CN117506963B - 一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，涉及核燃料循环及辐照效应研究领域，二次离子质谱仪外安装有屏蔽手套箱，还包括剑式机械手本体；剑式机械手本体位于屏蔽门之外的一端带有把手组件，剑式机械手本体内部在沿自身长度方向上滑动连接有活动总轴；把手组件用于带动活动轴沿剑式机械手本体长度方向伸缩；剑式机械手本体伸入窥视窗内的一端带有夹钳组件，活动总轴的伸缩用于带动夹钳组件上的夹钳相向夹持或相互远离。根据二次离子质谱仪的工作特点及屏蔽手套箱的结构特点，对不同规格强放试样的抓取、转运、与SIMS设备对接装样等功能的一种剑式机械手，为二次离子质谱仪应用于核结构与功能材料的研发提供技术支持和安全保障。

Description

一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手

技术领域

本发明涉及核燃料循环及辐照效应研究领域，具体涉及一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手。

背景技术

二次离子质谱仪（Secondary Ion Spectrometry，简称SIMS）是表征固体材料表面组分和杂质的一种粒子束分析设备，具有极高的检测灵敏度。随着核能的不断发展，SIMS逐渐成为了核燃料与核结构材料研发过程中不可替代的分析检测实验设备。然而，辐照后的核材料普遍具有极高的放射性，会对实验人员和设备关键零部件等造成损伤，影响试验的开展和分析精度。所以，一般检验强放试样的SIMS设备都会配备一套专用的放射性屏蔽手套箱；而为了避免实验过程中实验人员与强放试样直接接触，因此目前还亟需在屏蔽手套箱内应配置一个专门用于强放试样转运、与SIMS设备对接装样等功能的专用剑式机械手。

发明内容

本发明未解决现有技术的不足，目的在于提供一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，根据二次离子质谱仪的工作特点及屏蔽手套箱的结构特点，旨在发明一种能够实现对强试样进行屏蔽密封，对不同规格强放试样的抓取、转运、与SIMS设备对接装样等功能的一种剑式机械手，为二次离子质谱仪应用于核结构与功能材料的研发提供技术支持和安全保障。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，所述二次离子质谱仪外安装有屏蔽手套箱，还包括剑式机械手本体；

所述剑式机械手本体从外到内依次穿过屏蔽手套箱上的屏蔽门和窥视窗，所述剑式机械手本体和屏蔽门转动连接：所述剑式机械手本体能绕自身和所述屏蔽门的连接位置自由转动；所述窥视窗上和所述剑式机械手本体的连接位置处带有密封袖套；

所述剑式机械手本体位于所述屏蔽门之外的一端带有把手组件，所述剑式机械手本体内部在沿自身长度方向上滑动连接有活动总轴；所述把手组件用于带动所述活动轴沿所述剑式机械手本体长度方向伸缩；

所述剑式机械手本体伸入所述窥视窗内的一端带有夹钳组件，所述活动总轴的伸缩用于带动所述夹钳组件上的夹钳相向夹持或相互远离。

相对于现有技术中，辐照后的核材料普遍具有极高的放射性，会对实验人员和设备关键零部件等造成损伤，影响试验的开展和分析精度。所以，一般检验强放试样的SIMS设备都会配备一套专用的放射性屏蔽手套箱，如在放射性屏蔽手套箱处没有设置相应的能够进行强放试样转运、与SIMS设备对接装样等操作设备，很容易导致实验过程中实验人员与强放试样直接接触的问题，本发明提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，能根据二次离子质谱仪的工作特点及屏蔽手套箱的结构特点，能够实现对强试样进行屏蔽密封，对不同规格强放试样的抓取、转运、与SIMS设备对接装样等功能的一种剑式机械手，为二次离子质谱仪应用于核结构与功能材料的研发提供技术支持和安全保障。

具体方案中，在二次离子质谱仪之外设置有屏蔽手套箱，而剑式机械手本体则通过穿墙件安装在屏蔽门上，其中穿墙件的材质选用不锈钢夹铅材质，表面光滑平整，保证对强放试样的屏蔽功能；屏蔽门为可开合设计，屏蔽门上设有铅玻璃窥视窗，可通过窥视窗观察手套箱内剑式机械手的工作状态。在穿墙件内安装有球轴承，主体结构由外壳体、内壳体、外球体、内球体及套芯等零、组件构成，主体材料由不锈钢、铅制作而成；剑式机械手安装在内球体上，进行工位、工步操作时通过内、外球体的旋转运动配合剑式机械手的前后运动实现机构在三维运动空间内各操作点的抓取工作，即通过球轴承可满足机械手4个自由的运动方向，及可实现前后伸缩、左右摆动、上下摆动、旋转摆动，这4个自由度中旋转摆动和前后伸缩是机械手臂本身在球轴承中相对运动实现的，上下摆动和左右摆动由球轴承独立完成。通过剑式机械手运动的四个自由度配合把手组件，可在屏蔽体室外控制机械手对室内对样件进行抓取、转运等工作，避免了人体直接接触试样产生的放射性伤害。在屏蔽门内的窥视窗的材质采用钢化玻璃，钢化玻璃上开有两个手套孔和一个剑式机械手的穿墙孔，开手套孔的目的为了处理强放试样掉落盲区及设备检修等突发情况。

