CN105216010B - 一种机械传递臂及真空传递腔 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种机械传递臂和真空传递腔,所述机械传递臂包括第一级驱动装置、第二级驱动装置和第三级驱动装置,根据需求还可设置第四级驱动装置以及更多;其中第一级驱动装置通过一自动开合的插销机构与第三级驱动装置连接,实现了相互嵌套的三级机械传递臂的依次伸出,最大伸长量可达850mm以上。该装置结构简洁有效,设计上注重不同超高真空实验系统的兼容性,从而简约了成本,简化了操作,增大了应用的范围。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域,特别是一种超真空环境下的机械传递臂及真空传递腔。
背景技术
超高真空是指真空度优于10-6Pa的人造真空环境,根据气体分子到达材料表面的速率以及气体平均自由程等参数,我们可以计算出在正常大气压下气体分子覆盖材料表面一个单原子层的时间为10-9s,而在10-10Pa量级的超高真空环境下,时间却会大大延长至104s。由此可见在科研领域,真空度对测得样品表面本征性质至关重要。目前,超高真空实验系统已经广泛应用在半导体、物理、化学、材料和生物科学等各个领域,用于对不同类型的样品进行生长、表征和物性测量。这些超高真空实验系统中,尤其是表面敏感的实验测量技术,其对真空度的要求更为苛刻。传样装置是超高真空实验系统的重要组成部分,用于实现样品在不同超高真空腔体之间的传递。
申请号为CN200420109354.1的专利公开了一种壁虎式多级送样器,但结构复杂精度差,且不适用于超高真空系统。申请号为CN201410395415.3的专利公开了一种管状制品的切割装置,其中涉及三级伸缩机构,该机构主要通过丝杠的转动实现切割刀的收缩功能,具有造价高易磨损的缺点。
现有技术中,在一定大小的腔体内实现机械臂传动时,一部分结构末端伸长距离有限,另一部分虽然可以伸得更长,但是传动部件多、结构复杂,改造余地小,制作成本高,对不同超高真空系统的兼容性较差。
发明内容
本发明提出一种超高真空实验系统的、用于传样的机械传递臂及带有该机械传递臂的真空传递腔,该机械传递臂及真空传递腔实现了传样机械臂在超高真空腔体内部相互嵌套的多个机械臂依次伸出的功能,实现了机构末端长距离的伸缩运动。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种机械传递臂,其包括第一级驱动装置、第二级驱动装置和第三级驱动装置;所述第一级驱动装置包括:第一驱动导轨及与其固定连接的第一机械臂;所述第一机械臂上设置有第一导向滚轮;且两侧外边沿设置有第一导向槽;
所述第二级驱动装置包括:第二机械臂,所述第二机械臂内侧设置有第二内导向槽,外侧设置有第二外导向槽;所述第一导向滚轮与第一导向槽沿所述第二内导向槽移动;
所述第三级驱动装置包括:第三驱动导轨及与其固定连接的第三机械臂;所述第三机械臂的内侧设置有第三内导向槽;所述第二外导向槽、第二导向滚轮沿所述第三内导向槽移动;
所述第一驱动导轨左端一侧设置有插销凹块,所述第三机械臂上可滑动地设置有一插销,所述插销的滑动方向与所述第三机械臂的运动方向垂直;所述插销一端为锁定端,可插入所述插销凹块内,另一端为锁定控制端,所述锁定控制端固定有滚动装置,所述滚动装置沿一滑槽运动;所述锁定控制端与所述第三机械臂通过弹性部件连接。
本发明通过所述插销与插销凹块的配合,将所述的第一机械臂与第三机械臂连接在一起,实现了稳定的多级传动。
优选地,所述第二机械臂内部两端设置有第二导向滚轮,所述第二导向滚轮与所述第一机械臂滚动连接。
