CN103884648A - 一种三坐标移动定位icp光源系统 - Google Patents

Abstract

一种三坐标移动定位ICP光源系统，由三坐标工作台、ICP功率匹配器和ICP等离子体光源发生设备组成，三坐标工作台位于整个系统的底层，由X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台组成，X向移动台位于底层，Y向移动台安装在X向移动台之上、位于中层，Z向升降平台安装于Y移动台之上、位于顶层；Y向移动台机械结构和X向移动台相同，Y向移动台的Y向安装座与X向导轨滑块连接；Z向升降平台的Z向安装座与Y向移动台的Y向导轨滑块连接；ICP功率匹配器位于整个系统的中层，其下部与三坐标工作台的升降台连接、上部与ICP等离子体装置连接。本发明的有益效果：实现炬管重复准确定位，提高ICP设备的分析结果的准确性和精确度；结构紧凑，可靠性高。

Description

一种三坐标移动定位ICP光源系统

技术领域

本发明涉及电感耦合等离子体光源的空间移动定位装置，具体涉及一种三坐标移动定位ICP光源系统，用于实现ICP光源进出工作位置并精确定位。

背景技术

在现代分析测试仪器中，ICP-MS、ICP-AES（OES）都是一些精密的分析测试仪器。其共同的工作原理为：ICP炬使元素原子化，产生的荧光由相应的光电倍增管检测，光电转换后的电信号放大后经计算机处理，报出元素分析结果。影响ICP光谱分析精度和准确度的主要因素有：物理因素的干扰，光谱干扰，化学干扰，电离干扰与基体效应干扰等。物理因素的干扰是存在而且应设法避免。

目前，国内生物、资源、医疗等领域采用的ICP分析仪器主要依赖进口，国产仪器市场占有率低。为提升国产仪器的性能，增加市场占有率，需进一步提高ICP设备自动化程度。其中ICP炬管移动台的发明，提高了ICP炬管工作中的位置调控的自动化程度，使炬管具备更好的定位能力，一定程度上提高了ICP设备的分析结果的准确性和精确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有ICP分析仪器存在的上述不足，提供一种三坐标移动定位ICP光源系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种三坐标移动定位ICP光源系统，由三坐标工作台、ICP功率匹配器和ICP等离子体光源发生设备三部分组成，

所述三坐标工作台位于整个系统的底层，由X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台组成，所述X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台三坐标配置关系为：X向移动台位于底层，Y向移动台安装在X向移动台之上、位于中层，Z向升降平台安装于Y移动台之上、位于顶层；

所述X向移动台由X向安装座、X向导轨滑块、X向直线导轨、X向步进电机、联轴器、第一同步轴、第一同步带轮、带轮联轴器、第二同动轴、第二同步带轮、同步带压条、同步带组成；所述X向导轨滑块包括两组、沿着X向平行固定在X向安装座的两侧，X向直线导轨包括两组、分别对应固定在两侧的X向导轨滑块上；所述X向步进电机固定在X向安装座的一端部外侧、且X向步进电机的输出轴朝Y向，X向步进电机的输出轴通过联轴器与第一同步轴连接、第一同步轴通过带轮联轴器与第二同步轴连接，第二同步轴通过带轮联轴器与第二同步带轮连接，第一同步带轮套接在第一同步轴上，第二同步带轮套接在第二同步轴上；所述X向移动台相对第一同步带轮、第二同步带轮的另一侧分别设有与第一同步带轮对称的第一从动带轮、与第二同步带轮对称的第二从动带轮，第一从动带轮、第二从动带轮均套接在从动轴上，从动轴固定设置在X向安装座的从动带轮安装盒上；所述同步带设置在第一同步带轮与第一从动带轮之间、以及第二同步带轮与第二从动带轮之间；

所述Y向移动台机械结构和X向移动台相同，Y向移动台的Y向安装座与X向导轨滑块连接，且Y向安装座通过同步带压条与同步带连接；

所述Z向升降平台包括Z向安装座、Z向步进电机、丝杆固定座、升降滚轮、导向圆柱、螺母楔形滑块、丝杆、Z向直线导轨、Z向导轨滑座、升降台，Z向升降平台的Z向安装座与Y向移动台的Y向导轨滑块连接，Z向步进电机固定安装在Z向安装座的一端部外侧，Z向步进电机的输出轴与丝杆的一端连接，丝杆设置在两个丝杆固定座内，丝杆固定座固定安装在Z向安装座上，Z向导轨滑座包括两组、平行固定安装在Z向安装座上，Z向直线导轨包括两组、分别安装在一组Z向导轨滑座上，每组Z向直线导轨、Z向导轨滑座构成一组直线导向组，螺母楔形滑块安装在两组并行的直线导向组上、且每组直线导向组上设有两个螺母楔形滑块，升降滚轮的下端设置在每组螺母楔形滑块的斜面上，升降滚轮的上端通过导向圆柱与升降台连接；

