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WO1988004599A1 - Appareil de manipulation en translation d'un element, tel qu'un axe - Google Patents

Appareil de manipulation en translation d'un element, tel qu'un axe Download PDF

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Publication number
WO1988004599A1
WO1988004599A1 PCT/FR1987/000509 FR8700509W WO8804599A1 WO 1988004599 A1 WO1988004599 A1 WO 1988004599A1 FR 8700509 W FR8700509 W FR 8700509W WO 8804599 A1 WO8804599 A1 WO 8804599A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
handling
support
manipulation
sample holder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR1987/000509
Other languages
English (en)
Inventor
Jean François MULLER
François Georges TOLLITTE
Gabriel Krier
Serge Dominiak
André Eberhardt
Marcel Berveiller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority to GB8814669A priority Critical patent/GB2207654B/en
Priority to DE3790816A priority patent/DE3790816C2/de
Publication of WO1988004599A1 publication Critical patent/WO1988004599A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J7/00—Micromanipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1085—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements positioning by means of shape-memory materials

Definitions

  • Apparatus for translational manipulation of an element such as an axis
  • the present invention relates to the field of apparatus for handling an element, and relates to such an apparatus allowing the translation, in space, of an axis, for example, in a magnetic, electric or high frequency field. .
  • translational manipulation devices are used in all kinds of scientific fields, and for all kinds of applications.
  • the handling device When the handling device is accessible, it can be controlled directly by the operator. For example, a microscope or a microprobe can be manipulated directly, by micrometric screws or the like. But very often, the handling device is not accessible, because one works, for example, in vacuum, or in ultra-vacuum, as in the case of spectrometry, in a radioactive atmosphere as in the nuclear, and more generally, in any corroded or hostile atmosphere, such as a field, high frequency, a dangerous gas or a high temperature.
  • a movement transfer mechanism is then necessary, of the manual or automatic type.
  • Conventional transfer mechanisms, of the manual type based on gears, links, chains or the like, are very often heavy, bulky, complex and expensive.
  • tolerance and precision problems are frequent.
  • micromotors controlled by microproces ⁇ sors We then thought of replacing them with automatic types of mechanisms, controlled by micromotors controlled by microproces ⁇ sors.
  • micromotors are disturbed in their operation, as soon as one works, for example, in a vacuum, or in a magnetic, electric or high frequency field. Significant problems of reliability and reproducibility ensue.
  • the handling device is inaccessible directly by the operator, and that one works in a magnetic, electric or high frequency field, transfer mechanisms are used manual or automatic resulting in non reproducible results after a certain period, due to their lack of reliability.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks.
  • a device for manipulating in translation an element such as an axis characterized in that it comprises a displacement device for each dimension of the space in which axis is to be manipulated, each displacement device comprising two pre-trapped blades in opposition, constituted by a pseudo-elastic alloy or with shape memory, arranged on either side of a heating means and / or cooling causing a thermal gradient between the two blades and thus their martensitic transformation resulting in their deformation.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a handling device according to the invention
  • FIG. 2 is a sectional view, on the left, along AA of FIG.
  • Figure 1 is a sectional view, on the right, along BB of Figure 1, of the handling device according to the invention;
  • Figure 4 is a perspective view of the two displacement devices for manipulating the axis in a plane (x, y);
  • Figure 5 is a schematic perspective view of the displacement device allowing manipulation of the axis in direction (z), and
  • Figure 6 is a front sectional view of a handling device provided with '' a sample holder mounted on a direct introduction rod of a mass spectrometer.
  • the manipulation device comprises a displacement device 2 for each dimension of the space in which the axis 1 is to be manipulated, each displacement device 2 comprising two blades 3 prestressed in opposition, constituted by a pseudo-elastic or shape memory alloy, arranged on either side of a heating and / or cooling means 4 causing a thermal gradient between the two blades 3 and thus their artensitic transformation resulting in their deformation .
  • a heating and / or cooling means 4 causing a thermal gradient between the two blades 3 and thus their artsitic transformation resulting in their deformation .
  • Such an apparatus is particularly suitable for handling in a magnetic, electric or high frequency field.
  • the heating and / or cooling means 4 is advantageously in the form of a Peltier effect cell.
