CN105225910B - 基于扫描电子显微镜的微操作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于扫描电子显微镜的微操作系统,应用于扫描电子显微镜设备,该基于扫描电子显微镜的微操作系统包括基座、设置在基座上的若干三轴直线运动平台和五轴宏动平台、设置在五轴宏动平台上的样品操作台和对应每个三轴直线运动平台设置的碳纳米操作手,碳纳米操作手设置在三轴直线运动平台上,若干三轴直线运动平台沿样品操作台的周向设置在样品操作台的四周,该基于扫描电子显微镜的微操作系统通过在基座上设置若干三轴直线运动平台和五轴宏动平台,且将若干三轴直线运动平台沿样品操作台的周向设置在样品操作台的四周,从而实现对样件进行多轴联动,解决了现有技术中只能单一的对样件进行观察的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于扫描电子显微镜的微操作系统,应用于扫描电子显微镜设备。
背景技术
随着科学技术的发展进步,人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界。细胞、微生物等微米尺度的物体直接用肉眼观察不到,显微镜的发明解决了这个问题。目前,纳米科技成为研究热点,集成电路工艺加工的特征尺度进入深亚微米,所有这些更加微小的物体光学显微镜也观察不到,必须使用扫描电子显微镜。
扫描电子显微镜(SEM)是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点:1、有较高的放大倍数,20-20万倍之间连续可调;2、有很大的景深,视野大,成像富有立体感,可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;3、试样制备简单。
扫描电子显微镜(SEM)是用于为观察而放大样品的图像装置。SEM包括电子光学单元以放大样品的图像,控制单元以控制该电子光学单元,以及真空泵以在该电子光学单元中产生真空。电子光学单元包括电子枪以产生电子,透镜单元以将由电子枪发射的电子束引导至样品架中的样品,以及扫描线圈以使电子束扫描到样品上。由电子光学单元获得的图像可以在显示单元(诸如计算机)上显示或被存储在存储装置中以及被印刷。
但,现有的扫描电子显微镜(SEM)由于其操作系统的限制,只能单一的对样件进行观察,无法对样件的观察姿态进行微纳调整以及对样件进行多轴联动的微纳操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现对样件进行多轴联动的基于扫描电子显微镜的微操作系统。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:一种基于扫描电子显微镜的微操作系统,包括基座、设置在所述基座上的若干三轴直线运动平台和五轴宏动平台、设置在五轴宏动平台上的样品操作台和对应每个所述三轴直线运动平台设置的碳纳米操作手,所述碳纳米操作手设置在所述三轴直线运动平台上,若干所述三轴直线运动平台沿所述样品操作台的周向设置在所述样品操作台的四周。
进一步的,所述三轴直线运动平台和所述五轴宏动平台均通过压电马达驱动。
进一步的,所述三轴直线运动平台包括设置在所述基座上的底座、设置在所述底座上的第一滑动座、设置在所述第一滑动座上的第二滑动座和设置在所述第二滑动座上的升降座,所述第一滑动座由压电马达驱动其在底座上沿X轴方向上移动,所述第二滑动座由压电马达驱动其在第一滑动座上沿Z轴方向上移动,所述升降座由压电马达驱动其在第二滑动座上沿Y轴方向上移动。
进一步的,所述五轴宏动平台包括设置在所述基座上的固定座和设置在所述固定座上的运动座,所述样品操作台固定在所述运动座上,所述运动座由压电马达驱动其在所述固定座上沿X、Y、Z三个轴向上移动及由压电马达驱动其在所述固定座上扭转。
进一步的,所述基座与三轴直线运动平台之间设置有导轨组件。
进一步的,所述基于扫描电子显微镜的微操作系统还包括驱动所述三轴直线运动平台沿导轨组件相对基座移动的驱动装置。
进一步的,所述驱动装置包括若干固定在所述基座上的陶瓷条和若干对应所述陶瓷条设置的压电超声电机,每个所述压电超声电机一一对应设置在所述三轴直线运动平台上。
进一步的,所述导轨组件包括固定在所述基座上的轨道和若干设置在所述轨道上且可相对所述轨道移动的移动座,若干所述三轴直线运动平台一一对应固定在所述移动座上。
进一步的,所述基座上贯通设置有用以容纳所述样品操作台的腔体。
进一步的,所述五轴宏动平台位于所述基座的下方。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:本发明的基于扫描电子显微镜的微操作系统通过在基座上设置若干三轴直线运动平台和五轴宏动平台,且将若干三轴直线运动平台沿样品操作台的周向设置在样品操作台的四周,从而实现对样件进行多轴联动,解决了现有技术中只能单一的对样件进行观察的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一实施例中的基于扫描电子显微镜的微操作系统的结构示意图;