所述ICP功率匹配器位于整个系统的中层，ICP功率匹配器的下部与三坐标工作台的升降台连接，ICP功率匹配器的上部与ICP等离子体装置连接；

所述ICP等离子体光源发生设备位于整个系统的顶部，由光源安装台底座、矩管、RF线圈、炬管夹持座、铜接头、连接铜片、直角电木座组成，所述光源安装台底座通过螺钉连接在ICP功率匹配器的上端；炬管夹持座固定安装在光源安装台底座上，炬管水平安装并通过炬管夹持座固定，炬管夹持座侧边配有弹簧搭扣，通过扣合弹簧搭扣使炬管夹持座的上下夹持块夹紧炬管，便于弹簧搭扣方便拆卸和固定炬管；同时炬管还位于RF线圈内部，RF线圈的两端与铜接头连接；铜接头为直线中通接头、头部与RF线圈螺纹连接、尾部用于连接冷却水路进出接头，铜接头上表面设有螺纹孔、用于与连接铜片相接，且铜接头通过连接铜片与ICP功率匹配器连接。

按上述方案，所述丝杆为左右旋双向丝杆，左右旋双向丝杆用于带动两个螺母楔形滑块相对或相背平动、推动四个升降滚轮共同升降。

按上述方案，所述ICP等离子体光源发生设备还包括设置在光源安装台底座上的电木座，所述电木座具有绝缘好、耐高温、强度高特性，用于支撑铜接头、对高频发生器进行绝缘。

按上述方案，所述电木座为直角电木座，所述直角电木座由横向电木板与纵向电木板组成，横向电木板、纵向电木板呈直角安装并固定在光源安装台底座上；铜接头安装在横向电木板上。

按上述方案，所述炬管夹持座采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成，以适应等离子体炬管的高温工作环境。

按上述方案，所述铜接头与ICP功率匹配器的连接部位采用聚四氟乙烯绝缘。

本发明的工作原理：所述X向移动台采用单个X向步进电机驱动，X向步进电机通过第二同动轴驱动第一同步带轮、第二同步带轮并行转动，从而使得同步带带动X向移动台上方的升降台沿X向做直线运动，通过控制X、Y、Z各向步进电机旋转一定的角位移，使整个光源系统能够准确到达预定位置；所述Y向移动台机械结构和工作原理与X向移动台相同；所述Z向升降平台（Z方向）采用Z向步进电机驱动丝杆传动，丝杆带动螺母楔形滑块水平运动，在螺母楔形滑块斜面的推力下，推动升降滚轮上下移动，在导向柱的导向作用下，实现竖直方向上升降台的短程移动；本发明采用左右旋双向丝杆，带动两个螺母楔形滑块相对或相背平动，从而推动四个升降滚轮共同升降，有效改善Z向升降平台升降运动的稳定性，其中丝杆采用固定-支撑的安装方式，通过丝杆固定座避免丝杆轴向窜动，安装方式简单，能够满足移动台精度需求；螺母楔形滑块安装在两组并行的直线导向组上（每组直线导向组由一根直线导轨和两个导轨滑块组成），使螺母楔形块的平动更加稳定和准确。

本发明的有益效果：

1、该三坐标移动定位ICP光源系统是针对ICP分析仪器研发的微动设备，提高了ICP炬管在工作中的位置调控的自动化程度，实现炬管的重复准确定位，结构紧凑，可靠性高，能更好的将产生等离子体传递到质谱，提高ICP设备的分析结果的准确性和精确度；

2、可广泛应用于ICP仪器中光源设备的调整，其各坐标行程为120mm×60mm×12mm，各坐标移动精度高于0.1mm，重复定位精度高于0.05mm，具备良好的空间移动能力、承载能力、定位精度。

