CN103353763A - 三维移动平台及应用其的icp炬管定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维移动平台，由X、Y、Z三个方向上的互相独立的X、Y、Z向移动台组成，X、Y向移动台结构相同，组成“十”字型，X向移动台置于底层，Y向移动台设于X向移动台之上，Z向移动台位于顶层。还提供了一种ICP炬管定位装置，该装置包括上述三维移动平台以及ICP光源发生设备，ICP光源发生设备安装在所述三维移动平台的Z向移动台的承载平台上，由炬管、炬管夹持座、RF线圈和高频发生器组成，炬管夹持座固定安装在承载平台上，炬管设于RF线圈的内部，RF线圈的两端与高频发生器的铜接头螺纹连接。本发明的有益效果：三维移动平台运行稳定、定位精确；将其应用于ICP炬管定位装置，实现炬管重复准确定位，结构紧凑，可靠性高。

Description

三维移动平台及应用其的ICP炬管定位装置

技术领域

本发明涉及微动设备领域，具体涉及一种三维移动平台及应用其的ICP炬管定位装置，可广泛应用于ICP分析仪器中炬管的夹持与移动。 

背景技术

在现代分析测试仪器中，电感耦合等离子体（ICP）光谱仪是广泛应用于资源、环境、医药、食品等领域的重要分析设备，如ICP-MS、ICP-AES（OES）都是一些精密的分析测试仪器，其共同的工作原理为：ICP炬管使元素原子化，产生的荧光由相应的光电倍增管检测，光电转换后的电信号放大后经计算机处理，报出元素分析结果。影响 ICP光谱分析精度和准确度的主要因素有：物理因素的干扰，光谱干扰，化学干扰，电离干扰与基体效应干扰等，物理因素的干扰是存在而且应设法避免。 

目前，国内生物、资源、医疗等领域采用的ICP分析仪器主要依赖进口，国产仪器性能不高，市场占有率低。为提升国产仪器的性能，增加市场占有率，必须进一步提高 ICP设备的定位能力，从而提高ICP设备的分析结果的准确性和精确度，提高国产仪器的性能。其中，将等离子体中的离子有效传输到质谱，是ICP光源接口技术所要解决的难题。因此极有必要研发一套三维移动平台，实现精确定位，并应用到ICP矩管的夹持与移动当中。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有ICP分析仪器定位存在的上述不足，提供一种结构紧凑、定位准确的三维移动平台及应用其的ICP炬管定位装置。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

三维移动平台，由X、Y、Z三个方向上的互相独立的X、Y、Z向移动台组成，所述X向移动台包括X向底座、X向导轨支撑座、X向直线导轨、X向导轨滑块、X向电机固定座、X向电机、X向联轴器、X向丝杆固定座、X向滚珠丝杆、X向丝杆螺母、X向丝杆支撑座，其中，X向导轨支撑座固定在X向底座的X向两侧，X向直线导轨分别固定在两侧的X向导轨支撑座上，X向导轨滑块的下部设有开口并套设在X向直线导轨上部，X向导轨滑块的上部固定在Y向底座的底部；X向电机固定座固定在X向底座的X向一侧，X向电机固定在X向电机固定座上，X向电机的输出轴通过X向联轴器与X向滚珠丝杆连接，X向滚珠丝杆一端通过X向丝杆固定座固定，另一端通过X向丝杆支撑座与X向丝杆螺母连接，X向丝杆固定座固定在X向底座上；X向丝杆螺母与Y向底座固定；

所述Y向移动台包括Y向底座、Y向导轨支撑座、Y向直线导轨、Y向导轨滑块、Y向电机固定座、Y向电机、Y向联轴器、Y向丝杆固定座、Y向滚珠丝杆、Y向丝杆螺母、Y向丝杆支撑座，其中，Y向导轨支撑座固定在Y向底座的Y向两侧，Y向直线导轨分别固定在两侧的Y向导轨支撑座上，Y向导轨滑块的下部设有开口并套设在Y向直线导轨上部，Y向导轨滑块的上部固定在Z向底座的底部；Y向电机固定座固定在Y向底座的Y向一侧，Y向电机固定在Y向电机固定座上，Y向电机的输出轴通过Y向联轴器与Y向滚珠丝杆连接，Y向滚珠丝杆一端通过Y向丝杆固定座固定，另一端通过Y向丝杆支撑座与Y向丝杆螺母连接，Y向丝杆固定座固定在Y向底座上；Y向丝杆螺母与Z向底座的底部固定；

