CN205352971U - 一种用于x射线衍射仪的两轴精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台，属于X射线及多轴精密运动平台领域。采用Z向平行布置两个压电直线电机来推动试件工作台，试件工作台的Z向运动由两个Z向压电直线电机的同步运动产生，采用两个霍尔传感器分别作为两个Z向压电直线电机位移检测元件，使用弹簧和连杆对压电直线电机的电机杆与试件工作台的接触部位和试件工作台与Z向滑块的铰接部位进行预紧。优点是采用精密压电直线电机作为驱动部件，运动行程大、响应迅速、定位精度高，使用霍尔传感器提供限位信号和初始位置信号，防止运动部件超出运动范围，本实用新型适用于：X射线衍射分析中的试件的运动及多角度照射分析。

Description

一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台

技术领域

本实用新型属于X射线及多轴精密运动平台领域，具体涉及一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台。

背景技术

X射线衍射成像是细微结构成像的重要技术手段，当某物质进行衍射分析时，该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象，物质组成、分子内成键方式、分子的构型等决定该物质产生特有的衍射图谱。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。

精密多轴运动平台是X射线衍射成像系统的重要组成部分，是工件实现多轴运动和多角度检测的重要工具。随着通信工程、精密工程等领域的快速发展，高精度、高分辨率、高可靠性的超精密运动平台的研究越来越受到重视，但是目前用于X射线衍射仪的多轴运动平台由多个单自由度运动平台简单组合而成，其中的单自由度运动平台采用步进电机或伺服电机作为驱动元件，采用滚珠丝杠作为传动机构，这会产生一系列的问题：①由于采用多个单自由度运动平台叠加而成，导致平台整体的集成度下降，体积较大；②步进电机或伺服电机加滚珠丝杠的驱动方式运动精度较低，难以满足运动平台纳米级分辨率的要求；③在关键的运动部件接触部位缺乏预紧机构，长期使用会导致间隙增大，精度保持性较低。

发明内容

本实用新型提供一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台，以解决目前用于X射线衍射仪运动平台存在的体积太大、运动精度低、集成度低、精度保持性低等问题。

本实用新型采取的技术方案是：箱体和主支架安装在底板上，Z向压电直线电机一和Z向压电直线电机二分别安装在主支架两侧，Z向导轨一和Z向导轨二并排平行安装在主支架的内部，Z向滑块安装在Z向导轨一和Z向导轨二上，试件工作台通过其底部中间的大凸台和轴三铰接安装在Z向滑块上，轴承一通过轴一安装在试件工作台底部一侧的凸台一上，轴承二通过轴二安装在试件工作台底部一侧的凸台二上，Z向压电直线电机一的运动杆一的上端抵在轴承一上，与轴承一外圈形成点接触，Z向压电直线电机二的运动杆二的上端抵在轴承二上，与轴承二外圈形成点接触，霍尔传感器一通过楔形块一安装在试件工作台前端的凸台三上，霍尔传感器二通过楔形块二安装在试件工作台前端的凸台四上，圆柱形磁钢一和圆柱形磁钢二分别安装在主支架前端凸台一和主支架前端凸台二上，霍尔传感器一在圆柱形磁钢一和圆柱形磁钢二之间做往复运动；圆柱形磁钢三和圆柱形磁钢四分别安装在主支架前端凸台三和主支架前端凸台四上，霍尔传感器二在圆柱形磁钢三和圆柱形磁钢四间做往复运动；预紧螺钉一、预紧螺钉二、预紧螺钉三、预紧螺钉四分别安装在试件工作台四周的凸台三、凸台四、凸台五、凸台六上，将试件工作台稳定地预紧在箱体上；中央连杆穿过主支架中间的横梁的孔安装在Z向滑块的凸台下端，弹簧一套接在中央连杆上，两个紧靠的圆螺母一安装在中央连杆的底端，连杆一穿过Z向滑块凸台上的孔一通过轴四铰接安装在试件工作台中间大凸台上，连杆二穿过Z向滑块凸台上的孔二通过轴五铰接安装在试件工作台中间凸台上，孔一的直径比连杆一的直径大，孔二的直径比连杆二的直径大，弹簧二套接在连杆一上，两个紧靠的圆螺母二安装在连杆一的底端，弹簧三套接在连杆二上，两个紧靠的圆螺母三安装在连杆二的底端。

本实用新型所述箱体上有散热开槽。

本实用新型所述主支架两侧有用于Z向压电直线电机一和Z向压电直线电机二定位的凸台一、凸台二。

本实用新型可实现Z向运动及绕X轴的转动，用于对材料不同位置进行精确的衍射分析，其中，Z向运动及绕X轴的转动是由一个驱动系统来实现的，提高了平台的集成度，缩小了体积，并采用压电直线电机和精密导轨分别作为驱动元件和导向元件，使得运动分辨率达到了纳米级。此外，采用弹性预紧机构提供可变预紧力来消除关键部位的间隙，提高了平台整体的精度保持性。

本实用新型的驱动元件采用Z向平行布置的两个精密压电直线电机，位移检测元件采用霍尔传感器，导向元件采用Z向布置的两个精密导轨，并使用弹簧和连杆对运动结合部进行预紧，以保证运动精度，提高精度保持性。

