一种超高真空环境的多自由度样品传递装置的制作方法

本发明涉及超高真空测试装置，尤其是一种超高真空环境的样品传递装置。

背景技术：

目前，公知的超高真空环境样品测量装置包括测量腔和样品台两部分。在进行测量的过程时，需要在大气环境中将样品放置在样品台，再将样品台整体放置到具体的测量腔中，之后再对测量腔的气压、温度等条件进行调控。在此类超高真空装置中，样品台放置在某个测量腔后无法移动，而且安装或者拆卸样品台需要先打开测量腔。这导致测量腔内部暴露在空气中，在下一次测量之前需要重新调节测量腔中的环境参数。这一过程比较复杂，且耗费较多时间。

技术实现要素：

本发明提供一种能够大大加快测量流程速度的超高真空环境下的样品传递装置，能够实现在超高真空中样品台在多个腔体之间的移动与旋转操作。

本发明的样品传递装置，通过下述技术方案予以实现：

一种超高真空环境的样品传递装置，它包括如图一所示的四个超高真空环境的测量腔体和三个密封管道，以及五根操作杆，其中，测量腔体与密封管道为固定机构，操作杆具备伸缩与旋转两种运动方式。如图1所示，测量腔体a(1)和测量腔体b(2)通过密封管道(5)连接，管道走向与坐标轴y方向一致；测量腔体b(2)和测量腔体c(3)通过密封管道(6)连接，管道走向与坐标轴x方向一致；测量腔体c(3)和测量腔体d(4)通过密封管道(7)连接，管道走向与坐标轴z方向一致。测量腔体a设有一根与坐标轴y方向一致的第一操作杆(8)；测量腔体b设有两个操作杆，第二操作杆(9)与坐标轴x方向一致，第三操纵杆(10)和坐标轴z方向一致；测量腔体c设有两个操作杆，第四操作杆(11)与坐标轴y方向一致，第五操作杆(12)和坐标轴z方向一致。样品台为一柱状结构，在样品台内部存放有样品。传递样品的起点在腔体a，通过第一操作杆(8)把样品台传递到测量腔体b。在测量腔体b，样品台可以通过第三操作杆(10)进行旋转操作，然后通过第二操作杆(9)传递到测量腔体c。在测量腔体c，样品台可以通过第四操作杆(11)进行旋转操作，然后通过第五操作杆(12)传递到测量腔体d，从而完成样品在四个测量腔体中的传递。

为了完成上述操作，在传样杆的末端以及样品台下方需要接入特殊机械结构，分别命名为取样头(图2-4)、取样钥匙(图5-7)、取样插梢(图8-11)和样品锁扣(图12-13)。

取样头(图2-4)由固定连接的空心圆柱(13)和空心插座(14)组成，安装在第三操作杆(10)的末端。安装方式为把操作杆圆柱状的末端插入取样头的空心圆柱部分，并通过螺丝固定。在对样品进行传递操作时，样品台垂直插入空心插座(14)中，通过旋转第三操作杆(10)，实现样品台的旋转操作。

取样钥匙为空心方孔柱体(图5-7)，安装在第一、第二和第五操作杆的末端。这三根操作杆的末端为方形凸台，与取样钥匙的内孔相匹配。安装方式为把操作杆的方形凸台插入取样钥匙的内孔，并通过螺丝固定。取样钥匙的一侧具有两个圆柱形凸起，安装的时候需要把这一侧朝外。在对样品进行传递操作时，取样钥匙的两个圆柱形凸起(16)和(17)分别插入样品台的锁扣下方两对插槽(21)或(22)中，通过操作第一、第二和第五操作杆，实现样品台的移动。

取样插梢(图8-11)为带有长方形凸台的空心圆柱体，安装在第四操作杆的末端。第四操作杆的末端为圆柱状，与取样插梢的圆柱形内孔(19)相匹配。安装方式为把第四操作杆(11)圆柱形末端插入圆柱形内孔，并通过螺丝固定。在对样品进行传递操作时，取样插梢方形凸台部分(18)垂直插入样品台锁扣的方形槽(20)中，通过旋转第四操作杆11，实现样品台的旋转操作。

样品台锁扣(图12-13)为柱状结构，固定在样品台上。在样品台锁扣的下部分分别设有插槽，其中下半部分设有两对末端方向相反的折线插槽(21)和(22)与取样钥匙的圆柱形凸起匹配，当需要使用向上的力时，使用插槽对(21)，当需要使用向下力时，使用插槽对(22)；上半部分插槽(20)与取样插梢的凸台(18)匹配。样品台锁扣安装在样品台上的方式为使用螺丝把样品台锁扣固定在样品台上。通过样品台锁扣与取样头、取样钥匙和取样插梢的配合使用，实现样品台在超高真空中的移动和旋转。

本发明提供了一种超高真空环境的样品检测装置，通过操作构件就可以实现样品及样品台在空间中6个自由度的三维的移动与旋转，能够实现样品台在多个腔体之间的移动。全部过程只需要对控制杆进行操作，避免直接接触样品台，操作方便精准，且整个过程无需重新调节测量腔中的环境参数。