所述Z向移动台包括Z向底座、Z向电机、主动带轮、同步齿形带、从动带轮、升降轴、承载平台，其中，Z向电机固定在Z向底座上，Z向电机的输出端与主动带轮连接，主动带轮通过同步齿形带与从动带轮连接，从动带轮与升降轴键连接；升降轴设于承载平台与Z向底座之间，升降轴的螺旋副采用梯形、单线螺纹滑动丝杆，其上部通过升降螺母与承载平台固定连接，底部通过紧定螺钉与轴端挡圈连接。

在上述方案中，所述Z向移动台还包括设于Z向底座与承载平台之间的平行的四组支撑部件，四组支撑部件结构相同、对称分布在Z向移动台的四周，均由直线轴承、导向光轴和压缩弹簧组成，直线轴承固定在Z向底座上，导向光轴安装在直线轴承上，压缩弹簧套接于直线轴承、导向光轴上，且压缩弹簧的两端分别与Z向底座与承载平台固定连接，用于约束承载平台绕Z轴转动的自由度，并限制承载平台的倾斜位移误差。 

在上述方案中，所述X向移动台沿X方向的长度大于Y向移动台沿Y方向的长度。 

在上述方案中，所述X向底座、Y向底座、Z向底座选用铝合金板制件，铝合金板制件厚度至少10mm；所述X向导轨支撑座、Y向导轨支撑座选用钢板制件。 

在上述方案中，所述Z向底座上靠近从动带轮的附近开设有一滑槽，滑槽内设有一张紧座，张紧座上安装有张紧轮。 

在上述方案中，所述Z向移动台还包括推力滚针轴承和深沟球轴承，所述推力滚针轴承设于从动带轮与Z向底座之间的升降轴的套筒外围，深沟球轴承环绕升降轴嵌入Z向底座上开设的槽孔内，轴端挡圈通过紧定螺钉固定于深沟球轴承及升降轴的底部。 

在上述方案中，所述X、Y、Z向移动台分别在各自方向上设有X向限位开关、Y向限位开关、Z向限位开关，所述X向限位开关、Y向限位开关分别成对安装固定在两侧的X向导轨支撑座、Y向导轨支撑座上，用于控制炬管三维移动平台的行程及限位保护；所述Z向限位开关固定安装在Z向开关安装座上，Z向开关安装座固定在Z向底座与承载平台之间。 

本发明还提供了一种ICP炬管定位装置，该装置包括本发明提供的三维移动平台，以及ICP光源发生设备，所述ICP光源发生设备安装在所述三维移动平台的Z向移动台的承载平台上，ICP光源发生设备（等离子体装置）由炬管、炬管夹持座、RF线圈和高频发生器组成，炬管夹持座固定安装在承载平台上，炬管由三个同心管（雾化气管、辅助气管、等离子体管）组成，设于RF线圈的内部，且炬管通过炬管夹持座固定，炬管夹持座上配有弹簧搭扣，弹簧搭扣方便拆卸和固定炬管；RF线圈的两端与高频发生器的铜接头螺纹连接，高频发生器安装在承载平台上。 

在上述方案中，所述炬管夹持座采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成。 

在上述方案中，所述ICP光源发生设备还包括用于对高频发生器进行绝缘的电木支座，所述电木支座由横向电木板与纵向电木板组成，横向电木板、纵向电木板呈直角安装固定在承载平台上；高频发生器的铜接头安装在横向电木板上，铜接头的表面螺纹孔用于与高频发生器引出的铜线缆连接。 

本发明的工作原理：所述X向移动台与Y向移动台结构相同，X、Y、Z向移动台均设有独立的底座、支承部件、传动部件、导向部件以及行程保护装置，便于实现X、Y、Z三个方向上的精密移动与单向调控： 