  • each displacement device 2 is in the form of a support 8 on which the Peltier effect cell 4 and the two blades 3 are fixedly mounted, each in direct contact with one of the two faces of the Peltier effect cell 4, the two blades 3 being prestressed in opposition and kept in the pre-stressed state in opposition by a hollow and articulated blade 9 making them integral with one another, and being mounted in opposition symmetrically on either side of the support 8.
  • the Peltier 4 cell acts as an electrical insulator.
  • This cell 4 By applying to this cell 4 a variable current remote controlled at long distance using a very sensitive potentiometer, one of its faces becomes cold, while the other heats up.
  • the thermal heating of the blade 3 causes a decrease in the amount of martensite and the cooling of the blade 3 causes an increase in the amount of martensite, the temperature of the ambient medium T A being higher than the temperature at the start of martensitic transformation M . This results in an imbalance
  • the handling device comprises a displacement device 2, for each dimension of the space in which the axis 1 is to be handled. If therefore it is desired to manipulate the axis 1 only along an axis x, the enclosure 5 of the handling device will contain a single displacement device 2.
  • the axis 1 may be fixed directly on the recessed and articulated blade 9, the movement of this last you, under the effect of displacement of the two slides 3, displacing the axis 1 in one direction or the other of the x axis determined by the direction in which the blades 3 are prestressed.
  • the axis 1 can be guided, during its manipulation, by a guide means 6 in the form of an articulated parallelogram whose property is to keep two opposite sides perfectly parallel, or by a guide means 7 in the form a slide, either dovetail, if working in a vacuum, or ball, if working in an atmosphere.
  • the enclosure 5 of the handling device contains two displacement devices 2 allowing the manipulation of the axis 1 in an x, y plane, the two devices 2 being located one above the other at an angle 0 of 90 e and the axis 1 being held in the two recesses 11.
  • each hollowed and articulated blade 9 of a displacement device 2 is provided with a element 10, itself provided with a recess 11 in which the axis 1 slides, and arranged in a plane perpendicular to that of the blade 9.
  • the emptying 11 could, for example, be rectangular.
  • the simultaneous displacement or not of the blades 3 of each of the two displacement devices 2, some along the x axis, the others along the y axis, causes the displacement of the axis 1 in the x plane, y.
  • the axis 1 may also be guided, during its handling, by one or more guide means 6 or 7.
  • the guide means 6 may also be in the form of a ball joint (not shown in the accompanying drawings). This means will be used, for example, in the case of controlling the antenna plate of a missile.
  • the enclosure 5 of the handling device contains three displacement devices 2 allowing the manipulation of the axis 1 in a three-dimensional space x, y, z , two devices 2 allowing the manipulation of the axis 1 in the x, y plane and being located one above the other at an angle of 90 °, the axis 1 being held in the two recesses 11 and the third device 2 allowing the manipulation of axis 1 along the z axis.
  • the movement in the plane x, y is ensured, as in the previous embodiment, by means of the two évidements 11 of the two perpendicular blades 9.
  • the axis 1 can be guided, during of its manipulation in the x, y plane, by two guide means 6 in the form of two articulated parallelograms, and along the z axis by a guide means 7 in the form of a dovetail slide.
  • this slide 7 can also be ball, especially when the handling device operates at atmospheric pressure and lubrication is possible.
  • the articulated parallelo ⁇ grams 6 are integral with one another, and one of the pieces 20 of one of the parallelograms 6 slides directly in the slide with tail dovetail 7, this piece 20 also being connected to part 19 (see Figure 3.
  • the handling device further comprises a sample holder 24 located outside the enclosure 5 in the form of a support housing and connected, in a fixed and removable manner, to one of the two ends 1 ′ of the axis 1, the side of the support housing 5 opposite the sample holder 24 being connected to a direct introduction rod 12 of the samples in a mass spectrometer or any other device, for example, a ESCA photoelectron spectrometer, an ion microprobe, an AUGER microprobe, an electron microscope, etc.
  • An additional heating and / or cooling means 4 is arranged between the sample holder 24 and the end 1 ′ of axis 1, of to heat or cool the sample holder 24.
  • the sample holder 24 is fixed on a rod 13, at its end 13 'situated outside the support box 5 and the other end 13 "of which is inserted, inside the support box 5, in a support 14, one of the faces of which is integral with the heating and / or cooling means 4 in the form of a Peltier effect cell, itself connected to the end 1 ′ of the axis 1 by a connecting support 15 in which said end 1 ′ of axis 1 is inserted.