为了保证机械手与窥视窗连接部位的密封性能，在机械手与窥视窗之间安装了一个6-密封袖套，密封袖套的材质选用耐酸碱性及耐辐照性能好的聚乙烯材质，袖套为可伸缩的折棚结构设计，保持良好的伸缩性能，以适应剑式机械手传动轴的伸缩要求，袖套上端头采用支撑环暗转在窥视窗的接口处，下端头连接在剑式机械手的连接组件上，袖套下端部采用模块化设计，可通过更换装置进行远距离快速拆装。

另外，剑式机械手本体的两端还分别带有把手组件和夹钳组件，把手组件用于驱动内部的活动总轴进行来回移动，在活动总轴的来回移动过程中，能通过连杆组件控制夹钳进行夹持或者松脱，其中控制中间杆的来回运动，从而通过连杆组件带动夹钳进行夹持在现有技术中具有多种实现方式，此处不在赘述。

更进一步的方案，作为一种能拆分剑式机械手的具体实现方式，所述剑式机械手本体还包括位于把手组件和夹钳组件之间的连接组件，所述把手组件通过传动轴和所述连接组件一端可拆卸连接，所述传动轴中部和所述屏蔽门转动连接；所述连接组件和所述密封袖套可拆卸连接；所述连接组件穿过所述密封袖套的另一端和所述夹钳组件可拆卸连接；所述活动总轴在沿自身长度方向上依次包括有第一顶轴、第二顶轴和第三顶轴，所述第一顶轴、第二顶轴和第三顶轴分别位于所述把手组件、连接组件和夹钳组件内；所述第一顶轴、第二顶轴和第三顶轴依次抵接，且分别连接有弹簧复位件。

更进一步的方案，作为一种把手组件的具体实现方式，所述把手组件包括手柄和扳机，所述扳机的中部和所述手柄铰接；所述传动轴一端固定于扳机上，且所述传动轴一端开口并带有凹槽，所述凹槽内固定有第一弹簧；所述第一顶轴一端滑动穿过所述传动轴内部，并依次穿出所述凹槽和第一弹簧；所述活动总轴一端通过顶杆头抵在所述扳机端部，所述顶杆头和所述凹槽滑动连接，且所述顶杆头伸入所述凹槽内的一端抵在所述第一弹簧端部。

更进一步的方案，作为一种连接组件的具体实现方式，所述连接组件包括连接头，所述连接头中部带有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内依次设置有挡垫和压紧环，所述挡垫和所述第一贯穿孔滑动连接，并能沿所述第一贯穿孔长度方向滑动；所述挡垫和压紧环之间固定有第二弹簧，所述第二顶轴和所述第一贯穿孔一端滑动连接，且所述第二顶轴一端依次穿过压紧环和第二弹簧，并和所述挡垫连接；所述传动轴另一端伸入所述第一贯穿孔另一端内，并和所述连接头可拆卸连接；所述传动轴内部的第一顶轴另一端伸出所述传动轴，并抵接于所述挡垫。

更进一步的方案，作为一种快速分离把手组件和连接组件的具体实现方式，所述传动轴伸入所述第一贯穿孔内的端部外侧上带有轨迹槽，所述第一贯穿孔另一端的所述连接头上带有第一螺钉，所述第一螺钉的端部能伸入所述轨迹槽内；所述轨迹槽包括依次连接的第一平行段、连接段和第二平行段，所述第一平行段和第二平行段相互平行，且均沿所述传动轴长度方向设置；所述第一平行段的一端贯通所述传动轴另一端端部；所述连接段用于分别和所述第一平行段与所述第二平行段连通。

更进一步的方案，作为一种无外力拆卸分离把手组件和连接组件的具体实现方式，所述连接头的中部两侧还分别带有限位卡槽；所述二次离子质谱仪上带有脱离支架，所述脱离支架上带有U型槽，所述U型槽的两侧边分别用于卡入两个所述限位卡槽内。

更进一步的方案，作为一种夹钳组件的具体实现方式，所述夹钳组件包括夹钳体，所述夹钳体中部带有第二贯穿孔，所述第三顶轴位于所述第二贯穿孔一端内，所述第三顶轴为T型件，所述T型件中部杆件伸入到所述第二贯穿孔内，所述中部杆件的端部带有第二螺钉，所述第二螺钉的头部直径大于所述中部杆件的直径；所述第二贯穿孔一端的端部为缩径口，所述缩径口内端和所述第二螺钉头部之间连接有第三弹簧，所述第三弹簧套设于所述中部杆件上；所述T型件的两侧杆件通过连杆组件和夹钳连接；所述连接组件包括连接头，所述连接头端部伸入所述第二贯穿孔另一端内，并和所述夹钳体可拆卸连接；所述第二顶轴用于推动所述第二螺钉。

更进一步的方案，作为一种连接组件和夹钳组件可拆卸的具体实现方式，所述夹钳体靠近所述连接头的一端开有弧形槽，所述弧形槽内带有压盖压簧组件，所述压盖压簧组件包括挡块、第四弹簧和限位杆，所述挡块固定在所述弧形槽上端，所述挡块通过第四弹簧和所述限位杆中部连接，所述限位杆的两端分别伸出所述弧形槽两侧；所述第四弹簧用于带动所述限位杆沿所述弧形槽高度方向移动；所述连接头的端部带有第一凹槽，所述限位杆中部远离第四弹簧的一侧带有能卡入所述第一凹槽的卡件。