（1）X、Y、Z向移动台的支承部件、导向部件部分：

X、Y向移动台分别采用滚动直线导轨副——X向直线导轨和一对X向导轨滑块、Y向直线导轨和一对Y向导轨滑块组成，使X向直线导轨和Y向直线导轨的运动处于滚动摩擦状态，有效减小摩擦阻力，磨损小，保持精度持久性好，使三维移动平台移动灵敏，避免低速运动出现爬行；由于单个X向直线导轨、Y向直线导轨安装面相对较窄，不能有效限制绕该方向的转动，因此采用双列直线导轨设计，限制绕该轴转动的自由度，X向直线导轨、Y向直线导轨分别与X向导轨支撑座、Y向导轨支撑座全接触，使接触面积最大，提高接触刚度和接触精度，减小X向直线导轨、Y向直线导轨受力产生的弯曲变形。

Z向移动台为保证其垂直方向的精密移动需具备导向部件，Z向移动台的导向部件由四组平行的直线轴承和导向光轴组成导向组，只起导向作用、不负载，约束承载平台绕Z轴转动的自由度，并限制承载平台可能产生的倾斜位移误差，提高导向精确度；滚动直线轴承的应用能降低该方向上的摩擦阻力，提高该向运动平稳性；直线轴承与导向光轴运动一段时间后，将会产生不同程度的磨损，影响仪器精度，故导向光轴表面采用硬化处理，以提高其表面接触强度和耐磨性。Z向支承件由升降轴与4根刚性的压缩弹簧组成，压缩弹簧能减小升降轴的轴向负载和应力变形，提高负载能力，同时压缩弹簧能够有效起到抗振作用，减小振源对仪器产生的不良影响。 

（2）X、Y、Z向移动台的传动部件部分： 

X向电机、Y向电机所提供力矩分别克服系统在X、Y向所产生的摩擦阻力，Z向电机所提供力矩克服承载平台自重及升降轴丝杆副产生的摩擦阻力。

X、Y向移动台分别采用X向滚珠丝杆、Y向滚珠丝杆传动，以减少丝杠副摩擦阻力，X向滚珠丝杆、Y向滚珠丝杆均采用固定-支承安装方式，X向滚珠丝杆固定端采用X向丝杆固定座固定，限制X向滚珠丝杆轴向窜动，X向滚珠丝杆不承受径向载荷，X向移动台自重所产生径向载荷由X向直线导轨承担，X向滚珠丝杆传动运动更加平稳；Y向滚珠丝杆固定端采用Y向丝杆固定座固定，限制Y向滚珠丝杆轴向窜动，Y向滚珠丝杆不承受径向载荷，Y向移动台自重所产生径向载荷由Y向直线导轨承担，Y向滚珠丝杆传动运动更加平稳。传动原理以X方向为例，X向电机与X向滚珠丝杆通过X向联轴器连接，将转动力矩传递给X向滚珠丝杆，使X向滚珠丝杆转动，带动X向丝杆螺母平动，实现X方向的移动，Y向同理。X、Y向移动台在X、Y方向上的摩擦阻力及X向电机、Y向电机提供的保持力矩能分别防止X向滚珠丝杆、Y向滚珠丝杆逆袭运动，使定位准确，X向滚珠丝杆、Y向滚珠丝杆通过预紧可提高定位精度。 

Z向移动台采用同步带轮传动与螺旋传动复合传动方案，同步带轮的引入，使该设备空间结构变的更加紧凑，Z向电机与主动带轮连接，从动带轮与升降轴键连接，Z向电机驱动力通过同步齿型带传递给升降轴，驱动升降螺母上下方向移动，实现承载平台的升降。 

（3）X、Y、Z向移动台的行程保护装置 

X、Y向限位开关分别检测X向导轨滑块、Y向导轨滑块的移动量是否超过其运动极限位置，当X向导轨滑块或Y向导轨滑块的移动量超过其极限位置而撞击限位开关时，X向限位开关或Y向限位开关的触点动作，实现电路的切断或切换，机械就停止运行或改变运行；Z向限位开关设有专门的Z向开关安装座，当承载平台向上或向下移动超过行程时，触动Z向限位开关，切断电路；通过三个方向的限位开关避免该移动台在实际应用中的超行程操作。

承载平台上的炬管夹持座用于安装ICP光源发生设备的炬管，该炬管夹持座上配有弹簧搭扣，方便拆卸炬管；当引入氩气时，若用一高压火花使炬管管内气体电离，产生少量电子和离子，则电子和离子因受炬管管内轴向磁场的作用，在炬管管内空间闭合回路中高速运动，碰撞中性原子和分子，使更多的气体被电离，很快形成等离子体。 

