CN113188457A - 一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于补偿器同步旋转结构技术领域，具体涉及一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，小同步齿轮、大同步齿轮与伺服电机轴伸端同轴固定连接，小同步齿轮通过第一齿形皮带与第一锥齿轮同步齿轮啮合，第一锥齿轮同步齿轮与第一直齿锥齿轮主动轮同轴固定连接，第一直齿锥齿轮主动轮与第一直齿锥齿轮从动轮啮合，大同步齿轮通过第二齿形皮带与第二锥齿轮同步齿轮连接，第二锥齿轮同步齿轮与第二直齿锥齿轮主动轮同轴固定连接，第二直齿锥齿轮主动轮与第二直齿锥齿轮从动轮啮合。本发明通过一个伺服电机带动起偏臂和检偏臂上的两个相位补偿器以不同的速度比同步旋转，并且单伺服电机的控制方式和最终信号的触发采集也更为简洁。
Description
技术领域
本发明属于补偿器同步旋转结构技术领域，具体涉及一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构。
背景技术
随着电子产品向小型化、集成化方向发展，近几年来，纳米薄膜越来越多地出现在科研和工业产品中，在军事设备中有广泛的应用前景。因此，对薄膜表征技术在分辨率和精度上提出了要求。薄膜厚度的测量方法可分为光学法和非光学法两类。非光学法有电容法、力学显微镜测厚法、触针法、比重法、定量法、定量化学分析法等。非光学法只适用于较厚的膜，对于很薄的膜，虽然有一些精密的测量方法，但测量工序繁杂，有时还需在测量前对薄膜进行处理。光学法主要有红外光谱分析测厚法、射线测厚法、激光测厚法、光干涉法、椭偏测厚法等。
椭偏测厚法是通过同时测量反射光束的幅值衰减和相位改变来求得被测样品的光学常数，椭偏仪就是通过检测光的偏振特性进行测量的一种科学仪器，Mueller矩阵椭偏仪是一种新型的椭偏仪，一次测量能够得Mueller矩阵的16个测量参数，从而获取更多样品信息，双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪检偏臂和起偏臂上各有一个稳定旋转的补偿器，光线从光源发出经过起偏臂，再经过样品，反射回检偏臂，在检偏臂上的旋转相位补偿器稳定旋转，经过位补偿器的出射光的相对相位差会发生连续周期性变化，这样就可以通过旋转补偿器来控制相位变化，实现相位的调制。
现在大多数双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的相位补偿器的旋转方法都采用双电机形式，起偏臂和检偏臂的相位补偿器上个安装一个电机带动相位补偿器旋转，这样的方法确实可行，但是想要同步两个电机的速度比较复杂，而且存在误差，并且对最后信号的触发采集也造成了困难。
发明内容
针对上述现在大多数双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的相位补偿器的旋转同步两个电机的速度比较复杂，而且存在误差，并且对最后信号的触发采集也造成了困难的技术问题，本发明提供了一种成本低、效果好、误差小的双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，包括小同步齿轮、大同步齿轮、伺服电机轴伸端、第一齿形皮带、第一锥齿轮同步齿轮、第一直齿锥齿轮主动轮、第一直齿锥齿轮从动轮、第二齿形皮带、第二锥齿轮同步齿轮、第二直齿锥齿轮主动轮、第二直齿锥齿轮从动轮，所述小同步齿轮、大同步齿轮与伺服电机轴伸端同轴固定连接，所述小同步齿轮通过第一齿形皮带与第一锥齿轮同步齿轮啮合，所述第一锥齿轮同步齿轮与第一直齿锥齿轮主动轮同轴固定连接，所述第一直齿锥齿轮主动轮与第一直齿锥齿轮从动轮啮合，所述大同步齿轮通过第二齿形皮带与第二锥齿轮同步齿轮连接，所述第二锥齿轮同步齿轮与第二直齿锥齿轮主动轮同轴固定连接，所述第二直齿锥齿轮主动轮与第二直齿锥齿轮从动轮啮合。