优选地,其还包括第四级驱动装置,所述第四级驱动装置包括:第四机械臂及其内侧的第四导向槽。
优选地,所述第三机械臂内部两端设置有第三导向滚轮,外侧设置有第三外导向槽;所述第三外导向槽、第三导向滚轮沿所述第四导向槽滚动。
优选地,所述第四机械臂外侧两边缘上设置有第四导向滚轮,所述第四导向滚轮沿所述第三外导向槽滚动,用于支撑第三机械臂。
优选地,所述弹性部件为弹簧。
优选地,所述锁定控制端与所述第三机械臂通过两个弹簧连接,且两个弹簧关于所述插销的中轴线对称布置。
优选地,所述第一驱动导轨和/或第三驱动导轨为齿条传动装置。
本发明还提出一种真空传递腔,该真空传递腔内设置有前述的任一项机械传递臂。
优选地,该真空传递腔还包括波纹管传动装置、磁耦合馈通装置和齿轮传动装置,所述第一驱动导轨为齿条传动装置,所述齿轮传动装置的输出齿轮与所述第一驱动导轨上的齿条相互啮合。优选地,所述滑槽固定于所述齿轮传动装置上。
本发明的机械传递臂伸长量大,结构简洁有效,设计上注重不同超高真空实验系统的兼容性,从而简约了成本,简化了操作,增大了应用的范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明机械传递臂优选实施例的结构示意图;
图2为本发明优选实施例中的插销结构示意图;
图3为图2中A部分的放大结构示意图;
图4为本发明中滑槽的优选实施例结构示意图;
图5为本发明的真空传递腔优选实施例结构示意图;
编号说明:支架3.1,滑槽3.14,第一驱动导轨4.1,第一机械臂4.2,插销凹块4.3,第一导向滚轮4.4,第一导向槽4.5,第二机械臂4.6,第二内导向槽4.7,第二外导向槽4.8,第二导向滚轮4.9,第三驱动导轨4.10,第三机械臂4.11;第三内导向槽4.12,第三外导向槽4.13,第三导向滚轮4.14,插销4.15,第四机械臂4.16,第四导向槽4.17;第四导向滚轮4.18,弹簧4.19,导向轮4.20,导向轮4.21。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的机械传递臂包括三级驱动装置:第一级驱动装置、第二级驱动装置和第三级驱动装置,也可以包括更多级的驱动臂。下面在图1-图3所示的优选实施例结构中,以包括第四级驱动装置的四级机械传递臂为例,详细说明本发明的具体结构。
所述第一级驱动装置包括第一驱动导轨4.1及与其固定连接的第一机械臂4.2;所述第一机械臂4.2上设置有第一导向滚轮4.4;且两侧外边沿设置有第一导向槽4.5;
所述第二级驱动装置包括第二机械臂4.6,所述第二机械臂4.6内侧设置有第二内导向槽4.7,外侧设置有第二外导向槽4.8,两端设置有第二导向滚轮4.9;所述第一导向滚轮4.4与第一导向槽4.5沿所述第二内导向槽4.7移动;
所述第三级驱动装置包括第三驱动导轨4.10及与其固定连接的第三机械臂4.11;所述第三机械臂4.11的内侧设置有第三内导向槽4.12,外侧设置有第三外导向槽4.13;所述第二外导向槽4.8、第二导向滚轮4.9沿所述第三内导向槽4.12移动;
所述第四级驱动装置包括第四机械臂4.16及其内侧的第四导向槽4.17;所述第三外导向槽4.13、第三导向滚轮4.14沿所述第四导向槽4.17移动;
所述第一驱动导轨4.1左端一侧设置有插销凹块4.3,所述第三机械臂4.11上可滑动地设置有一插销4.15,所述插销4.15的滑动方向与所述第三机械臂4.11的运动方向垂直;所述插销4.15一端为锁定端,可插入所述插销凹块4.3内,另一端为锁定控制端,所述锁定控制端固定有滚动装置,所述滚动装置沿一滑槽3.14运动;所述锁定控制端与所述第三机械臂4.11通过弹性部件连接。
