透射电镜样品台倾转结构的制作方法

1.本发明涉及透射电子显微镜技术领域，尤其涉及一种透射电镜样品台倾转结构。


背景技术：

2.透射电子显微镜(tem)是研究物质显微结构的科研设备，它具有超高的分辨率，已经成为材料表征的重要手段。对物理、生物、材料学、化学等诸多领域的进步发挥了举足轻重的作用。tem的分辨率已经能达到原子尺寸分辨率，如需获得很好的原子尺寸像，或在纳米尺度通过选区电子衍射花样确定材料的晶体取向，需要透射电子束沿着某一晶体方向入射，样品某晶体方向需要调整到与入射电子束平行，这就要求搭载实验样品的样品台具有角度旋转功能。样品以两个相互垂直的轴做欧拉旋转，确保样品旋转到合适的位置。对应到tem样品杆，这两个轴分别是样品杆轴向α方向，垂直于样品杆轴向且通过样品平面的β方向。其中α方向的转动由tem测角台带动杆身旋转实现，而β方向的旋转则由样品杆提供。
3.目前实现β角倾转的方法有：1)曲轴连接：此方式通过前端镶有宝石小球的曲轴旋转带动样品台沿β轴上下摆动，主要缺点是零件加工较为复杂，且体积较大。2)压电式驱动：现有技术中提出使用压电材料的切变力作为驱动，直接带动转轴的旋转实现β倾转。此方式较为直接，且倾转角不受结构限制，但安装与信号控制问题是难题；
4.3)杠杆 导轨形式：现有技术中使用导轨限位结合连杆传动的方式实现β倾转，其结构简单，但由于机械装配间隙的存在，可能造成观察样品的晃动。
5.针对以上问题，亟需一种加工、装配简单，结构紧凑，稳定可靠的样品台倾转结构。


