四极质量分析器的对杆平行度测量系统技术方案

四极质量分析器的对杆平行度测量系统具有底座，底座上设置传感器机构，装夹四极质量分析器的夹具，驱动夹具进给的直线驱动机构和数据处理模块；传感器机构包括测量杆和电容传感器组件，电容传感器组件包括一对对称的电容传感器测头；以采样时间顺序从前到后对电容传感器测头的测量值进行编号；数据处理模块计算测量示值差x1i并筛选出最大值和最小值，计算极杆和极杆的平行度f13＝x1max‑x1min；数据处理模块判断极杆和对称极杆的平行度f13是否位于平行度合格值f0范围之内，若否，则发出报警。本发明专利技术具有装置结构简单，测量结果稳定性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
四极质量分析器的对杆平行度测量系统
本专利技术涉及一种用于测量四极质量分析器的对杆平行度的测量装置。
技术介绍
四极质量分析器(QMF、QMA)，是由四根精密加工的电极杆以及分别施加于x、y方向的两组高压高频射频组成的电场分析器。四根电极可以是双曲面也可以是圆柱形的电极，常用的是四根圆柱形电极。高压高频信号提供了离子在分析器中运动的辅助能量，这一能量是选择性的，只有符合一定数学条件的离子才能够不被无限制的加速，从而安全的通过四极杆分析器。四极质量分析器的主要零件精度均要求小于0.002mm，装配后空间平行度、位置度精度要求小于0.004mm，传统的直接固定锁紧装配方法已经无法满足要求，并且对装配好的四极质量分析器进行空间平行度的测量以判断其是否符合装配精度也非常必要。目前对四极质量分析器的对杆平行度测量通常采用气动测量仪进行测量。气动测量仪根据流体静力学和流体动力学原理，用压缩空气做介质，对长度尺寸、平行度、平面度等进行测量。气动测量仪的测量方法是将长度信号转化为气流信号，通过有刻度的玻璃管内的浮标示值或通过气电转换器将气信号转换为电信号。使用气动测量仪测量平行度的缺点在于：气动测量仪需要使用压缩空气，造成管路结构复杂，装置的成本较高；并且，压缩空气自身的气压和外界环境的温度都会对气流造成影响，导致测量结果的稳定性较差。
技术实现思路
为了克服使用气动测量仪测量平行度存在的装置成本高，测量结果的稳定性差的缺点，本专利技术提供了一种使用电容传感器测量质量分析器的对杆平行度，装置结构简单，测量结果稳定性好的平行度测量系统。四极质量分析器的对杆平行度测量系统具有底座，底座上设置传感器机构，装夹四极质量分析器的夹具，驱动夹具进给的直线驱动机构和数据处理模块；传感器机构包括测量杆和电容传感器组件，电容传感器组件优选地固定在测量杆的头部，电容传感器组件包括一对对称的电容传感器测头，每个电容传感器测头外套装有各自的电磁屏蔽环，电容传感器组件每次测量一对对称极杆之间的平行度；夹具包括提供定位基准面的固定部和提供压紧面的可动部；测量时，四极质量分析器的一对对称的极杆装夹于定位基准面和压紧面之间，测量杆进入两极杆之间；直线驱动机构包括驱动电机、丝杠机构和滑块滑轨组件，夹具固定在滑块上；测量时，测量杆固定、直线驱动机构使夹具向靠近测量杆的方向进给，一个电容传感器测头对应一个与其同侧的极杆；电容传感器测头通过降噪电缆与电容测微仪相连；电容测微仪可选用德国米铱capaNCDT6200模块化多通道电容测量装置或天津大学JDC型精密电容测微仪或类似电容测微仪。电容传感器测头获取的电容变化量通过电容测微仪进行采样并计算出测量值成对地输入数据处理模块，以采样时间顺序从前到后对电容传感器测头的测量值进行编号，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对一号极杆的测量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对三号极杆的测量值，一号极杆和三号极杆为一对对称设置的极杆；数据处理模块计算测量示值差为x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，筛选出x1i的最大值x1max和最小值x1min，计算一号极杆和三号极杆的平行度f13＝x1max-x1min；数据处理模块判断一号极杆和三号极杆的平行度f13是否位于平行度合格值f0范围之内，若否，则发出报警。