本发明的有益效果： 

1、本发明三维移动平台是针对ICP分析仪器而研发的微动设备，具备良好的空间移动能力、承载能力、定位精度，同时三维移动平台上还设有X、Y、Z各向的行程保护装置，有效保护装置的安全性和稳定性；

2、将本发明的三维移动平台应用于ICP炬管定位装置，在承载能力、移动精度和定位精度、运行稳定性等方面的技术指标充分满足该设备炬管移动要求，提高了ICP炬管在工作中的位置调控的自动化程度，实现炬管的重复准确定位，结构紧凑，可靠性高，能更好的将产生等离子体传递到质谱，一定程度上提高了ICP设备的分析结果的准确性和精确度。

附图说明

图1为本发明三维移动平台的总体结构示意图； 

图2为本发明三维移动平台的X-Y向移动台的装配图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的主视图；

图5为图2的左视图；

图6为本发明三维移动平台的Z向移动台的装配图；

图7为图6的主视图；

图8为图6的俯视图；

图9为图6的左视图；

图10为本发明X向移动台或Y向移动台的支承部件及导向部件的结构示意图；

图11为本发明Z向移动台的导向部件的结构示意图；

图12为本发明Y方向的传动原理图；

图13为本发明Z方向的传动原理图；

图14为本发明ICP炬管定位装置的总体结构示意图；

图15为本发明Z向移动台及ICP光源发生设备的装配图；

图16为图15的主视图；

图17为图15的俯视图；

图18为图15的左视图；

图19为本发明ICP炬管定位装置的ICP光源发生设备的工作原理图。

图中，1-Y向电机，2-Y向电机固定座，3-Y向联轴器，4-Y向丝杆固定座，5- X向丝杆支撑座，6-X向滚珠丝杆，7-Y向滚珠丝杆，8-Y向丝杆支撑座，9-X向直线导轨，10-X向导轨滑块，11-Y向直线导轨，12-Y向导轨滑块，13-X向丝杆螺母，15-Z向底座，16-Y向丝杆螺母，18-X向电机，19-X向导轨支撑座，20-X向电机固定座，21-X向底座，22-X向联轴器，23-X向丝杆固定座，24-X向限位开关，25-Y向限位开关，26-Y向导轨支撑座，27-Y向底座，28-Z向电机，29-主动带轮，30-同步齿形带，31-直线轴承，32-导向光轴，33-Z向限位开关，34-Z向开关安装座，35-弹簧搭扣，36-炬管夹持座，37-升降螺母，38-升降轴 39-从动带轮，40-压缩弹簧，41-推力滚针轴承，42-套筒，43-深沟球轴承，44-轴端挡圈，45-紧定螺钉，46-承载平台，47-铜接头，48-横向电木板，49-纵向电木板，50-RF线圈，51-炬管，52-张紧轮，53-张紧座。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。 

参照图1~图9所示，本发明所述的三维移动平台，由X、Y、Z三个方向上的互相独立的X、Y、Z向移动台组成， 

所述X向移动台包括X向底座21、X向导轨支撑座19、X向直线导轨9、X向导轨滑块10、X向电机固定座20、X向电机18、X向联轴器22、X向丝杆固定座23、X向滚珠丝杆6、X向丝杆螺母13、X向丝杆支撑座5，其中，X向导轨支撑座19固定在X向底座21的X向两侧，X向直线导轨9分别固定在两侧的X向导轨支撑座19上，X向导轨滑块10的下部设有开口并套设在X向直线导轨9上部，X向导轨滑块10的上部固定在Y向底座27的底部；X向电机固定座20固定在X向底座21的X向一侧，X向电机18固定在X向电机固定座20上，X向电机18的输出轴通过X向联轴器22与X向滚珠丝杆6连接，X向滚珠丝杆6一端通过X向丝杆固定座23固定，另一端通过X向丝杆支撑座5与X向丝杆螺母13连接，X向丝杆固定座23固定在X向底座21上；X向丝杆螺母13与Y向底座27固定（X向丝杆螺母13带着Y向底座27，实现X方向的移动）；