附图说明

图1是本发明ICP光源系统的整体结构示意图；

图2是图1沿X方向的结构示意图；

图3是图1沿Y方向的结构示意图；

图4是本发明ICP光源系统的俯视图；

图5是本发明ICP等离子体光源发生设备的结构示意图；

图6是本发明X/Y向移动台工作原理图；

图7是本发明Z向升降平台工作原理图；

图中，1.炬管，2.RF线圈，3.炬管夹持座，4.直角电木座，5.铜接头，6.连接铜片，7.光源安装台底座，8.Y向步进电机，9.X向安装座，10.Y向安装座，11.X向导轨滑块，12.X向直线导轨，13.同步带压条，14.同步带，15.X向步进电机，16.联轴器，17.第一同步轴，18.第一同步带轮，19.带轮联轴器，20.第二同步轴，21.第二同步带轮，22.Z向步进电机，23.丝杆固定座，24.升降滚轮，25.导向圆柱，26.螺母楔形滑块，27.丝杆，28.Z向直线导轨，29.Z向导轨滑块，30.升降台，31.弹簧搭扣，32.Y向导轨滑块，33.Y向直线导轨，34..ICP功率匹配器，35-Z向安装座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图5所示，本发明所述的三坐标移动定位ICP光源系统，由三坐标工作台、ICP功率匹配器和ICP等离子体光源发生设备三部分组成，

所述三坐标工作台位于整个系统的底层（为光源系统的移动定位装置），由X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台组成，所述X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台三坐标配置关系为：X向移动台位于底层，Y向移动台安装在X向移动台之上、位于中层，Z向升降平台安装于Y移动台之上、位于顶层；

所述X向移动台由X向安装座9、X向导轨滑块11、X向直线导轨12、X向步进电机15、联轴器16、第一同步轴17、第一同步带轮18、带轮联轴器19、第二同动轴20、第二同步带轮21、同步带压条13、同步带14组成；所述X向导轨滑块11包括两组、沿着X向平行固定在X向安装座9的两侧，X向直线导轨12包括两组、分别对应固定在两侧的X向导轨滑块11上（X向直线导轨12与X向导轨滑块11组成的导向部件，采用双列安装、并行导向，从而实现准确的直线运动）；所述X向步进电机15固定在X向安装座9的一端部外侧、且X向步进电机15的输出轴朝Y向，X向步进电机15的输出轴通过联轴器16与第一同步轴17连接、第一同步轴17通过带轮联轴器19与第二同步轴20连接，第二同步轴20通过带轮联轴器19与第二同步带轮21连接，第一同步带轮18套接在第一同步轴17上，第二同步带轮21套接在第二同步轴20上；所述X向移动台相对第一同步带轮18、第二同步带轮21的另一侧分别设有与第一同步带轮18对称的第一从动带轮、与第二同步带轮21对称的第二从动带轮，第一从动带轮、第二从动带轮均套接在从动轴上，从动轴固定设置在X向安装座9的从动带轮安装盒上；所述同步带14设置在第一同步带轮18与第一从动带轮之间、以及第二同步带轮21与第二从动带轮之间；（X向步进电机15通过第二同动轴20驱动第一同步带轮18、第二同步带轮21并行转动，从而使得同步带14带动X向移动台上方的升降台30沿X向做直线运动）；

所述Y向移动台机械结构和X向移动台相同，Y向移动台的Y向安装座10与X向导轨滑块11连接，且Y向安装座10通过同步带压条13与同步带14连接（X方向，同步带14通过同步带压条13与Y安装底座10连接，从而使三坐标工作台随同步带14同步移动）；

所述Z向升降平台包括Z向安装座35、Z向步进电机22、丝杆固定座23、升降滚轮24、导向圆柱25、螺母楔形滑块26、丝杆27、Z向直线导轨28、Z向导轨滑座29、升降台30，Z向安装座35与Y向移动台的Y向导轨滑块32连接，Z向步进电机22固定安装在Z向安装座35的一端部外侧，Z向步进电机22的输出轴与丝杆27的一端连接，丝杆27设置在两个丝杆固定座23内，丝杆固定座23固定安装在Z向安装座35上，Z向导轨滑座29包括两组、平行固定安装在Z向安装座35上，Z向直线导轨28包括两组、分别安装在一组Z向导轨滑座29上，每组Z向直线导轨28、Z向导轨滑座29构成一组直线导向组，螺母楔形滑块26安装在两组并行的直线导向组上、且每组直线导向组上设有两个螺母楔形滑块26，升降滚轮24的下端设置在每组螺母楔形滑块26的斜面上，升降滚轮24的上端通过导向圆柱25与升降台30连接；

