一種便攜式x射線衍射儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于X射線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及可精確控制測(cè)頭做空間軌跡掃描的便攜式X射線衍射儀。
【背景技術(shù)】
[0002]常見(jiàn)的X射線衍射儀采用常規(guī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)固定靶材和光管，靠步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)做掃描測(cè)試。采用X射線管和探測(cè)器聯(lián)動(dòng)的方式進(jìn)行衍射譜的采集，其靶材一般為Cr靶、Cu靶、Fe靶、Ag靶、Mo靶等，工作電壓通常不超過(guò)50kV，所產(chǎn)生特征X射線(Ka)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，為0.07nm~0.29nm，導(dǎo)致X射線對(duì)樣品的穿透深度較淺，約為1ym，難以獲得材料內(nèi)部的物相、織構(gòu)和應(yīng)力分布等信息。而采用重金屬靶X射線管，如W靶或U靶X射線管，工作電壓為2001^~4501^，所產(chǎn)生特征乂射線的波長(zhǎng)小于0.03 nm，其穿透能力大大提高，但是儀器多采用固定式，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的掃描測(cè)試。
[0003]本發(fā)明提出的基于機(jī)械手(8)的X射線衍射儀即可采用常規(guī)Cr靶、Cu靶、Fe靶、Ag靶、Mo靶等，由于特征X射線的波長(zhǎng)長(zhǎng)，根據(jù)布拉格公式2dSin0=A可知，衍射角2Θ比較大，實(shí)現(xiàn)反射法進(jìn)行衍射分析。同時(shí)在更換側(cè)頭(7)后也可用采用重金屬靶X射線管，進(jìn)行工件內(nèi)部測(cè)試。如W勒或U靶X射線管，工作電壓為200kV?450kV，所產(chǎn)生特征X射線的波長(zhǎng)小于0.03nm，其穿透能力高，可分析厘米級(jí)金屬樣品內(nèi)部的物相、織構(gòu)和應(yīng)力。如W革EKa1射線可穿透40mm招、4mm鐵；U革EKa1射線可穿透約60mm招、1mm鐵。由于短波長(zhǎng)特征X射線的波長(zhǎng)短，衍射角較小，通常在5°?20°范圍內(nèi)，適于采用透射法進(jìn)行衍射分析。
[0004]現(xiàn)有X射線衍射儀的控制系統(tǒng)，主要有以下幾點(diǎn)不足:
1.現(xiàn)場(chǎng)異形工件測(cè)試不變；
2.通常采用半閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制，精度不高；
3.樣品臺(tái)或儀器的移動(dòng)軸少，測(cè)試樣品不同部位時(shí)調(diào)整不變；
4.穿透深度有限，難以實(shí)現(xiàn)不同深度的應(yīng)力測(cè)試。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述不足，提供一種基于機(jī)械手精確控制側(cè)頭做空間軌跡掃描的便攜式X射線衍射儀，能更具現(xiàn)場(chǎng)條件在不移動(dòng)工件位置只移動(dòng)儀器的情況下完成測(cè)試。
[0006]本發(fā)明一種便攜式X射線衍射儀，包括透射式測(cè)頭、機(jī)械手、接收光闌、入射光闌、X射線管和X射線探測(cè)器;機(jī)械手的自由度為4或以上;透射式測(cè)量衍射譜時(shí)，X射線管和入射光闌安裝于樣品一側(cè)，入射光闌固定于X射線管前端，機(jī)械手安裝于樣品另一側(cè)，透射式測(cè)頭安裝于機(jī)械手末端的旋轉(zhuǎn)軸上，透射式測(cè)頭呈圓弧形，透射式測(cè)頭具有圓弧軌道，X射線探測(cè)器安裝于圓弧軌道上可沿軌道運(yùn)動(dòng)，入射光闌安裝固定于X射線探測(cè)器前端。
[0007]本發(fā)明還包括能實(shí)現(xiàn)反射式衍射測(cè)試的反射式測(cè)頭，反射式測(cè)頭呈圓弧形，反射式測(cè)量衍射譜時(shí)，反射式測(cè)頭安裝于機(jī)械手上，X射線管和X射線探測(cè)器安裝于反射式測(cè)頭上，入射光闌固定于X射線管前端;接收光闌和X射線探測(cè)器安裝于反射式測(cè)頭上，與X射線管的夾角為樣品的衍射角。
[0008]本發(fā)明的一種便攜式X射線衍射儀，所述X射線探測(cè)器上設(shè)有激光對(duì)中儀。
[0009]本發(fā)明的一種便攜式X射線衍射儀，所述反射式測(cè)頭居中部位設(shè)有激光測(cè)距儀。
[0010]本發(fā)明能在同一臺(tái)機(jī)械手和同一臺(tái)主機(jī)的情況下只需更換測(cè)頭就能完成反射式和透射式測(cè)試。