更进一步的方案，作为一种便于更换密封袖套的具体实现方式，所述连接组件包括连接头，所述连接头的中部外侧带有环向的第二凹槽，所述密封袖套的下端头套设于所述第二凹槽上；所述密封袖套的上端头通过支撑环和所述窥视窗中部的穿墙孔连接，所述支撑环和穿墙孔转动连接，并能绕自身轴线旋转。

上述方案中，由于SIMS设备的样品种类较多，针对不同的样品种类需要更换不同的夹钳来完成不同强放试样的装样过程，故为放置不同夹钳组件和更换夹钳组件，所述二次离子质谱仪上带有夹钳更换架，所述夹钳更换架上带有若干夹钳放置组件；所述夹钳放置组件包括前后设置的前挡限位板和后挡限位板，所述前挡限位板后方两侧均设有后挡限位板，所述夹钳的两个夹端分别向两个后挡限位板与所述前挡限位板之间的空隙伸出；所述夹钳远离夹端的端部位于两个所述后挡限位板之间，且能在两个所述后挡限位板之间前后滑动；所述夹钳抵在所述前挡限位板上时，所述夹钳脱离两个所述后挡限位板之间的滑动限制。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，该剑式机械手充分考虑了二次离子质谱仪的工作特点及屏蔽手套箱的结构特点，能够实现对放射性试样屏蔽密封及在屏蔽手套箱内对不同规格强放试样进行抓取、转运、与SIMS设备对接装样等功能；

2.本发明中提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，该剑式机械手设计了一个可与传动轴和夹钳组件活性连接的连接组件，该组件可实现与传动轴和夹钳组件的分离和连接；

3.本发明中提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，该剑式机械手设计了至少两种规格的夹钳组件，能够根据强放试样的结构特点，实现远距离更换夹钳；

4.本发明中提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，该剑式机械手在传动轴与屏蔽手套箱之间设计了一个密封袖套，该密封袖套一方面可起到与手套箱之间的密封连接功能，一方面可防止剑式机械手传动轴在前后运动时将放射性粉尘带出屏蔽手套箱；

5.本发明中提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，该剑式机械手可通过夹钳组件和连接组件的分离和连接实现传动轴从屏蔽手套箱内抽离和插入，进而更换密封袖套；且该剑式机械手的传动轴中间设计了一个可拆换接头，可实现传动轴的分离，进而方便屏蔽门的开合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：

图1为本发明提供的一种实施例的剑式机械手在手套箱内工作的结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施例的剑式机械手的结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施例的把手组件的结构示意图；

图4为本发明提供的一种实施例的连接组件的正视图；

图5为本发明提供的一种实施例的连接组件的剖视图；

图6为本发明提供的一种实施例的传动轴端部的局部示意图；

图7为本发明提供的一种实施例的夹钳组件的剖视图；

图8为本发明提供的一种实施例的夹钳组件的左视图；

图9为本发明提供的一种实施例的夹钳更换架的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-剑式机械手本体；2-屏蔽门；3-穿墙件；4-球承；5-窥视窗；6-密封袖套；7-夹钳更换架；8-第一更换夹钳；9-第二更换夹钳；10-检修装置；11-二次离子质谱仪；12-把手组件；13-可拆换接头；14-连接组件；15-夹钳组件；16-手柄；17-扳机；18-带肩螺钉；19-调节螺钉；20-顶杆头；21-第一顶轴；22-圆柱销；23-第一弹簧；24-传动轴；2401-轨迹槽；25-内六角圆柱头螺钉；26-连接头；2601-第一凹槽，2602-第二凹槽；27-挡垫；28-第二弹簧；29-压紧环；30-第二顶轴；31-限位卡槽；32-第一螺钉；33-夹钳体；34-挡块；35-第四弹簧；36-第二螺钉；37-夹钳；38-前挡限位板；39-后挡限位板；40-脱离支架；41-第三顶轴；42-限位杆；4201-卡件；43-第三弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例1提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，如图1和图2所示，所述二次离子质谱仪11外安装有屏蔽手套箱，还包括剑式机械手本体1；

所述剑式机械手本体1从外到内依次穿过屏蔽手套箱上的屏蔽门2和窥视窗5，所述剑式机械手本体1和屏蔽门2转动连接：所述剑式机械手本体1能绕自身和所述屏蔽门2的连接位置自由转动；所述窥视窗5上和所述剑式机械手本体1的连接位置处带有密封袖套6；

所述剑式机械手本体1位于所述屏蔽门2之外的一端带有把手组件12，所述剑式机械手本体1内部在沿自身长度方向上滑动连接有活动总轴；所述把手组件12用于带动所述活动轴沿所述剑式机械手本体1长度方向伸缩；

所述剑式机械手本体1伸入所述窥视窗5内的一端带有夹钳组件15，所述活动总轴的伸缩用于带动所述夹钳组件15上的夹钳37相向夹持或相互远离。

相对于现有技术中，辐照后的核材料普遍具有极高的放射性，会对实验人员和设备关键零部件等造成损伤，影响试验的开展和分析精度。所以，一般检验强放试样的SIMS设备都会配备一套专用的放射性屏蔽手套箱，如在放射性屏蔽手套箱处没有设置相应的能够进行强放试样转运、与SIMS设备对接装样等操作设备，很容易导致实验过程中实验人员与强放试样直接接触的问题，本发明提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪11的剑式机械手，能根据二次离子质谱仪11的工作特点及屏蔽手套箱的结构特点，能够实现对强试样进行屏蔽密封，对不同规格强放试样的抓取、转运、与SIMS设备对接装样等功能的一种剑式机械手，为二次离子质谱仪11应用于核结构与功能材料的研发提供技术支持和安全保障。