所述ICP功率匹配器34位于整个系统的中层（为光源系统的功率匹配装置），ICP功率匹配器8的下部与三坐标工作台的升降台30连接（ICP功率匹配器34通过螺钉安装在升降台30的顶部），ICP功率匹配器34的上部与ICP等离子体装置连接；

所述ICP等离子体光源发生设备位于整个系统的顶部，由光源安装台底座7、矩管1、RF线圈2、炬管夹持座3、铜接头5、连接铜片6、直角电木座4组成，所述光源安装台底座7（用于安装ICP光源的等离子体装置）通过螺钉连接在ICP功率匹配器34的上端；炬管夹持座3固定安装在光源安装台底座7上，炬管1水平安装并通过炬管夹持座3固定，炬管夹持座3侧边配有弹簧搭扣31，通过扣合弹簧搭扣31使炬管夹持座3的上下夹持块夹紧炬管3，便于弹簧搭扣31方便拆卸和固定炬管1；同时炬管1还位于RF线圈2内部，RF线圈2（高频发生器的电感线圈）的两端与高频发生器的铜接头5连接；铜接头5为直线中通接头、头部与RF线圈2螺纹连接、尾部用于连接冷却水路进出接头，铜接头5上表面设有螺纹孔、用于与连接铜片相接，且铜接头5通过连接铜片6与ICP功率匹配器34连接。

所述丝杆27为左右旋双向丝杆，左右旋双向丝杆用于带动两个螺母楔形滑块26相对或相背平动、推动四个升降滚轮24共同升降，有效改善Z向升降平台升降运动的稳定性。

所述ICP等离子体光源发生设备还包括设置在光源安装台底座7上的电木座，所述电木座具有绝缘好、耐高温、强度高特性，用于支撑铜接头5、从而对高频发生器进行绝缘。

所述电木座为直角电木座4，所述直角电木座4由横向电木板与纵向电木板组成，横向电木板、纵向电木板呈直角安装并固定在光源安装台底座7上；铜接头5安装在横向电木板上（直角电木座4的设计有利于铜接头5安装的稳定性）。

所述炬管夹持座3采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成，以适应等离子体炬管1的高温工作环境。

为避免外部导体对高频发生器产生的干扰，所述铜接头5与ICP功率匹配器34的连接部位采用聚四氟乙烯绝缘。

参照图6所示，所述X向移动台采用单个X向步进电机15驱动，X向步进电机15通过第二同动轴20驱动第一同步带轮18、第二同步带轮21并行转动，从而使得同步带14带动X向移动台上方的升降台30沿X向做直线运动（X方向，同步带14通过同步带压条13与Y安装底座10连接，从而使三坐标工作台随同步带14同步移动），通过控制X向步进电机15、Y向步进电机8、Z向步进电机22旋转一定的角位移，使整个光源系统能够准确到达预定位置；所述Y向移动台机械结构和工作原理与X向移动台相同；参照图7所示，所述Z向升降平台（Z方向）采用Z向步进电机22驱动丝杆27传动，丝杆27带动螺母楔形滑块26水平运动，在螺母楔形滑块26斜面的推力下，推动升降滚轮24上下移动，在导向柱25的导向作用下，实现竖直方向上升降台30的短程移动；本发明采用左右旋双向丝杆27，带动两个螺母楔形滑块26相对或相背平动，从而推动四个升降滚轮24共同升降，有效改善Z向升降平台升降运动的稳定性，其中丝杆27采用固定-支撑的安装方式，通过丝杆固定座23避免丝杆27轴向窜动，安装方式简单，能够满足移动台精度需求；螺母楔形滑块26安装在两组并行的直线导向组上（每组直线导向组由一根直线导轨28和两个导轨滑块29组成），使螺母楔形块26的平动更加稳定和准确。

该三坐标移动定位ICP光源系统是针对ICP分析仪器研发的微动设备，可广泛应用于ICP仪器中光源设备的调整，其各坐标行程为120mm×60mm×12mm，各坐标移动精度高于0.1mm，重复定位精度高于0.05mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：由三坐标工作台、ICP功率匹配器和ICP等离子体光源发生设备三部分组成，

所述三坐标工作台位于整个系统的底层，由X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台组成，所述X向移动台、Y向移动台、Z向升降平台三坐标配置关系为：X向移动台位于底层，Y向移动台安装在X向移动台之上、位于中层，Z向升降平台安装于Y移动台之上、位于顶层；

