分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法、同轴度检测装置与流程

1.本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法、同轴度检测装置。


背景技术：

2.质谱仪器已经成为有机化学、药物学、生物化学、医学、毒物学、食品化学、法医学、石油化学、地球化学、污染研究以及其他许多方面研究工作中不可缺少的工具。而离子光学技术是质谱仪器中最为核心的技术之一。离子光学中的离子透镜利用电极和磁极构造特定的电磁场，来达到使离子束折射、偏转和聚焦的目的。
3.高端的质谱仪器一般拥有多段离子透镜组成透镜系统，以三重四极质谱仪为例，至少设有有q0、q1、q2、q3四段透镜，多数质谱仪还会设置预四极透镜，透镜数量将更多。离子透镜大部分为四极杆或多极杆结构，其表现与光学透镜类似，也拥有一条离子聚焦轴线，或称为离子光轴。整个离子光学系统的离子传输效率很大程度上受若干段离子透镜的出口和入口处聚焦轴线相对位置影响。上一段透镜出口处的聚焦轴线应该与下一段离子透镜的聚焦轴线尽可能同轴。一般三重四极杆质谱仪的离子光轴同轴度需要达到0.2mm。
4.然而离子光轴实际是一条虚拟的轴线，没有外回转体轮廓可以测量。关于测量离子聚焦轴线同轴度，本公司专利cn209216909u提出了根据四极杆外尺寸计算场圆中心的方法，不过此方法存在一些局限，对于倾斜多极杆，比如美国ab sciex公司的linac-i碰撞池四极杆，加拿大ionics公司3q系列的碰撞池四极杆则无法测量，针对倾斜多极杆，极杆的高度和水平距离是无法测量的，只能够测量固定极杆基座的外轮廓位置，存在多极杆形成的场圆与固定基座不同心的误差。


技术实现要素：

5.为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。
6.本发明提供分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法，包括：
7.s1、获取多极杆结构的入口端的场圆中心an的坐标(x
an
,y
an
,z
an
)及出口端的场圆中心bn的坐标(x
bn
,y
bn
,z
bn
)；an表示第n个多极杆结构的入口端的场圆中心，bn表示第n个多极杆结构的出口端的场圆中心；
8.s2、根据(x
an
,y
an
,z
an
)、(x
bn
,y
bn
,z
bn
)确定多极杆结构的聚焦轴线方程；
9.s3、根据相邻两多极杆结构的聚焦轴线方程，以前级多极杆结构的轴线为中心线构造能包络后级多极杆结构的轴线的最小圆柱，并获取该圆柱体的直径d
n,n+1
；
10.s4、获取分段多极杆的聚焦轴线同轴度d0＝max{d
n,n+1
}；
11.其中，所述聚焦轴线方程为：
[0012][0013]
优选地，步骤s1包括：
[0014]
s11、将多极杆结构置于三坐标测量仪上，在多极杆结构的入口端设第一基准平面，第一基准平面与该多极杆结构的每根极杆的入口端面相抵；通过三坐标测量仪获取每根极杆的轴线与第一基准平面的交点a
n,i
的坐标a
n,i
表示第n个多极杆结构的第i个极杆的轴线在第一基准面上的交点；
[0015]
s12、在多极杆结构的出口端设第二基准平面，第二基准平面与该多极杆结构的每根极杆的出口端面相抵；通过三坐标测量仪获取每根极杆的轴线与第二基准平面的交点b
n,i
的坐标b
n,i
示第n个多极杆结构的第i个极杆的轴线在第二基准面上的交点；
[0016]
s13、计算获得坐标(x
an
,y
an
,z
an
)、坐标(x
bn
,y
bn
,z
bn
)；计算公式为：
[0017][0018][0019]
其中，k表示多极杆结构的极杆数量，单位为个。
[0020]
优选地，步骤s11还包括：在多极杆结构的入口端抵接第一平面板，采用三坐标测量仪获取第一平面板的至少三个点，通过最小二乘法拟合得第一基准面。
[0021]
优选地，步骤s12还包括：在多极杆结构的出口端抵接第二平面板，采用三坐标测量仪获取第二平面板的至少三个点，通过最小二乘法拟合得第二基准面。
[0022]
优选地，还包括步骤：
[0023]
采用三坐标测量仪获取多极杆结构的每根极杆的入口段、中部段、出口段局部外轮廓点云，通过最小二乘法拟合得各极杆的轴线。