测量前，使电容传感器测头与对应的极杆之间处于最小间距位置。以第一电容传感器测头对应一号极杆为例，则第二电容传感器测头必然对应与一号极杆对称的三号极杆。测量杆为圆柱杆，第一电容传感器测头和第二电容传感器测头位于同一个圆周上，且第一电容传感器测头与一号极杆之间的间距、与第一电容传感器测头所在的圆周上的其它点与一号极杆之间的间距相比第一电容传感器测头与一号极杆之间的间距最小。第一电容传感器测头与第二电容传感器测头的对称精度要求在六级以上，则此时默认第二电容传感器测头与三号极杆之间的间距处于最小位置。进一步，传感器机构具有调节测量杆位置的调节组件，调节组件包含角度调节座、平移台、升降台和支座，角度调节座安装于底座上，平移台和升降台串联，支座上设置测量杆插孔，插孔的壁上贯穿有固定测量杆位置的紧定螺钉。调节组件与角度调节座的连接关系可以是：平移台固定于角度调节座，升降台固定于平移台之上，支座固定于升降台之上。也可以是：升降台固定于角度调节座，平移台固定于升降台之上，支座固定于平移台之上。角度调节座包含角度调节座底板，角度调节座底板的四个角上分别贯穿有调节螺钉组件，调节螺钉组件由细牙螺钉和粗牙螺钉组成，细牙螺钉的底端与底座接触，粗牙螺钉旋入底座内。需要调节测量杆的俯仰角度时，先当前角落的释放粗牙螺钉和底座，然后旋动细牙螺钉，改变该角落与底座之间的距离，然后将粗牙螺钉与底座旋紧以固定角度调节座底板与底座的相对位置。进一步，底座上固定有工业相机，工业相机搭配远心镜头，工业相机获取四极质量分析器与测量杆在横截面上的相对位置图片，平行度测量系统具有图像处理模块，图像处理模块从四极质量分析器与测量杆的相对位置图片提取四极质量分析器的四个极杆内接圆的圆心和测量杆的圆心，并计算出使测量杆圆心与四个极杆内接圆的圆心重合、测量杆需要移动的距离。操作者通过调节平移台和升降台，使测量杆和四极质量分析器对中。进一步，工业相机实时获取测量杆与四极质量分析器的相对位置图片，图像处理模块监测测量杆与四个极杆之间的距离；当测量杆与任意极杆之间的距离小于设定极限距离时，发出报警。当测量杆与任意极杆之间的距离小于设定极限距离时，说明测量杆与四极质量分析器之间并非同轴，而是出现了轴线交叉，因此需要通过角度调节座调节测量杆的俯仰角度。进一步，远心镜头安装于镜头支撑筒内，镜头支撑筒固定于驱动电机的安装架上。进一步，夹具通过滑块安装板固定在滑块上，夹具具有固定底块，定位块规，标定块规和活动块规；固定底块固定安装于滑块安装板上，定位块规和标定块规侧面齐平，定位块规与固定底块固定连接，标定块规固定于定位块规之上；定位块规和标定块规提供定位基准面；活动块规与固定底块通过调节螺杆连接，活动块规上具有与调节螺杆啮合的调节螺母，活动块规的面向定位基准面的侧面作为压紧面；调节螺杆上具有压纹旋钮。转动压纹旋钮时，调节螺杆旋转，调节螺母沿着调节螺杆的轴向平移，从而使活动块规靠近或远离定位基准面，实现对四极质量分析器的装夹和释放。使用相同尺寸的定位块规和标定块规共同组成定位基准面，使得定位基准面具有足够的刚性，且能够保持定位基准面的平面度精度。本专利技术通过一对电容传感器测头分别测量测头与对应极杆之间的距离来达到测量对称极杆之间的平行度的目的，电容传感器测距的精度高，电路结构简单且不受环境影响，通过简单的加减运算即可获得对称极杆之间的平行度，算法简单，可靠性高。本专利技术具有装置结构简单，测量结果稳定性好的优点。附图说明图1是本专利技术整体立体结构示意图。图2是调节组件的示意图。图3是角度调节座的示意图。图4是本专利技术传感器位置标定部分示意图。图5是本专利技术电容传感器与极杆部分示意图。图中：1、安装平板2、角度调节座3、手动平移台4、手动升降台5、支座6、平端紧定螺钉7、测量杆8、电场屏蔽环9、电容传感器测头10、极杆11、极座12、镜头支撑筒13、电机安装架14本文档来自技高网...

