CN106442586A - 一种x射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，包括样品板、样品传送机构、样品更换机构、光电传感器模块、光敏电阻传感器模块、控制电路模块以及电源模块，光电传感器模块设于样品传送机构处对样品板输送进行检测，光敏电阻传感器模块设于衍射仪处对衍射仪快门灯亮度进行检测；待衍射仪测试的样品板以传送带取用位为起点放置形成样品板检测队列，样品更换机构位于取用位和衍射仪样品台之间，衍射仪样品台处插有样品板；样品更换机构包括两个夹持件、动作驱动件和条形转台，当条形转台旋转使两端分别与取用位和衍射仪样品台相邻时，两夹持件移动至条形转台的两端对样品板进行操作；本发明能以较低成本实现X射线多晶衍射仪的自动换样。

Description

一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置

技术领域

本发明涉及检测仪器领域，尤其是一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置。

背景技术

X射线多晶衍射仪用于分析材料的相结构和相组成等，是材料、化学和地质等研究领域的重要仪器。常规X射线多晶衍射仪通常只配备一个固定样品台，每当测试完一个样品后，需要人工更换样品，工作效率较低。近年来，随着高速探测器广泛配备，衍射仪的测试速度得到了提高，每个样品的测试时间从几十分钟缩短为几分钟。这也要求在测试过程中需要频繁开启衍射仪门更换样品，容易造成衍射仪门的故障；另外，如果人工更换样品不及时，容易造成测试机时的浪费，因此对于现代X射线多晶衍射仪急需自动换样装置。目前，衍射仪也可选配旋转样品台式自动换样装置。此类装置装配于衍射光路中，受到测角仪半径的限制，旋转样品台的直径有限，因此能装载的样品数量也很有限，通常为6-8个，并不能满足大量测试的自动换样需求。而实现大量样品的自动测试，部分型号的衍射仪可以选配机械手式自动换样装置。由于机械手式自动换样装置结构复杂，价格十分昂贵。因此需要提供一种结构简单，成本低廉的X射线多晶衍射仪用多试样换样装置。

发明内容

本发明提出一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，能以较低成本实现X射线多晶衍射仪的自动换样。

本发明采用以下技术方案。

一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，所述换样装置包括样品板、样品传送机构、样品更换机构、光电传感器模块、光敏电阻传感器模块、控制电路模块以及电源模块，所述光电传感器模块、光敏电阻传感器模块与控制电路模块相连，所述光电传感器模块设于样品传送机构处对样品板输送动作进行检测，所述光敏电阻传感器模块设于衍射仪处对衍射仪快门灯亮度进行检测；所述控制电路模块连接至样品传送机构、样品更换机构对其控制。

所述样品传送机构包括传送带、弹性压片和第一步进电机，传送带承载面与样品更换机构相邻的部位为传送带上样品板的取用位；待衍射仪测试的样品板以传送带承载面的取用位为起点顺序放置形成样品板检测队列，样品板检测队列的样品板被弹性压片压置于传送带的承载面上，取用位处的样品板一端朝向样品更换机构伸出。

所述样品更换机构位于取用位和衍射仪样品台之间，衍射仪样品台处插有样品板，样品台处的样品板一端朝向样品更换机构伸出；样品更换机构包括两个夹持件、动作驱动件和条形转台，两夹持件以条形转台上端面中心为对称点对称设于条形转台上，当条形转台旋转至转台两端部分别与取用位和衍射仪样品台相邻时，两夹持件移动至条形转台的两端对样品板进行操作；当两个夹持件从取用位和衍射仪样品台处拔出并夹持样品板后，条形转台旋转直至两个夹持件的位置互换，然后两夹持件把所夹持的样品板插入各自相邻的取用位和衍射仪样品台完成换样操作。

当衍射仪快门灯亮度由亮转暗时，样品更换机构对传送带取用位和衍射仪样品台处的样品板进行换样操作；当衍射仪快门灯亮度由暗转亮时，样品传送操作启动，传送带把样品板检测队列的下一个样品板送至取用位处。