技术实现要素：

6.本发明提供一种透射电镜样品台倾转结构，用以解决现有技术中样品台倾转结构复杂，倾转精度不易控制的缺陷，实现对样品台倾转角度的精准控制，提高样品台稳定性。
7.本发明提供一种透射电镜样品台倾转结构，包括：
8.框架，具有第一转轴、第二转轴和中空管，所述中空管内设有沿所述中空管轴向移动的驱动轴；
9.以所述第一转轴为倾转轴心的连杆机构；
10.以所述第二转轴为倾转轴心的样品台；
11.所述连杆机构一端与所述驱动轴连接，另一端与所述样品台搭接，由所述驱动轴驱动，所述连杆机构对所述样品台施加使所述样品台倾转的第一作用力；
12.弹性复位件，与所述样品台连接，对所述样品台施加第二作用力，所述第二作用力与所述第一作用力方向相反。
13.根据本发明提供的一个实施例，所述连杆机构包括倾转臂和转接件，所述倾转臂包括呈角度设置的第一支臂和第二支臂，所述转接件一端转动连接所述驱动轴，另一端转动连接所述第一支臂，所述第二支臂与所述样品台搭接。
14.根据本发明提供的一个实施例，所述第二支臂具有第一接触端，所述样品台具有
第二接触端，所述第一接触端与所述第二接触端接触，并对所述第二接触端施加所述第一作用力。
15.根据本发明提供的一个实施例，所述第一接触端为设于所述第二支臂自由端部的拨杆，所述第二接触端为设于所述样品台靠近所述第二支臂一端的悬臂，所述悬臂具有悬臂平面，所述拨杆与所述悬臂平面接触，以施加所述第一作用力。
16.根据本发明提供的一个实施例，所述第一支臂和所述第二支臂的夹角为100-150度。
17.根据本发明提供的一个实施例，所述中空管与所述驱动轴滑动配合，其间距为0.005-0.115mm。
18.根据本发明提供的一个实施例，所述样品台靠近所述第一转轴的一端设有第一挡块，所述弹性复位件为套设在所述第一转轴上的扭簧，所述扭簧一端与所述第一挡块相抵，另一端与所述框架相抵。
19.根据本发明提供的一个实施例，所述样品台远离所述第一转轴的一端设有第二挡块，所述框架内靠近所述第二挡块位置处设有固定轴，所述弹性复位件为套设在所述固定轴上的扭簧，所述扭簧一端与所述第二挡块相抵，另一端与所述框架相抵。
20.根据本发明提供的一个实施例，所述样品台表面设有置物槽。
21.根据本发明提供的一个实施例，所述框架还包括手柄，所述手柄设有连接所述驱动轴的驱动机构，所述驱动轴由所述驱动机构驱动，沿所述中空管轴向移动。
22.本发明提供的透射电镜样品台倾转结构，通过在框架的第一转轴上设置连杆机构，在框架的第二转轴上设置样品台，连杆机构的一端与驱动轴连接，另一端与样品台搭接，并将驱动轴设于框架的中空管内，驱动轴移动通过连接机构带动样品台倾转，实现样品台的倾转角度控制；驱动轴沿其轴向移动将直线运动通过连杆机构转换成样品台的倾转运动，减小间隙配合的误差，提高样品台倾转稳定性；连杆机构对样品台施加旋转力的同时，弹性复位件对样品台施加反向力，在样品台倾转时保证了倾转角度的稳定性，有效提高了对样品台绕轴倾转的精度控制，提高实验中原位观察质量。该样品台倾转结构加工、装配简单，结构紧凑，可实现透射电镜样品台倾转角度的精准控制，进而实现高质量的原位观察。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的外观图；
25.图2是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的内部结构示意图；
26.图3是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的倾转臂的结构示意图
27.图4是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的框架的结构示意图；
28.图5是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的样品台的结构示意图；
29.图6是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的扭簧的结构示意图；
30.图7是本发明提供的透射电镜样品台倾转结构的另一实施例的结构示意图；
31.附图标记：
32.1：框架；
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11：手柄；
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2：第一转轴；
33.3：第二转轴；
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4：样品台；
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41：悬臂；
34.42：第一挡块；
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421：限位螺钉；
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43：置物槽；
35.44：第二挡块；
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5：倾转臂；
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51：第一支臂；
36.52：第二支臂；
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521：拨杆；
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6：扭簧；
37.61：固定轴；
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7：转接件；
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8：驱动轴；
38.9：中空管。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。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。
41.在本发明实施例的描述中，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。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实施例中的具体含义。
42.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.如图1和图2所示，本发明实施例提供一种透射电镜样品台倾转结构，该结构具有一外部框架1，框架1内设有第一转轴2和第二转轴3，框架1内还设有样品台4和连杆机构，样
