專利名稱：諧波測(cè)角儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明討論的是有關(guān)X射線衍射儀的核心部件—諧波測(cè)角儀，屬精密角度測(cè)量裝置類。
背景技術(shù)：
X射線衍射儀是將X射線作用于樣品使之發(fā)生衍射，并用探測(cè)器來(lái)收集晶體的衍射角和衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析的大型儀器。它主要由X射線發(fā)生器，測(cè)角儀及計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)這三個(gè)部分組成(見圖1)。X射線衍射儀在地質(zhì)、治金、材料、化學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛使用。X射線衍射儀按研究對(duì)象可分為粉末(多晶)衍射儀和單晶衍射儀兩種，而粉末衍射儀在各領(lǐng)域里應(yīng)用最為普遍。粉末X射線衍射儀的主要設(shè)備，除穩(wěn)定的X射線發(fā)生器及可靠的計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)外，其核心部件就是精密的測(cè)角儀。粉末X射線衍射儀的測(cè)角儀主要由入射光路固定盤(固定盤)，兩步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的減速裝置，θ軸、2θ軸及θ盤(樣品轉(zhuǎn)盤)、2θ盤(探測(cè)器轉(zhuǎn)盤)等組成。粉末樣品壓制成平板狀后垂直置于樣品轉(zhuǎn)盤的樣品固定軸上，此軸心為衍射園的中心，探測(cè)器與衍射園相切并固定在探測(cè)器轉(zhuǎn)盤上，探測(cè)器轉(zhuǎn)盤與樣品轉(zhuǎn)盤繞同一軸心同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣衍射角和衍射強(qiáng)度信號(hào)就同時(shí)被記錄下來(lái)，送計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在記錄衍射強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)樣品轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)θ角時(shí)，探測(cè)器轉(zhuǎn)盤必須轉(zhuǎn)動(dòng)2θ角，因此X射線衍射儀要求測(cè)角儀的角度分辨率(即精度)越高越好。
目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)X射線衍射儀的廠家不少，但其測(cè)角儀中θ盤、2θ盤的傳動(dòng)減速裝置都采用渦輪渦桿減速，這種減速傳動(dòng)方法具有穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，但由于測(cè)角儀要求的減速比比較大，這樣就使得減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而龐大，加之受步進(jìn)電機(jī)精度的限制，這種測(cè)角儀的精度最好只能達(dá)到千分之一度。據(jù)資料介紹，德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的SiemensD500型X射線衍射儀的測(cè)角儀精度為0.001度；日本理學(xué)電機(jī)公司生產(chǎn)的D/Max-3C型X射線衍射儀，它的測(cè)角儀精度好于0.002度；國(guó)內(nèi)北京大學(xué)生產(chǎn)的MSAL自動(dòng)X射線衍射儀的測(cè)角儀的精度為0.001度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)方案是采用諧波傳動(dòng)的大減速比的技術(shù)，克服現(xiàn)有技術(shù)中X射線衍射儀之測(cè)角儀采用渦輪渦桿進(jìn)行減速傳動(dòng)帶來(lái)的結(jié)構(gòu)龐大和精度受限制的不足。