  • the support 14 can advantageously be made of copper, the ceramic faces of the Peltier effect cell 4 playing the role of electrical insulator.
  • Axis 1 will therefore be movable in the three dimensions x, y, z of space.
  • the device working in a vacuum the slide 7 will be dovetailed.
  • the two blades 9 and thus the two recesses 11 ensuring the manipulation of the axis 1 in the x plane y will be inclined by 45 e relative to gravity terrestrial, so as to balance the own weight of axis 1 which supports the sample holder 24.
  • the samples not exceeding 1 cm in length and width, and 4 mm in height, but which may have any shape, are fixed by clips which slide in eight concentric grooves. These clips hold the samples by screw tightening.
  • Two grids 22 and 23 mounted on insulators, as well as the sample holder 24, can be brought to variable potentials.
  • the sample holder 24 can also be in other forms, for example, in the form of a heating filament.
  • the electrical conductors are designed so that, for the majority of their journey, they are parallel to the z axis which coincides with the axis of a strong magnetic field (for example from 2 to 7 Tesla). When they are not parallel to the z axis, they are coupled two by two (back and forth of the current), so that there is compensation for Laplace forces.
  • the axis 1 the guidance of which has just been described, is hollow for the passage of the conductors of the Peltier effect cell 4.
  • the support box 5 meanwhile, is connected to the direct introduction rod 12 via a sealed glass-metal passage 16 provided with metal tubes 17 allowing the passage of electrical contacts to the metal rods 18 of the rod direct introduction 12.
  • the sample holder 24 has six electrical contacts, and each of the displacement devices 2 has two, which brings the total number of electrical contacts to twelve.
  • the handling device fixed to the end of the direct introduction rod 12 can, by its reduced dimensions, be fixed or adapted to any mass spectrometer, or any other device, for example, a photoelectronic spectrometer ESC, an ionic microprobe, an AUGER microprobe, an electron microscope etc ..., comprising an introduction flange whose opening diameter is sufficient.
  • a photoelectronic spectrometer ESC an ionic microprobe, an AUGER microprobe, an electron microscope etc ...
  • the length and width of the device may be of the order of 6.5 cm, and the height of the order of 15 cm.
  • the opening diameter of the introduction flange must then be greater than 7 cm.
  • the fixing, longitudinal, transverse or other can be carried out by a standard flange with knife, which ensures the possible tightness when the handling device has to move empty in the support case 5.
  • the mass spectrometer can be cyclotron resonance or, more conventionally, quadrupole, magnetic sector, electrostatic sector or any combination of these different types. It may also be an X or NMR scanner or a laser or ion microprobe.
  • the manipulation device has the function of moving an element 1, in this case an axis 1. But it goes without saying that this device can also be used for other applications.

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Abstract

Appareil caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de déplacement (2) pour chaque dimension de l'espace dans laquelle l'axe (1) est à manipuler, chaque dispositif de déplacement (2) comprenant deux lames (3) précontraintes en opposition, constituées par un alliage pseudo-élastique ou à mémoire de forme, disposées de part et d'autre d'un moyen de chauffage et/ou de refroidissement (4) provoquant un gradient thermique entre les deux lames (3) et ainsi leur transformation martensitique entraînant leur déformation.

Description

Appareil de manipulation en translation d'un élément, tel qu'un axe
La présente invention concerne le domaine des appa¬ reils de manipulation d'un élément, et a pour objet un tel appareil permettant la translation, dans l'espace, d'un axe, par exemple, dans un champ magnétique, électrique ou haute fréquence.
Actuellement, on utilise des appareils de manipula¬ tion en translation dans toutes sortes de domaines scientifi¬ ques, et pour toutes sortes d'applications. Lorsque l'appareil de manipulation est accessible, il se laisse piloter directe- ment par l'opérateur. Par exemple, un microscope ou une micro¬ sonde se laisse manipuler directement, par des vis micrométri¬ ques ou autres. Mais très souvent, l'appareil de manipulation n'est pas accessible, car on travaille, par exemple, dans le vide, ou dans l'ultra-vide, comme dans le cas de la spectro- métrie, en atmosphère radioactive comme dans le cas du nucléaire, et plus généralement, en toute atmosphère corrodée ou hostile, telle qu'un champ, haute fréquence, un gaz dange¬ reux ou une température élevée.