[0024]
优选地，获取每根极杆的入口段、中部段、出口段周向四分之一至三分之一部位的外轮廓点云。
[0025]
优选地，分别获取入口段、中部段、出口段的轴向长度大于等于5mm的圆柱段的外轮廓点云。
[0026]
本发明还提供同轴度检测装置，用以执行如上所述的分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法，其包括：
[0027]
三坐标测量仪，用以固定若干多极杆结构并进行测量；
[0028]
至少一平面板，用以抵接于多极杆结构的入口端或出口端；
[0029]
控制模块，用以控制及计算。
[0030]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0031]
本发明提供分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法，通过获取多极杆结构入口端及出口端的场圆中心，以确定多极杆结构的聚焦轴线方程。相邻两多极杆结构的聚焦轴线方程确定后，以前级多极杆轴线为中心线构造能包络后级多极杆轴线的最小圆柱，并获取该圆柱体的直径d
n,n+1
，获取每组相邻多极杆结构的d
n,n+1
值，取最大值以确定分段多极杆的聚焦轴线同轴度。替代传统的通过测量多极杆的高度、水平距离来计算同轴度，可应用于平行多极杆及倾斜多极杆，应用范围广且方法简便。
[0032]
本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手
段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0033]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0034]
图1为本发明的同轴度检测方法的步骤流程图；
[0035]
图2为本发明的装置本体的局部结构示意图；
[0036]
图3为本发明的三坐标测头测量第一多极杆结构的各极杆的周向外轮廓点云的原理示意图；
[0037]
图4为本发明的第一多极杆结构入口段、中部段、出口段外轮廓点云检测的部位示意图；
[0038]
图5为本发明的第一多极杆结构为四极杆结构时的轴线在第一基准面上的交点示意图；
[0039]
图6为本发明的第一多极杆结构、第二多极杆结构的同轴度计算原理示意图；
[0040]
图7为本发明的平行四极杆结构的侧视图；
[0041]
图8为本发明的倾斜四极杆结构的侧视图。
[0042]
图中：
[0043]
10、装置本体；11、三坐标测量仪；111、离子光学导轨；112、三坐标测头；12、平面板；131、第一多极杆结构；132、第二多极杆结构。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
[0045]
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0046]
实施例1
[0047]
本发明提供分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法，如图1所示，包括：
[0048]
s1、获取多极杆结构的入口端的场圆中心an的坐标(x
an
,y
an
,z
an
)及出口端的场圆中心bn的坐标(x
bn
,y
bn
,z
bn
)；an表示第n个多极杆结构的入口端的场圆中心，bn表示第n个多极杆结构的出口端的场圆中心；
[0049]
s2、根据(x
an
,y
an
,z
an
)、(x
bn
,y
bn
,z
bn
)确定多极杆结构的聚焦轴线方程；
[0050]
s3、根据相邻两多极杆结构的聚焦轴线方程，以前级多极杆结构的轴线为中心线构造能包络后级多极杆结构的轴线的最小圆柱，并获取该圆柱体的直径d
n,n+1
；
[0051]
s4、获取分段多极杆的聚焦轴线同轴度d0＝max{d
n,n+1
}；
[0052]
其中，所述聚焦轴线方程为：
[0053][0054]
本实施例中，通过获取多极杆结构入口端及出口端的场圆中心，以确定多极杆结构的聚焦轴线方程。相邻两多极杆结构的聚焦轴线方程确定后，以前级多极杆结构的轴线为中心线构造能包络后级多极杆结构的轴线的最小圆柱，并获取该圆柱体的直径d