所述Y向移动台包括Y向底座27、Y向导轨支撑座26、Y向直线导轨11、Y向导轨滑块12、Y向电机固定座2、Y向电机1、Y向联轴器3、Y向丝杆固定座4、Y向滚珠丝杆7、Y向丝杆螺母16、Y向丝杆支撑座8，其中，Y向导轨支撑座26固定在Y向底座27的Y向两侧，Y向直线导轨11分别固定在两侧的Y向导轨支撑座26上，Y向导轨滑块12的下部设有开口并套设在Y向直线导轨11上部，Y向导轨滑块12的上部固定在Z向底座15的底部；Y向电机固定座2固定在Y向底座27的Y向一侧，Y向电机1固定在Y向电机固定座2上，Y向电机1的输出轴通过Y向联轴器3与Y向滚珠丝杆7连接，Y向滚珠丝杆7一端通过Y向丝杆固定座4固定，另一端通过Y向丝杆支撑座8与Y向丝杆螺母16连接，Y向丝杆固定座4固定在Y向底座27上；Y向丝杆螺母16与Z向底座15的底部固定；

所述Z向移动台包括Z向底座15、Z向电机28、主动带轮29、同步齿形带30、从动带轮39、升降轴38、承载平台46，其中，Z向电机28固定在Z向底座15上，Z向电机的输出端与主动带轮29连接，主动带轮29通过同步齿形带30与从动带轮39连接，从动带轮39与升降轴38键连接；升降轴38设于承载平台46与Z向底座15之间，升降轴38的螺旋副采用梯形、单线螺纹滑动丝杆，保证Z向的传动精度和自锁要求，其上部通过升降螺母37与承载平台46固定连接，升降轴38的底部通过紧定螺钉45与轴端挡圈44连接。 

所述X向移动台置于底层；Y向移动台设于X向移动台之上，X、Y向移动平台组成“十”字型，Y向移动台通过固定在Y向底座27的X向导轨滑块10与X向移动台的X向直线导轨9连接；Z向移动台位于顶层，Z向移动台通过固定在Z向底座15的Y向导轨滑块12与Y向移动台的Y向直线导轨11连接。 

所述Z向移动台还包括设于Z向底座15与承载平台46之间的平行的四组支撑部件，四组支撑部件结构相同、对称分布在Z向移动台的四周，均由直线轴承31、导向光轴32和压缩弹簧40组成，直线轴承31固定在Z向底座15上，导向光轴32安装在直线轴承31上，压缩弹簧40套接于直线轴承31、导向光轴32上（直线轴承31，导向光轴32能够防止压缩弹簧40失稳，提高压缩弹簧40的不稳定系数），且压缩弹簧40的两端分别与Z向底座15与承载平台46固定连接，用于约束承载平台46绕Z轴转动的自由度，并限制承载平台46的倾斜位移误差。 

所述X向移动台沿X方向的长度大于Y向移动台沿Y方向的长度，X方向行程最大、质量最大，利于整个移动平台的稳定性。 

所述X向底座21、Y向底座27、Z向底座15选用铝合金板制件，铝合金板制件厚度至少10mm，有较高的强度、刚度以及良好的工艺特性和抗振性，确保弹性变形在允许范围内，够满足设备精度要求；所述X向导轨支撑座19、Y向导轨支撑座26选用钢板制件，X、Y向导轨支撑座19、26均为双列支承，提高刚度，提高固有频率。 

所述Z向底座15上靠近从动带轮39的附近开设有一滑槽，滑槽内设有一张紧座53，张紧座53上安装有张紧轮52，张紧轮52能够在调节滑槽内移动，并通过螺母锁紧张紧位置，用于调整张紧度，保证同步齿形带30的传动精度。 

所述Z向移动台还包括推力滚针轴承41和深沟球轴承43，所述推力滚针轴承41设于从动带轮39与Z向底座15之间的升降轴38的套筒42外围，深沟球轴承43环绕升降轴38嵌入Z向底座15上开设的槽孔内，轴端挡圈44通过紧定螺钉45固定于深沟球轴承43及升降轴38的底部，该设计能够将升降轴38转动时滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大大减小升降轴38转动时的摩擦阻力，减小Z向电机28扭矩，升降轴38底部安装的轴端挡圈44采用紧定螺钉45紧固，与深沟球轴承43内圈随动，防止升降轴38的上下窜动。 