具体方案中，在二次离子质谱仪11之外设置有屏蔽手套箱，而剑式机械手本体1则通过穿墙件3安装在屏蔽门2上，其中穿墙件3的材质选用不锈钢夹铅材质，表面光滑平整，保证对强放试样的屏蔽功能；屏蔽门2为可开合设计，屏蔽门2上设有铅玻璃窥视窗5，可通过窥视窗5观察手套箱内剑式机械手的工作状态。在穿墙件3内安装有球轴承，主体结构由外壳体、内壳体、外球体、内球体及套芯等零、组件构成，主体材料由不锈钢、铅制作而成；剑式机械手安装在内球体上，进行工位、工步操作时通过内、外球体的旋转运动配合剑式机械手的前后运动实现机构在三维运动空间内各操作点的抓取工作，即通过球轴承可满足机械手4个自由的运动方向，及可实现前后伸缩、左右摆动、上下摆动、旋转摆动，这4个自由度中旋转摆动和前后伸缩是机械手臂本身在球轴承中相对运动实现的，上下摆动和左右摆动由球轴承独立完成。通过剑式机械手运动的四个自由度配合把手组件12，可在屏蔽体室外控制机械手对室内对样件进行抓取、转运等工作，避免了人体直接接触试样产生的放射性伤害。在屏蔽门2内的窥视窗5的材质采用钢化玻璃，钢化玻璃上开有两个手套孔和一个剑式机械手的穿墙孔，开手套孔的目的为了处理强放试样掉落盲区及设备检修等突发情况。

为了保证机械手与窥视窗5连接部位的密封性能，在机械手与窥视窗5之间安装了一个密封袖套6，密封袖套6的材质选用耐酸碱性及耐辐照性能好的聚乙烯材质，袖套为可伸缩的折棚结构设计，保持良好的伸缩性能，以适应剑式机械手传动轴24的伸缩要求，袖套上端头采用支撑环暗转在窥视窗5的接口处，下端头连接在剑式机械手的连接组件14上，袖套下端部采用模块化设计，可通过更换装置进行远距离快速拆装。

另外，剑式机械手本体1的两端还分别带有把手组件12和夹钳组件15，把手组件12用于驱动内部的活动总轴进行来回移动，在活动总轴的来回移动过程中，能通过连杆组件控制夹钳37进行夹持或者松脱，其中控制中间杆的来回运动，从而通过连杆组件带动夹钳37进行夹持在现有技术中具有多种实现方式，如图7中所示，驱动第三顶轴41向前移动，第三顶轴41带动和自身铰接的副轴同步向前移动，在副轴上铰接有内夹杆，副轴和内夹杆互有夹角，且副轴和内夹杆分别朝第三顶轴41两侧伸出，故第三顶轴41前移会下压副轴和内夹杆，使两个内夹杆相向靠拢，从而带动外夹杆相向靠拢，实现夹持。

本实施例中，作为一种能拆分剑式机械手的具体实现方式，所述剑式机械手本体1还包括位于把手组件12和夹钳组件15之间的连接组件14，所述把手组件12通过传动轴24和所述连接组件14一端可拆卸连接，所述传动轴24中部和所述屏蔽门2转动连接；所述连接组件14和所述密封袖套6可拆卸连接；所述连接组件14穿过所述密封袖套6的另一端和所述夹钳组件15可拆卸连接；所述活动总轴在沿自身长度方向上依次包括有第一顶轴21、第二顶轴30和第三顶轴41，所述第一顶轴21、第二顶轴30和第三顶轴41分别位于所述把手组件12、连接组件14和夹钳组件15内；所述第一顶轴21、第二顶轴30和第三顶轴41依次抵接，且分别连接有弹簧复位件；本方案中，在剑式机械手本体1上依次带有把手组件12、连接组件14和夹钳组件15，把手组件12上的传动轴24和连接组件14可拆卸连接，而连接组件14连接于密封袖套6上，故在拆卸过程中，将连接组件14和传动轴24进行分离，即可将屏蔽门2单独打开；其中连接组件14和密封袖套6可拆卸连接，用于将连接组件14单独拆下后，可完成对密封袖套6的更换；连接组件14和夹钳组件15可拆卸连接，可对夹钳组件15进行更换；另外，在把手组件12内带有第一顶轴21，连接组件14内带有第二顶轴30，夹钳组件15内带有第三顶轴41，并能依次抵接，故通过把手组件12驱动第一顶轴21向前移动时，能依次推动第二顶轴30和第三顶轴41向前移动，从而控制夹钳37夹取；在释放第一顶轴21后，能通过各自的弹簧复位件控制第一顶轴21、第二顶轴30和第三顶轴41向回收缩达到原位，以此实现夹钳37的张开。

