CN109270285A - 一种真空进样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种真空进样装置，其包括工作腔室、XY二维运动平台、过渡舱室和举靶机构四部分。该真空进样装置，采用了独立的Z方向电机进行举靶，不会增加XY电机的负载，大大降低了丝杠的磨损，也不会对平台产生任何绕动力矩，从而长久保证了平台水平方向的位置精度；通过双O圈密封或波纹管密封设计，以保证举靶支杆与工作腔室的真空隔离密封。不仅结构简单、装配维护容易，而且通过对电机的程控，非常方便调整靶托的水平高度，调整密封效果。
Description
技术领域
本发明涉及进样装置技术领域，特别是涉及一种真空进样装置。
背景技术
许多仪器(例如质谱仪、能谱仪和电子显微镜等等)仪器有一个共同点：样品的电离、激发和检测都必须是在高真空环境下(优于10E-4Pa)进行，以保证电极不被高压击穿和检测器不被烧毁。样品首先是在大气环境下准备好，再通过一套真空进样装置，它能完成大气压向高真空过渡，在不破坏原有仪器工作区域的真空条件下，将装载着样品的样品靶板，通过运动平台送入到检测区域。
进样装置通常采用过渡样品舱室的设计。过渡样品舱室需要完成大气压和高真空的切换。但是在已经公开的现有技术中，过渡样品舱室与仪器工作区域的密封通常采用较为复杂的机械机构，动力来源也是与平台电机共用。因此，不仅设计比较复杂，装配调试困难，而且可靠性差，使用寿命短。长时间使用后容易造成电机寿命下降和丝杠磨损，从而影响运动平台的移动精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空进样装置，以解决上述现有技术存在的问题，该装置不仅能够能完成大气压向高真空过渡，在不破坏原有仪器工作区域的真空条件下更换样品；而且设计简单可靠，装配维护方便。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种真空进样装置，包括工作腔室、XY二维运动平台、过渡舱室和举靶机构，所述工作腔室的腔室盖板上分别开设有与真空设备连接的工作腔室开口、与检测设备连接的检测区开口和用于样品更换出入口的进样口；所述工作腔室内包括有所述过渡舱室，且所述进样口处设置有过渡舱室盖板；设置于所述工作腔室内的所述XY二维运动平台包括X方向平台和Y方向平台，所述Y方向平台安装在位于所述工作腔室内底部的Y轴驱动机构上，所述X方向平台通过X轴驱动机构安装在所述Y方向平台的顶部；所述举靶机构包括靶托和Z轴驱动机构，所述X方向平台上设置有若干个支撑螺柱，装有样品靶板的所述靶托放置在若干个所述支撑螺柱上，与所述靶托相配合的所述Y轴驱动机构竖直穿设在所述工作腔室内。
优选的，所述Y轴驱动机构包括Y轴电机、两条Y方向导轨和Y方向丝杠，两侧分别通过滑块滑动设置在两条所述Y方向导轨上的所述Y方向平台的底端通过Y轴丝杠螺母与所述Y方向丝杠连接，所述Y轴电机用于驱动所述Y方向丝杠运动。
优选的，所述X轴驱动机构包括X轴电机、两条X方向导轨和X方向丝杠，所述X方向平台和Y方向平台的正中开有凹槽缺口，所述Y方向平台为L型，两条所述X方向导轨分别安装在L型的所述Y方向平台的竖直顶部并位于所述凹槽缺口两侧，所述X方向平台的一端通过滑块滑动设置于所述X方向导轨内，另一端的底部通过X轴丝杠螺母与所述X方向丝杠连接，所述X轴电机用于驱动所述X轴方向丝杠运动。
优选的，所述Z轴驱动机构包括Z轴电机和靶托支柱，所述靶托支柱与所述Z轴电机的电机转轴通过螺纹连接。
优选的，所述靶托支柱与所述工作腔室的密封采用双O型圈密封或波纹管密封。
优选的，所述双O型圈的顶端和底端分别设置有O型圈压块和O型圈压紧螺母。
优选的，所述X方向平台和Y方向平台的正中开有凹槽缺口，所述靶托支柱能够穿过所述凹槽缺口并对准所述靶托的中心。
优选的，所述靶托的下表面正中心设置有定位槽，所述靶托支柱的顶部设置有凸顶，所述凸顶与所述定位槽相配合。
优选的，所述进样口的外围设置有密封槽，所述密封槽中安装有O型密封圈，所述进样口、样品靶托和所述过渡舱室盖板形成所述过渡舱室；所述过渡舱室的侧面开设有一导气孔，所述导气孔与真空阀门和低真空泵连接。
优选的，所述支撑螺柱的高度可调节。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、本发明中的真空进样装置，采用了独立的Z方向电机进行举靶，不会增加XY电机的负载，大大降低了丝杠的磨损，也不会对平台产生任何绕动力矩，从而长久保证了平台水平方向的位置精度；