为了提高传递臂的传递精度,所述第一驱动导轨4.1和第三驱动导轨4.10均可采用齿条传动装置,并通过与之配合的齿轮带动。当然本领域的技术人员也可采用液压或螺杆等常用的传动机构代替之,但也属于本专利的技术方案之内。
本发明的机械传递臂使用锁紧机构(即插销4.15与插销凹块4.3)和齿轮齿条组合,实现了机械传递臂的逐级伸缩运动。在图示的实施例中,第一层的齿条和第一层的第一驱动导轨4.1完全固定,第二层齿条和第三层的第三驱动导轨4.10完全固定。在传动过程中,第一层的第一驱动导轨4.1先伸出去。第一驱动导轨4.1移动到图1所示的第一导向槽4.5末端时,第一机械臂4.2和第二机械臂4.6两者作为整体沿所述第三内导向槽4.12向外移动;当所述第一机械臂4.2左侧插销凹块4.3与所述第三机械臂4.11上的插销4.15对准时,插销4.15插入插销凹块4.3中,锁紧机构固连两层导轨(第一驱动导轨4.1和第三驱动导轨4.10);接着由第三层的第三驱动导轨4.10推动第一驱动导轨4.1伸出去。缩回时,第三驱动导轨4.10带动第一机械臂4.2、第二机械臂4.6和第三机械臂4.11一起缩回。第三机械臂4.11到图示的最左侧时,第一驱动导轨4.1带动第一机械臂4.2缩回。
图示的实施例仅列出了四级机械臂传动的结构,同理,本结构通过类似机构的重复,也可适用更多级的锁紧机构和齿轮齿条组合式的导轨;在此不再一一列举。
为提高机械传递臂的稳定性与精度,所述第二机械臂4.6内部两端设置有第二导向滚轮4.9,所述第二导向滚轮4.9与所述第一机械臂4.2滚动连接;所述第三机械臂4.11内部两端设置有第三导向滚轮4.14,所述第三导向滚轮4.14嵌在第四导向槽4.17内。所述第四机械臂4.16外侧两边缘上设置有第四导向滚轮4.18,所述第四导向滚轮4.18沿所述第三外导向槽4.13滚动,支撑第三机械臂4.11。这种结构将滑动摩擦变为滚动摩擦,减少了磨损,提高了精度。
所述的弹性部件主要起到将插销4.15自动推入插销凹块4.3内的作用,故只要可到该目的的弹性变形部件均可,或者利用电磁反应等部件也可。在本发明中可以采用拉伸弹簧或压缩弹簧,结构较为简单。图示的具体实施例采用了拉伸弹簧4.19。当第一驱动导轨4.1未移动到最右侧时,在拉伸弹簧4.19的作用下,插销4.15抵持于第一机械臂4.2的的外侧;随着第一驱动导轨4.1的移动,插销凹块4.3逐渐接近插销4.15,直到插销凹块4.3经过插销4.15时,插销4.15在弹簧4.19的推动下正好落入插销凹块4.3内,将第一机械臂4.2与第三机械臂4.11固定连接起来。当第三机械臂4.11在第三驱动导轨4.10的作用下继续向右运动时,第一机械臂4.2随之向右运动。
在本优选实施例中,锁定控制端与所述第三机械臂4.11通过两个弹簧4.19连接,且两个弹簧关于插销4.15的中轴线对称布置,以使插销4.15准确地插入插销凹块4.3中,提高对位准确度。
本发明还提出一种真空传递腔的结构,其设置有前述的机械传递臂结构。如图4和图5所示的真空传递腔实施例包括波纹管传动装置、磁耦合馈通装置(磁耦合馈通装置为现有技术,详见专利号ZL201420843895.0对应的专利文献描述)和齿轮传动装置,所述第一驱动导轨4.1为齿条传动装置,所述齿轮传动装置的输出齿轮与该第一驱动导轨4.1上的齿条相互啮合。在本发明中,所述滑槽3.14固定于齿轮传动装置上,但滑槽3.14还可固定于机架等其它装置上,只要能将插销4.15及其锁定控制端的滚动装置引导至前述的位置,并达到连接第一机械臂4.2与第三机械臂4.11的目的即可。
结合图1-图5,本优选实施例的各个部分具体连接结构如下:
所述第一驱动导轨4.1通过螺丝与第一机械臂4.2固定连接;所述插销凹块4.3与第一驱动导轨4.1的一端固定连接;所述第一导向滚轮4.4嵌于第一机械臂4.2的一端;第一机械臂4.2的两侧外边沿设计有第一导向槽4.5;