所述X、Y、Z向移动台分别在各自方向上设有X向限位开关24、Y向限位开关25、Z向限位开关33，所述X向限位开关24、Y向限位开关25分别成对安装固定在两侧的X向导轨支撑座19、Y向导轨支撑座26上，用于控制炬管三维移动平台的行程及限位保护；所述Z向限位开关33固定安装在Z向开关安装座34上，Z向开关安装座34固定在Z向底座15与承载平台46之间。 

参照图14~图18所示，本发明还提供了一种ICP炬管定位装置，该装置包括本发明提供的三维移动平台，以及ICP光源发生设备，所述ICP光源发生设备安装在所述三维移动平台的Z向移动台的承载平台46上，ICP光源发生设备由炬管51、炬管夹持座36、RF线圈50和高频发生器组成，炬管夹持座36固定安装在承载平台46上，炬管51由三个同心管（雾化气管、辅助气管、等离子体管）组成，设于RF线圈50的内部，且炬管51通过炬管夹持座36固定，炬管夹持座36上配有弹簧搭扣35，弹簧搭扣35方便拆卸和固定炬管51；RF线圈50的两端与高频发生器的铜接头47螺纹连接，高频发生器安装在承载平台46上。 

为适应等离子体炬管的高温工作环境，所述炬管夹持座36采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成。 

为避免外部导体对高频发生器可能产生的干扰，所述ICP光源发生设备还包括用于对高频发生器进行绝缘的电木支座，所述电木支座不吸水、不导电、耐高温、强度高，由横向电木板48与纵向电木板49组成，横向电木板48、纵向电木板49呈直角安装固定在承载平台46上，从而提高电木支座与承载平台46连接的稳定性；高频发生器的铜接头47安装在横向电木板48上，铜接头47的表面螺纹孔用于与高频发生器引出的铜线缆连接，因铜线缆线具备良好的弯曲和延展特性，不影响Z向移动台的位移调整，同时电木支座能很好的支撑和固定该铜线缆，使其避免与外部导体接触或距离过近，能很好的起到对高频发生器的抗干扰作用。 

本发明工作时，X、Y向移动台结构相同，X、Y、Z向移动台均设有独立的底座、支承部件、传动部件、导向部件以及行程保护装置，便于实现X、Y、Z三个方向上的精密移动与单向调控： 

（1）X、Y、Z向移动台的支承部件、导向部件部分：

如图10所示，X、Y向移动台分别采用滚动直线导轨副——X向直线导轨9和一对X向导轨滑块10、Y向直线导轨11和一对Y向导轨滑块12组成，使X向直线导轨9和Y向直线导轨11的运动处于滚动摩擦状态，有效减小摩擦阻力，磨损小，保持精度持久性好，使三维移动平台移动灵敏，避免低速运动出现爬行；由于单个X向直线导轨9、Y向直线导轨11安装面相对较窄，不能有效限制绕该方向的转动，因此采用双列直线导轨设计，限制绕该轴转动的自由度，X向直线导轨9、Y向直线导轨11分别与X向导轨支撑座19、Y向导轨支撑座26全接触，使接触面积最大，提高接触刚度和接触精度，减小X向直线导轨9、Y向直线导轨11受力产生的弯曲变形。

如图11所示，Z向移动台为保证其垂直方向的精密移动需具备导向部件，Z向移动台的导向部件由四组平行的直线轴承31和导向光轴32组成导向组，只起导向作用、不负载，约束承载平台46绕Z轴转动的自由度，并限制承载平台46可能产生的倾斜位移误差，提高导向精确度；滚动直线轴承31的应用能降低该方向上的摩擦阻力，提高该向运动平稳性；直线轴承31与导向光轴32运动一段时间后，将会产生不同程度的磨损，影响仪器精度，故导向光轴32表面采用硬化处理，以提高其表面接触强度和耐磨性。如图7所示，Z向支承件由升降轴38与4根刚性的压缩弹簧40组成，压缩弹簧40能减小升降轴38的轴向负载和应力变形，提高负载能力，同时压缩弹簧40能够有效起到抗振作用，减小振源对仪器产生的不良影响。 