[0011]本發(fā)明在做反射式測(cè)試時(shí)，機(jī)械手上安裝反射式測(cè)頭，測(cè)試時(shí)測(cè)頭位于機(jī)械手側(cè)。本發(fā)明在做反射式測(cè)試時(shí)，反射式測(cè)頭上安裝X射線管和X射線探測(cè)器。
[0012]本發(fā)明在做透射式時(shí)，機(jī)械手上安裝透射式測(cè)頭，測(cè)試時(shí)測(cè)頭在機(jī)械手側(cè)，透射式測(cè)頭上安裝X射線探測(cè)器，X射線管在測(cè)試樣品的相對(duì)側(cè)。
[0013]本發(fā)明在測(cè)試時(shí)工件位置不動(dòng)，機(jī)械手和測(cè)頭完成定位和掃描動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)測(cè)頭對(duì)被測(cè)工件任意點(diǎn)完成定位測(cè)試。
[0014]本發(fā)明的X射線衍射儀還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括:
X射線管控制模塊，控制系統(tǒng)指令控制X射線管的開(kāi)關(guān)和電流、電壓等運(yùn)行參數(shù)；
測(cè)頭運(yùn)動(dòng)控制模塊，透射式時(shí)控制系統(tǒng)指令測(cè)頭帶動(dòng)探測(cè)器運(yùn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明的控制系統(tǒng)是一套基于機(jī)械手的完整數(shù)控系統(tǒng)，主要多關(guān)節(jié)機(jī)械手、其他電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器等硬件和相應(yīng)的控制軟件組成。該系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)測(cè)頭的空間運(yùn)動(dòng)(包括平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))和測(cè)頭對(duì)被測(cè)點(diǎn)的空間定位。
[0016]本發(fā)明的控制系統(tǒng)可控制X射線管高壓發(fā)生器的通斷，并可對(duì)光管的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0017]本發(fā)明的X射線管(I)可為重金屬靶的X射線管，如W靶或U靶X射線管，采用透射式或反射式衍射光路測(cè)量衍射譜。本發(fā)明的X射線管也可為常規(guī)金屬靶的X射線管，如Cu靶、Cr靶、Fe靶、Ag靶等X射線管，采用反射式衍射光路測(cè)量晶體樣品表層的衍射譜；
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有:
I.可到用戶車(chē)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
[0018]2.探測(cè)器可選用點(diǎn)探測(cè)器、線探測(cè)器或面探測(cè)器。
[0019]3.可快速、精確控制測(cè)頭位置和角度，快速精確控制衍射角度測(cè)量，能適應(yīng)各種晶體物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)量研究。
[0020]4.在工件或樣品不移動(dòng)動(dòng)的情況下，可在一臺(tái)設(shè)備上采用透射式和反射式衍射光路測(cè)量衍射譜。
[0021 ] 5.對(duì)工件大小、外形等無(wú)特殊限制。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1 X射線衍射儀透射式結(jié)構(gòu)示意圖圖2 X射線衍射儀反射式結(jié)構(gòu)示意圖圖3反射式測(cè)頭示意圖圖4反射式衍射光路示意圖圖5透射式衍射光路示意圖圖1中，1.X射線管、2.入射光闌、3.工件/樣品、4.接收光闌、5.X射線探測(cè)器、6.激光測(cè)距儀、7a.透射式測(cè)頭、7b.反射式測(cè)頭8.多軸機(jī)械手。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]見(jiàn)圖1，本發(fā)明的X射線衍射儀，在做透射式實(shí)驗(yàn)時(shí)主要包括多軸機(jī)械手8、透射式測(cè)頭7、X射線管1、入射光闌2;其中接收光闌4、X射線探測(cè)器5、激光對(duì)中儀，安裝于透射式測(cè)頭7a弧形導(dǎo)軌上，測(cè)頭安裝于機(jī)械手的末端旋轉(zhuǎn)軸上。
[0025]見(jiàn)圖2、圖3，本發(fā)明的X射線衍射儀，在做反射式實(shí)驗(yàn)時(shí)主要包括多軸機(jī)械手8和反射式測(cè)頭7b。其中X射線管1、X射線探測(cè)器5、激光測(cè)距儀均安裝于反射式測(cè)頭7b上，反射式測(cè)頭7b安裝于機(jī)械手的末端旋轉(zhuǎn)軸上。入射光闌2固定于X射