Un mécanisme de transfert du mouvement est alors nécessaire, du type manuel ou automatique. Les mécanismes de transfert classiques, de type manuel, à base d'engrenages, de biellettes, de chaînes ou autre, sont très souvent lourds, volumineux, complexes et coûteux. De plus, des problèmes de tolérance et de précision sont fréquents. On a alors pensé à les remplacer par des mécanismes de types automatiques, commandés par des micromoteurs contrôlés par des microproces¬ seurs. Or, ces micromoteurs sont perturbés dans leur fonction¬ nement, sitôt que l'on travaille, par exemple, dans le vide, ou dans un champ magnétique, électrique ou haute fréquence. Des problèmes importants de fiabilité et de reproductibilité s ' ensuivent.
Si donc, comme c'est très fréquent, l'appareil de manipulation est inaccessible directement par l'opérateur, et que l'on travaille dans un champ magnétique, électrique ou haute fréquence, on utilise des mécanismes de transfert manuels ou automatiques entraînant des résultats non reproduc¬ tibles à l'issue d'un certain délai, du fait de leur manque de fiabilité.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients.
Elle a, en effet, pour objet un appareil de manipu¬ lation en translation, d'un élément tel qu'un axe, caractéri¬ sé en ce qu'il comporte un dispositif de déplacement pour cha¬ que dimension de l'espace dans laquelle l'axe est à manipuler, chaque dispositif de déplacement comprenant deux lames précon¬ traintes en opposition, constituées par un alliage pseudo- élastique ou à mémoire de forme, disposées de part et d'autre d'un moyen de chauffage et/ou de refroidissement provoquant un gradient thermique entre les deux lames et ainsi leur trans- formation martensitique entraînant leur déformation.
L'invention sera mieux comprise grâce à la descrip¬ tion ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expli¬ qués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe de face d'un appareil de manipulation conforme à l'invention la figure 2 est une vue en coupe, de gauche, selon A-A de la figure 1, de l'appareil de manipulation conforme à 1' inven- tion ; la figure 3 est une vue en coupe, de droite, selon B-B de la figure 1, de l'appareil de manipulation conforme à l'inven¬ tion ; la figure 4 est une vue, en perspective, des deux dispositifs de déplacement permettant la manipulation de l'axe dans un plan (x, y) ; la figure 5 est une vue schématique, en perspective, du dispo¬ sitif de déplacement permettant la manipulation de l'axe dans la direction (z), et la figure 6 est une vue en coupe de face d'un appareil de manipulation muni d'un porte-échantillons monté sur une canne d'introduction directe d'un spectromètre de masse. Conformément à l'invention, l'appareil de manipula¬ tion comporte un dispositif de déplacement 2 pour chaque dimension de l'espace dans laquelle l'axe 1 est à manipuler, chaque dispositif de déplacement 2 comprenant deux lames 3 précontraintes en opposition, constituées par un alliage pseudo-élastique ou à mémoire de forme, disposées de part et d'autre d'un moyen de chauffage et/ou de refroidissement 4 provoquant un gradient thermique entre les deux lames 3 et ainsi leur transformation artensitique entraînant leur défor- mation. Un tel appareil convient particulièrement pour la manipulation dans un champ magnétique, électrique ou haute fréquence.
Le moyen de chauffage et/ou de refroidissement 4 est avantageusement sous la forme d'une cellule à effet Peltier. Comme le montre la figure 4, chaque dispositif de déplacement 2 est sous la forme d'un support 8 sur lequel sont montées fixes la cellule à effet Peltier 4 ainsi que les deux lames 3, chacune au contact direct de l'une des deux faces de la cellule à effet Peltier 4, les deux lames 3 étant précon- traintes en opposition et maintenues à l'état précontraint en opposition par une lame évidée et articulée 9 les rendant solidaires l'une de l'autre, et étant montées en opposition symétriquement de part et d'autre du support 8.