本發(fā)明諧波測(cè)角儀是對(duì)粉末X射線衍射儀之測(cè)角儀中減速傳動(dòng)裝置的改進(jìn)。它由入射光路固定盤(固定盤)，兩步進(jìn)電機(jī)及諧波減速裝置，θ軸、2θ軸及θ盤(樣品轉(zhuǎn)盤)、2θ盤(探測(cè)器轉(zhuǎn)盤)組成。每組諧波減速機(jī)構(gòu)由波發(fā)生器、柔輪及剛輪組成，波發(fā)生器置于柔輪內(nèi)側(cè)，并用柔性軸承滾動(dòng)連接，剛輪置于柔輪外側(cè)，和柔輪嚙合，剛輪的齒數(shù)比柔輪多，工作時(shí)，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪固定，柔輪輸出；也可以波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪輸出固定，柔輪固定。諧波測(cè)角儀的兩步進(jìn)電機(jī)與兩組諧波減速裝置的波發(fā)生器固定，第一組諧波減速裝置的輸出剛輪即為2θ軸，第二組諧波減速裝置的輸出剛輪與θ軸固定；θ盤、2θ盤分別與θ軸、2θ軸固定。
本發(fā)明諧波測(cè)角儀的諧波減速裝置由同一軸心的上下兩組二級(jí)諧波減速裝置組成。將上面一稱第一組，下面的為第二組。每組諧波減速裝置均共用一個(gè)波發(fā)生器及柔輪，柔輪上下兩端分別為次級(jí)柔輪和初級(jí)柔輪，且兩極柔輪的齒數(shù)不同，次級(jí)柔輪齒數(shù)少。工作時(shí)，初級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪固定，柔輪輸出；次級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪輸入，剛輪輸出。本發(fā)明諧波測(cè)角儀的探測(cè)器轉(zhuǎn)盤是一個(gè)內(nèi)徑和波發(fā)生器內(nèi)徑一樣的大圓盤，它放在輸出剛輪(2θ軸)上方，與波發(fā)生器同軸心，固定在2θ軸；固定盤是一個(gè)內(nèi)徑和波發(fā)生器內(nèi)徑一樣的圓盤，它置于探測(cè)器轉(zhuǎn)盤之上，不和探測(cè)器轉(zhuǎn)盤接觸；一個(gè)比波發(fā)生器內(nèi)徑小的帶小圓面的固定盤軸，穿過探測(cè)器轉(zhuǎn)盤、固定盤和第一組波發(fā)生器后，該軸與波發(fā)生器同軸心，固定在殼體上，固定盤固定在小圓面之下；一個(gè)外徑比固定盤軸內(nèi)徑小的帶大圓面的空心軸叫θ軸，該軸穿過第一組諧波減速裝置并與第二組諧波減速裝置的波發(fā)生器同軸心，固定在第二組諧波減速裝置輸出剛輪上，θ盤是一個(gè)內(nèi)徑等同于θ軸外徑的圓盤，θ盤和θ軸固定。θ軸的大圓面與固定盤面不接觸；樣品轉(zhuǎn)盤與固定盤及探測(cè)器轉(zhuǎn)盤與固定盤之間有較小間隙，并以軸承支撐。θ軸、固定盤軸及2θ軸具有較高的同軸度和同垂直度。
本發(fā)明諧波測(cè)角儀，采用諧波減速傳動(dòng)裝置，每組柔輪齒數(shù)比剛輪的少，所以當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔輪與剛輪向相反方向轉(zhuǎn)過較少的角度，從而實(shí)現(xiàn)了比渦輪渦桿傳動(dòng)大得多的減速比，故測(cè)角精確度可好于千分之一。諧波測(cè)角儀與其它裝置配合，能精確測(cè)定新物質(zhì)、新材料(特別是超導(dǎo)和高分子材料)的特征面網(wǎng)間距的變化，對(duì)揭示成分改變引起結(jié)構(gòu)變化之規(guī)律的研究起到積極作用。


圖1是X射線衍射儀示意圖；1、X射線發(fā)生器；2、測(cè)角儀；3、計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明諧波測(cè)角儀結(jié)構(gòu)圖1、樣品轉(zhuǎn)盤(θ盤)；2、固定盤(入射光路固定盤)；3、探測(cè)器轉(zhuǎn)盤(2θ盤)；4、上殼體；5、下殼體；6、θ軸；7、θ軸固定法蘭；8、固定盤軸；9、固定盤軸法蘭；10、底座；11、軸套；12、上擋環(huán)；13、柔性軸承1；14、第一組波發(fā)生器；15、隔環(huán)；16、第一組固定剛輪；17、第一組輸出剛輪(2θ軸)；18、消隙齒輪；19、大齒輪；20、步進(jìn)電機(jī)；21、下?lián)醐h(huán)；22、第二組波發(fā)生器；23、第二組固定剛輪；24、第二組輸出剛輪；25、小齒輪；26、柔輪。