本实用新型的优点及有益效果：采用精密压电直线电机作为驱动部件，具有运动行程大、响应迅速、定位精度高等优点。两个压电直线电机采用内置式，结构紧凑，导向机构、预紧机构以及线路都在主支架的内部，提高了整体性和集成度。采用弹簧对压电直线电机的电机杆与试件工作台的接触部位和试件工作台与Z向滑块的铰接部位进行预紧，可以消除接触部位的间隙，调节试件工作台的水平位置，从而提高了运动平台的稳定性与运动精度。在每个自由度安装了预紧螺钉用于手动自锁试件工作台，可以减轻外力对导轨和压电直线电机的破坏，还可以防止在断电的情况下受到外力的干扰而产生移位。使用霍尔传感器提供限位信号和初始位置信号，防止运动部件超出运动范围。本实用新型适用于：X射线衍射分析中的试件的运动及多角度照射分析。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型去掉箱体后的内部结构示意图；

图3是本实用新型去掉箱体后的内部结构示意图；

图4是本实用新型内部的结构示意图；

图5是本实用新型内部的结构示意图；

图6是本实用新型内部的正视图；

图7是图6的后视图；

图8是图6的左视图；

图9是图6的右视图；

图10是本实用新型Z向滑块与支架的配合示意图；

图11是本实用新型箱体的结构示意图；

图12是本实用新型支架的结构示意图；

图13是本实用新型Z向滑块的结构示意图；

图14是本实用新型试件工作台的结构示意图；

图15是本实用新型试件工作台的结构示意图；

图16是本实用新型试件工作台与Z向滑块配合示意图；

图17是本实用新型底板的结构示意图；

图18是本实用新型压电直线电机一的结构示意图；

图19是本实用新型压电直线电机二的结构示意图；

图20是本实用新型导轨的结构示意图；

其中：底板1、箱体2、试件工作台3、导轨一4、Z向压电直线电机一5、主支架6、预紧螺钉四7、轴承一8、轴一9、预紧螺钉一10、轴三11、轴四12、连杆一13、预紧螺钉二14、Z向压电直线电机二15、Z向滑块16、导轨二17、圆螺母一18、楔块一19、轴二20、轴承二21、预紧螺钉三22、楔块二23、中央连杆24、弹簧一25、圆螺母三26、弹簧三27、轴五28、连杆二29、弹簧二30、圆螺母二31、霍尔传感器一32、霍尔传感器二33、圆柱形磁钢一34、圆柱形磁钢二35、圆柱形磁钢三36、圆柱形磁钢四37。

具体实施方式

箱体2和主支架6安装在底板1上，箱体2上有用于系统散热开槽201，主支架6用于支撑驱动系统，Z向压电直线电机一5和Z向压电直线电机二15分别安装在主支架6两侧，所述主支架6两侧有用于Z向压电直线电机一5和Z向压电直线电机二15定位的凸台一606、凸台二607，Z向导轨一4和Z向导轨二17并排平行安装在主支架6的内部，Z向滑块16安装在Z向导轨一4和Z向导轨二17上，试件工作台3通过其底部中间的大凸台301和轴三11铰接安装在Z向滑块16上，从而实现试件工作台3绕X向的转动及同Z向滑块16的Z向运动；轴承一8通过轴一9安装在试件工作台3底部一侧的凸台一302上，轴承二21通过轴二20安装在试件工作台3底部一侧的凸台二303上，Z向压电直线电机一5的运动杆一501的上端抵在轴承一8上，与轴承一8外圈形成点接触，Z向压电直线电机二15的运动杆二1501的上端抵在轴承二21上，与轴承二21外圈形成点接触，霍尔传感器一32通过楔形块一19安装在试件工作台3前端的凸台三304上，霍尔传感器二33通过楔形块二23安装在试件工作台3前端的凸台四305上，圆柱形磁钢一34和圆柱形磁钢二35分别安装在主支架前端凸台一601和主支架前端凸台二602上，霍尔传感器一32在圆柱形磁钢一34和圆柱形磁钢二35之间做往复运动；圆柱形磁钢三36和圆柱形磁钢四37分别安装在主支架前端凸台三603和主支架前端凸台四604上，霍尔传感器二33在圆柱形磁钢三36和圆柱形磁钢四37间做往复运动；预紧螺钉一10、预紧螺钉二14、预紧螺钉三22、预紧螺钉四7分别安装在试件工作台3四周的凸台三304、凸台四305、凸台五306、凸台六307上，将试件工作台3稳定地预紧在箱体2上；

