四極質量分析器的對桿平行度測量系統技術方案

四極質量分析器的對桿平行度測量系統具有底座，底座上設置傳感器機構，裝夾四極質量分析器的夾具，驅動夾具進給的直線驅動機構和數據處理模塊；傳感器機構包括測量桿和電容傳感器組件，電容傳感器組件包括一對對稱的電容傳感器測頭；以采樣時間順序從前到后對電容傳感器測頭的測量值進行編號；數據處理模塊計算測量示值差x1i并篩選出最大值和最小值，計算極桿和極桿的平行度f13＝x1max?x1min；數據處理模塊判斷極桿和對稱極桿的平行度f13是否位于平行度合格值f0范圍之內，若否，則發出報警。本發明專利技術具有裝置結構簡單，測量結果穩定性好的優點。

【技術實現步驟摘要】
四極質量分析器的對桿平行度測量系統
本專利技術涉及一種用于測量四極質量分析器的對桿平行度的測量裝置。
技術介紹
四極質量分析器(QMF、QMA)，是由四根精密加工的電極桿以及分別施加于x、y方向的兩組高壓高頻射頻組成的電場分析器。四根電極可以是雙曲面也可以是圓柱形的電極，常用的是四根圓柱形電極。高壓高頻信號提供了離子在分析器中運動的輔助能量，這一能量是選擇性的，只有符合一定數學條件的離子才能夠不被無限制的加速，從而安全的通過四極桿分析器。四極質量分析器的主要零件精度均要求小于0.002mm，裝配后空間平行度、位置度精度要求小于0.004mm，傳統的直接固定鎖緊裝配方法已經無法滿足要求，并且對裝配好的四極質量分析器進行空間平行度的測量以判斷其是否符合裝配精度也非常必要。目前對四極質量分析器的對桿平行度測量通常采用氣動測量儀進行測量。氣動測量儀根據流體靜力學和流體動力學原理，用壓縮空氣做介質，對長度尺寸、平行度、平面度等進行測量。氣動測量儀的測量方法是將長度信號轉化為氣流信號，通過有刻度的玻璃管內的浮標示值或通過氣電轉換器將氣信號轉換為電信號。使用氣動測量儀測量平行度的缺點在于：氣動測量儀需要使用壓縮空氣，造成管路結構復雜，裝置的成本較高；并且，壓縮空氣自身的氣壓和外界環境的溫度都會對氣流造成影響，導致測量結果的穩定性較差。
技術實現思路
為了克服使用氣動測量儀測量平行度存在的裝置成本高，測量結果的穩定性差的缺點，本專利技術提供了一種使用電容傳感器測量質量分析器的對桿平行度，裝置結構簡單，測量結果穩定性好的平行度測量系統。四極質量分析器的對桿平行度測量系統具有底座，底座上設置傳感器機構，裝夾四極質量分析器的夾具，驅動夾具進給的直線驅動機構和數據處理模塊；傳感器機構包括測量桿和電容傳感器組件，電容傳感器組件優選地固定在測量桿的頭部，電容傳感器組件包括一對對稱的電容傳感器測頭，每個電容傳感器測頭外套裝有各自的電磁屏蔽環，電容傳感器組件每次測量一對對稱極桿之間的平行度；夾具包括提供定位基準面的固定部和提供壓緊面的可動部；測量時，四極質量分析器的一對對稱的極桿裝夾于定位基準面和壓緊面之間，測量桿進入兩極桿之間；直線驅動機構包括驅動電機、絲杠機構和滑塊滑軌組件，夾具固定在滑塊上；測量時，測量桿固定、直線驅動機構使夾具向靠近測量桿的方向進給，一個電容傳感器測頭對應一個與其同側的極桿；電容傳感器測頭通過降噪電纜與電容測微儀相連；電容測微儀可選用德國米銥capaNCDT6200模塊化多通道電容測量裝置或天津大學JDC型精密電容測微儀或類似電容測微儀。電容傳感器測頭獲取的電容變化量通過電容測微儀進行采樣并計算出測量值成對地輸入數據處理模塊，以采樣時間順序從前到后對電容傳感器測頭的測量值進行編號，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對一號極桿的測量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對三號極桿的測量值，一號極桿和三號極桿為一對對稱設置的極桿；數據處理模塊計算測量示值差為x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，篩選出x1i的最大值x1max和最小值x1min，計算一號極桿和三號極桿的平行度f13＝x1max-x1min；數據處理模塊判斷一號極桿和三號極桿的平行度f13是否位于平行度合格值f0范圍之內，若否，則發出報警。