实施例2：

本实施例2在实施例1的基础上进一步限定，提供了一种把手组件12的具体实现方式，如图3所示，所述把手组件12包括手柄16和扳机17，所述扳机17的中部和所述手柄16铰接；所述传动轴24一端固定于扳机17上，且所述传动轴24一端开口并带有凹槽，所述凹槽内固定有第一弹簧23；所述第一顶轴21一端滑动穿过所述传动轴24内部，并依次穿出所述凹槽和第一弹簧23；所述活动总轴一端通过顶杆头20抵在所述扳机17端部，所述顶杆头20和所述凹槽滑动连接，且所述顶杆头20伸入所述凹槽内的一端抵在所述第一弹簧23端部；本方案中，手柄16外形根据人体工学设计，握感舒适，材料使用聚丙乙烯材质；扳机17的中部铰接在手柄16中部，形成连杆，可将操作人员的握力传递到手套箱内的夹钳37端，实现强放试样的抓取、转运等操作；带肩螺钉18、调节螺钉19、顶杆头20、第一顶轴21、圆柱销22、第一弹簧23、内六角圆柱头螺钉25等为连接组件14的内部配件，主要实现把手组件12的固定、支撑、调节等功能，以保证操作的安全性和舒适度。在手柄16处固定有传动轴24，第一顶轴21滑动连接在传动轴24内，在传动轴24端部带有凹槽，并在凹槽内设置有第一弹簧23，第一弹簧23套设在第一顶轴21一端，且在凹槽开口端部滑动设置有顶杆头20，顶杆头20再抵接于扳机17端部上，故通过旋转扳机17，扳机17通过顶杆头20便可带动第一顶轴21向前移动，并带动第一弹簧23压缩，松开扳机17后，第一弹簧23即可带动第一顶轴21复位；其中传动轴24连接把手组件12与夹钳组件15，贯穿屏蔽手套箱内外，从而支撑手柄16组件的操作。此外，在传动轴24上设置了一个13-可拆换接头13，目的是将机械手传动轴24分为两节，方便屏蔽门2打开，以便利用窥视窗5上的手套孔处理设备检修等突发情况。另外，调节螺钉19设置在手柄16远离扳机17的一端，其伸入到手柄16内并抵接在扳机17端部，其中调节螺钉19和顶杆头20分设于扳机17端部两侧，调节螺钉19用于调节扳机17的初始角度。

实施例3：

本实施例3在实施例2的基础上进一步限定，提供了一种连接组件14的具体实现方式，如图4-图6以及图9所示，所述连接组件14包括连接头26，所述连接头26中部带有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内依次设置有挡垫27和压紧环29，所述挡垫27和所述第一贯穿孔滑动连接，并能沿所述第一贯穿孔长度方向滑动；所述挡垫27和压紧环29之间固定有第二弹簧28，所述第二顶轴30和所述第一贯穿孔一端滑动连接，且所述第二顶轴30一端依次穿过压紧环29和第二弹簧28，并和所述挡垫27连接；所述传动轴24另一端伸入所述第一贯穿孔另一端内，并和所述连接头26可拆卸连接；所述传动轴24内部的第一顶轴21另一端伸出所述传动轴24，并抵接于所述挡垫27；本方案中，连接组件14主要由连接头26、挡垫27、弹簧、压紧环29、顶杆轴、限位卡槽31、内六角圆柱头螺钉25等部件组成。连接头26带有第一贯穿孔，压紧环29固定在第一贯穿孔内，且同轴设置；在压紧环29一侧还设有挡垫27，挡垫27和第一贯穿孔滑动连接，在压紧环29和挡垫27之间设置第二弹簧28，即可在挡垫27来回滑动的过程中，驱动第二顶轴30来回运动，第二弹簧28用于带动第二顶轴30复位；另外，将传动轴24伸入到第一贯穿孔内，并进行固定，此时第一顶轴21便可伸入传动轴24，并抵接推动第二顶轴30。

本实施例中，作为一种快速分离把手组件12和连接组件14的具体实现方式，所述传动轴24伸入所述第一贯穿孔内的端部外侧上带有轨迹槽2401，所述第一贯穿孔另一端的所述连接头26上带有第一螺钉32，所述第一螺钉32的端部能伸入所述轨迹槽2401内；所述轨迹槽2401包括依次连接的第一平行段、连接段和第二平行段，所述第一平行段和第二平行段相互平行，且均沿所述传动轴24长度方向设置；所述第一平行段的一端贯通所述传动轴24另一端端部；所述连接段用于分别和所述第一平行段与所述第二平行段连通；本方案中，接组件是连接机械手传动轴24与夹钳组件15的一种连接装置，其材质主要由不锈钢制作而成，是实现密封袖套6的快速密封更换的关键部件；在连接头26上螺纹连接有第一螺钉32，第一螺钉32能伸入到第一贯穿孔内，并进入到传动轴24端部的轨迹槽2401内；其中连接段优选为垂直于第一平行段；在插入传动轴24时，向前推进，使第一螺钉32能从第一平行段进入，到底后，向右/左旋转45°，随后向后移动，从而进入第二平行段即可，从而完成可拆卸的连接方式，在需要拆卸时，进行上述相反操作即可。

本实施例中，作为一种无外力拆卸分离把手组件12和连接组件14的具体实现方式，所述连接头26的中部两侧还分别带有限位卡槽31；所述二次离子质谱仪11上带有脱离支架40，所述脱离支架40上带有U型槽，所述U型槽的两侧边分别用于卡入两个所述限位卡槽31内；本方案中，在连接头26的两侧分别带有限位卡槽31，连接头26在限位卡槽31位置处的直径大于U型槽的内侧宽度，故在连接头26卡入U型槽中时，U型槽的侧边能卡入到限位卡槽31内，从而限制连接头26的前后移动和转动；在需要分离把手组件12和连接组件14时，将连接头26卡入U型槽，随后操作把手组件12，进行上述的推动、旋转45°以及拉出的分离步骤。