所述第二机械臂4.6的内侧设计有第二内导向槽4.7,外侧设计有第二外导向槽4.8;第二机械臂4.6的两端设计有第二导向滚轮4.9;所述第一机械臂4.2通过第一导向滚轮4.4、第一导向槽4.5、第二内导向槽4.7、第二导向滚轮4.9嵌套在第二机械臂4.6内部;
所述第三驱动导轨4.10通过螺丝与第三机械臂4.11固定连接;所述第三机械臂4.11的内侧设计有第三内导向槽4.12,外侧设计有第三外导向槽4.13;第三机械臂4.11的两端设计有第三导向滚轮4.14;所述弹力插销4.15与第三机械臂4.11一端固定连接;所述第二机械臂4.6通过导向轮4.20、第二外导向槽4.8、导向轮4.21、第三内导向槽4.12嵌套在第三机械臂4.11内部;所述第二机械臂4.6通过导向轮4.20、第二外导向槽4.8、导向轮4.21、第三内导向槽4.12嵌套在第三机械臂4.11内部。
所述第四机械臂4.16内侧设计有第四导向槽4.17,外侧两边缘固定有第四导向滚轮4.18;所述第三机械臂4.11通过第三外导向槽4.13、第三导向滚轮4.14、第四导向槽4.17、第四导向滚轮4.18嵌套在第四机械臂4.16内部;
本发明优选实施例中的四级机械传递臂通过第四机械臂4.16上的固定螺孔与所述齿轮传动装置中的支架3.1固定连接,从而将齿轮传动装置和四级机械传递臂两者连接起来;当然,也可以采用机械领域常用的沉头孔、螺栓等多种连接结构连接,其螺孔、沉头孔的位置也可根据需要设置在不同的部件上。所述齿轮传动装置中的两个齿轮传动驱动端和分别与四级机械传递臂中的第三驱动导轨4.10和第一驱动导轨4.1相切连接,啮合传动。
结合图1-图5,本优选实施例的各个部分运动情况如下:
当齿轮传动装置转动时,通过齿轮齿条传动带动第一驱动导轨4.1和第一机械臂4.2在第一导向滚轮4.4、第二导向滚轮4.9的辅助下,沿着第一导向槽4.5、第二内导向槽4.7滑动伸出;
当所述第一导向槽4.5的末端与第二导向滚轮4.9接触时,第一机械臂4.2和第二机械臂4.6两者作为整体将在导向轮4.20、导向轮4.21的辅助下沿着第二外导向槽4.8、第三内导向槽4.12继续滑动伸出;
在第一机械臂4.2和第二机械臂4.6两者整体滑动伸出的过程中,当所述第一机械臂4.2一侧的插销凹块4.3对准所述第三机械臂4.11上的弹力插销4.15时,在弹力作用下,弹力插销4.15会抬起嵌入插销凹块4.3内部,使得第一机械臂4.6和第三机械臂4.11之间通过插销固定连接,从而确保第一机械臂4.2、第二机械臂4.6和第三机械臂4.11三者整体继续顺滑伸出。
所述第一机械臂4.2前端用于安装样品抓取装置;当第一机械臂4.2前段的样品抓取装置沿径向伸至样品台时,即可将样品传递到/传递出样品台,完成整个样品在超高真空环境下的传递过程。
本发明的目的在于提供一种用于超高真空实验系统的机械臂传样装置,通过波纹管传动装置、磁耦合馈通装置、齿轮传动装置以及四级机械臂装置四种独特的设计,实现了传样机械臂在超高真空腔体内部面内旋转和径向伸缩两个自由度方向上的运动。其中通过波纹管传动装置驱使齿轮传动装置,从而实现相互嵌套的多个机械臂依次伸出,最大伸长量可达850mm以上。该装置结构简洁有效,设计上注重不同超高真空实验系统的兼容性,从而简约了成本,简化了操作,增大了应用的范围。
本发明适用于材料物性及电子结构测量、原子层精度的薄膜生长、表面分析、超高真空以及低温物理。在超高真空环境中,实现机构末端的伸缩运动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机械传递臂,其特征在于:其包括第一级驱动装置、第二级驱动装置和第三级驱动装置;