2、通过双O圈密封或波纹管密封设计，以保证举靶支杆与工作腔室的真空隔离密封。不仅结构简单、装配维护容易，而且通过对电机的程控，非常方便调整靶托的水平高度，调整密封效果。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为真空进样装置处于正常工作状态下的结构示意图；
图2为真空进样装置处于正常工作状态下的截面图；
图3为真空进样装置处于更换样品状态下的结构示意图；
图4为真空进样装置处于更换样品状态下的截面示意图；
其中，1-工作腔室；1A-工作腔室开口；2-Y轴电机；3-Y方向导轨；4-Y轴滑块；5-Y方向平台；6-X轴电机；7-X方向导轨；8-X轴滑块；9-X方向平台；10-X轴丝杠螺母；11-X轴丝杠支座；12-X轴丝杠；13-Y轴丝杠；14-Y轴丝杠螺母；15-支撑螺柱；16-靶托；17-Z轴电机；18-靶托支柱；19-电机转轴；20-双O型密封圈；21-O型圈压块；22-O型圈压紧螺母；23-样品靶板；24-腔室盖板；24A-检测区开口；24B-进样口；25-过渡舱室盖板；26-O型密封圈。
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。
本发明的目的是提供一种真空进样装置，以解决上述现有技术存在的问题，该装置不仅能够能完成大气压向高真空过渡，在不破坏原有仪器工作区域的真空条件下更换样品；而且设计简单可靠，装配维护方便。
基于此，本发明提供的真空进样装置，包括工作腔室、XY二维运动平台、过渡舱室和举靶机构，工作腔室的腔室盖板上分别开设有与真空设备连接的工作腔室开口、与检测设备连接的检测区开口和用于样品更换出入口的进样口；工作腔室内包括有过渡舱室，且进样口处设置有过渡舱室盖板；设置于工作腔室内的XY二维运动平台包括X方向平台和Y方向平台，Y方向平台安装在位于工作腔室内底部的Y轴驱动机构上，X方向平台通过X轴驱动机构安装在Y方向平台的顶部；举靶机构包括靶托和Z轴驱动机构，X方向平台上设置有若干个支撑螺柱，装有样品靶板的靶托放置在若干个支撑螺柱上，与靶托相配合的Y轴驱动机构竖直穿设在工作腔室内。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-4，其中，图1为真空进样装置处于正常工作状态下的结构示意图；图2为真空进样装置处于正常工作状态下的截面图；图3为真空进样装置处于更换样品状态下的结构示意图；图4为真空进样装置处于更换样品状态下的截面示意图。
如图1-4所示，本发明提供一种真空进样装置，其包括工作腔室1、XY二维运动平台、过渡舱室和举靶机构四部分：
工作腔室1由工作腔室1(工作腔室开口1A与真空获得设备相连)和腔室盖板24组成。腔室盖板24有两个开口:检测区开口24A与检测设备相连；进样口24B是样品更换出入口。
进一步地，工作腔室开口1A连接高真空泵，保证整个工作腔室1处于高真空状态(通常优于1E-4Pa)；位于工作腔室1上方的主盖板中心孔连通着仪器的检测器。
二维运动平台分为X方向平台9和Y方向平台5。Y方向平台5安装在工作腔室1的底部，由Y轴电机2、两条Y方向导轨3、四个Y轴滑块4(每条导轨上两个滑块)、Y方向平台、Y轴丝杠13和Y轴丝杠螺母14组成。Y方向平台5固定在Y轴滑块4上，并与Y轴丝杠螺母14连接；Y轴电机2转动可以带动Y轴丝杠螺母14直线运动，从而保证Y方向平台5在Y方向的前后移动；X方向平台9安装Y方向平台5上，由X轴电机6、两条X方向导轨7、四个X轴滑块8(每条导轨上两个滑块)、X方向平台9、X轴丝杠螺母10和X轴丝杠12组成。同样，X方向平台9与X轴丝杠螺母10连接，通过X轴电机6的转动可以带动轴丝杠螺母的直线运动，从而保证X方向平台9在X方向的前后移动；X轴丝杠12通过X轴丝杠支座11进行固定安装。
X方向平台9上有三个支撑螺柱15；装有样品靶板23的靶托搁置在这三个螺柱上。靶托的水平高度可以通过三个螺柱的高度进行调整；
过渡舱室由腔室盖板24、过渡舱室盖板25和O型密封圈26组成；
举靶机构由靶托、Z轴电机17、靶托支柱18、电机转轴19、双O型密封圈20、O型圈压块21和O型圈压紧螺母22组成；靶托支柱18的真空密封采用双O型圈密封圈密封，通过O型圈压紧螺母22将O型圈压扁变形后实现密封效果。靶托支柱18和电机转轴19通过螺纹连接，可以实现在Z方向的上下移动。
进一步地，Z轴电机17采用大推力的直线电机；靶托支柱18与工作腔室1的密封采用双O圈密封或波纹管密封方式；
更进一步地，X和Y运动平台正中开有凹槽缺口，保证靶托支柱18可以不受阻挡，能够对准靶托中心；在靶托下表面正中心设计有定位槽，靶托支柱18的顶部设计有凸顶，与靶托下表面的定位槽配合，保证在举靶时不发生偏移。