实施例4：

本实施例4在实施例3的基础上进一步优化，提供了一种夹钳组件15的具体实现方式，如图7-图9所示，所述夹钳组件15包括夹钳体33，所述夹钳体33中部带有第二贯穿孔，所述第三顶轴41位于所述第二贯穿孔一端内，所述第三顶轴41为T型件，所述T型件中部杆件伸入到所述第二贯穿孔内，所述中部杆件的端部带有第二螺钉36，所述第二螺钉36的头部直径大于所述中部杆件的直径；所述第二贯穿孔一端的端部为缩径口，所述缩径口内端和所述第二螺钉36头部之间连接有第三弹簧43，所述第三弹簧43套设于所述中部杆件上；所述T型件的两侧杆件通过连杆组件和夹钳37连接；所述连接组件14包括连接头26，所述连接头26端部伸入所述第二贯穿孔另一端内，并和所述夹钳体33可拆卸连接；所述第二顶轴30用于推动所述第二螺钉36；本方案中，夹钳组件15主要由夹钳体33、挡块34、压盖压簧组件、第二螺钉36、夹钳37等部件组成，各部件主要由不锈钢材质制作而成；其中夹钳体33的中部带有第二贯穿孔，连接头26端部伸入到第二贯穿孔内，通过压盖压簧组件实现可拆卸连接；第三顶轴41呈T型，中间杆件伸入到第二贯穿孔内，并套设有第三弹簧43，在其端部设置有端头直径较大的第二螺钉36，依次将第三弹簧43限制在内；T型杆两端的杆件分别和两侧的夹钳37头连接，在夹钳37头处还设有多连杆组件，通过多连杆组件，在T型杆向前移动时，控制两个夹钳37端进行夹持；其中多连杆组件为现有技术的常规设置方式，如设置伸缩杆、铰接杆等；而为缩短第二顶轴30的伸出长度，在第二螺钉36前端还可设置滑动块等，以此靠近第二顶轴30，通过第二顶轴30的推动，向夹钳37传递力矩，实现夹持。

本实施例中，作为一种连接组件14和夹钳组件15可拆卸的具体实现方式，所述夹钳体33靠近所述连接头26的一端开有弧形槽，所述弧形槽内带有压盖压簧组件，所述压盖压簧组件包括挡块34、第四弹簧35和限位杆42，所述挡块34固定在所述弧形槽上端，所述挡块34通过第四弹簧35和所述限位杆42中部连接，所述限位杆42的两端分别伸出所述弧形槽两侧；所述第四弹簧35用于带动所述限位杆42沿所述弧形槽高度方向移动；所述连接头26的端部带有第一凹槽2601，所述限位杆42中部远离第四弹簧35的一侧带有能卡入所述第一凹槽2601的卡件4201；本方案中，在连接头26的侧面设置有弧形槽，弧形槽和内部的第二贯穿孔连通，在弧形槽的顶部设置挡块34，此时弧形槽两侧带有间隙，挡块34通过第四弹簧35和限位杆42连接，且限位杆42两端穿出间隙，故能通过第四弹簧35，使限位杆42上下移动；在限位杆42的中部还带有卡件4201，在插入连接头26时，连接头26能挤压卡件4201向外移动，当移动到第一凹槽2601位置处时，卡件4201在第四弹簧35的作用下能卡入到第一凹槽2601内，从而限制连接头26的移动，左右摇晃确认是否卡紧，实现连接；在需要取出连接头26时，用力使剑式机械手的连接组件14与夹钳组件15之间的连接部位上翘，以此推开卡件4201，同时通过把手组件12控制传动轴24将其抽离，即可分离连接组件14与夹钳组件15。

本实施例中，作为一种便于更换密封袖套6的具体实现方式，所述连接组件14包括连接头26，所述连接头26的中部外侧带有环向的第二凹槽2602，所述密封袖套6的下端头套设于所述第二凹槽2602上；所述密封袖套6的上端头通过支撑环和所述窥视窗5中部的穿墙孔连接，所述支撑环和穿墙孔转动连接，并能绕自身轴线旋转；本方案中，在窥视窗5上开有穿墙孔，密封袖套6的上端头通过支撑环暗转在窥视窗5的穿墙孔处，实现密封轴套的自由转动；密封袖套6下端头套设于连接头26的第二凹槽2602内，实现可拆卸连接，并能自由转动。

上述方案中，由于SIMS设备的样品种类较多，针对不同的样品种类需要更换不同的夹钳37来完成不同强放试样的装样过程，故为放置不同夹钳组件15和更换夹钳组件15，所述二次离子质谱仪11上带有夹钳更换架7，所述夹钳更换架7上带有若干夹钳37放置组件；所述夹钳37放置组件包括前后设置的前挡限位板38和后挡限位板39，所述前挡限位板38后方两侧均设有后挡限位板39，所述夹钳37的两个夹端分别向两个后挡限位板39与所述前挡限位板38之间的空隙伸出；所述夹钳37远离夹端的端部位于两个所述后挡限位板39之间，且能在两个所述后挡限位板39之间前后滑动；所述夹钳37抵在所述前挡限位板38上时，所述夹钳37脱离两个所述后挡限位板39之间的滑动限制；本方案中，设置有多个夹钳37放置组件，便于放置多个夹钳37，夹钳37放置组件又包括一个前挡限位板38和两个后挡限位板39，在需要放入更换时，操作剑式机械手将剑式机械手的夹钳组件15放置在夹钳更换架7的前挡限位块和后挡限位块之间，向后提拉，使旧夹钳组件15卡在夹钳37前挡限位和夹钳37后挡限位之间；随后进行上述的将连接部位上翘的步骤，同时通过把手组件12控制传动轴24将其抽离，即可分离连接组件14与夹钳组件15；将分离后的连接组件14插入新的夹钳组件15后部的链接孔内，左右摇晃确认是否卡紧，确认卡紧后，用力向前推，使得剑式机械手的夹钳组件15脱离前挡限位，即可完成夹钳组件15的更换过程。