所述第一直齿锥齿轮主动轮通过第一法兰盘安装在第一直角铝制结构板上，所述第一直齿锥齿轮从动轮通过第二法兰盘安装在第一直角铝制结构板上。
所述第二直齿锥齿轮主动轮通过第三法兰盘安装在第二直角铝制结构板上，所述第二直齿锥齿轮从动轮通过第四法兰盘安装在第二直角铝制结构板上。
所述小同步齿轮与大同步齿轮外径比为3:5。
所述第一直齿锥齿轮主动轮与第一直齿锥齿轮从动轮的交角为90度，所述第二直齿锥齿轮主动轮与第二直齿锥齿轮从动轮的交角为90度。
所述第一直齿锥齿轮从动轮、第二直齿锥齿轮从动轮的中心均采用中空结构。
所述第一直齿锥齿轮从动轮、第二直齿锥齿轮从动轮的中空结构内分别设置有相位补偿器。
所述伺服电机轴伸端的一端与小同步齿轮、大同步齿轮通过键槽固定，所述伺服电机轴伸端的另一端连接伺服电机，所述伺服电机内设置有用于测量伺服电机转速位移的编码器。
所述第一直角铝制结构板、第二直角铝制结构板内均集成安装有两个高精度轴承，所述第一直角铝制结构板的两个高精度轴承分别与第一直齿锥齿轮主动轮、第一直齿锥齿轮从动轮连接，所述第二直角铝制结构板的两个高精度轴承分别与第二直齿锥齿轮主动轮、第二直齿锥齿轮从动轮连接。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明通过一个伺服电机带动起偏臂和检偏臂上的两个相位补偿器以不同的速度比同步旋转，整体设计结构不复杂，并且单伺服电机的控制方式和最终信号的触发采集也更为简洁。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的前视图；
图3为本发明的右视图；
图4为本发明的上视图；
图5为本发明的等轴测图。
其中：1为小同步齿轮，2为大同步齿轮，3为伺服电机轴伸端，4为第一齿形皮带，5为第一锥齿轮同步齿轮，6为第一直齿锥齿轮主动轮，7为第一直齿锥齿轮从动轮，8为第二齿形皮带，9为第二锥齿轮同步齿轮，10为第二直齿锥齿轮主动轮，11为第二直齿锥齿轮从动轮，12为第一法兰盘，13为第二法兰盘，14为第一直角铝制结构板，15为第三法兰盘， 16为第四法兰盘，17为第二直角铝制结构板。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，如图1、图2、图3、图4、图5所示，包括小同步齿轮1、大同步齿轮2、伺服电机轴伸端3、第一齿形皮带4、第一锥齿轮同步齿轮5、第一直齿锥齿轮主动轮6、第一直齿锥齿轮从动轮7、第二齿形皮带 8、第二锥齿轮同步齿轮9、第二直齿锥齿轮主动轮10、第二直齿锥齿轮从动轮11，小同步齿轮1、大同步齿轮2与伺服电机轴伸端3同轴固定连接，小同步齿轮1通过第一齿形皮带4 与第一锥齿轮同步齿轮5啮合，第一锥齿轮同步齿轮5与第一直齿锥齿轮主动轮6同轴固定连接，第一直齿锥齿轮主动轮6与第一直齿锥齿轮从动轮7啮合，大同步齿轮2通过第二齿形皮带8与第二锥齿轮同步齿轮9连接，第二锥齿轮同步齿轮9与第二直齿锥齿轮主动轮10 同轴固定连接，第二直齿锥齿轮主动轮10与第二直齿锥齿轮从动轮11啮合。伺服电机启动带动电机轴伸端上的小同步齿轮1和大同步齿轮2转动，小同步齿轮1连接第一齿形皮带4，带动第一齿形皮带4转动，通过第一齿形皮带4带动第一锥齿轮同步齿轮5转动，从而带动第一直齿锥齿轮主动轮6，第一锥齿轮同步齿轮5和第一直齿锥齿轮主动轮6转动角度和速度相同。通过第一直齿锥齿轮主动轮6带动第一直齿锥齿轮从动轮7转动，直齿锥齿轮主动轮和从动轮外径大小相同，因此转速相同。大同步齿轮2连接第二齿形皮带8，带动第二齿形皮带8转动，通过第二齿形皮带8带动第二锥齿轮同步齿轮9转动，从而带动第一直齿锥齿轮主动轮6，第二锥齿轮同步齿轮9和第二直齿锥齿轮主动轮10转动角度和速度相同。通过第二直齿锥齿轮主动轮10带动第二直齿锥齿轮从动轮11转动，直齿锥齿轮主动轮和从动轮外径大小相同，因此转速相同。
