Lamost式天文望遠鏡焦面板運動實現機構的製作方法

2023-05-30 01:06:56

專利名稱：Lamost式天文望遠鏡焦面板運動實現機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現機構。通過釆用 這套結構，使得LAMOST式天文望遠鏡焦面板的支撐更加筒化。更為重要的 是，在換觀測天區時使得焦面板能夠實現繞自身球冠頂點轉動，避免了複雜 繁瑣的公式推導和系統定標。
背景技術：
大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，筒稱LAMOST，是中國天文學 家和天文儀器專家在20世紀末提出的一種新型的施密特天文望遠鏡。它把 傳統的施密特望遠鏡的主鏡、副鏡和焦面板分成3個獨立的部分，並且主鏡 在望遠鏡跟蹤過程中固定不動，施密特改正板擔當跟蹤天體的任務。焦面板 上面安裝有4000根光纖，在望遠鏡工作過程中，每根光纖對準天上的一個 星體。星體的信息通過光纖傳到光i普儀上供天文學家分析。
LAMOST天文望遠鏡是一架特殊的施密特望遠鏡。它由施密特改正板、 主鏡和焦面組成。焦面板是一個直徑1790毫米的球冠體。為了能夠j呆證焦 面板上的光纖準確的對準被觀測天區的星體，焦面板需要3種不同的運動來 保證其功能焦面板繞球冠體軸線旋轉運動來補償地球自轉；焦面板繞球冠 體頂點上下傾斜運動補償不同的觀測天區；焦面板沿光軸方向的調焦運動補 償熱變形。現有的這3種運動分別由3個不同的驅動單元完成。
為了實現旋轉、傾斜和調焦3種運動，現有的機構非常複雜，結構尺寸
龐大。不但增加了控制系統的複雜性，而且需要對系統進行定標，增加了工
作量。具體地說，現有技術存在的問題是
今機械結構複雜，前後尺寸達4米，左右尺寸達2.2米，總重量達26噸。 用這樣龐大的結構來實現3種運動，不是一個理想的方案；
令旋轉運動由摩4察傳動實現，上下傾斜運動由3套蝸輪蝸杆副的組合運 動實現，調焦i^動由滾珠絲杆實現。3種運動分別由3套驅動^/L構實 現。而在實際使用中，3種運動中只有旋轉運動是要實時跟蹤的，其 他兩種運動在一次跟蹤過程中不做實時調整。因此，不需要用3套獨 立的驅動系統。這樣可以降低運動副安裝調整的複雜程度和成本投
入；
令因為焦面板與驅動電機的距離較遠，目前這些驅動調整與焦面板之 間有較長的傳動鏈。兩者之間存在非線性問題。隨著時間的推移和 溫差的改變，機械結構的彈性變形使得驅動與焦面板之間存在不同 步，經過一段時間後需要對系統進行重新定標。這些因素都嚴重影 響了系統的穩定性和傳動精度。這一問題給驅動精度和系統穩定性 帶來影響；
今更為重要的是焦面板是一個球冠體，才艮據光學系統的要求，焦面 板的傾斜運動應該繞球冠體的頂點進行。也就是說在上下傾斜運動 中，球冠體的中心頂點位置不能改變。而目前的傾斜調整是由3套蝸 輪蝸杆副的組合運動(傾斜+上下移動)來實現的。這種調整方式 增加了控制系統的複雜性，同時也影響了控制精度。