La cellule Peltier 4, par ses faces en céramique, joue un rôle d'isolant électrique. En appliquant à cette cellule 4 un courant variable télécommandé à longue distance à l'aide d'un potentiomètre très sensible, l'une de ses faces devient froide, tandis que l'autre s'échauffe. L'échauffement thermique de la lame 3 entraîne une diminution de la quantité de martensite et le refroidissement de la lame 3 entraîne une augmentation de la quantité de martensite, la température du milieu ambiant TA étant supérieure à la température de début de transformation martensitique M . Il s'ensuit un déséqui-
S libre de force qui provoque un déplacement de la lame évidée et articulée 9 et de l'axe 1. En effet, les contraintes d'un tel matériau sont fonction de la déformation appliquée ainsi que de sa température. La lame froide 3 s'éloignera davantage de son état initial, tandis que la lame chaude 3 s'en rappro¬ chera. Les temps de réponse sont de l'ordre de la seconde. L'épaisseur des lames 3 en alliage pseudo-élastique à mémoire de forme détermine l'intensité des forces appliquées et, par conséquent, la course des déplacements, également en fonction de la longueur des lames 3. L'écart de température dépend, bien entendu, du type de cellule Peltier utilisée, mais la température peut, en tout cas, être facilement contrôlée dans un écart variant entre - 30° C à + 100° C. Les déplacements peuvent, quant à eux, être contrôlés par des jauges d'extenso- métrie disposées sur la zone de contrainte des lames précon¬ traintes et étalonnées en fonction des déplacements.
L'appareil de manipulation comporte un dispositif de déplacement 2, pour chaque dimension de l'espace dans laquelle l'axe 1 est à manipuler. Si donc on désire manipuler l'axe 1 uniquement selon un axe x, l'enceinte 5 de l'appareil de manipulation renfermera un seul dispositif de déplacement 2. Dans ce premier mode de réalisation, l'axe 1 pourra être fixé directement sur la lame évidée et articulée 9 , le déplacement de cet'te dernière, sous l'effet du déplacement des deux lames 3, entraînant le déplacement de l'axe 1 dans un sens ou dans l'autre de l'axe x déterminé par la direction dans laquelle les lames 3 sont précontraintes. L'axe 1 pourra être- guidé, lors de sa manipulation, par un moyen de guidage 6 sous la forme d'un parallélogramme articulé dont la propriété est de garder deux côtés opposés parfaitement parallèles, ou par un moyen de guidage 7 sous la forme d'une glissière, soit à queue d'aronde, si l'on travaille dans le vide, soit à billes, si l'on travaille en atmosphère. Selon un second mode de réalisation représenté figure 4, l'enceinte 5 de l'appareil de manipulation renferme deux dispositifs de déplacement 2 permettant la manipulation de l'axe 1 dans un plan x, y, les deux dispositifs 2 étant situés l'un au-dessus de l'autre selon un angle 0 de 90e et l'axe 1 étant maintenu dans les deux évidements 11. En effet, chaque lame évidée et articulée 9 d'un dispositif de déplace¬ ment 2 est munie d'un élément 10, lui-même muni d'un évidement 11 dans lequel coulisse l'axe 1, et disposé dans un plan perpendiculaire à celui de la lame 9. L' videment 11 pourra, par exemple, être rectangulaire.
Ainsi, le déplacement simultané ou non des lames 3 de chacun des deux dispositifs de déplacement 2, les unes selon l'axe x, les autres selon l'axe y, entraîne le déplace¬ ment de l'axe 1 dans le plan x, y. L'axe 1 pourra également être guidé, lors de sa manipulation, par un ou plusieurs moyens de guidage 6 ou 7. Le moyen de guidage 6 pourra égale¬ ment être sous la forme d'une rotule (non représenté aux dessins annexés). Ce moyen sera utilisé, par exemple, dans le cas de la commande du plateau d'antenne d'un missile.