測量前，使電容傳感器測頭與對應的極桿之間處于最小間距位置。以第一電容傳感器測頭對應一號極桿為例，則第二電容傳感器測頭必然對應與一號極桿對稱的三號極桿。測量桿為圓柱桿，第一電容傳感器測頭和第二電容傳感器測頭位于同一個圓周上，且第一電容傳感器測頭與一號極桿之間的間距、與第一電容傳感器測頭所在的圓周上的其它點與一號極桿之間的間距相比第一電容傳感器測頭與一號極桿之間的間距最小。第一電容傳感器測頭與第二電容傳感器測頭的對稱精度要求在六級以上，則此時默認第二電容傳感器測頭與三號極桿之間的間距處于最小位置。進一步，傳感器機構具有調節測量桿位置的調節組件，調節組件包含角度調節座、平移臺、升降臺和支座，角度調節座安裝于底座上，平移臺和升降臺串聯，支座上設置測量桿插孔，插孔的壁上貫穿有固定測量桿位置的緊定螺釘。調節組件與角度調節座的連接關系可以是：平移臺固定于角度調節座，升降臺固定于平移臺之上，支座固定于升降臺之上。也可以是：升降臺固定于角度調節座，平移臺固定于升降臺之上，支座固定于平移臺之上。角度調節座包含角度調節座底板，角度調節座底板的四個角上分別貫穿有調節螺釘組件，調節螺釘組件由細牙螺釘和粗牙螺釘組成，細牙螺釘的底端與底座接觸，粗牙螺釘旋入底座內。需要調節測量桿的俯仰角度時，先當前角落的釋放粗牙螺釘和底座，然后旋動細牙螺釘，改變該角落與底座之間的距離，然后將粗牙螺釘與底座旋緊以固定角度調節座底板與底座的相對位置。進一步，底座上固定有工業相機，工業相機搭配遠心鏡頭，工業相機獲取四極質量分析器與測量桿在橫截面上的相對位置圖片，平行度測量系統具有圖像處理模塊，圖像處理模塊從四極質量分析器與測量桿的相對位置圖片提取四極質量分析器的四個極桿內接圓的圓心和測量桿的圓心，并計算出使測量桿圓心與四個極桿內接圓的圓心重合、測量桿需要移動的距離。操作者通過調節平移臺和升降臺，使測量桿和四極質量分析器對中。進一步，工業相機實時獲取測量桿與四極質量分析器的相對位置圖片，圖像處理模塊監測測量桿與四個極桿之間的距離；當測量桿與任意極桿之間的距離小于設定極限距離時，發出報警。當測量桿與任意極桿之間的距離小于設定極限距離時，說明測量桿與四極質量分析器之間并非同軸，而是出現了軸線交叉，因此需要通過角度調節座調節測量桿的俯仰角度。進一步，遠心鏡頭安裝于鏡頭支撐筒內，鏡頭支撐筒固定于驅動電機的安裝架上。進一步，夾具通過滑塊安裝板固定在滑塊上，夾具具有固定底塊，定位塊規，標定塊規和活動塊規；固定底塊固定安裝于滑塊安裝板上，定位塊規和標定塊規側面齊平，定位塊規與固定底塊固定連接，標定塊規固定于定位塊規之上；定位塊規和標定塊規提供定位基準面；活動塊規與固定底塊通過調節螺桿連接，活動塊規上具有與調節螺桿嚙合的調節螺母，活動塊規的面向定位基準面的側面作為壓緊面；調節螺桿上具有壓紋旋鈕。轉動壓紋旋鈕時，調節螺桿旋轉，調節螺母沿著調節螺桿的軸向平移，從而使活動塊規靠近或遠離定位基準面，實現對四極質量分析器的裝夾和釋放。使用相同尺寸的定位塊規和標定塊規共同組成定位基準面，使得定位基準面具有足夠的剛性，且能夠保持定位基準面的平面度精度。本專利技術通過一對電容傳感器測頭分別測量測頭與對應極桿之間的距離來達到測量對稱極桿之間的平行度的目的，電容傳感器測距的精度高，電路結構簡單且不受環境影響，通過簡單的加減運算即可獲得對稱極桿之間的平行度，算法簡單，可靠性高。本專利技術具有裝置結構簡單，測量結果穩定性好的優點。附圖說明圖1是本專利技術整體立體結構示意圖。圖2是調節組件的示意圖。圖3是角度調節座的示意圖。圖4是本專利技術傳感器位置標定部分示意圖。圖5是本專利技術電容傳感器與極桿部分示意圖。圖中：1、安裝平板2、角度調節座3、手動平移臺4、手動升降臺5、支座6、平端緊定螺釘7、測量桿8、電場屏蔽環9、電容傳感器測頭10、極桿11、極座12、鏡頭支撐筒13、電機安裝架14本文檔來自技高網...