附图说明

图1：本发明样品检测装置的结构图；

图2：本发明取样头的结构示意图；

图3：本发明取样头的侧视图；

图4：本发明取样头的俯视图；

图5：本发明取样钥匙的结构立体图；

图6：本发明取样钥匙的主视图；

图7：本发明取样钥匙的侧视图；

图8：旋转前本发明样品；

图9：旋转后本发明样品；

图10：本发明样品取样插梢的侧视图；

图11：本发明样品取样插梢的立体图；

图12：取样插梢的示意图本发明样品台锁扣主视图；

图13：取样插梢的示意图本发明样品台锁扣俯视图；

各图中的标号：1-超高真空测量腔体a；2-超高真空测量腔体b；3-超高真空测量腔体c；4-超高真空测量腔体d；5-超高真空测量腔体a和超高真空测量腔体b之间的管道；6-超高真空测量腔体b和超高真空测量腔体c之间的管道；7-超高真空测量腔体c和超高真空测量腔体d之间的管道；8-超高真空测量腔体a的操作杆；9-超高真空测量腔体b延x方向的操作杆；10-超高真空测量腔体b延y方向的操作杆；11-超高真空测量腔体c延y方向的操作杆；12-超高真空测量腔体c延z方向的操作杆；13-取样头的空心柱；14-取样头的空心插座；15-取样钥匙的空心孔；16-取样钥匙的凸起；17-取样钥匙的凸起；18-取样插梢的凸台；19-取样插梢的空心圆柱体；20-锁扣方形插槽；21-锁扣折线插槽对；22-锁扣折线插槽对；23-锁扣的螺孔。

具体实施方案

参考图1，本发明操作杆8设置在测量腔体1内；水平管道5连接测量腔体1与测量腔体2；操作杆9和10设置在测量腔体2内；水平管道6连接测量腔体2与测量腔体3；操作杆11和12设置在测量腔体3内；垂直管道7连接测量腔体3与测量腔体4。

操作杆8、9和12与样品台锁扣活动连接，具体结构如下：取样钥匙为空心方孔柱体(图5-图7)，安装在操作杆8、9或12的末端。这三根操作杆的末端为方形凸台，与取样钥匙的内孔相匹配。这三根操作杆的末端为方形凸台，与取样钥匙的内孔15相匹配。安装方式为把操作杆的方形凸台插入取样钥匙的内孔，并通过螺丝固定。取样钥匙的一侧具有两个圆柱形凸起16和17，安装的时候需要把这一侧朝外。在对样品进行传递操作时，取样钥匙的圆柱形凸起16和17插入样品台的锁扣下方插槽对21或22，通过操作杆8、9或12，实现样品台在不同测量腔体之间的移动。

操作杆10与样品台锁扣活动连接，具体结构如下：取样头(图2-图4)由固定连接的空心圆柱13和空心插座14组成，安装在操作杆10的末端，通过螺丝将操作杆10与取样头的13固定。空心插座14的中间为空心圆，尺寸与样品台匹配，样品台可以插入该空心圆，实现样品台与空心插座14的连接。这样通过操作杆10便可以实现样品台的旋转。旋转时的具体情况如下：当样品台通过管道5进入测量腔体2后，插入操作杆10固定好的取样头的空心插座13中，此时圆柱形样品台轴线沿着y轴。通过操作杆10旋转90°，可以使固定在取样头上的圆柱形样品台轴线由y轴方向朝x轴。

操作杆11与取样插梢活动连接，具体结构如下：取样插梢(图8-图11)由固定连接的方形插梢18和空心圆柱19组成，安装在操作杆11的末端，通过螺丝将操作杆11与取样插梢的19部分固定。在对样品进行传递操作时，方形插梢18插入样品台的锁扣上方插槽20，这样通过操作杆11便可以实现样品台的旋转。旋转时的具体情况如下：当样品台通过管道6进入测量腔体3后，将方形插梢18插入样品台的锁扣上方插槽20，此时圆柱形样品台轴线沿着x轴，通过操作杆11旋转90°，可以使固定在取样头上的圆柱形样品台轴线由x轴方向朝z轴。

本发明测试完整操作过程如下：

a)首先样品从测量腔体1中进入，操作杆8与取样钥匙15固定，锁扣固定于样品台下端，取样钥匙16和17与样品台锁扣插槽对21或22活动连接，通过操作杆8使得样品台沿y轴方向正向移动，样品台通过管道5进入测量腔体2中；

b)取样头固定连接在操作杆10末端，样品台插入取样头的空心插座14后将操作杆8退出，然后操作杆10旋转90°，使得样品台转为沿x轴方向，此时操作杆9前端固定同样结构的取样钥匙，使其与样品台锁扣插槽对21或22配合，再退出操作杆10，通过操作杆9使得样品台沿着x轴负向移动，样品台通过管道6进入测量腔体3中；

c)将固定于操作杆11末端的取样插梢方形部分18插入样品台锁扣插槽20内，然后退出操作杆9，再将操作杆11旋转90°，使得样品台转为沿z轴方向；将固定于操作杆12末端的取样钥匙17和16与样品台插槽对21或22配合，然后退出操作杆11，通过操作杆11使得样品台沿着z轴正向移动，样品台通过管道7进入测量腔体4中。

至此全部过程完成，样品台通过操作使用操作杆移动到目的位置，在没有破坏测量腔体内的超高真空环境下，完成了样品台在三维空间中的移动与旋转。