Selon un troisième mode de réalisation représenté figures 1 à 3 des dessins annexés, l'enceinte 5 de l'appareil de manipulation renferme trois dispositifs de déplacement 2 permettant la manipulation de l'axe 1 dans un espace à trois dimensions x, y, z, deux dispositifs 2 permettant la manipula¬ tion de l'axe 1 dans le plan x, y et étant situés l'un au- dessus de l'autre selon un angle oé de 90°, l'axe 1 étant maintenu dans les deux évidements 11 et le troisième disposi- tif 2 permettant la manipulation de l'axe 1 selon l'axe z. Le déplacement dans le plan x, y est assuré, comme dans le mode de réalisation précédent, par l'intermédiaire des deux évide¬ ments 11 des deux lames 9 perpendiculaires. Le déplacement suivant l'axe z, par contre, est assuré par l'intermédiaire d'une pièce 19 directement fixée sur la lame 9. Comme repré¬ senté figures 2 et 3 des dessins annexés, l'axe 1 pourra être guidé, lors de sa manipulation dans le plan x, y, par deux moyens de guidage 6 sous la forme de deux parallélogrammes articulés, et suivant l'axe z par un moyen de guidage 7 sous forme d'une glissière à queue d'aronde.
Bien entendu, cette glissière 7 pourra également être à billes, notamment lorsque l'appareil de manipulation fonctionne en pression atmosphérique et qu'un graissage est possible. Comme le montrent les figures 2 et 3 , les parallélo¬ grammes articulés 6 sont solidaires l'un de l'autre, et l'une des pièces 20 de l'un des parallélogrammes 6 coulisse directe¬ ment dans la glissière à queue d'aronde 7, cette pièce 20 étant également reliée à la pièce 19 (voir figure 3.
Ainsi, l'impossibilité de rotation, d'une part, autour de l'axe z et, d'autre part, de la pièce 21 du parallé¬ logramme articulé 6 entourant l'axe 1, par rapport à la pièce 20, est assurée. On obtient, par conséquent, une translation dans le plan x, y de la pièce 21 solidaire de l'axe 1 par rapport à la pièce 20 qui coulisse sur la glissière en queue d'aronde 7 selon l'axe z. L'axe 1 est donc manipulable dans les trois dimensions x, y, z de l'espace. Un tel appareil de manipulation ne comporte donc aucun micromoteur. Cette absence de micromoteur assure une absence totale de vibration. Par conséquent, cet appareil est, par exemple, idéal pour tous les types de microsonde. De plus, il est globalement insensible à toutes les variations de la température ambiante. En effet, la transformation martensiti¬ que entraînant la déformation des lames 3 en matériau pseudo¬ élastique ou à mémoire de forme, n'a lieu que par création d'un gradient thermique entre les deux lames 3, et non lors d'une variation globale de la température ambiante, les lames 3 étant disposées symétriquement de part et d'autre du support 8.
Enfin, un tel appareil de manipulation est totale¬ ment insensible au gradient très élevé des champs magnétiques, puisqu'il ne comporte aucun micromoteur. C'est la raison pour laquelle il convient parfaitement pour une adaptation à l'extrémité d'une canne d'introduction directe tout à fait classique d'un spectromètre de masse, de manière à assurer les microdéplacements en translation d'un porte-échantillons, la canne étant pourvue elle-même d'un mécanisme de rotation. Pour ce faire, et comme le montre la figure 6, l'appareil de manipulation, conforme au troisième mode de réalisation, comporte, en outre, un porte-échantillons 24 situé à l'extérieur de l'enceinte 5 sous la forme d'un boîtier support et relié, de manière fixe et démontable, à l'une des deux extrémités l' de l'axe 1, le côté du boîtier support 5 opposé au porte-échantillons 24 étant relié à une canne d'introduction directe 12 des échantillons dans un spectromè¬ tre de masse ou tout autre appareil, par exemple, un spectromètre photoélectronique ESCA, une microsonde ionique, une microsonde AUGER, un microscope électronique etc.. Un moyen de chauffage et/ou de refroidissement 4 supplémentaire est disposé entre le porte-échantillons 24 et l'extrémité l' de l'axe 1, de façon à chauffer ou à refroidir le porte- échantillons 24.
Comme le montre la figure 6, le porte-échantillons 24 est fixé sur une tige 13, à son extrémité 13' située hors du boîtier support 5 et dont l'autre extrémité 13" est insé- rée, à l'intérieur du boîtier support 5, dans un support 14 dont l'une des faces est solidaire du moyen de chauffage et/o de refroidissement 4 sous la forme d'une cellule à effet Peltier, elle-même reliée à l'extrémité l' de l'axe 1 par un support de liaison 15 dans lequel est insérée ladite extrémité l' de l'axe 1.