所述样品更换机构的两个夹持件为第一夹爪和第二夹爪，第一夹爪设于第一导轨处，第一夹爪的开合动作由固定于第一导轨处的第二步进电机经第一丝杆驱动；第二夹爪设于第二导轨处，第二夹爪的开合动作由固定于第二导轨处的第三步进电机经第二丝杆驱动；所述第一导轨、第二导轨设于条形转台上，第一导轨、第二导轨由第四步进电机经第三丝杆驱动在条形转台长边方向上滑移，第一导轨、第二导轨在条形转台上的滑移方向相反；所述条形转台的旋转动作由舵机驱动。

所述换样装置的换样操作依次包括以下步骤。

A1、衍射仪样品台固定待测样品板，其余的样品板以传送带的取用位为起点依次排列于样品传送机构的传送带处形成样品板检测队列，传送带上的样品板以弹性压片固定。

A2、样品更换机构复位，条形转台的长边与传送带垂直，第一夹爪和第二夹爪位于条形转台的长边两端，此时第一夹爪和第二夹爪分别与传送带取用位和衍射仪样品台紧邻，取用位的样品板和衍射仪样品台固定的样品板均位于第一夹爪和第二夹爪的夹持范围内。

A3、当衍射仪完成对样品台处的样品的测试后，衍射仪快门灯关闭，光敏电阻传感器模块被触发，控制电路控制样品更换机构启动换样操作。

A4、第二步进电机和第三步进电机同步正转，驱动第一夹爪和第二夹爪分别夹紧取用位的待测样品板和衍射仪样品台上的已测样品板。

A5、第四步进电机正转，驱动第一导轨和第二导轨靠近，使第一夹爪和第二夹爪抽出取用位和衍射仪样品台的样品板。

A6、舵机旋转180度，将第一夹爪和第二夹爪夹持的样品板位置互换。

A7、第四步进电机反转，驱动第一导轨和第二导轨背离，从而将被夹持的样品板分别插入衍射仪样品台和传送带取用位，实现样品的自动换样。

A8、完成换样后，第二步进电机和第三步进电机反转，驱动第一夹爪和第二夹爪松开。

所述样品传送机构中，第一步进电机通过主动带轮、从动带轮驱动传送带；所述主动带轮、从动带轮的传动轴与传送带的承载面垂直，所述传送带为一水平设置的环形带。

所述光电传感器模块与传送带的取用位相邻，其感光探测面朝向取用位处固定的样品板，当样品板遮挡光电传感器模块的感光探测面时，控制电路模块使传送带停止运动。

所述样品传送操作依次包括以下步骤；

B1、衍射仪快门灯亮起时，光敏电阻传感器模块被触发，控制电路模块启动样品传送操作；

B2、第四步进电机正转，驱动第一导轨和第二导轨靠近；

B3、第一步进电机正转，使与第一步进电机相连的主动带轮驱动传送带运动，使样品板检测队列的下一个待测样品板到达取用位；

B4、到达取用位的待测样品板遮挡光电传感器模块的感光探测面；控制电路模块使传送带停止运动；

B5、第四步进电机反转，驱动第一导轨和第二导轨背离并到达条形转台的两端。

本发明的装置可装载的样品板的数量众多，实现了多试样的自动连续换样，提高了X射线多晶衍射仪的测试效率。

本发明的装置结构简单，成本低廉，便于推广使用。

本发明的装置无需对衍射仪进行大的改造，无需衍射仪更换衍射仪硬件和软件，可兼容多种型号的衍射仪，通用性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的示意图；

附图2是本发明的样品传送机构的示意图；

附图3是本发明的样品更换机构的示意图；

图中：1-样品板；2-样品传送机构；3-样品更换机构；4-光电传感器模块；5-光敏电阻传感器模块；6-控制电路模块；7-电源模块；8-衍射仪样品台；9-衍射仪快门灯；

