一种超高真空原子力显微镜送样设备的制作方法

1.本发明涉及原子力显微镜技术领域，特别涉及一种超高真空原子力显微镜送样设备。


背景技术：

2.原子力显微镜，一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材样表面结构的分析仪器，它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质，将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。
3.现有技术中，原子力显微镜在进行送样时，通常采用人力送样的方式，在测量不同样本时需要停止原子力显微镜并重新装载样本，由于造超高真空的时间大约需要一周时间，此方式较为耗费时间和精力，
4.因此，如何提供一种超高真空原子力显微镜送样设备，能够有效减少测量时间，提高测量效率是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超高真空原子力显微镜送样设备，能够有效减少测量时间，提高测量效率。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种超高真空原子力显微镜送样设备，包括原子力显微镜主体、送样机构、传输机构、出样机构、驱动机构和抽真空机构，所述送样机构用于将样品输送至所述传输机构，所述传输机构用于将所述样品输送至所述出样机构，所述出样机构将所述样品输出至所述原子力显微镜主体的内腔，所述驱动机构用于驱动所述送样机构和所述传输机构运转，所述原子力显微镜主体用于对所述样品进行测量，以将所述样品中的合格样品和不合格样品进行识别，并控制所述合格样品和所述不合格样品从所述出样机构的不同区域滑出；
8.所述原子力显微镜主体为密封腔体结构，所述送样机构、所述传送机构和所述出样机构均设置于所述原子力显微镜主体内，所述抽真空机构与所述原子力显微镜主体相连通，且所述抽真空机构能够将所述原子力显微镜主体的内腔抽取为预设真空范围值。
9.优选的，所述原子力显微镜主体包括壳体，测量模块和控制面板，所述测量模块和所述控制面板电连接，所述送样机构、所述传输机构和所述出样机构均设置于所述壳体内部；
10.所述测量模块包括图像获取模块、数据接收模块、数据整合模块、对比分析模块、反馈模块和通讯单元，所述图像获取模块用于获取所述样品的图像信息，并传输给所述数据接收模块，所述数据接收模块用于接收所述图像信息并传输给所述数据整合模块，所述数据整合模块用于将所述图像信息进行整合分类并传输给所述对比分析模块，所述对比分析模块用于将获取的所述图像信息与数据储存库存储的预设数据信息进行对比分析，并通
过所述反馈模块和所述通讯单元将比较结果传输给所述控制面板，所述控制面板控制所述出样机构转动不同角度，以控制所述合格样品和所述不合格样品从不同区域滑出。
11.优选的，还包括工作台、底座和安装座，所述工作台设置于所述底座上，所述安装座设置于所述底座的一侧，所述送样机构和所述传输机构均设置于所述工作台上，所述底座上开设有用于容纳所述出样机构的容纳腔，所述安装座上设置有用于安装所述驱动机构的安装腔。
12.优选的，所述送样机构包括托盘、送样盘和送样筒；
13.所述托盘固定于所述工作台上，所述送样筒固定于所述托盘上，所述送样筒为两端相连通的筒状结构，所述送样筒的底端面置于所述送样盘的上端面，所述送样筒用于盛放放置有所述样品的样品台；
14.所述送样盘置于所述托盘上部且与所述托盘相搭接，沿所述送样盘的外壁开设有多个用于容纳所述样品台的置物槽，所述送样盘和所述托盘均为仿形的环形结构，所述送样盘能够沿所述托盘的周向旋转，且在所述送样盘旋转的过程中，所述样品台能够从所述送样筒落到所述送样盘的置物槽内，并旋转至所述传输机构上。
15.优选的，所述送样机构还包括弹性伸缩杆和刮板，所述弹性伸缩杆固定于所述托盘上，所述刮板的一端与所述弹性伸缩杆固连，所述刮板的另一端与所述送样盘的上表面相接触。
16.优选的，所述传输机构包括用于输送所述样品台的传输带，和分别设置于所述传输带两侧的第一挡板和第二挡板，所述传输带与所述驱动机构相连接。
17.优选的，所述驱动机构包括驱动组件和连接组件，所述连接组件能够连接所述驱动组件和所述出样机构，以及所述驱动组件与所述传输机构；
18.所述驱动组件包括驱动电机、连接盘和顶杆，所述连接盘和所述顶杆均设置于所述驱动电机的电机轴上，所述顶杆能够与所述连接组件连接或脱离，所述连接盘上设置有避让凹槽；