Le support 14 peut être avantageusement en cuivre, les faces en céramique de la cellule à effet Peltier 4 jouant le rôle d'isolant électrique.
L'axe 1 sera donc déplaçable dans les trois dimen- sions x, y, z de l'espace. L'appareil travaillant dans le vide, la glissière 7 sera à queue d'aronde. D'autre part, dans le cas du vide, pour minimiser les frottements, les deux lames 9 et ainsi les deux évidements 11 assurant la manipulation de l'axe 1 dans le plan x, y seront inclinés de 45e par rapport à la pesanteur terrestre, de manière à équilibrer le propre poids de l'axe 1 qui supporte le porte-échantillons 24.
Les échantillons n'excédant pas 1 cm de longueur et de largeur, et 4 mm de hauteur, mais pouvant avoir des formes quelconques, sont fixés par des clips qui coulissent dans huit gorges concentriques. Ces clips maintiennent les échantillons par serrage à vis. Deux grilles 22 et 23 montées sur des isolants, ainsi que le porte-échantillons 24, peuvent être portés à des potentiels variables.
Selon une variante de l'invention, le porte- échantillons 24 peut également être sous d'autres formes, par exemple, sous la forme d'un filament chauffant.
Les conducteurs électriques sont conçus pour que, dans la majorité de leur parcours, ils soient parallèles à l'axe z qui coincide avec l'axe d'un champ magnétique puissant (par exemple de 2 à 7 Tesla) . Quand ils ne sont pas parallèles à l'axe z, ils sont couplés deux à deux (aller et retour du courant), afin qu'il y ait compensation des forces de Laplace. L'axe 1, dont le guidage vient d'être décrit, est creux pour le passage des conducteurs de la cellule à effet Peltier 4.
Le boîtier support 5, quant à lui, est relié à la canne d'introduction directe 12 par l'intermédiaire d'un passage étanche verre-métal 16 muni de tubes métalliques 17 autorisant le passage des contacts électriques aux tiges métalliques 18 de la canne d'introduction directe 12.
Le porte-échantillons 24 présente six contacts élec¬ triques, et chacun des dispositifs de déplacement 2 en présente deux, ce qui porte le nombre total des contacts élec¬ triques à douze.
L'appareil de manipulation fixé à l'extrémité de la canne d'introduction directe 12 peut, de par ses dimensions réduites, être fixé ou adapté sur n'importe quel spectrometre de masse, ou tout autre appareil, par exemple, un spectrometre photoélectronique ESC , une microsonde ionique, une microsonde AUGER, un microscope électronique etc..., comportant une bride d'introduction dont le diamètre d'ouverture est suffisant. A titre d'exemple, la longueur et la largeur de l'appareil pourront être de l'ordre de 6,5 cm, et la hauteur de l'ordre de 15 cm. Le diamètre d'ouverture de la bride d'introduction devra alors être supérieur à 7 cm. La fixation, longitudinale, transversale ou autre, peut être réalisée par une bride standard à couteau, qui assure l'éventuelle étanchéité lorsque l'appareil de manipulation doit évoluer à vide dans le boîtier support 5. Le spectrometre de masse pourra être à résonance cyclotronique ou, plus conventionnellement, quadrupolaire, à secteur magnétique, à secteur électrostatique ou toutes combi¬ naisons de ces différents types. Il pourra également s'agir d'un scanner X ou RMN ou d'une microsonde laser ou ionique. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, l'appareil de manipulation a pour fonction de déplacer un élément 1, en l'occurrence un axe 1. Mais il va de soi que cet appareil peut également être utilisé pour d'autres applications.
En outre, bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

- R E V E N D I C A T I O N S -
1. Appareil de manipulation en translation, d'un élément (1), tel qu'un axe, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de déplacement (2) pour chaque dimension de l'espace dans laquelle l'axe (1) est à manipuler, chaque dispositif de déplacement (2) comprenant deux lames (3) pré¬ contraintes en opposition, constituées par un alliage pseudo¬ élastique ou à mémoire de forme, disposées de part et d'autre d'un moyen de chauffage et/ou de refroidissement (4) provo- quant un gradient thermique entre les deux lames (3) et ainsi leur transformation martensitique entraînant leur déformation.
2. Appareil de manipulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de chauffage et/ou de refroidissement (4) est sous la forme d'une cellule à effet Peltier.
3. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque dispo¬ sitif de déplacement (2) est sous la forme d'un support (8) sur lequel sont montées' ixes la cellule à effet Peltier (4) ainsi que les deux lames (3) , chacune au contact direct de l'une des deux faces de la cellule (4) , les deux lames (3) étant précontraintes en opposition et maintenues à l'état précontraint en opposition par une lame évidée et articulée (9) les rendant solidaires l'une de l'autre, et étant montées en opposition symétriquement de part et d'autre du support (8).
4. Appareil de manipulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame évidée et articulée (9) d'un dispositif de déplacement (2) est munie d'un élément (10), lui-même muni d'un évidement (11) dans lequel coulisse l'axe (1), et disposé dans un plan perpendiculaire à celui de la lame (9).
5. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'axe (1) est guidé, lors de sa manipulation, par un ou plusieurs moyens de guidage (6 et/ou 7).
6. Appareil de manipulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage (6) est sous la forme d'un parallélogramme articulé.
7. Appareil de manipulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage (6) est sous la forme d'une rotule.
8. Appareil de manipulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage (7) est sous la forme d'une glissière soit à queue d'aronde, soit à billes.
9. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est princi¬ palement constitué par une enceinte (5) renfermant un disposi¬ tif de déplacement (2) permettant la manipulation de l'axe (1) selon un axe (x) .
10. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est princi¬ palement constitué par une enceinte (5) renfermant deux dispo¬ sitifs de déplacement (2) permettant la manipulation de l'axe (1) dans un plan (x, y), les deux dispositifs (2) étant situés l'un au-dessus de l'autre selon un angle ( où ) de 90° et l'axe (1) étant maintenu dans les deux évidements (11).
11. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est princi¬ palement constitué par une enceinte (5) renfermant trois dispositifs de déplacement (2) permettant la manipulation de l'axe (1) dans un espace à trois dimensions (x, y, z) , deux dispositifs (2) permettant la manipulation de l'axe (1) dans le plan (x, y) et étant situés l'un au-dessus de l'autre selon un angle (s de 90°, l'axe (1) étant maintenu dans les deux évidements (11), et le troisième dispositif (2) permettant la manipulation de l'axe (1) selon l'axe (z).
12. Appareil de manipulation selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour l'application au domaine de la spectrométrie, il comporte, en outre, un porte-échantillons (24) situé à l'extérieur de l'enceinte (5), sous la forme d'un boîtier support, et relié, de manière fixe et démontable, à l'une des deux extrémités (1' ) de l'axe (1) , le côté du boîtier support (5) opposé au porte-échantillons (24) étant relié à une canne d'introduction directe (12) des échantillons dans un spectrometre de masse.
13. Appareil de manipulation selon la revendication
12, caractérisé en ce qu'un moyen de chauffage et/ou de refroidissement (4) supplémentaire est disposé entre le porte- échantillons (24) et l'extrémité (l' î de l'axe (1), de façon à chauffer ou à refroidir le porte-échantillons (24).
14. Appareil de manipulation selon la revendication
13, caractérisé en ce que le porte-échantillons (24) est fixé sur une tige (13), à son extrémité (13' ) située hors du boîtier support (5) et dont l'autre extrémité (13") est insé¬ rée, à l'intérieur du boiter support (5), dans un support (14) dont l'une des faces est solidaire du moyen de chauffage et/ou de refroidissement (4) sous la forme d'une cellule à effet Peltier, elle-même reliée à l'extrémité (l1) de l'axe (1) par un support de liaison (15) dans lequel est insérée ladite extrémité (l1 ) de l'axe (1).
15. Appareil de manipulation selon la revendication
14, caractérisé en ce que le support (14) est en cuivre, les faces en céramique de la cellule à effet Peltier (4) jouant le rôle d'isolant électrique.
16. Appareil de manipulation selon la revendication 12, caractérisé en ce que le porte-échantillon (24) est sous la forme d'un filament chauffant.
17. Appareil de manipulation selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le boîtier support (5) est reliée à la canne d'introduction directe (12) par l'intermédiaire d'un passage étanche verre-métal (16) muni de tubes métalliques (17) autorisant le passage des contacts électriques aux tiges métalliques (18) de la canne d'introduc¬ tion directe (12).
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