进一步，第一直齿锥齿轮主动轮6通过第一法兰盘12安装在第一直角铝制结构板14上，第一直齿锥齿轮从动轮7通过第二法兰盘13安装在第一直角铝制结构板14上。
进一步，第二直齿锥齿轮主动轮10通过第三法兰盘15安装在第二直角铝制结构板17上，第二直齿锥齿轮从动轮11通过第四法兰盘16安装在第二直角铝制结构板17上。
进一步，优选的，小同步齿轮1与大同步齿轮2外径比为3:5。
进一步，优选的，第一直齿锥齿轮主动轮6与第一直齿锥齿轮从动轮7的交角为90度，第二直齿锥齿轮主动轮10与第二直齿锥齿轮从动轮11的交角为90度，也就是说直齿锥齿轮传动角度为90度，这样也就实现了旋转方向为90度的传动。
进一步，优选的，第一直齿锥齿轮从动轮7、第二直齿锥齿轮从动轮11的中心均采用中空结构。
进一步，第一直齿锥齿轮从动轮7、第二直齿锥齿轮从动轮11的中空结构内分别设置有相位补偿器，以实现补偿器旋转。
进一步，伺服电机轴伸端3的一端与小同步齿轮1、大同步齿轮2通过键槽固定，伺服电机轴伸端3的另一端连接伺服电机，伺服电机内设置有用于测量伺服电机转速位移的编码器。
进一步，第一直角铝制结构板14、第二直角铝制结构板17内均集成安装有两个高精度轴承，第一直角铝制结构板14的两个高精度轴承分别与第一直齿锥齿轮主动轮6、第一直齿锥齿轮从动轮7连接，第二直角铝制结构板17的两个高精度轴承分别与第二直齿锥齿轮主动轮10、第二直齿锥齿轮从动轮11连接，以实现锥齿轮的稳定旋转。第一直角铝制结构板14、第二直角铝制结构板17与高精度轴承集成安装，使高精度轴承的轴向和径向晃动最小，最大限度的提高整体精度。
本发明的工作流程为：伺服电机启动带动电机轴伸端上的小同步齿轮1和大同步齿轮2 转动，小同步齿轮1连接第一齿形皮带4，带动第一齿形皮带4转动，通过第一齿形皮带4 带动第一锥齿轮同步齿轮5转动，从而带动第一直齿锥齿轮主动轮6，第一锥齿轮同步齿轮5 和第一直齿锥齿轮主动轮6转动角度和速度相同。通过第一直齿锥齿轮主动轮6带动第一直齿锥齿轮从动轮7转动，直齿锥齿轮主动轮和从动轮外径大小相同，因此转速相同，并且第一直齿锥齿轮主动轮6与第一直齿锥齿轮从动轮7交角为90度，也就是说直齿锥齿轮传动角度为90度，这样也就实现了旋转方向为90度的传动。大同步齿轮2连接第二齿形皮带8，带动第二齿形皮带8转动，通过第二齿形皮带8带动第二锥齿轮同步齿轮9转动，从而带动第二直齿锥齿轮主动轮10，第二锥齿轮同步齿轮9和第二直齿锥齿轮主动轮10转动角度和速度相同。通过第二直齿锥齿轮主动轮10带动第二直齿锥齿轮从动轮11转动，直齿锥齿轮主动轮和从动轮外径大小相同，因此转速相同，并且第二直齿锥齿轮主动轮10与第二直齿锥齿轮从动轮11交角为90度，也就是说直齿锥齿轮传动角度为90度，这样也就实现了旋转方向为90度的传动。
第一直齿锥齿轮从动轮7、第二直齿锥齿轮从动轮11中心为中空结构，相位补偿器就安装在第一直齿锥齿轮从动轮7、第二直齿锥齿轮从动轮11中间，以实现补偿器旋转。在椭偏仪测量过程中，旋转的相位补偿器中会有光通过，经过位补偿器的出射光的相对相位差会发生连续周期性变化，这样就可以通过旋转补偿器来控制相位变化，实现相位的调制。最后第一直角铝制结构板14、第二直角铝制结构板17的作用就是固定锥齿轮主动轮和从动轮，并且更重要的一点是铝制结构板要集成有高精度轴承，这样直齿锥齿轮才能保证稳定且高精度的旋转，以致出射光能达到我们的测量要求。