19.所述连接组件包括卡盘、第一转轴、第一盘齿、第二转轴、第二盘齿、第一齿轮、第二齿轮和滚轴，所述卡盘、所述第一盘齿和所述送样盘均与所述第一转轴相连，所述第二盘齿与所述第一盘齿相啮合，所述第二盘齿和第一齿轮均与所述第二转轴相连，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述第二齿轮设置于所述第一挡板上，所述滚轴穿过所述第二齿轮和所述第一挡板与所述传输带相连；
20.所述卡盘上设置有多个卡块，任意相邻两个所述卡块之间设置有滑槽，所述顶杆能够在所述驱动电机旋转的过程中插入所述滑槽内带动所述卡盘旋转，且能够从所述滑槽内脱出使得所述卡盘停止旋转。
21.优选的，所述出样机构包括驱动马达、调节齿轮、半齿板、啮合齿轮、导向座、出样筒和轴套，所述驱动马达与所述调节齿轮相连，所述调节齿轮通过所述半齿板与所述啮合齿轮相连接，所述啮合齿轮设置于所述出样筒上；
22.所述轴套固定于所述原子力显微镜主体上，所述出样筒设置于所述轴套上，所述导向座上倾斜设置有出样板，所述导向座设置于所述轴套的下端面，且所述出样板对应设置于所述出样筒的下端面。
23.优选的，所述出样板上设置有至少一个分隔板，所述分隔板将所述出样板分隔为
用于所述合格样品和所述不合格样品滑出的分隔区域。
24.优选的，所述抽真空机构包括分子泵、机械泵、钛泵和离子泵，所述分子泵、所述机械泵、所述钛泵和所述锂离子泵均与所述原子力显微镜主体相连通，使得所述原子例显微镜主体达到所述预设真空范围值。
25.由以上技术方案可以看出，当进行样品测量工作时，首先通过抽真空机构对原子力显微镜主体的内腔进行抽真空处理，当原子力显微镜主体的内腔的真空度为预设真空范围值时，便可开始进行测量工作，首先，启动驱动机构，驱动机构驱动送样机构和传输机构运转，使得送样机构将样品输送至传输机构，在样品被传输的过程中，原子力显微镜主体对样品进行测量，以将所述样品中的合格样品和不合格样品进行识别，并控制合格样品和不合格样品从出样机构的不同区域滑出至原子力显微镜主体的内腔。和现有技术相比，上述超高真空原子力显微镜送样设备集送样、传输、出样于一体，大大节省了测量时间，提高了测量效率。
附图说明
26.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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例所公开的超高真空原子力显微镜送样设备的结构示意图；
28.图2为本发明实施例所公开的原子力显微镜主体内部的结构示意图；
29.图3为本发明实施例所公开的送样机构、传输机构、出样机构的连接结构示意图；
30.图4为本发明实施例所公开的图3中a处的放大结构示意图；
31.图5为本发明实施例所公开的驱动机构的结构示意图；
32.图6为本发明实施例所公开的出样机构的结构示意图；
33.图7为本发明实施例所公开的测量模块的控制方法示意图。
34.其中，各部件名称如下：
35.100为原子力显微镜主体，101为出样盖，102为观察窗，103为检修板，104为控制面板，105为报警器，200为送样机构，201为托盘，202为送样盘，2021为置物槽，203为送样筒，204为固定板，205为弹性伸缩杆，206为刮板，207为样品台，300为传输机构，301为传输带，302为第一挡板，303为第二挡板，400为出样机构，401为驱动马达，402为调节齿轮，403为半齿板，404为导向座，4041为出样板，4042为分隔板，405为出样筒，406为轴套，407为连接板，500为驱动机构，501为驱动组件，5011为驱动电机，5012为顶杆，5013为连接盘，5013-a为避让凹槽，502为连接组件，5021为卡盘，5021-a为卡块，5021-b为滑槽，5022为第一转轴，5023为第一盘齿，5024为第二转轴，5025为第二盘齿，5026为第一齿轮，5027为第二齿轮，5028为滚轴，600为抽真空机构，601为分子泵，602为机械泵，603为钛泵，604为离子泵，700为工作台，800为底座，900为安装座，1000为支撑架
具体实施方式
36.有鉴于此，本发明的核心在于提供一种超高真空原子力显微镜送样设备，能够有
效减少测量时间，提高测量效率。
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面接合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，请参考图1-图7。