【技术保护点】
四极质量分析器的对杆平行度测量系统具有底座，其特征在于：底座上设置传感器机构，装夹四极质量分析器的夹具，驱动夹具进给的直线驱动机构和数据处理模块；传感器机构包括测量杆和电容传感器组件，电容传感器组件包括一对对称的电容传感器测头，每个电容传感器测头外套装有各自的电磁屏蔽环，电容传感器组件每次测量一对对称极杆之间的平行度；夹具包括提供定位基准面的固定部和提供压紧面的可动部，夹具装夹四极质量分析器的一对对称极杆；直线驱动机构包括驱动电机、丝杠机构和滑块滑轨组件，夹具固定在滑块上；测量时，一个电容传感器测头对应一个与其同侧的极杆；电容传感器测头输出的测量值成对地输入数据处理模块，以采样时间顺序从前到后对电容传感器测头的测量值进行编号，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对极杆的测量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对对称极杆的测量值；数据处理模块计算测量示值差为x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，筛选出x1i的最大值x1max和最小值x1min，计算极杆和极杆的平行度f13＝x1max‑x1min；数据处理模块判断极杆和对称极杆的平行度f13是否位于平行度合格值f0范围之内，若否，则发出报警。...

【技术特征摘要】
1.四极质量分析器的对杆平行度测量系统，具有底座，其特征在于：底座上设置传感器机构，装夹四极质量分析器的夹具，驱动夹具进给的直线驱动机构和数据处理模块；传感器机构包括测量杆和电容传感器组件，电容传感器组件包括一对对称的电容传感器测头，每个电容传感器测头外套装有各自的电磁屏蔽环，电容传感器组件每次测量一对对称极杆之间的平行度；夹具包括提供定位基准面的固定部和提供压紧面的可动部，夹具装夹四极质量分析器的一对对称极杆；直线驱动机构包括驱动电机、丝杠机构和滑块滑轨组件，夹具固定在滑块上；测量时，一个电容传感器测头对应一个与其同侧的极杆；电容传感器测头输出的测量值成对地输入数据处理模块，以采样时间顺序从前到后对电容传感器测头的测量值进行编号，以d1i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对极杆的测量值，以d3i(i＝1,2,…,n1)表示电容传感器测头对对称极杆的测量值；数据处理模块计算测量示值差为x1i＝d1i+d3i(i＝1,2,…,n1)，筛选出x1i的最大值x1max和最小值x1min，计算极杆和极杆的平行度f13＝x1max-x1min，其中参数n1表示采样点；数据处理模块判断极杆和对称极杆的平行度f13是否位于平行度合格值f0范围之内，若否，则发出报警。2.如权利要求1所述的四极质量分析器的对杆平行度测量系统，其特征在于：传感器机构具有调节测量杆位置的调节组件，调节组件包含角度调节座、平移台、升降台和支座，角度调节座安装于底座上，平移台和升降台串联，支座上设置测量杆插孔，插孔的壁上贯穿有固定测量杆位置的紧定螺钉；平移台固定于角度调节座，升降台固定于平移台之上，支座固定于升降台之上。3.如权利要求2所述的四极质量分析器的对杆平行度测量系统，其特征在于：角度调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹衍龙，官大衍，何泽威，王敬，王乐乐，杨将新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33