实施例5：

本实施例5在实施例4的基础上，还提供了一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪11的剑式机械手应用于在人手受限的SIMS屏蔽手套箱内代替人手进行强放试样的转运、装载等工作。该剑式机械手在SIMS装样及关键部件更换的过程中主要的操包括试样转运过程、夹钳组件15更换过程、密封袖套6更换过程、临时开启屏蔽门2等，每步的具体操作如下：

1）试样转运过程：

该剑式机械手通过球轴承可满足机械手4个自由的运动方向，及可实现前后伸缩、左右摆动、上下摆动、旋转摆动。这4个自由度中旋转摆动和前后伸缩是机械手臂本身在球轴承中相对运动实现的，上下摆动和左右摆动由球轴承独立完成。通过剑式机械手运动的四个自由度配合把手组件12，可实现屏蔽手套箱内非盲区任何位置强放试样的抓区、转运及向SIMS的装样过程。

2）夹钳组件15更换过程：

为了满足SIMS设备装样要求，有时需要更换夹钳组件15。更换时，操作剑式机械手将剑式机械手的夹钳组件15放置在夹钳更换架7的夹钳前挡限位板38和夹钳后挡限位板39之间，向后提拉，使旧夹钳组件15卡在夹钳前挡限位板38和夹钳后挡限位板39之间。在用力使剑式机械手的连接组件14与夹钳组件15之间的连接部位上翘，同时通过把手组件12控制传动轴24将其抽离，即可分离连接组件14与夹钳组件15。将分离后的连接组件14插入新的夹钳组件15后部的链接孔内，左右摇晃确认是否卡紧，确认卡紧后，用力向前推，使得剑式机械手的夹钳组件15脱离前挡限位板38，即可完成夹钳组件15的更换过程。

3）密封袖套6更换过程：

密封袖套6的更换过程主要包括剑式机械手夹钳37分离过程、连接组件14分离过程、传动轴24抽离手套箱、密封袖套6更换等四个过程。夹钳37分离过程参照过程2）夹钳组件15更换过程；连接组件14分离时，需将连接组件14中的限位卡槽31固定在夹钳更换架7上的连接组件14脱离支架40的“U”型槽内，卡紧后用力向前推进，向右/左旋转45°，即可将传动轴24与连接组件14分离，再次安装时按照以上步骤相反操作即可；当传动轴24与连接组件14分离后，便可将剑式机械手的把手组件12整个从球轴承洞中取出；取出后，将2-屏蔽门2打开，便可利用袖套顶出工具将密封袖套6从钢化玻璃上取出，更换新的密封袖套6。

4）临时开启屏蔽门2过程：

当需要利用窥视窗5上的手套孔处理设备检修等突发情况时，需要打开屏蔽。由于机械手的传动轴24同时穿过屏蔽门2和手套箱的铅玻璃，使得屏蔽门2无法全部打开，而全部抽出剑式机械手的把手组件12过程较为复杂，也没有必要。因此，可利用传动轴24上的可拆换接头13，必要时将机械手传动轴24分为两节，一节在手套箱内与剑式机械手的连接组件14和把手组件12连接，一节与屏蔽门2上的球轴承连接。如此即可方便的将屏蔽门2打开。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，所述二次离子质谱仪（11）外安装有屏蔽手套箱，其特征在于，还包括剑式机械手本体（1）；

所述剑式机械手本体（1）从外到内依次穿过屏蔽手套箱上的屏蔽门（2）和窥视窗（5），所述剑式机械手本体（1）和屏蔽门（2）转动连接：所述剑式机械手本体（1）能绕自身和所述屏蔽门（2）的连接位置自由转动；所述窥视窗（5）上和所述剑式机械手本体（1）的连接位置处带有密封袖套（6）；

所述剑式机械手本体（1）位于所述屏蔽门（2）之外的一端带有把手组件（12），所述剑式机械手本体（1）内部在沿自身长度方向上滑动连接有活动总轴；所述把手组件（12）用于带动所述活动总轴沿所述剑式机械手本体（1）长度方向伸缩；

所述剑式机械手本体（1）伸入所述窥视窗（5）内的一端带有夹钳组件（15），所述活动总轴的伸缩用于带动所述夹钳组件（15）上的夹钳相向夹持或相互远离；

所述剑式机械手本体（1）还包括位于把手组件（12）和夹钳组件（15）之间的连接组件（14），所述把手组件（12）通过传动轴（24）和所述连接组件（14）一端可拆卸连接，所述传动轴（24）中部和所述屏蔽门（2）转动连接；所述连接组件（14）和所述密封袖套（6）可拆卸连接；所述连接组件（14）穿过所述密封袖套（6）的另一端和所述夹钳组件（15）可拆卸连接；