38.请参考图1，本发明实施例所公开的超高真空原子力显微镜送样设备，包括原子力显微镜主体100、送样机构200、传输机构300、出样机构400、驱动机构500和抽真空机构600，送样机构200用于将样品输送至传输机构300，传输机构300用于将样品输送至出样机构400，出样机构400将样品输出至原子力显微镜主体100的内腔，驱动机构500用于驱动送样机构200和传输机构300运转，原子力显微镜主体100用于对样品进行测量，以将样品中的合格样品和不合格样品进行识别，其中原子力显微镜主体100为密封腔体结构，送样机构200、传输300机构和出样机构400均设置于原子力显微镜主体100内，抽真空机构600与原子力显微镜主体100相连通，且抽真空机构600能够将原子力显微镜主体100的内腔抽取为预设真空范围值。
39.当进行样品测量工作时，首先通过抽真空机构600对原子力显微镜主体100的内腔进行抽真空处理，当原子力显微镜主体100的内腔的真空度为预设真空范围值时，便可开始进行测量工作，首先，启动驱动机构500，驱动机构500驱动送样机构200和传输机构300运转，使得送样机构200将样品输送至传输机构300，在样品被传输的过程中，原子力显微镜主体100对样品进行测量，以将所述样品中的合格样品和不合格样品进行识别，并控制合格样品和不合格样品从出样机构400的不同区域滑出至原子力显微镜主体100的内腔。和现有技术相比，上述超高真空原子力显微镜送样设备集送样、传输、出样于一体，大大节省了测量时间，提高了测量效率。
40.需要说明的是，原子力显微镜主体100的一侧设置有出样盖101，当样品滑动到原子力显微镜主体100的内腔时，工作人员可以打开出样盖101，手动将样取出。
41.本发明实施例所公开的原子力显微镜主体100包括壳体，测量模块和控制面板，其中测量模块和控制面板电连接，送样机构200、传输机构300和出样机构400均设置于壳体内部，其中，测量模块包括图像获取模块、数据接收模块、数据整合模块、对比分析模块、反馈模块和通讯单元，图像获取模块用于获取样品的图像信息，并传输给数据接收模块，数据接收模块用于接收图像信息并传输给数据整合模块，数据整合模块用于将图像信息进行整合分类并传输给对比分析模块，对比分析模块用于将获取的图像信息与数据储存库存储的预设数据信息进行对比分析，并通过反馈模块和通讯单元将比较结果传输给控制面板，控制面板控制出样机构400转动不同角度，以实现合格样品和不合格样品从不同区域滑出。
42.当原子力显微镜主体100对样品进行测量时，图像获取模块获得样品的表面的图像信息，并传输给数据接收模块，数据接收模块用于接收图像信息并传输给数据整合模块，数据整合模块通过样品1、样品2、...、样品n的形式进行保存，数据整合模块将图像信息进行整合分类并传输给对比分析模块，对比分析模块将获取的图像信息与数据库存储的预设数据信息进行对比分析，并通过反馈模块和通讯单元将比较结果传输给控制面板，控制面板控制出样机构400转动不同角度，以实现合格样品和不合格样品从不同区域滑出。
43.需要说明的是，本发明实施开所公开的原子力显微镜主体100上还设置有报警模块105，当检测到不合格样品时，报警模块105会进行报警，另外，原子力显微镜主体100上还设置有观察窗102和检修板103，通过观察窗102可以对原子力显微镜主体100内腔情况进行
观察，通过拆下检修板103可以对原子力显微镜主体100内部损坏部件进行检修。
44.为了实现对原子力显微镜主体100、送样机构200、传输机构300、出样机构400、驱动机构500的支撑，本发明实施所公开的超高真空原子力显微镜送样设备还包括支撑架1000，其中，原子力显微镜主体100送样机构200、传输机构300、出样机构400、驱动机构500设置于支撑架1000上部，抽真空机构600设置于支撑架1000的下部。
45.为了实现对送样机构200、传输机构300、出样机构400的支撑，本发明实施例所公开的超高真空原子力显微镜送样设备还包括工作台700、底座800和安装座900，其中工作台700设置于底座800上，安装座900设置于底座800的一侧，送样机构200和传输机构300均设置于工作台700上，底座800上开设有用于容纳出样机构400的容纳腔，安装座900上设置有用于安装驱动机构500的安装腔。
46.本发明实施例对送样机构200的具体结构不进行限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