图2是图1所示的基于扫描电子显微镜的微操作系统于另一视角上的结构示意图;
图3是图1中的部分结构示意图;
图4是图3中的部分结构示意图;
图5是图3中五轴压电平台与操作台的组装图;
图6是图1中三轴手动式直线运动平台的结构示意图;
图7是本发明另一实施例中的基于扫描电子显微镜的微操作系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参见图1至图6,本发明一较佳实施例所述的一种基于扫描电子显微镜的微操作系统100包括基座10、设置在基座10上的若干三轴直线运动平台20和五轴宏动平台30、设置在五轴宏动平台30上且用以放置样件的样品操作台40和对应每个所述三轴直线运动平台20设置的碳纳米操作手50。所述碳纳米操作手50设置在所述三轴直线运动平台20上,若干所述三轴直线运动平台20沿所述样品操作台40的周向设置在所述样品操作台40的四周。在本实施例中,所采用的三轴直线运动平台20的数量为四个,四个三轴直线运动平台20两两对称设置在碳纳米操作手50的两侧。
所述基座10上贯通设置有用以容纳所述样品操作台40的腔体11,在本实施例中,所述基座10呈薄型长方体,所述基座10包括相对设置的上表面12和下表面13,所述腔体11自基座10的上表面12向下表面13贯穿形成,该腔体11的截面形状呈圆型,所述基座10上设置有用以支撑基座10的支撑柱14。所述样品操作台40包括安装块41和固定在所述安装块41上的操作部42,所述操作部42包括垂直所述安装块41的杆体421和设置在所述杆体421上的台部422。在实际操作时,可以根据实际需求使样品操作台40在腔体11内运动,如上下移动、轴向移动或者转动。
所述三轴直线运动平台20和所述五轴宏动平台30均通过压电马达60驱动。所述三轴直线运动平台20包括设置在所述基座10上的底座21、设置在所述底座21上的第一滑动座22、设置在所述第一滑动座22上的第二滑动座23和设置在所述第二滑动座23上的升降座24。所述第一滑动座22由压电马达60驱动其在底座21上沿X轴方向上移动,所述第二滑动座23由压电马达60驱动其在第一滑动座22上沿Z轴方向上移动,所述升降座24由压电马达60驱动其在第二滑动座23上沿Y轴方向上移动。所述碳纳米操作手50固定在该升降座24上,该碳纳米操作手50通过压电马达60控制三轴直线运动平台20在三个轴向方向上移动,即在X、Y、Z三个轴向上移动。诚然,该三轴直线运动平台20也可以为其他结构,以使该碳纳米操作手50通过该三轴直线运动平台20实现在X、Y、Z三个轴向上的移动。
所述五轴宏动平台30包括设置在所述基座10上的固定座31和设置在所述固定座31上的运动座32,所述样品操作台40的安装块41固定在所述运动座32上,所述运动座32由压电马达60驱动其在所述固定座31上沿X、Y、Z三个轴向上移动及由压电马达60驱动其在所述固定座31上扭转。所述五轴宏动平台30位于所述基座10的下方,该五轴宏动平台30还包括设置在固定座31两侧的固定块33,该固定块33固定在基座10的下表面13上,从而将五轴宏动平台30固定在基座10上。诚然,该五轴宏动平台30也可以为其他结构,以使该样品操作台40通过该五轴宏动平台30实现在X、Y、Z三个轴向上的移动及两个方向上的扭转(即五个方向上的运动)。
所述基座10与三轴直线运动平台20之间设置有导轨组件70,以通过该导轨组件70使三轴直线运动平台20可沿导轨组件70在基座10上移动,以调整三轴直线运动平台20的位置。所述导轨组件70包括固定在所述基座10上的轨道71和若干设置在所述轨道71上且可相对所述轨道71移动的移动座72,若干所述三轴直线运动平台20一一对应固定在所述移动座72上。所述基座10上所设置的轨道71呈若干段,在本实施例中,该轨道71呈四段式结构,四段轨道71分别与四个三轴直线运动平台20呈一对一设置,其中每段轨道71呈弧型,固定在所述基座10的上表面12上。所述基于扫描电子显微镜的微操作系统100还包括驱动所述三轴直线运动平台20沿导轨组件70相对基座10移动的驱动装置80。所述驱动装置80包括若干固定在所述基座10上的陶瓷条81和若干对应所述陶瓷条81设置的压电超声电机82,每个所述压电超声电机82与移动座72一一对应设置,所述移动座72上安装有倒L型安装座90,所述安装座90包括固定在移动座72上的水平部91和自水平部91向下延伸形成的垂直部92,所述压电超声电机82固定在垂直部92上,该压电超声电机82位于陶瓷条81的上方。在本实施例中,由于三轴直线运动平台20所设置的数量为四个,所以,陶瓷条81和压电超声电机82也分别设置四个,四条陶瓷条81与四条安装三轴直线运动平台20的轨道71分别一对一设置。每条所述陶瓷条81呈弧形,每条陶瓷条81与对应的轨道71同心,且两者的弧度相同。为了便于安装所述驱动装置80及减小该基于扫描电子显微镜的微操作系统100的整体体积,在本实施例中,所述基座10自其上表面12向下内凹形成有环形凹槽15,该环形凹槽15围设在所述腔体11的外围,所述驱动装置80的陶瓷条81设置在环形凹槽15内。