（2）X、Y、Z向移动台的传动部件部分： 

X向电机1、Y向电机18所提供力矩分别克服系统在X、Y向所产生的摩擦阻力，Z向电机28所提供力矩克服承载平台46自重及升降轴38丝杆副产生的摩擦阻力。

X、Y向移动台分别采用X向滚珠丝杆6、Y向滚珠丝杆7传动，以减少丝杠副摩擦阻力，X向滚珠丝杆6、Y向滚珠丝杆7均采用固定-支承安装方式，X向滚珠丝杆6固定端采用X向丝杆固定座23固定，限制X向滚珠丝杆6轴向窜动，X向滚珠丝杆6不承受径向载荷，X向移动台自重所产生径向载荷由X向直线导轨9承担，X向滚珠丝杆6传动运动更加平稳；Y向滚珠丝杆7固定端采用Y向丝杆固定座4固定，限制Y向滚珠丝杆7轴向窜动，Y向滚珠丝杆7不承受径向载荷，Y向移动台自重所产生径向载荷由Y向直线导轨11承担，Y向滚珠丝杆7传动运动更加平稳。传动原理图以X方向为例，如图12所示：X向电机18与X向滚珠丝杆6通过X向联轴器22连接，将转动力矩传递给X向滚珠丝杆6，使X向滚珠丝杆6转动，带动X向丝杆螺母13平动，实现X方向的移动，Y向同理。X、Y向移动台在X、Y方向上的摩擦阻力及X向电机1、Y向电机18提供的保持力矩能分别防止X向滚珠丝杆6、Y向滚珠丝杆7逆袭运动，使定位准确，X向滚珠丝杆6、Y向滚珠丝杆7通过预紧可提高定位精度。 

Z向移动台采用同步带轮传动与螺旋传动复合传动方案，同步带轮的引入，使该设备空间结构变的更加紧凑，其传动原理图如图13所示：Z向电机28与主动带轮29连接，从动带轮39与升降轴38键连接，Z向电机28驱动力通过同步齿型带30传递给升降轴38，驱动升降螺母37上下方向移动，实现承载平台46的升降。 

（3）X、Y、Z向移动台的行程保护装置 

X向限位开关24、Y向限位开关25分别检测X向导轨滑块10、Y向导轨滑块12的移动量是否超过其运动极限位置，当X向导轨滑块10或Y向导轨滑块12的移动量超过其极限位置而撞击限位开关时，X向限位开关24或Y向限位开关25的触点动作，实现电路的切断或切换，机械就停止运行或改变运行；Z向限位开关33设有专门的Z向开关安装座34，当承载平台46向上或向下移动超过行程时，触动Z向限位开关33，切断电路；通过三个方向的限位开关24、25、33避免该移动台在实际应用中的超行程操作。

承载平台46上的炬管夹持座用于安装ICP光源发生设备的炬管51，该炬管夹持座上配有弹簧搭扣35，方便拆卸炬管51；当引入氩气时，若用一高压火花使炬管51管内气体电离，产生少量电子和离子，则电子和离子因受炬管51管内轴向磁场的作用，在炬管51管内空间闭合回路中高速运动，碰撞中性原子和分子，使更多的气体被电离，很快形成等离子体。 

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此采用与本例相同或相近方法，或依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.三维移动平台，由X、Y、Z三个方向上的互相独立的X、Y、Z向移动台组成，其特征在于，所述X向移动台包括X向底座、X向导轨支撑座、X向直线导轨、X向导轨滑块、X向电机固定座、X向电机、X向联轴器、X向丝杆固定座、X向滚珠丝杆、X向丝杆螺母、X向丝杆支撑座，其中，X向导轨支撑座固定在X向底座的X向两侧，X向直线导轨分别固定在两侧的X向导轨支撑座上，X向导轨滑块的下部设有开口并套设在X向直线导轨上部，X向导轨滑块的上部固定在Y向底座的底部；X向电机固定座固定在X向底座的X向一侧，X向电机固定在X向电机固定座上，X向电机的输出轴通过X向联轴器与X向滚珠丝杆连接，X向滚珠丝杆一端通过X向丝杆固定座固定，另一端通过X向丝杆支撑座与X向丝杆螺母连接，X向丝杆固定座固定在X向底座上；X向丝杆螺母与Y向底座固定；