所述X向移动台由X向安装座、X向导轨滑块、X向直线导轨、X向步进电机、联轴器、第一同步轴、第一同步带轮、带轮联轴器、第二同动轴、第二同步带轮、同步带压条、同步带组成；所述X向导轨滑块包括两组、沿着X向平行固定在X向安装座的两侧，X向直线导轨包括两组、分别对应固定在两侧的X向导轨滑块上；所述X向步进电机固定在X向安装座的一端部外侧、且X向步进电机的输出轴朝Y向，X向步进电机的输出轴通过联轴器与第一同步轴连接、第一同步轴通过带轮联轴器与第二同步轴连接，第二同步轴通过带轮联轴器与第二同步带轮连接，第一同步带轮套接在第一同步轴上，第二同步带轮套接在第二同步轴上；所述X向移动台相对第一同步带轮、第二同步带轮的另一侧分别设有与第一同步带轮对称的第一从动带轮、与第二同步带轮对称的第二从动带轮，第一从动带轮、第二从动带轮均套接在从动轴上，从动轴固定设置在X向安装座的从动带轮安装盒上；所述同步带设置在第一同步带轮与第一从动带轮之间、以及第二同步带轮与第二从动带轮之间；

所述Y向移动台机械结构和X向移动台相同，Y向移动台的Y向安装座与X向导轨滑块连接，且Y向安装座通过同步带压条与同步带连接；

所述Z向升降平台包括Z向安装座、Z向步进电机、丝杆固定座、升降滚轮、导向圆柱、螺母楔形滑块、丝杆、Z向直线导轨、Z向导轨滑座、升降台，Z向升降平台的Z向安装座与Y向移动台的Y向导轨滑块连接，Z向步进电机固定安装在Z向安装座的一端部外侧，Z向步进电机的输出轴与丝杆的一端连接，丝杆设置在两个丝杆固定座内，丝杆固定座固定安装在Z向安装座上，Z向导轨滑座包括两组、平行固定安装在Z向安装座上，Z向直线导轨包括两组、分别安装在一组Z向导轨滑座上，每组Z向直线导轨、Z向导轨滑座构成一组直线导向组，螺母楔形滑块安装在两组并行的直线导向组上、且每组直线导向组上设有两个螺母楔形滑块，升降滚轮的下端设置在每组螺母楔形滑块的斜面上，升降滚轮的上端通过导向圆柱与升降台连接；

所述ICP功率匹配器位于整个系统的中层，ICP功率匹配器的下部与三坐标工作台的升降台连接，ICP功率匹配器的上部与ICP等离子体装置连接；

所述ICP等离子体光源发生设备位于整个系统的顶部，由光源安装台底座、矩管、RF线圈、炬管夹持座、铜接头、连接铜片、直角电木座组成，所述光源安装台底座通过螺钉连接在ICP功率匹配器的上端；炬管夹持座固定安装在光源安装台底座上，炬管水平安装并通过炬管夹持座固定，炬管夹持座侧边配有弹簧搭扣，通过扣合弹簧搭扣使炬管夹持座的上下夹持块夹紧炬管，便于弹簧搭扣方便拆卸和固定炬管；同时炬管还位于RF线圈内部，RF线圈的两端与铜接头连接；铜接头为直线中通接头、头部与RF线圈螺纹连接、尾部用于连接冷却水路进出接头，铜接头上表面设有螺纹孔、用于与连接铜片相接，且铜接头通过连接铜片与ICP功率匹配器连接。

2.如权利要求1所述的三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：所述丝杆为左右旋双向丝杆，左右旋双向丝杆用于带动两个螺母楔形滑块相对或相背平动、推动四个升降滚轮共同升降。

3.如权利要求1所述的三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：所述ICP等离子体光源发生设备还包括设置在光源安装台底座上的电木座，所述电木座具有绝缘好、耐高温、强度高特性，用于支撑铜接头、对高频发生器进行绝缘。

4.如权利要求3所述的三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：所述电木座为直角电木座，所述直角电木座由横向电木板与纵向电木板组成，横向电木板、纵向电木板呈直角安装并固定在光源安装台底座上；铜接头安装在横向电木板上。

5.如权利要求1所述的三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：所述炬管夹持座采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成，以适应等离子体炬管的高温工作环境。

6.如权利要求1所述的三坐标移动定位ICP光源系统，其特征在于：所述铜接头与ICP功率匹配器的连接部位采用聚四氟乙烯绝缘。

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