品台4通过第二转轴3转动连接在框架1上，连杆机构通过第一转轴2转动连接在框架1上，同时，连杆机构的一端与样品台4接触，通过连杆机构绕第一转轴2的倾转，可以带动样品台4绕第二转轴3倾转，实现样品台4的倾转角度调节。
45.框架1的一端设有中空管9，中空管9的轴向正对于连杆机构，中空管9内设有驱动轴8，驱动轴8的一端与连杆机构活动连接，驱动轴8驱动时，可以沿中空管9的轴向在中空管9内做直线运动，从而带动连杆机构绕第一转轴2的倾转，进而带动样品台4绕第二转轴3倾转。
46.其中，连杆机构一端与样品台4搭接，连杆机构对样品台4施加了第一作用力，该作用力使得样品台4绕第二转轴3倾转。为了使样品台4倾转回到原来位置，亦或者是使样品台4绕第二转轴3做反向的倾转，本实施例中还设有弹性复位件，弹性复位件与样品台4连接，对样品台4施加第二作用力，该第二作用力与第一作用力方向相反。由此，样品台4在第一作用力和第二作用力的共同作用下，通过驱动轴8的移动调节，可以实现精准的倾转角度调节。
47.值得一提的是，本实施例中，第一转轴2和第二转轴3是相互平行的，将第一转轴2和第二转轴3的轴向作为α方向，垂直于第一转轴2和第二转轴3轴向且通过样品台4平面的方向定位β方向。本发明实施例则是实现样品台4在β方向上的倾转。
48.本实施例中，通过将驱动轴8的直线运动转换成样品台4的倾转运动，机械结构配合简单，有效减小了各个部件间隙配合的误差，有利于提高样品台4倾转的稳定性。同时，通过连杆机构和弹性复位件的配合，利用方向相反的两个作用力对样品台4进行倾转控制，避免了样品台4倾转时晃动或倾转不均的不稳定现象，有效提高了对样品台4绕轴倾转的精度控制，提高实验中原位观察的质量。
49.如图2所示，在一个具体实施例中，连杆机构包括倾转臂5和转接件7，倾转臂5包括呈角度设置的第一支臂51和第二支臂52。转接件7一端通过自由轴转动连接驱动轴8，另一端通过自由轴转动连接第一支臂51，第二支臂52与样品台4搭接。由于第一支臂51和第二支臂52之间固定连接且形成一定的夹角，驱动轴8的直线运动通过转接件7转化成倾转臂5的倾转运动，由于第一支臂51带动第二支臂52倾转，第二支臂52对样品台4施加转动力，从而推动样品台4倾转。本实施例通过倾转臂5的第一支臂51和第二支臂52呈角度设置，且通过转接件7的活动连接，实现了直线运动向旋转运动的转换，实现了对样品台4倾转的有效控制。
50.在一个具体实施例中，第二支臂52具有第一接触端，样品台4具有第二接触端，第一接触端与第二接触端始终保持接触。在驱动轴8做直线运动时，第二支臂52转动，第一接触端对第二接触端施加推力，即第一作用力，第一接触端推动第二接触端，实现样品台4的倾转。值得一提的是，在接触过程中，第一接触端与第二接触端是滑动接触的，保证样品台4的正常转动。同时，在第一接触端对第二接触端施加的推力小于弹性复位件对样品台4的弹力时，样品台4反向转动，此时第一接触端与第二接触端沿反方向滑动接触。
51.如图2和图3所示，在一个具体实施例中，第一接触端为设于第二支臂52自由端部的拨杆521，该拨杆521与第一转轴2是平行的，第二接触端为设于样品台4靠近第二支臂52一端的悬臂41，悬臂41具有悬臂平面，拨杆521与悬臂平面接触，在调节过程中，拨杆521对悬臂平面施加推力，即第一作用力，且沿悬臂平面滑动，从而推动样品台4倾转。
52.可以理解的是，本实施例中，拨杆521为圆柱形杆体，拨杆521在悬臂平面滑动，实现了第二支臂52与样品台4的接触，该接触为线接触，通过线接触的方式沿悬臂平面滑动以推动样品台4倾转，该方式明显有利于对样品台4倾转的精度控制，可以实现样品台4精准角度的调节，为实验的观察角度需求提供了保障。
53.在一个具体实施例中，驱动轴8设置在第一转轴2和第二转轴3的共同平面内，由于第一支臂51和第二支臂52呈夹角设置，当驱动轴8移动，拉动第一支臂51转动到与驱动轴8平齐时，则将样品台4调节到了最大的倾转角度，及倾转极值，弹性复位件弹性收缩到最大值；当驱动轴8反向移动，弹性复位件得到回弹，弹性复位件对样品台4施加第二作用力，可以将样品台4推动到反方向最大的倾转位置，达到另一个倾转极值。优选的，将两个倾转极值调节呈相同的数值，这样，样品台4朝两个方向倾转的最大角度相同，便于实验观察。
54.在一个具体实施例中，为了使样品台4的倾转角度达到合适，便于实验观察，将第一支臂51和第二支臂52的夹角控制在100-150度。当然，样品台4的倾转角度最大值，可根据该夹角度数设定。
55.在一个具体实施例中，中空管9与驱动轴8滑动配合，为了确保驱动轴8在运动过程中的抖动最少，需要精确的控制加工与装配精度，要求两者滑动配合单边间隙为0.005-0.015mm。为了降低加工难度，一般仅需控制出口2-3cm长度的加工精度。
56.如图5和图6所示，在一个具体实施例中，样品台4靠近第一转轴2的一端设有第一挡块42，弹性复位件为套设在第一转轴2上的扭簧6，扭簧6一端与第一挡块42相抵，另一端与框架1相抵，以对样品台4施加与倾转臂5相反的推力。优选的，第一挡块42成对布置在悬臂41的两侧，每个第一挡块42还对应设有一个限位螺钉421，扭簧6设有两个，扭簧6的一端抵在限位螺钉421内，且在转动时，扭簧6的一端在限位螺钉421内滑动。成对布置的第一挡块42和扭簧6，保证了样品台4受力的均匀性，有利于样品台4转动的稳定。
57.如图7所示，在一个具体实施例中，样品台4远离第一转轴2的一端设有第二挡块44，框架1内靠近第二挡块44位置处设有固定轴61，弹性复位件为套设在该固定轴61上的扭簧6，扭簧6一端与第二挡块44相抵，另一端与框架1相抵。优选的，第二挡块44呈对称结构，并设有成对布置的限位螺钉421，扭簧6和固定轴61对应设有两个，分别设于框架1内部两端。此时，扭簧6与倾转臂5分别位于第二转轴3的两端，分别从样品台4的两端对样品台4施加推力，依次保持样品台4的倾转以及倾转角度定位。该实施例对框架1内部的空间要求较大，因此可适用于样品台4体积较小的情况。
58.本发明实施例提供的透射电镜样品台倾转结构，总体结构简单，便于装配，可以根据实际需求更换不同体积的样品台4，可以通过改变样品台4的倾转轴心与悬臂41的距离来实现最大倾转角度的调节，同样，对倾转臂5的第一支臂51和第二支臂52的长度调节，也可以实现样品台4最大倾转角度的调节，具有较高的实用性。
59.如图5所示，样品台4表面设有凹槽，该凹槽为置物槽43，置物槽43可根据实际需要进行加工，可根据需要设置不同尺寸以放置mems芯片或者直接放置双喷样品。
60.如图4所示，在一个具体实施例中，框架1靠近驱动轴8的一端设有手柄11，手柄11设有连接驱动轴8的驱动机构，如直线电机，当然驱动机构也可以是丝杆机构，可以通过手动控制。驱动轴8由驱动机构驱动，沿中空管9轴向移动，从而通过转接件7带动倾转臂5倾转，进而实现样品台4的倾转。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。