【技術保護點】
四極質量分析器的對桿平行度測量系統具有底座，其特征在于：底座上設置傳感器機構，裝夾四極質量分析器的夾具，驅動夾具進給的直線驅動機構和數據處理模塊；傳感器機構包括測量桿和電容傳感器組件，電容傳感器組件包括一對對稱的電容傳感器測頭，每個電容傳感器測頭外套裝有各自的電磁屏蔽環，電容傳感器組件每次測量一對對稱極桿之間的平行度；夾具包括提供定位基準面的固定部和提供壓緊面的可動部，夾具裝夾四極質量分析器的一對對稱極桿；直線驅動機構包括驅動電機、絲杠機構和滑塊滑軌組件，夾具固定在滑塊上；測量時，一個電容傳感器測頭對應一個與其同側的極桿；電容傳感器測頭輸出的測量值成對地輸入數據處理模塊，以采樣時間順序從前到后對電容傳感器測頭的測量值進行編號，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對極桿的測量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對對稱極桿的測量值；數據處理模塊計算測量示值差為x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，篩選出x1i的最大值x1max和最小值x1min，計算極桿和極桿的平行度f13＝x1max?x1min；數據處理模塊判斷極桿和對稱極桿的平行度f13是否位于平行度合格值f0范圍之內，若否，則發出報警。...

【技術特征摘要】
1.四極質量分析器的對桿平行度測量系統，具有底座，其特征在于：底座上設置傳感器機構，裝夾四極質量分析器的夾具，驅動夾具進給的直線驅動機構和數據處理模塊；傳感器機構包括測量桿和電容傳感器組件，電容傳感器組件包括一對對稱的電容傳感器測頭，每個電容傳感器測頭外套裝有各自的電磁屏蔽環，電容傳感器組件每次測量一對對稱極桿之間的平行度；夾具包括提供定位基準面的固定部和提供壓緊面的可動部，夾具裝夾四極質量分析器的一對對稱極桿；直線驅動機構包括驅動電機、絲杠機構和滑塊滑軌組件，夾具固定在滑塊上；測量時，一個電容傳感器測頭對應一個與其同側的極桿；電容傳感器測頭輸出的測量值成對地輸入數據處理模塊，以采樣時間順序從前到后對電容傳感器測頭的測量值進行編號，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對極桿的測量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示電容傳感器測頭對對稱極桿的測量值；數據處理模塊計算測量示值差為x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，篩選出x1i的最大值x1max和最小值x1min，計算極桿和極桿的平行度f13＝x1max-x1min，其中參數n1表示采樣點；數據處理模塊判斷極桿和對稱極桿的平行度f13是否位于平行度合格值f0范圍之內，若否，則發出報警。2.如權利要求1所述的四極質量分析器的對桿平行度測量系統，其特征在于：傳感器機構具有調節測量桿位置的調節組件，調節組件包含角度調節座、平移臺、升降臺和支座，角度調節座安裝于底座上，平移臺和升降臺串聯，支座上設置測量桿插孔，插孔的壁上貫穿有固定測量桿位置的緊定螺釘；平移臺固定于角度調節座，升降臺固定于平移臺之上，支座固定于升降臺之上。3.如權利要求2所述的四極質量分析器的對桿平行度測量系統，其特征在于：角度調節...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹衍龍，官大衍，何澤威，王敬，王樂樂，楊將新，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33