n,n+1
，获取每组相邻多极杆结构的d
n,n+1
值，由于离子的传输是连续的，因此每段多极杆结构的装配位置只会影响其前后的离子透镜传输效率，只需评价相邻两段多极杆结构之间的同轴度即可，取最大值以确定分段多极杆的聚焦轴线同轴度。替代传统的通过测量多极杆的高度、水平距离来计算同轴度，可应用于平行多极杆及倾斜多极杆，应用范围广且方法简便。其中，场圆为与多极杆结构的每个极杆均相切的圆，用以表征多极杆结构中间形成的的电磁场区域。
[0055]
具体地，以获取第一个多极杆结构与第二个多极杆结构之间的同轴度为例进行具体阐述。对于第一个多极杆结构，获取坐标(x
a1
,y
a1
,z
a1
)、(x
b1
,y
b1
,z
b1
)，进而确定第一个多极杆结构的聚焦轴线方程，为对于第二个多极杆结构，获取坐标(x
a2
,y
a2
,z
a2
)、(x
b2
,y
b2
,z
b2
)，进而确定第一个多极杆结构的聚焦轴线方程，为根据两个聚焦轴线方程，以前级多极杆结构的轴线为中心线构造能包络后级多极杆结构的轴线的最小圆柱，并获取该圆柱体的直径d
1,2
。
[0056]
同理，获取第二个多极杆结构与第三个多极杆结构之间的同轴度时，通过获取(x
a2
,y
a2
,z
a2
)、(x
b2
,y
b2
,z
b2
)、(x
a3
,y
a3
,z
a3
)、(x
b3
,y
b3
,z
b3
)，确定第二个多极杆结构的聚焦轴线方程及第三个多极杆结构的聚焦轴线方程，以第二个多极杆结构的轴线为中心线构造能包络第三个多极杆结构的轴线的最小圆柱，最终获得d
2,3
，以表示第二个多极杆结构与第三个多极杆结构的同轴度。以相同手段获取每组相邻多极杆结构之间的同轴度，取同轴度的最大值，以表示分段多极杆的同轴度。
[0057]
以四极杆透镜为例进行阐述，包括四段多极杆结构，则分别获得d
1,2
、d
2,3
、d
3,4
，取三者之间的最大值作为四极杆透镜的聚焦轴线同轴度。
[0058]
在一实施例中，步骤s1包括：
[0059]
s11、将多极杆结构置于三坐标测量仪上，在多极杆结构的入口端设第一基准平面，第一基准平面与该多极杆结构的每根极杆的入口端面相抵；通过三坐标测量仪获取每根极杆的轴线与第一基准平面的交点a
n,i
的坐标a
n,i
表示第n个多极杆结构的第i个极杆的轴线在第一基准面上的交点；
[0060]
s12、在多极杆结构的出口端设第二基准平面，第二基准平面与该多极杆结构的每
根极杆的出口端面相抵；通过三坐标测量仪获取每根极杆的轴线与第二基准平面的交点b
n,i
的坐标b
n,i
示第n个多极杆结构的第i个极杆的轴线在第二基准面上的交点；
[0061]
s13、计算获得坐标(x
an
,y
an
,z
an
)、坐标(x
bn
,y
bn
,z
bn
)；计算公式为：
[0062][0063][0064]
其中，k表示多极杆结构的极杆数量，单位为个。
[0065]
具体地，通过在多极杆结构的入口端、出口端设置相应的基准面，以形成交点a
n,i
、交点b
n,i
，根据交点坐标最终计算获得坐标(x
an
,y
an
,z
an
)、坐标(x
bn
,y
bn
,z
bn
)，操作简便、计算简单。以三重四极杆透镜为例进行具体阐述，n＝1，2，3；i＝1，2，3，4；k＝4。以第一个四极杆结构为例进行阐述，n＝1，如图5所示，四个极杆的轴线在第一基准面上形成四个交点a
1,1
、a
1,2
、a
1,3
、a
1,4
，在第二基准面上形成四个交点b
1,1
、b
1,2
、b
1,3
、b
1,4
。通过三坐标测量仪获取a
1,1
、a
1,2
、a
1,3
、a
1,4
、b
1,1
、b
1,2
、b
1,3
、b
1,4
的坐标，数值相加除以4得x
a1
,依次类推求得y
an
、z
an
、x
bn
、y
bn
、z
bn
。
[0066]
进一步地，步骤s11还包括：在多极杆结构的入口端抵接第一平面板，采用三坐标测量仪的三坐标侧头112获取第一平面板的至少三个点，通过最小二乘法拟合得第一基准面，操作简便、测量简单，无需导轨找平，保证测量时不晃动即可。
[0067]