47.为了优化上述实施例，本发明实施例所公开的送样机构200包括托盘201、送样盘202和送样筒203，其中托盘201固定于工作台700上，送样筒203固定于托盘201上，送样筒203为两端相连通的筒状结构，送样筒203的底端面置于送样盘202的上端面，送样筒203用于盛放放置有样品的样品台207，送样盘202置于托盘201上部且与托盘201相搭接，沿送样盘202的外壁开设有多个用于容纳样品台207的置物槽2021，送样盘202和托盘201均为仿形的环形结构，送样盘202能够沿托盘201的周向旋转，且在送样盘202旋转的过程中，样品台207能够从送样筒203落到送样盘202的置物槽2021内，并旋转至传输机构300上。如此设置，样品台207可大量存放在送样筒203内部，送样盘202间隙式旋转时通过样品台207的重力作用，持续有效的进行送样，无需人员频繁进行上样操作。
48.需要说明的是，为了对送样筒203实现进一步固定，送样筒204上还设置有固定板204，固定板204与原子力显微镜主体100的内腔的侧壁相连，送样筒203的顶部伸出原子力显微镜主体100，以便于将样品台207放入送样筒203内。
49.为了进一步优化上述实施例，本发明实施例所公开的送样机构200还包括弹性伸缩杆205和刮板206，其中，弹性伸缩杆205固定于托盘201上，刮板206的一端与弹性伸缩杆205固连，刮板206的另一端与送样盘202的上表面相接触。如此设置，在送样盘202旋转的过程中可通过刮板206对送样盘202进行清理，避免因残留物影响测量的准确性，从而实现安全测量。
50.本发明实施例对传输机构300不进行具体限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
51.为了优化上述实施例，本发明实施例所公开的传输机构300包括用于输送样品台207的传输带301，和分别设置于传输带301两侧的第一挡板302和第二挡板303，传输带301与驱动机构500相连接，当驱动机构500启动时，带动传输带301对样品台207进行传输。
52.本发明实施例对驱动机构500的具体结构不进行限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
53.驱动机构500包括驱动组件501和连接组件502，连接组件502能够连接驱动组件501和出样机构400，以及驱动组件501与传输机构300；
54.其中，驱动组件501包括驱动电机5011、连接盘5013和顶杆5012，连接盘5013和顶
杆5012均设置于驱动电机5011的电机轴上，顶杆5012能够与连接组件502连接或脱离，连接盘5013上设置有避让凹槽5013-a；
55.连接组件502包括卡盘5021、第一转轴5022、第一盘齿5023、第二转轴5024、第二盘齿5025、第一齿轮5026、第二齿轮5027和滚轴5028，其中，卡盘5021、第一盘齿5023和送样盘202均与第一转轴5022相连，第二盘齿5025与第一盘齿5023相啮合，第二盘齿5025和第一齿轮5026均与第二转轴5024相连，第二齿轮5027与第一齿轮5026相啮合，第二齿轮5027设置于第一挡板302上，滚轴5028穿过第二齿轮5027和第一挡板302与传输带301相连，卡盘5021上设置有多个卡块5021-a，相邻两个卡块5021-a之间设置有滑槽5021-b，顶杆5012能够在驱动电机5011旋转的过程中插入滑槽5021-b内带动卡盘5021旋转，且能够从滑槽5021-b内脱出使得卡盘5021停止旋转。
56.启动驱动电机5011，驱动电机5011带动连接盘5013和顶杆5012旋转，在顶杆5012旋转的过程中，当顶杆5012进入卡盘5021的滑槽5021-b时，驱动机构500带动卡盘5021转动，卡盘5021带动第一转轴5022和第一盘齿5023转动，第一转轴5022带动送样盘202转动，第一盘齿5023带动第二盘齿5025转动，第二盘齿5025带动第二转轴5024转动，第二转轴5024带动第一齿轮5026转动，第一齿轮5026带动第二齿轮5027转动，第二齿轮5027带动滚轴5028转动，滚轴5028带动输送带301进行传输。
