品头沿第三方向与运动模块轴承配合。