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：包括小同步齿轮(1)、大同步齿轮(2)、伺服电机轴伸端(3)、第一齿形皮带(4)、第一锥齿轮同步齿轮(5)、第一直齿锥齿轮主动轮(6)、第一直齿锥齿轮从动轮(7)、第二齿形皮带(8)、第二锥齿轮同步齿轮(9)、第二直齿锥齿轮主动轮(10)、第二直齿锥齿轮从动轮(11)，所述小同步齿轮(1)、大同步齿轮(2)与伺服电机轴伸端(3)同轴固定连接，所述小同步齿轮(1)通过第一齿形皮带(4)与第一锥齿轮同步齿轮(5)啮合，所述第一锥齿轮同步齿轮(5)与第一直齿锥齿轮主动轮(6)同轴固定连接，所述第一直齿锥齿轮主动轮(6)与第一直齿锥齿轮从动轮(7)啮合，所述大同步齿轮(2)通过第二齿形皮带(8)与第二锥齿轮同步齿轮(9)连接，所述第二锥齿轮同步齿轮(9)与第二直齿锥齿轮主动轮(10)同轴固定连接，所述第二直齿锥齿轮主动轮(10)与第二直齿锥齿轮从动轮(11)啮合。
2.根据权利要求1所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第一直齿锥齿轮主动轮(6)通过第一法兰盘(12)安装在第一直角铝制结构板(14)上，所述第一直齿锥齿轮从动轮(7)通过第二法兰盘(13)安装在第一直角铝制结构板(14)上。
3.根据权利要求2所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第二直齿锥齿轮主动轮(10)通过第三法兰盘(15)安装在第二直角铝制结构板(17)上，所述第二直齿锥齿轮从动轮(11)通过第四法兰盘(16)安装在第二直角铝制结构板(17)上。
4.根据权利要求1所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述小同步齿轮(1)与大同步齿轮(2)外径比为3:5。
5.根据权利要求1所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第一直齿锥齿轮主动轮(6)与第一直齿锥齿轮从动轮(7)的交角为90度，所述第二直齿锥齿轮主动轮(10)与第二直齿锥齿轮从动轮(11)的交角为90度。
6.根据权利要求1所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第一直齿锥齿轮从动轮(7)、第二直齿锥齿轮从动轮(11)的中心均采用中空结构。
7.根据权利要求6所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第一直齿锥齿轮从动轮(7)、第二直齿锥齿轮从动轮(11)的中空结构内分别设置有相位补偿器。
8.根据权利要求1所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述伺服电机轴伸端(3)的一端与小同步齿轮(1)、大同步齿轮(2)通过键槽固定，所述伺服电机轴伸端(3)的另一端连接伺服电机，所述伺服电机内设置有用于测量伺服电机转速位移的编码器。
9.根据权利要求3所述的一种双旋转补偿器型Mueller矩阵椭偏仪的补偿器同步旋转结构，其特征在于：所述第一直角铝制结构板(14)、第二直角铝制结构板(17)内均集成安装有两个高精度轴承，所述第一直角铝制结构板(14)的两个高精度轴承分别与第一直齿锥齿轮主动轮(6)、第一直齿锥齿轮从动轮(7)连接，所述第二直角铝制结构板(17)的两个高精度轴承分别与第二直齿锥齿轮主动轮(10)、第二直齿锥齿轮从动轮(11)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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