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用二級(jí)諧波減速傳動(dòng)裝置，根據(jù)減速比要求設(shè)計(jì)好諧波傳動(dòng)中的波發(fā)生器、柔輪及剛輪的大、小和配合齒數(shù)，兩組諧波減速裝置上下同軸心放置，每組波減速機(jī)構(gòu)均共用一個(gè)波發(fā)生器及柔輪，剛輪比柔輪齒數(shù)多，初級(jí)柔輪齒數(shù)和次級(jí)柔輪齒數(shù)不同，初級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪固定，柔輪輸出，次級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪輸出。
第一組波發(fā)生器是一個(gè)兩頭是小圓環(huán)，中間是大圓環(huán)的空心圓柱體(圖2中14)，做一個(gè)直徑與波發(fā)生器外徑相同，高度為波發(fā)生器中間圓環(huán)減去二個(gè)柔性軸承直徑的圓環(huán)作隔環(huán)(圖2中15)，將隔環(huán)套在波發(fā)生器的大圓環(huán)外，再將兩個(gè)柔性軸承放置在波發(fā)生器大圓環(huán)兩端(即隔環(huán)的上下)，然后將波發(fā)生器置于與之配合的柔輪內(nèi)(圖2中26)，柔輪一面與柔性軸承滾動(dòng)接觸，兩個(gè)與柔輪配套的剛輪，套在柔輪外并與之嚙合，柔輪上、下齒數(shù)不同，齒多的在下方，置于柔輪下方的稱作固定剛輪(圖2中16)，置于柔輪上方的稱作輸出剛輪(圖2中17即2θ軸)。做一個(gè)外徑比柔輪直徑小一點(diǎn)，內(nèi)徑和波發(fā)生器的小圓環(huán)外徑一樣的圓環(huán)稱作上擋環(huán)(圖2中12)，將上擋環(huán)套在波發(fā)生器的小圓上并與之固定(蓋住柔性軸承)，然后將組裝好的第一組諧波減速傳動(dòng)裝置放在圓形上殼體中(圖2中4)，將固定剛輪固定在上殼體上，將波發(fā)生器的另一端小圓部份穿出上殼體的下方，與消隙齒輪軸(圖2中18)固定，將消隙齒輪置于下殼體上方(圖2中5)，消隙齒輪按1∶1與大齒輪水平嚙合(圖2中19)，將步進(jìn)電機(jī)(圖2中20)固定在上殼體上，其輸出軸向下與大齒輪軸固定。
做一個(gè)內(nèi)徑和第一組波發(fā)生器內(nèi)徑相同的，圓面為之字形的空心大圓盤稱作探測(cè)器盤(圖2中3)，把它置于輸出剛輪(2θ軸)的上方，與波發(fā)生器同軸心，固定在輸出剛輪(2θ軸)上。
做一個(gè)內(nèi)徑與探測(cè)器轉(zhuǎn)盤內(nèi)徑相同，圓面為階梯形的空心圓盤稱作固定盤即入射光路固定盤(圖2中2)，把它放在探測(cè)器盤的上方，與波發(fā)生器同軸心，盤面與探測(cè)器盤之字形盤面不接觸。做一個(gè)外徑比波發(fā)生器內(nèi)徑小的帶小圓面的空心軸稱作固定盤軸(圖2中8)，將該軸穿過固定盤、探測(cè)器轉(zhuǎn)盤、波發(fā)生器，與固定盤軸法蘭固定(圖2中9)。固定盤軸法蘭是一個(gè)內(nèi)徑與θ軸外徑相配合的圓環(huán)，圓環(huán)的一面有一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)的內(nèi)徑與固定盤軸外徑相同，外徑與消隙齒輪內(nèi)徑相配合的圓盤，將凸臺(tái)朝上穿過下殼體，套在固定盤軸與消隙齒輪軸之間，與波發(fā)生器同軸心，然后用螺釘固定在下殼體上部。固定盤固定在固定盤軸的小圓盤下。探測(cè)器轉(zhuǎn)盤面與固定盤盤面有較小間隙，以軸承支撐。