201-传送带；202-弹性压片；203-主动带轮；204-第一步进电机；205-从动带轮；

301-第一夹爪；302-第一导轨；303-第二步进电机；304-第一丝杆；305第二夹爪；306-第二导轨；307-第三步进电机；308第二丝杆；309-条形转台；310-第四步进电机；311-第三丝杆；312-舵机；

401-取用位。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，所述换样装置包括样品板1、样品传送机构2、样品更换机构3、光电传感器模块4、光敏电阻传感器模块5、控制电路模块6以及电源模块7，所述光电传感器模块4、光敏电阻传感器模块5与控制电路模块6相连，所述光电传感器模块4设于样品传送机构处2对样品板1输送动作进行检测，所述光敏电阻传感器模块5设于衍射仪处对衍射仪快门灯9亮度进行检测；所述控制电路模块6连接至样品传送机构2、样品更换机构3对其控制。

所述样品传送机构2包括传送带201、弹性压片202和第一步进电机204，传送带承载面与样品更换机构相邻的部位为传送带上样品板的取用位；待衍射仪测试的样品板1以传送带承载面的取用位401为起点顺序放置形成样品板检测队列，样品板检测队列的样品板1被弹性压片202压置于传送带201的承载面上，取用位401处的样品板1一端朝向样品更换机构3伸出。

所述样品更换机构3位于取用位401和衍射仪样品台8之间，衍射仪样品台8处插有样品板1，样品台8处的样品板1一端朝向样品更换机构3伸出；样品更换机构3包括两个夹持件、动作驱动件和条形转台309，两夹持件以条形转台309上端面中心为对称点对称设于条形转台309上，当条形转台309旋转至转台两端部分别与取用位401和衍射仪样品台8相邻时，两夹持件移动至条形转台309的两端对样品板1进行操作；当两个夹持件从取用位401和衍射仪样品台8处拔出并夹持样品板1后，条形转台309旋转直至两个夹持件的位置互换，然后两夹持件把所夹持的样品板1插入各自相邻的取用位401和衍射仪样品台8完成换样操作。

当衍射仪快门灯9亮度由亮转暗时，样品更换机构对传送带取用位401和衍射仪样品台8处的样品板1进行换样操作；当衍射仪快门灯9亮度由暗转亮时，样品传送操作启动，传送带201把样品板检测队列的下一个样品板1送至取用位处。

所述样品更换机构3的两个夹持件为第一夹爪301和第二夹爪305，第一夹爪301设于第一导轨302处，第一夹爪301的开合动作由固定于第一导轨302处的第二步进电机303经第一丝杆304驱动；第二夹爪305设于第二导轨306处，第二夹爪305的开合动作由固定于第二导轨306处的第三步进电机307经第二丝杆308驱动；所述第一导轨302、第二导轨306设于条形转台309上，第一导轨302、第二导轨306由第四步进电机310经第三丝杆311驱动在条形转台309长边方向上滑移，第一导轨302、第二导轨306在条形转台309上的滑移方向相反；所述条形转台309的旋转动作由舵机312驱动。

所述舵机312为伺服电机。

所述换样装置的换样操作依次包括以下步骤。

A1、衍射仪样品台8固定待测样品板1，其余的样品板1以传送带的取用位401为起点依次排列于样品传送机构的传送带201处形成样品板检测队列，传送带201上的样品板1以弹性压片202固定；样品板载有样品。

A2、样品更换机构3复位，条形转台309的长边与传送带垂直，第一夹爪301和第二夹爪305位于条形转台309的长边两端，此时第一夹爪301和第二夹爪305分别与传送带取用位401和衍射仪样品台8紧邻，取用位401的样品板1和衍射仪样品台8固定的样品板1均位于第一夹爪301和第二夹爪305的夹持范围内。