所述第一级驱动装置包括:第一驱动导轨(4.1)及与其固定连接的第一机械臂(4.2);所述第一机械臂(4.2)上设置有第一导向滚轮(4.4);且两侧外边沿设置有第一导向槽(4.5);
所述第二级驱动装置包括:第二机械臂(4.6),所述第二机械臂(4.6)内侧设置有第二内导向槽(4.7),外侧设置有第二外导向槽(4.8);所述第一导向滚轮(4.4)与第一导向槽(4.5)沿所述第二内导向槽(4.7)移动;
所述第三级驱动装置包括:第三驱动导轨(4.10)及与其固定连接的第三机械臂(4.11);所述第三机械臂(4.11)内侧设置有第三内导向槽(4.12),所述第二外导向槽(4.8)、第二导向滚轮(4.9)沿所述第三内导向槽(4.12)移动;
所述第一驱动导轨(4.1)左端一侧设置有插销凹块(4.3),所述第三机械臂(4.11)上可滑动地设置有一插销(4.15),所述插销(4.15)的滑动方向与所述第三机械臂(4.11)的运动方向垂直;所述插销(4.15)一端为锁定端,可插入所述插销凹块(4.3)内,另一端为锁定控制端,所述锁定控制端固定有滚动装置,所述滚动装置沿一滑槽(3.14)运动;所述锁定控制端与所述第三机械臂(4.11)通过弹性部件连接;
所述弹性部件为弹簧,所述锁定控制端与所述第三机械臂(4.11)通过两个弹簧连接,且两个弹簧关于所述插销(4.15)的中轴线对称布置。
2.如权利要求1所述的机械传递臂,其特征在于,所述第二机械臂(4.6)内部两端设置有第二导向滚轮(4.9),所述第二导向滚轮(4.9)与所述第一机械臂(4.2)滚动连接。
3.如权利要求1所述的机械传递臂,其特征在于,其还包括第四级驱动装置,所述第四级驱动装置包括:第四机械臂(4.16)及其内侧的第四导向槽(4.17)。
4.如权利要求3所述的机械传递臂,其特征在于,所述第三机械臂(4.11)内部两端设置有第三导向滚轮(4.14),外侧设置有第三外导向槽(4.13);所述第三外导向槽(4.13)、第三导向滚轮(4.14)沿所述第四导向槽(4.17)滚动。
5.如权利要求4所述的机械传递臂,其特征在于,所述第四机械臂(4.16)外侧两边缘上设置有第四导向滚轮(4.18),所述第四导向滚轮(4.18)沿所述第三外导向槽(4.13)滚动。
6.如权利要求1所述的机械传递臂,其特征在于,所述第一驱动导轨(4.1)和/或第三驱动导轨(4.10)为齿条传动装置。
7.一种真空传递腔,其特征在于,该真空传递腔内设置有权利要求1-6任一项所述的机械传递臂。
8.如权利要求7所述的真空传递腔,其特征在于,该真空传递腔还包括波纹管传动装置、磁耦合馈通装置和齿轮传动装置,所述第一驱动导轨为齿条传动装置,所述齿轮传动装置的输出齿轮与所述第一驱动导轨(4.1)上的齿条相互啮合。
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Denomination of invention: A mechanical transfer arm and vacuum transfer chamber Granted publication date: 20181113 Pledgee: Bank of Communications Co.,Ltd. Shanghai Baoshan Branch Pledgor: FERMI INSTRUMENTS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000048 |
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