步骤s12还包括：在多极杆结构的出口端抵接第二平面板，采用三坐标测量仪的三坐标侧头112获取第二平面板的至少三个点，通过最小二乘法拟合得第二基准面，操作简便、测量简单，无需导轨找平，保证测量时不晃动即可。
[0068]
进一步地，还包括步骤：
[0069]
如图4所示，采用三坐标测量仪的三坐标侧头112获取多极杆结构的每根极杆的入口段、中部段、出口段局部外轮廓点云，通过最小二乘法拟合得各极杆的轴线，替代传动测量多极杆高度、水平距离的方案，直接检测外轮廓点云并拟合，以减少极杆圆柱度误差及杆径误差带来的影响，且适用于平行多极杆及倾斜多极杆。
[0070]
进一步地，如图3所示，获取每根极杆的入口段、中部段、出口段周向四分之一至三分之一部位的外轮廓点云，以减少极杆圆柱度误差及杆径误差带来的影响。以四极杆结构为例进行阐述，四极杆结构包括第一极杆141、第二极杆142、第三极杆143、第四极杆144。由于四个结构相靠近，三坐标测头112难以测量每根极杆周向所有部位的外轮廓点云。如图3所示，三坐标测头112沿着第一极杆141、第二极杆142、第三极杆143、第四极杆144背离形成的四极场通道的部位的外轮廓点云，图中3中虚线箭头表示三坐标测头112的测量范围。
[0071]
进一步地，分别获取入口段、中部段、出口段的轴向长度大于等于5mm的圆柱段的外轮廓点云。具体地，如图4所示，以第一多极杆结构131为例进行具体阐述，获取第一多极杆结构131的长度为10mm的入口段l1、长度为10mm的中部段l2、长度为10mm的出口段l3的外轮廓点云。
[0072]
在一实施例中，如图6所示，以第一多极杆结构、第二多极杆结构为例进行具体阐
述，通过上述方法获得场圆中心a1(x
a1
,y
a1
,z
a1
)、b1(x
b1
,y
b1
,z
b1
)、a2(x
a2
,y
a2
,z
a2
)、b2(x
b2
,y
b2
,z
b2
)，a1、b1两点连线形成第一轴线，a2、b2两点连线形成第二轴线，以a1点做垂直于第一轴线的平面s，平面方程为：
[0073]
(x
b1-x
a1
)(x-x
a1
)+(y
b1-y
a1
)(y-y
a1
)+(z
b1-z
a1
)(z-z
a1
)＝0。
[0074]
将第二轴线投影至平面s，在平面s上得到a
’2(xa’2,ya’2,za’2)、b
’2(xb’2,yb’2,zb’2)，以a1为圆心，做能够同时包络a
’2、b
’2两点的最小圆，形成的最小圆的直径为第一多极杆结构、第二多极杆结构的同轴度d
1,2
，其中，d
1,2
的数学公式为：
[0075][0076]
其中，a
’2、b
’2两点坐标值根据投影的几何关系得到的计算公式如下：
[0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083]
实施例2
[0084]
本发明提供同轴度检测装置，如图2所示，包括装置本体10，用以执行如上所述的分段多极杆聚焦轴线同轴度检测方法，装置本体10包括：
[0085]
三坐标测量仪11，用以固定若干多极杆结构并进行测量；如用以固定第一多极杆结构131、第二多极杆结构132；
[0086]
至少一平面板12，用以抵接于多极杆结构的入口端或出口端；
[0087]
控制模块，用以控制及计算。
[0088]
本实施例中，装置本体10结构简单，测量流程简单，适用于平行多极杆及倾斜多极杆，应用范围广。其中，平行四极杆结构如图6所示，倾斜四极杆结构如图7所示。
[0089]
在一实施例中，如图2所示，平面板12的数量为一个，放置于当前测量的多极杆结构的入口端或出口端，测完一端后的交点坐标后，再转移平面板12至另外一个端口。
[0090]
在又一实施例中，平面板12的数量为三个，分别放置于相邻两个多极杆结构的入口端及出口端，位于相邻两多极杆结构中间的平面板12两侧分别抵接相邻两多极杆结构的相对的端面。
[0091]
在又一实施例中，平面板12的数量还可以为两个、四个甚至更多个。
[0092]
在一实施例中，三坐标测量仪11上设有离子光学导轨111，多极杆结构设置于离子光学导轨111上。测量时，不用严格摆放离子光学导轨111的姿态，找基准面和坐标轴即可。
[0093]
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。