所述Y向移动台包括Y向底座、Y向导轨支撑座、Y向直线导轨、Y向导轨滑块、Y向电机固定座、Y向电机、Y向联轴器、Y向丝杆固定座、Y向滚珠丝杆、Y向丝杆螺母、Y向丝杆支撑座，其中，Y向导轨支撑座固定在Y向底座的Y向两侧，Y向直线导轨分别固定在两侧的Y向导轨支撑座上，Y向导轨滑块的下部设有开口并套设在Y向直线导轨上部，Y向导轨滑块的上部固定在Z向底座的底部；Y向电机固定座固定在Y向底座的Y向一侧，Y向电机固定在Y向电机固定座上，Y向电机的输出轴通过Y向联轴器与Y向滚珠丝杆连接，Y向滚珠丝杆一端通过Y向丝杆固定座固定，另一端通过Y向丝杆支撑座与Y向丝杆螺母连接，Y向丝杆固定座固定在Y向底座上；Y向丝杆螺母与Z向底座的底部固定；

所述Z向移动台包括Z向底座、Z向电机、主动带轮、同步齿形带、从动带轮、升降轴、承载平台，其中，Z向电机固定在Z向底座上，Z向电机的输出端与主动带轮连接，主动带轮通过同步齿形带与从动带轮连接，从动带轮与升降轴键连接；升降轴设于承载平台与Z向底座之间，升降轴的螺旋副采用梯形、单线螺纹滑动丝杆，其上部通过升降螺母与承载平台固定连接，底部通过紧定螺钉与轴端挡圈连接。

2.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述Z向移动台还包括设于Z向底座与承载平台之间的平行的四组支撑部件，四组支撑部件结构相同、对称分布在Z向移动台的四周，均由直线轴承、导向光轴和压缩弹簧组成，直线轴承固定在Z向底座上，导向光轴安装在直线轴承上，压缩弹簧套接于直线轴承、导向光轴上，且压缩弹簧的两端分别与Z向底座与承载平台固定连接，用于约束承载平台绕Z轴转动的自由度，并限制承载平台的倾斜位移误差。

3.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述X向移动台沿X方向的长度大于Y向移动台沿Y方向的长度。

4.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述X向底座、Y向底座、Z向底座选用铝合金板制件，铝合金板制件厚度至少10mm；所述X向导轨支撑座、Y向导轨支撑座选用钢板制件，钢板制件厚度至少10mm。

5.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述Z向底座上靠近从动带轮的附近开设有一滑槽，滑槽内设有一张紧座，张紧座上安装有张紧轮。

6.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述Z向移动台还包括推力滚针轴承和深沟球轴承，所述推力滚针轴承设于从动带轮与Z向底座之间的升降轴的套筒外围，深沟球轴承环绕升降轴嵌入Z向底座上开设的槽孔内，轴端挡圈通过紧定螺钉固定于深沟球轴承及升降轴的底部。

7.如权利要求1所述的三维移动平台，其特征在于：所述X、Y、Z向移动台分别在各自方向上设有X向限位开关、Y向限位开关、Z向限位开关，所述X向限位开关、Y向限位开关分别成对安装固定在两侧的X向导轨支撑座、Y向导轨支撑座上，用于控制炬管三维移动平台的行程及限位保护；所述Z向限位开关固定安装在Z向开关安装座上，Z向开关安装座固定在Z向底座与承载平台之间。

8.一种ICP炬管定位装置，其特征在于：包括权利要求1~7中任意一项所述的三维移动平台，以及ICP光源发生设备，所述ICP光源发生设备安装在所述三维移动平台的Z向移动台的承载平台上，ICP光源发生设备由炬管、炬管夹持座、RF线圈和高频发生器组成，炬管夹持座固定安装在承载平台上，炬管由三个同心管组成，设于RF线圈的内部，且炬管通过炬管夹持座固定，炬管夹持座上配有弹簧搭扣，弹簧搭扣方便拆卸和固定炬管；RF线圈的两端与高频发生器的铜接头螺纹连接，高频发生器安装在承载平台上。

9.如权利要求8所述的ICP炬管定位装置，其特征在于：所述炬管夹持座采用具有耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成。

10.如权利要求8所述的ICP炬管定位装置，其特征在于：所述ICP光源发生设备还包括用于对高频发生器进行绝缘的电木支座，所述电木支座由横向电木板与纵向电木板组成，横向电木板、纵向电木板呈直角安装固定在承载平台上，高频发生器的铜接头安装在横向电木板上，铜接头的表面螺纹孔用于与高频发生器引出的铜线缆连接。

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