57.其中，在送样盘202旋转的过程中，置物槽2021内的样品台207可旋转到传输机构300，当样品台207通过传输机构300时，顶杆5012从卡盘5021的滑槽5021-b内滑出，此时，卡盘5021、第一转轴5022、第一盘齿5023、第二转轴5024、第一盘齿5025、第一齿轮5026、第二齿轮5027和滚轴5028均处于静止状态，送样盘202和传输机构300也处于静止状态，样品可停留在传输机构300上，当顶杆5012再次进入滑槽5012-b时，驱动机构500再次带动卡盘5021转动，卡盘5021带动第一转轴5022和第一盘齿5023转动，第一转轴5022带动送样盘202转动，第一盘齿5023带动第二盘齿5025转动，第二盘齿5025带动第二转轴5024转动，第二转轴5024带动第一齿轮5026、第二齿轮5027和滚轴5028转动，如此实现循环，在样品台207传输的过程中，原子力显微镜主体100可实现对样品台207上的样品的测量。
58.需要说明的是，当顶杆5012通过滑槽5012-b带动卡盘5021旋转时，卡盘5021可穿过避让凹槽5013-a，不会影响卡盘5021的正常旋转，当顶杆5012脱离滑槽5012-b时，连接盘5013的外壁与卡盘5021的外壁的弧面贴合，有效对卡盘5021进行限位使其不会自由旋转，从而提高送样盘202送样及后续测量的稳定性。
59.连接盘5013与卡盘5021的周长设置需经过详细的计算，使得当顶杆5012通过滑槽5012-b带动卡盘5021旋转时，卡盘5021可穿过避让凹槽5013-a，且当顶杆5012脱离滑槽5012-b时，连接盘5013的外壁与卡盘5021的外壁的弧面贴合，有效对卡盘5021进行限位使其不会自由旋转，本发明实施例对具体的周长设置不进行详细阐述，只要能够实现上述功能即可。
60.本发明实施例对出样机构400的具体结构不进行限定，只要满足本发明使用要求的结构均在本发明的保护范围之内。
61.作为优选实施例，本发明实施例所公开的出样机构400包括驱动马达401、调节齿轮402、半齿板403、啮合齿轮、导向座404、出样筒405和轴套406，驱动马达401与调节齿轮402相连，调节齿轮402通过半齿板403与啮合齿轮相连接，啮合齿轮设置于出样筒405上，轴
套406固定于原子力显微镜主体100上，出样筒405设置于轴套406上，导向座404上倾斜设置有出样板4041，导向座404设置于轴套406的下端面，且出样板4041对应设置于出样筒405的下端面。
62.其中，出样板4041上设置有至少一个分隔板4042，其中分隔板4042将出样板4041分隔为用于合格样品和不合格样品滑出的分隔区域。
63.需要说明的是，沿轴套406的周向还设置有用于与原子力显微镜主体100的内壁相连的连接板407，可实现对轴套406的固定。
64.启动驱动马达401时，驱动马达401带动调节齿轮402转动，调节齿轮402带动半齿板403转动，半齿板403带动设置于出样筒405上的啮合齿轮转动，如此带动出样筒405转动，出样筒405转动不同的角度，出样筒405的出口对应于导向座404上的出样板4041不同的分隔区域，从而使得合格样品和不合格样品分别从不同的分隔区域内滑出。
65.需要说明的是，抽真空机构600包括分子泵601、机械泵602、钛泵603和离子泵604，其中分子泵601、机械泵602、钛泵603和离子泵604均与原子力显微镜主体100相连通，使得原子力显微镜主体100达到预设真空范围值。
66.其中，分子泵601的数量优选为两个，机械泵602的数量优选为两个，分子泵601、机械泵602、钛泵603分别与原子力显微镜主体100相连通，离子泵604设置于钛泵603一侧，与钛泵603相连通。
67.当需要对样品进行测量工作时，需通过抽真空机构600对原子力显微镜主体100的内腔进行抽真空处理，保证在超高真空的环境下对样品进行送样和测量，首先开启机械泵602，当原子力显微镜主体100内的真空度达到1e-3torr时，开启分子泵601抽1-2小时，当原子力显微镜主体100内的真空度达到1e-6torr时，再整体烘烤三天，当原子力显微镜主体100内的真空度达到2e-8torr时，开启钛泵603并通过加热装置对钛泵603外部进行加热以提高除气率，然后关闭加热装置使其降温，当原子力显微镜主体100内的真空度增加至2e-10torr时，打开并常开离子泵604，当原子力显微镜主体100内的真空范围值为5e-11torr时，达到测量要求，便可以对样品开始进行测量。
68.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
69.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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技术中的具体含义。
70.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。