A3、当衍射仪完成对样品台8处的样品的测试后，衍射仪快门灯9关闭，光敏电阻传感器模块被触发，控制电路控制样品更换机构启动换样操作。

A4、第二步进电机和第三步进电机同步正转，驱动第一夹爪和第二夹爪分别夹紧取用位的待测样品板和衍射仪样品台上的已测样品板。

A5、第四步进电机正转，驱动第一导轨和第二导轨靠近，使第一夹爪和第二夹爪抽出取用位和衍射仪样品台的样品板。

A6、舵机旋转180度，将第一夹爪301和第二夹爪305夹持的样品板1位置互换。

A7、第四步进电机310反转，驱动第一导轨302和第二导轨306背离，从而将被夹持的样品板1分别插入衍射仪样品台8和传送带取用位401，实现样品的自动换样，传送带取用位401处的弹性压片压住插入的样品板。

A8、完成换样后，第二步进电机303和第三步进电机307反转，驱动第一夹爪301和第二夹爪305松开。

所述样品传送机构2中，第一步进电机204通过主动带轮203、从动带轮205驱动传送带201；所述主动带轮203、从动带轮205的传动轴与传送带201的承载面垂直，所述传送带201为一水平设置的环形带。

所述光电传感器模块4与传送带的取用位401相邻，其感光探测面朝向取用位401处固定的样品板1，当样品板1遮挡光电传感器模块4的感光探测面时，控制电路模块6使传送带201停止运动。

所述样品传送操作依次包括以下步骤；

B1、衍射仪快门灯9亮起时，光敏电阻传感器模块5被触发，控制电路模块6启动样品传送操作；

B2、第四步进电机310正转，驱动第一导轨302和第二导轨306靠近；

B3、第一步进电机204正转，使与第一步进电机204相连的主动带轮203驱动传送带201运动，使样品板检测队列的下一个待测样品板1到达取用位401；

B4、到达取用位401的待测样品板1遮挡光电传感器模块4的感光探测面；控制电路模块6使传送带201停止运动；

B5、第四步进电机310反转，驱动第一导轨302和第二导轨306背离并到达条形转台309的两端。

在控制电路模块的控制下，衍射仪测试样品完毕后，再依次进行上述的换样操作和样品传送操作，最终实现样品的连续自动换样。

Claims (6)

1.一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述换样装置包括样品板、样品传送机构、样品更换机构、光电传感器模块、光敏电阻传感器模块、控制电路模块以及电源模块，所述光电传感器模块、光敏电阻传感器模块与控制电路模块相连，所述光电传感器模块设于样品传送机构处对样品板输送动作进行检测，所述光敏电阻传感器模块设于衍射仪处对衍射仪快门灯亮度进行检测；所述控制电路模块连接至样品传送机构、样品更换机构对其控制；

所述样品传送机构包括传送带、弹性压片和第一步进电机，传送带承载面与样品更换机构相邻的部位为传送带上样品板的取用位；待衍射仪测试的样品板以传送带承载面的取用位为起点顺序放置形成样品板检测队列，样品板检测队列的样品板被弹性压片压置于传送带的承载面上，取用位处的样品板一端朝向样品更换机构伸出；

所述样品更换机构位于取用位和衍射仪样品台之间，衍射仪样品台处插有样品板，样品台处的样品板一端朝向样品更换机构伸出；样品更换机构包括两个夹持件、动作驱动件和条形转台，两夹持件以条形转台上端面中心为对称点对称设于条形转台上，当条形转台旋转至转台两端部分别与取用位和衍射仪样品台相邻时，两夹持件移动至条形转台的两端对样品板进行操作；当两个夹持件从取用位和衍射仪样品台处拔出并夹持样品板后，条形转台旋转直至两个夹持件的位置互换，然后两夹持件把所夹持的样品板插入各自相邻的取用位和衍射仪样品台完成换样操作；