第二組波發(fā)生器為一空心圓柱體(圖2中22)，軸套是三節(jié)直徑不同的軸之連接件(圖2中11)，波發(fā)生器固定在軸套中部，第二組諧波減速傳動(dòng)裝置的實(shí)施如第一組，先作隔環(huán)(圖2中下方15)，將隔環(huán)套在波發(fā)生器外側(cè)，然后將兩個(gè)柔性軸承放置在波發(fā)生器上、下兩端，然后將它們放入與波發(fā)生器配套的柔輪內(nèi)(圖2中下方26)，并與柔性軸承滾動(dòng)接觸，柔輪的上、下齒數(shù)不同，齒數(shù)多的在下方。兩個(gè)與柔輪配合的剛輪套在柔輪外側(cè)，并與之嚙合，置于柔輪上方的剛輪稱作輸出剛輪(圖2中24)，置于柔輪下方的剛輪稱作固定剛輪(圖2中23)。將固定剛輪固定在下殼體上。做一個(gè)外徑為波發(fā)生器外徑及兩個(gè)滾動(dòng)軸承外徑之和，內(nèi)徑與軸套小圓直徑相當(dāng)?shù)膱A環(huán)稱作下?lián)醐h(huán)(圖2中21)，將下?lián)醐h(huán)套在軸套的小圓上，蓋在波發(fā)生器及柔性軸承上方，并與軸套上部固定。做一個(gè)外徑比固定盤軸內(nèi)徑小并帶有大圓面的空心軸稱作θ軸(圖2中6)，做一個(gè)一面直徑與輸出剛輪外徑相當(dāng)，另一面中心有一個(gè)圓環(huán)，圓環(huán)內(nèi)徑與θ軸外徑相當(dāng)?shù)膱A稱作θ軸固定法蘭(圖2中7)，θ軸固定法蘭置于固定盤軸法蘭下方。將θ軸穿過固定盤軸、固定盤軸法蘭，與第一組波發(fā)生器同軸心，插入θ軸固定法蘭的小圓環(huán)內(nèi)并與之固定，將第二組的輸出剛輪與第一組波發(fā)生器同軸心，固定在θ軸固定法蘭的另一面。將上述部件置于下殼體之內(nèi)。做一個(gè)內(nèi)徑與θ軸外徑相同的圓盤叫作θ盤，將它固定在θ軸的盤面上。將一個(gè)消隙齒輪軸套在軸套的下端并與軸套固定，將軸套固定在底座上，保證θ軸與固定盤軸、2θ軸為同一軸心；將小齒輪(圖2中25)按1∶1與消隙齒輪水平嚙合，另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，其輸出軸朝下并與小齒輪軸固定。樣品轉(zhuǎn)盤盤面與固定盤盤面有較小間隙，以軸承支撐。上殼體與下殼體固定，下殼體與底座固定。
權(quán)利要求
1.諧波測(cè)角儀，它由入射光路固定盤(固定盤)，兩步進(jìn)電機(jī)及諧波減速裝置，θ軸、2θ軸及θ盤(樣品轉(zhuǎn)盤)、2θ盤(探測(cè)器轉(zhuǎn)盤)等組成，其特征是諧波減速裝置由同一軸心的上下兩組二級(jí)諧波裝置組成，每組諧波減速裝置均共用一個(gè)波發(fā)生器及柔輪，柔輪上下兩端分別為次級(jí)柔輪和初級(jí)柔輪，且兩極柔輪的齒數(shù)不同，次級(jí)柔輪齒數(shù)少；工作時(shí)，初級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪固定，柔輪輸出；次級(jí)諧波減速機(jī)構(gòu)中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪輸入，剛輪輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波測(cè)角儀，其特征是兩步進(jìn)電機(jī)分別與兩組諧波減速裝置的波發(fā)生器固定，第一組諧波減速裝置的輸出剛輪即為2θ軸，第二組諧波減速裝置的輸出剛輪與θ軸固定；θ盤、2θ盤分別與θ軸、2θ軸固定。
全文摘要
本發(fā)明諧波測(cè)角儀是對(duì)粉末X射線衍射儀之測(cè)角儀中樣品轉(zhuǎn)盤和探測(cè)器轉(zhuǎn)盤相對(duì)應(yīng)的減速傳動(dòng)裝置的改進(jìn)，屬精密角度測(cè)量裝置類。諧波測(cè)角儀的諧波減速裝置由同一軸心的上下兩組二級(jí)諧波減速裝置組成，兩步進(jìn)電機(jī)分別與兩組諧波減速裝置的波發(fā)生器固定，第一組諧波減速裝置的輸出剛輪即為2θ軸，第二組諧波減速裝置的輸出剛輪與θ軸固定；θ盤、2θ盤分別與θ軸、2θ軸固定。諧波測(cè)角儀和其它裝置配合，能精確測(cè)定新物質(zhì)、新材料(特別是超導(dǎo)和高分子材料)的特征面網(wǎng)間距的變化，對(duì)揭示成分改變引起結(jié)構(gòu)變化之規(guī)律的研究起到積極作用。本發(fā)明諧波測(cè)角儀的測(cè)量精度為萬(wàn)分之五。
文檔編號(hào)G01N23/20GK1460833SQ03112788
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者修連存, 黃俊杰, 俞正奎, 王彌建, 修鐵軍 申請(qǐng)人:江蘇靜安科技公司