中央连杆24穿过主支架6中间的横梁605的孔安装在Z向滑块16的凸台1601下端，弹簧一25套接在中央连杆24上，两个紧靠的圆螺母一18安装在中央连杆24的底端，弹簧一25由于受到两个紧靠的圆螺母一18的压力，被压紧在主支架6中间的横梁605下方，从而使中央连杆24获得了Z向的拉紧力，可消除Z向压电直线电机一5的运动杆一501与轴承一8的间隙和Z向压电直线电机二15的运动杆二1501与轴承二21的间隙；连杆一13穿过Z向滑块凸台1601上的孔一1602通过轴四12铰接安装在试件工作台3中间大凸台301上，连杆二29穿过Z向滑块凸台1601上的孔二1603通过轴五28铰接安装在试件工作台3中间凸台301上，孔一1602的直径比连杆一13的直径大，孔二1603的直径比连杆二29的直径大，从而保证当试件工作台3进行绕X向转动时，连杆一13和连杆二29不与Z向滑块16的凸台1601碰撞；弹簧二30套接在连杆一13上，两个紧靠的圆螺母二31安装在连杆一13的底端，弹簧二30由于受到两个圆螺母二31的压力，被压紧在Z向滑块凸台1601的下方，弹簧三27套接在连杆二29上，两个紧靠的圆螺母三26安装在连杆二29的底端，弹簧三27由于受到两个圆螺母三26的压力，被压紧在Z向滑块凸台1601的下方，并且确保弹簧三27和弹簧二30所受的压力相同，从而保证试件工作台3初始的水平位置以及消除试件工作平台3与Z向滑块16铰接部分的间隙。

本实用新型主要由驱动系统和预紧系统构成，其中驱动系统采用Z向平行布置两个压电直线电机来推动试件工作台，从而实现试件工作台的Z向运动及绕X向的转动；试件工作台的Z向运动由两个Z向压电直线电机的同步运动产生；试件工作台绕X向的转动由两个Z向压电直线电机的差动产生；采用两个霍尔传感器分别作为两个Z向压电直线电机位移检测元件，以保证运动部件不超出运动范围。所述的预紧系统使用弹簧和连杆对压电直线电机的电机杆与试件工作台的接触部位和试件工作台与Z向滑块的铰接部位进行预紧。

本实用新型的工作过程：

本实用新型的驱动系统可以实现试件工作台的Z向运动及绕X向的转动，当两个的压电直线电机往同方向以相同的速度运动时，试件工作台将产生Z向运动；当运动不同步时，试件工作台将产生Z向运动；两个压电直线电机位移分别采用一个霍尔传感器来检测位移，以防止运动部件超出运动范围。调节预紧系统的中央连杆的圆螺母，可以调节中央连杆的预紧力的大小，从而消除两个压电直线电机的电机杆与试件工作台的轴承的间隙；调节预紧系统的两边连杆的圆螺母，可以调节两边连杆预紧力的大小，从而可以调节试件工作台的水平以及消除试件工作台与Z向滑块的铰接部位的间隙。

Claims (3)

1.一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台，其特征在于：箱体和主支架安装在底板上，Z向压电直线电机一和Z向压电直线电机二分别安装在主支架两侧，Z向导轨一和Z向导轨二并排平行安装在主支架的内部，Z向滑块安装在Z向导轨一和Z向导轨二上，试件工作台通过其底部中间的大凸台和轴三铰接安装在Z向滑块上，轴承一通过轴一安装在试件工作台底部一侧的凸台一上，轴承二通过轴二安装在试件工作台底部一侧的凸台二上，Z向压电直线电机一的运动杆一的上端抵在轴承一上，与轴承一外圈形成点接触，Z向压电直线电机二的运动杆二的上端抵在轴承二上，与轴承二外圈形成点接触，霍尔传感器一通过楔形块一安装在试件工作台前端的凸台三上，霍尔传感器二通过楔形块二安装在试件工作台前端的凸台四上，圆柱形磁钢一和圆柱形磁钢二分别安装在主支架前端凸台一和主支架前端凸台二上，霍尔传感器一在圆柱形磁钢一和圆柱形磁钢二之间做往复运动；圆柱形磁钢三和圆柱形磁钢四分别安装在主支架前端凸台三和主支架前端凸台四上，霍尔传感器二在圆柱形磁钢三和圆柱形磁钢四间做往复运动；预紧螺钉一、预紧螺钉二、预紧螺钉三、预紧螺钉四分别安装在试件工作台四周的凸台三、凸台四、凸台五、凸台六上，将试件工作台稳定地预紧在箱体上；中央连杆穿过主支架中间的横梁的孔安装在Z向滑块的凸台下端，弹簧一套接在中央连杆上，两个紧靠的圆螺母一安装在中央连杆的底端，连杆一穿过Z向滑块凸台上的孔一通过轴四铰接安装在试件工作台中间大凸台上，连杆二穿过Z向滑块凸台上的孔二通过轴五铰接安装在试件工作台中间凸台上，孔一的直径比连杆一的直径大，孔二的直径比连杆二的直径大，弹簧二套接在连杆一上，两个紧靠的圆螺母二安装在连杆一的底端，弹簧三套接在连杆二上，两个紧靠的圆螺母三安装在连杆二的底端。

2.根据权利要求1所述的一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台，其特征在于：箱体上有散热开槽。

3.根据权利要求1所述的一种用于X射线衍射仪的两轴精密运动平台，其特征在于：所述主支架两侧有用于Z向压电直线电机一和Z向压电直线电机二定位的凸台一、凸台二。