该环形凹槽15包括底壁151和侧壁152,该侧壁152位于底壁151的外侧,所述陶瓷条81固定在所述底壁151上。所述环形凹槽15内还设置有四个位移检测器93和四个平衡板94,四个位移检测器93分别与四个三轴直线运动平台20呈一对一的方式设置,每个所述位移检测器93用以检测与其对应的三轴直线运动平台20的位置,每个所述位移检测器93位于对应的陶瓷条81和侧壁152之间。所述平衡板94固定在安装座90的垂直部92上,该平衡板94位于所述环形凹槽15内,所述平衡板94具有面向环形凹槽15的侧壁152的弧形壁941,所述弧形部941抵持在所述环形凹槽15的侧壁152上。在其他实施方式中,所述轨道71可以是一条环形轨道71。另外,在其他实施方式中,该驱动装置80也可以为其他动力装置,以驱动三轴直线运动平台20相对基座10移动。在本实施例中,为了便于安装轨道71,所述基座10的上表面12上还设置有四条与轨道配合的定位条95,四条定位条95分别与四条轨道71一对一设置,每个所述定位条95呈与轨道71弧度相同的弧形,四条定位条95分别与四条轨道71呈一对一设置。
请参见图7,并结合图1至图6,本发明另一较佳实施例所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统100’与实施例一中的基于扫描电子显微镜的微操作系统100的结构基本相同,区别点仅在于:在本实施例的基于扫描电子显微镜的微操作系统100的三轴直线运动平台与基座10之间未设置导轨组件70,且也未对应的驱动装置80,在本实施例中,该基于扫描电子显微镜的微操作系统100的三轴直线运动平台20直接固定在基座10上,三轴直线运动平台20相对基座10无法移动。
综上所述,上述基于扫描电子显微镜的微操作系统100、100’通过在基座10上设置若干三轴直线运动平台20和五轴宏动平台30,且将若干三轴直线运动平台20沿样品操作台40的周向设置在样品操作台40的四周,从而实现对样件进行多轴联动,解决了现有技术中只能单一的对样件进行观察的问题;另外,通过采用压电马达60驱动三轴直线运动平台20和五轴宏动平台30,以实现对样件的贯穿姿态进行微纳调整;而通过压电马达60、三轴直线运动平台20和五轴宏动的结合使实现对样件的观察姿态进行微纳调整以及对样件进行多轴联动的微纳操作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:包括基座、设置在所述基座上的若干三轴直线运动平台和五轴宏动平台、设置在五轴宏动平台上的样品操作台和对应每个所述三轴直线运动平台设置的碳纳米操作手,所述碳纳米操作手设置在所述三轴直线运动平台上,若干所述三轴直线运动平台沿所述样品操作台的周向设置在所述样品操作台的四周;所述基座与三轴直线运动平台之间设置有导轨组件,所述导轨组件包括固定在所述基座上的轨道和若干设置在所述轨道上且可相对所述轨道移动的移动座,若干所述三轴直线运动平台一一对应固定在所述移动座上,
所述三轴直线运动平台包括设置在所述基座上的底座、设置在所述底座上的第一滑动座、设置在所述第一滑动座上的第二滑动座和设置在所述第二滑动座上的升降座,所述第一滑动座由压电马达驱动其在底座上沿X轴方向上移动,所述第二滑动座由压电马达驱动其在第一滑动座上沿Z轴方向上移动,所述升降座由压电马达驱动其在第二滑动座上沿Y轴方向上移动,所述移动座上安装有倒L型安装座,所述安装座包括固定在移动座上的水平部和自水平部向下延伸形成的垂直部。
2.根据权利要求1所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述三轴直线运动平台和所述五轴宏动平台均通过压电马达驱动。
3.根据权利要求2所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述五轴宏动平台包括设置在所述基座上的固定座和设置在所述固定座上的运动座,所述样品操作台固定在所述运动座上,所述运动座由压电马达驱动其在所述固定座上沿X、Y、Z三个轴向上移动及由压电马达驱动其在所述固定座上扭转。
4.根据权利要求1所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述基于扫描电子显微镜的微操作系统还包括驱动所述三轴直线运动平台沿导轨组件相对基座移动的驱动装置。
5.根据权利要求4所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述驱动装置包括若干固定在所述基座上的陶瓷条和若干对应所述陶瓷条设置的压电超声电机,每个所述压电超声电机一一对应设置在所述三轴直线运动平台上。
6.根据权利要求2所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述基座上贯通设置有用以容纳所述样品操作台的腔体。
7.根据权利要求6所述的基于扫描电子显微镜的微操作系统,其特征在于:所述五轴宏动平台位于所述基座的下方。
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