当衍射仪快门灯亮度由亮转暗时，样品更换机构对传送带取用位和衍射仪样品台处的样品板进行换样操作；当衍射仪快门灯亮度由暗转亮时，样品传送操作启动，传送带把样品板检测队列的下一个样品板送至取用位处。

2.根据权利要求1所述的一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述样品更换机构的两个夹持件为第一夹爪和第二夹爪，第一夹爪设于第一导轨处，第一夹爪的开合动作由固定于第一导轨处的第二步进电机经第一丝杆驱动；第二夹爪设于第二导轨处，第二夹爪的开合动作由固定于第二导轨处的第三步进电机经第二丝杆驱动；所述第一导轨、第二导轨设于条形转台上，第一导轨、第二导轨由第四步进电机经第三丝杆驱动在条形转台长边方向上滑移，第一导轨、第二导轨在条形转台上的滑移方向相反；所述条形转台的旋转动作由舵机驱动。

3.根据权利要求2所述的一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述换样装置的换样操作依次包括以下步骤；

A1、衍射仪样品台固定待测样品板，其余的样品板以传送带的取用位为起点依次排列于样品传送机构的传送带处形成样品板检测队列，传送带上的样品板以弹性压片固定；

A2、样品更换机构复位，条形转台的长边与传送带垂直，第一夹爪和第二夹爪位于条形转台的长边两端，此时第一夹爪和第二夹爪分别与传送带取用位和衍射仪样品台紧邻，取用位的样品板和衍射仪样品台固定的样品板均位于第一夹爪和第二夹爪的夹持范围内；

A3、当衍射仪完成对样品台处的样品的测试后，衍射仪快门灯关闭，光敏电阻传感器模块被触发，控制电路控制样品更换机构启动换样操作；

A4、第二步进电机（303）和第三步进电机（307）同步正转，驱动第一夹爪（301）和第二夹爪（305）分别夹紧取用位的待测样品板和衍射仪样品台（8）上的已测样品板；

A5、第四步进电机（310）正转，驱动第一导轨（302）和第二导轨（306）靠近，使第一夹爪（301）和第二夹爪（305）抽出取用位和衍射仪样品台的样品板；

A6、舵机（312）旋转180度，将第一夹爪（301）和第二夹爪（305）夹持的样品板位置互换；

A7、第四步进电机（310）反转，驱动第一导轨（302）和第二导轨（306）背离，从而将被夹持的样品板分别插入衍射仪样品台（8）和传动带取用位（401），实现样品的自动换样；

A8、完成换样后，第二步进电机（303）和第三步进电机（307）反转，驱动第一夹爪（301）和第二夹爪（305）松开。

4.根据权利要求2所述的一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述样品传送机构中，第一步进电机通过主动带轮、从动带轮驱动传送带；所述主动带轮、从动带轮的传动轴与传送带的承载面垂直，所述传送带为一水平设置的环形带。

5.根据权利要求4所述的一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述光电传感器模块与传送带的取用位相邻，其感光探测面朝向取用位处固定的样品板，当样品板遮挡光电传感器模块的感光探测面时，控制电路模块使传送带停止运动。

6.根据权利要求5所述的一种X射线多晶衍射仪用多试样自动换样装置，其特征在于：所述样品传送操作依次包括以下步骤；

B1、衍射仪快门灯（9）亮起时，光敏电阻传感器模块被触发，控制电路模块启动样品传送操作；

B2、第四步进电机（310）正转，驱动第一导轨（302）和第二导轨（306）靠近；

B3、第一步进电机（204）正转，使与第一步进电机相连的主动带轮（203）驱动传送带（201）运动，使样品板检测队列的下一个待测样品板到达取用位；

B4、到达取用位的待测样品板遮挡光电传感器模块的感光探测面；控制电路模块使传送带停止运动；

B5、第四步进电机（310）反转，驱动第一导轨（302）和第二导轨（306）背离并到达条形转台的两端。