该真空进样装置在主盖板的右侧设计进样口24B。该开口外围的上下两面都设计有密封槽，槽内装有O型密封圈26。该开口与样品靶板23和过渡舱室盖板25形成一个过渡舱室；过渡舱室侧面开有一个导气孔，连接真空阀门和低真空泵，保证样品舱室能实现大气和真空状态之间的切换。
在实际工作时，全部的电机都是由主控电脑程序控制的。平台每个方向的位移的距离都是可以精确控制的。
在需要更换样品时，本发明的装置会在预设的电脑程序下按照下列次序完成样品更换操作:
1、X方向平台9移动至X方向的正中央，缺口对准举靶支柱；
2、Y方向平台5往过渡腔室方向移动，一直到举靶支柱顶端的支撑凸起对准靶托下方正中央的定位凹槽；
3、Z轴电机17带动电机转轴19将靶托支柱18向上顶，靶托压缩腔室盖板24下表面开口内的O圈，从而实现高真空密封，并形成一个过渡腔室。此步骤完成后，过渡腔室与工作腔室1就完全隔离了；
4、通过腔体盖板的进样口24B侧面的小孔，打开与之相连的真空阀门，将大气导入过渡腔室。在过渡腔室与腔外达到气压平衡后，就可以打开过渡舱室盖板25，取出样品靶板23；
5、更换样品靶板23后，重新将它置于靶托之内。盖上过渡舱室盖板25，然后使用真空泵，同样通过腔体盖板的进样口24B侧面的小孔将过渡腔室的空气抽走。这样过渡腔室又回到更换样品之前的状态；
6、Z轴电机17带动靶托支柱18和靶托向下移动，直到靶托重新落在三个支撑螺母上；
7、Y方向平台5再移动至工作检测区域，完成更换样品靶板23的全部操作。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种真空进样装置，其特征在于：包括工作腔室、XY二维运动平台、过渡舱室和举靶机构，所述工作腔室的腔室盖板上分别开设有与真空设备连接的工作腔室开口、与检测设备连接的检测区开口和用于样品更换出入口的进样口；所述工作腔室内包括有所述过渡舱室，且所述进样口处设置有过渡舱室盖板；设置于所述工作腔室内的所述XY二维运动平台包括X方向平台和Y方向平台，所述Y方向平台安装在位于所述工作腔室内底部的Y轴驱动机构上，所述X方向平台通过X轴驱动机构安装在所述Y方向平台的顶部；所述举靶机构包括靶托和Z轴驱动机构，所述X方向平台上设置有若干个支撑螺柱，装有样品靶板的所述靶托放置在若干个所述支撑螺柱上，与所述靶托相配合的所述Y轴驱动机构竖直穿设在所述工作腔室内。
2.根据权利要求1所述的真空进样装置，其特征在于：所述Y轴驱动机构包括Y轴电机、两条Y方向导轨和Y方向丝杠，两侧分别通过滑块滑动设置在两条所述Y方向导轨上的所述Y方向平台的底端通过Y轴丝杠螺母与所述Y方向丝杠连接，所述Y轴电机用于驱动所述Y方向丝杠运动。
3.根据权利要求2所述的真空进样装置，其特征在于：所述X轴驱动机构包括X轴电机、两条X方向导轨和X方向丝杠，所述X方向平台和Y方向平台的正中开有凹槽缺口，所述Y方向平台为L型，两条所述X方向导轨分别安装在L型的所述Y方向平台的竖直顶部并位于所述凹槽缺口两侧，所述X方向平台的一端通过滑块滑动设置于所述X方向导轨内，另一端的底部通过X轴丝杠螺母与所述X方向丝杠连接，所述X轴电机用于驱动所述X轴方向丝杠运动。
4.根据权利要求1所述的真空进样装置，其特征在于：所述Z轴驱动机构包括Z轴电机和靶托支柱，所述靶托支柱与所述Z轴电机的电机转轴通过螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的真空进样装置，其特征在于：所述靶托支柱与所述工作腔室的密封采用双O型圈密封或波纹管密封。
6.根据权利要求5所述的真空进样装置，其特征在于：所述双O型圈的顶端和底端分别设置有O型圈压块和O型圈压紧螺母。
7.根据权利要求4所述的真空进样装置，其特征在于：所述X方向平台和Y方向平台的正中开有凹槽缺口，所述靶托支柱能够穿过所述凹槽缺口并对准所述靶托的中心。
8.根据权利要求4所述的真空进样装置，其特征在于：所述靶托的下表面正中心设置有定位槽，所述靶托支柱的顶部设置有凸顶，所述凸顶与所述定位槽相配合。
9.根据权利要求1所述的真空进样装置，其特征在于：所述进样口的外围设置有密封槽，所述密封槽中安装有O型密封圈，所述进样口、样品靶托和所述过渡舱室盖板形成所述过渡舱室；所述过渡舱室的侧面开设有一导气孔，所述导气孔与真空阀门和低真空泵连接。
10.根据权利要求1所述的真空进样装置，其特征在于：所述支撑螺柱的高度可调节。
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