所述活动总轴在沿自身长度方向上依次包括有第一顶轴（21）、第二顶轴（30）和第三顶轴（41），所述第一顶轴（21）、第二顶轴（30）和第三顶轴（41）分别位于所述把手组件（12）、连接组件（14）和夹钳组件（15）内；所述第一顶轴（21）、第二顶轴（30）和第三顶轴（41）依次抵接，且分别连接有弹簧复位件；

所述把手组件（12）包括手柄（16）和扳机（17），所述扳机（17）的中部和所述手柄（16）铰接；所述传动轴（24）一端固定于扳机（17）上，且所述传动轴（24）一端开口并带有凹槽，所述凹槽内固定有第一弹簧（23）；

所述第一顶轴（21）一端滑动穿过所述传动轴（24）内部，并依次穿出所述凹槽和第一弹簧（23）；所述活动总轴一端通过顶杆头（20）抵在所述扳机（17）端部，所述顶杆头（20）和所述凹槽滑动连接，且所述顶杆头（20）伸入所述凹槽内的一端抵在所述第一弹簧（23）端部；

所述连接组件（14）包括连接头（26），所述连接头（26）中部带有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内依次设置有挡垫（27）和压紧环（29），所述挡垫（27）和所述第一贯穿孔滑动连接，并能沿所述第一贯穿孔长度方向滑动；所述挡垫（27）和压紧环（29）之间固定有第二弹簧（28），所述第二顶轴（30）和所述第一贯穿孔一端滑动连接，且所述第二顶轴（30）一端依次穿过压紧环（29）和第二弹簧（28），并和所述挡垫（27）连接；

所述传动轴（24）另一端伸入所述第一贯穿孔另一端内，并和所述连接头（26）可拆卸连接；所述传动轴（24）内部的第一顶轴（21）另一端伸出所述传动轴（24），并抵接于所述挡垫（27）；

所述夹钳组件（15）包括夹钳体（33），所述夹钳体（33）中部带有第二贯穿孔，所述第三顶轴（41）位于所述第二贯穿孔一端内，所述第三顶轴（41）为T型件，所述T型件中部杆件伸入到所述第二贯穿孔内，所述中部杆件的端部带有第二螺钉（36），所述第二螺钉（36）的头部直径大于所述中部杆件的直径；所述第二贯穿孔一端的端部为缩径口，所述缩径口内端和所述第二螺钉（36）头部之间连接有第三弹簧（43），所述第三弹簧（43）套设于所述中部杆件上；所述T型件的两侧杆件通过连杆组件和夹钳（37）连接；

所述连接组件（14）包括连接头（26），所述连接头（26）端部伸入所述第二贯穿孔另一端内，并和所述夹钳体（33）可拆卸连接；所述第二顶轴（30）用于推动所述第二螺钉（36）；

所述传动轴（24）伸入所述第一贯穿孔内的端部外侧上带有轨迹槽（2401），所述第一贯穿孔另一端的所述连接头（26）上带有第一螺钉（32），所述第一螺钉（32）的端部能伸入所述轨迹槽（2401）内；

所述轨迹槽（2401）包括依次连接的第一平行段、连接段和第二平行段，所述第一平行段和第二平行段相互平行，且均沿所述传动轴（24）长度方向设置；所述第一平行段的一端贯通所述传动轴（24）另一端端部；所述连接段用于分别和所述第一平行段与所述第二平行段连通；

所述夹钳体（33）靠近所述连接头（26）的一端开有弧形槽，所述弧形槽内带有压盖压簧组件，所述压盖压簧组件包括挡块（34）、第四弹簧（35）和限位杆（42），所述挡块（34）固定在所述弧形槽上端，所述挡块（34）通过第四弹簧（35）和所述限位杆（42）中部连接，所述限位杆（42）的两端分别伸出所述弧形槽两侧；所述第四弹簧（35）用于带动所述限位杆（42）沿所述弧形槽高度方向移动；

所述连接头（26）的端部带有第一凹槽（2601），所述限位杆（42）中部远离第四弹簧（35）的一侧带有能卡入所述第一凹槽（2601）的卡件（4201）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，其特征在于， 所述连接头（26）的中部两侧还分别带有限位卡槽（31）；所述二次离子质谱仪（11）上带有脱离支架（40），所述脱离支架（40）上带有U型槽，所述U型槽的两侧边分别用于卡入两个所述限位卡槽（31）内。

3.根据权利要求1所述的一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，其特征在于，所述连接组件（14）包括连接头（26），所述连接头（26）的中部外侧带有环向的第二凹槽（2602），所述密封袖套（6）的下端头套设于所述第二凹槽（2602）上；所述密封袖套（6）的上端头通过支撑环和所述窥视窗（5）中部的穿墙孔连接，所述支撑环和穿墙孔转动连接，并能绕自身轴线旋转。

4.根据权利要求1所述的一种适用于屏蔽型二次离子质谱仪的剑式机械手，其特征在于，所述二次离子质谱仪（11）上带有夹钳更换架（7），所述夹钳更换架（7）上带有若干夹钳放置组件；所述夹钳放置组件包括前后设置的前挡限位板（38）和后挡限位板（39），所述前挡限位板（38）后方两侧均设有后挡限位板（39），所述夹钳（37）的两个夹端分别向两个后挡限位板（39）与所述前挡限位板（38）之间的空隙伸出；所述夹钳（37）远离夹端的端部位于两个所述后挡限位板（39）之间，且能在两个所述后挡限位板（39）之间前后滑动；所述夹钳（37）抵在所述前挡限位板（38）上时，所述夹钳脱离两个所述后挡限位板（39）之间的滑动限制。