發明內容
本發明的目的是針對以上現有技術的不足，提出一種LAMOST式天文望 遠鏡焦面板運動實現機構，這種新的焦面板支撐結構和運動實現機構，使得 焦面板的三種運動由一個結構實現。既簡化了機械結構和控制系統，又提高 了系統的穩定性。
完成上述發明任務的技術方案是， 一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運 動實現機構，焦面板上連接有旋轉運動機構、傾斜運動機構和調焦運動才幾構， 其特徵在於，所述的旋轉運動機構、傾斜運動機構和調焦運動機構設置為一 個共同的運動才幾構，該運動才幾構結構如下
大齒輪和圓形導軌固定聯結後安裝在基座上；
該圓形導軌上分布有6個與該圓形導軌相配的滑塊；
每個滑塊上分別通過連接板連接有小齒輪；各小齒輪分別與大齒輪齧 合；各小齒輪的軸上分別安裝有驅動電機；
所述的每個滑塊分別通過左單杆關節軸承連接有一根支撐杆；各支撐杆 分別通過右單杆關節軸承連接在焦面板上；
所述的六根支撐杆每兩根一組，每組內兩根支撐杆呈V字形設置每組 內兩根支撐杆的一端通過右單杆關節軸承與焦面板的連接點緊靠在一起；所 述的緊靠在一起的三組連接點分布在焦面板上的同一圓上，並按120°分布； 每組內兩根支撐杆的另一端通過左單杆關節軸承所分別連接的兩個滑塊在 圓形導軌上的位置則設有一定距離。
換言之，為了實現上面提到的3種運動和解決上面的問題，本發明採用了 圖1和圖2所示的結構方案。大齒輪3和圓形導軌4通過螺釘固聯後安裝在基座 2上。圓形導軌4上分布有6個相配的滑塊5(參見圖2)。左單杆關節軸承9(共
6個，參見圖2)分別連接在相應的滑塊上。右單杆關節軸承7 (共6個，參見 圖2)分別連接在焦面板8上。左單杆關節軸承與右單杆關節軸承通過支撐杆 6連接。與大齒輪3相配的小齒輪10 (共6個，參見圖2)通過連接板連接在滑 塊5上。小齒輪軸上安裝有驅動電機l (共6隻，參見圖2)。當驅動電機l帶動 小齒輪10轉動時，由於小齒輪10連接在滑塊5上，所以，小齒輪10就帶動滑 塊5—起繞大齒輪3轉動(大齒輪3和圓形導軌4是固定不動的)。當滑塊在導 軌上滑動時，就會通過支撐杆6改變焦面板的姿態，從而實現焦面板的3種運 動。具體過程如下 今》走4爭運動
如圖2所示，當6個滑塊在6隻電機的驅動下以相同的速度沿圓形導軌轉動 時，焦面板就可以實現旋轉運動。在圓形導軌上安裝有鋼帶碼盤(圖中未畫)， 每個滑塊上安裝一個讀數頭(圖中未畫)來反饋滑塊當前的位置值。旋轉運 動的速度可根據焦面板的實際指標設定。LAMOST焦面板的運動速度小於 157s，跟蹤精度為2"。鋼帶碼盤的解析度可以達到0.08"。採用這種結構，只 要對單杆關節軸承和圓形軌道滑塊副通過預緊力方式進行適當消隙，並控制 6隻電機的同步性，配上控制系統就能夠達到焦面板旋轉運動的性能要求。
今傾斜運動
如圖3所示，不失一般性，繞X軸逆時針(面對X軸正方向)傾斜。此時， 焦面板連接點A點要頂焦面板，連接點B點和C點要拉焦面板。這樣才能保證 焦面板的傾斜是圍繞球冠體頂點進行的。為了達到這個目的，1#、 4#和6#滑 塊要順時針運動，而2#、 3#和5#滑塊要逆時針運動，如圖3中箭頭所示。同 理，可得到繞X軸順時針傾斜時，每個滑塊沿圓形導軌的運動方向。每個滑
塊在圓形導軌上的運動量可根據傾斜的角度，以及結構的幾何尺寸進行計
算。 一般而言，傾斜運動的範圍在10'以內，精度在10〃左右。採用這種機構
完全能夠實現傾斜運動的功能。 今調焦運動
如圖4所示，不失一般性，4li殳焦面板要向前移動，即間距變長。則焦 面板連接點A、連接點B和連接點C都要頂焦面板。滑塊1#、 3#和5#沿圓形導 軌做順時針運動，滑塊2#、 4#和6#沿圓形導缺4支逆時針運動，如圖4中箭頭 所示。為了保證是平移而不發生傾斜，6個滑塊的運動速度要相同。調焦量 取決於支撐杆的長度。即支撐杆的長度根據系統調焦量確定。LAMOST調焦 精度要求在士0.05毫米左右。若圓形導軌的直徑為l米，支撐杆的長度為0.7米， 圓形導軌上安裝的鋼帶碼盤的解析度為0.08"，則調焦運動的解析度在0.2微 米左右。能夠滿足調焦精度的要求。
本發明有以下優化方案
1、 各小齒輪軸上的驅動電機各自的驅動電路分別與控制計算機連接， 由控制計算機控制驅動。
2、 在圓形導軌上安裝有鋼帶碼盤；6個滑塊上分別安裝有讀數頭，以實 時給出滑塊的實際位置。各讀數頭的輸出接控制計算機。
3、 所述的左、右單杆關節軸承和圓形導軌滑塊副分別採用進行過消隙 處理的單杆關節軸承和圓形導軌滑塊副，以便提高系統剛度和傳動精度。
本發明的有益效果
LAMOST形式的望遠鏡是一種獨特的大口徑兼大視場反射施密特望遠 鏡，是一種新型的望遠鏡結構。這種形式的望遠鏡焦面板通常需要3種運動
補償地球自轉的旋轉運動；補償觀測不同天區的傾斜運動和補償溫度變化引 起的調焦運動。通常的設計，這3種運動由3套獨立的驅動機構完成，結構 設計複雜，體積龐大。而實際上，在望遠鏡實際工作中，這3種運動可以分 開完成，根據光學檢測，先進行調焦運動。而後根據所要觀測的天區進行傾 斜運動。最後，在望遠鏡對星觀測過程中進行實時的旋轉運動。根據這些特 點，本發明專利提出了一種結構緊湊的設計方案。3種運動由一套機構先後 來完成，簡化了整個機械結構。另外，採用本發明專利方案，使得傾斜運動 能夠圍繞球冠體頂點轉動，不需要由轉動加平動的組合，大大簡化了控制系 統和工作量，進而提高控制精度。最後，本發明專利提出的結構，中間傳動 鏈短，驅動電機和執行件靠得很近，傳動剛性高，避免了非線性問題和環境 溫度的影響，進而提高了運動精度，也避免了需要經常定標的問題。


圖l為本發明結構示意圖2~圖4為圖1的側視圖，圖中箭頭分別示意焦面板的三種運動。
具體實施例方式
實施例l，參照圖1 圖4:大齒輪3和圓形導軌4通過螺釘固聯後安裝 在基座2上。圓形導軌4上分布有6個相配的滑塊5 (參見圖2 )。左單杆關 節軸承9 (共6個，參見圖2 )分別連接在相應的滑塊上。右單杆關節軸承7 (共6個，參見圖2)分別連接在焦面板8上。左單杆關節軸承9與右單杆 關節軸承7通過支撐杆6連接。與大齒輪3相配的小齒輪10(共6個，參見 圖2)通過連接板連接在滑塊5上。小齒輪軸上安裝有驅動電機1 (共6隻， 參見圖2)。當驅動電機l帶動小齒輪10轉動時，由於小齒輪10連接在滑塊
5上，所以，小齒輪10就帶動滑塊5—起繞大齒輪3轉動(大齒輪3和圓形 導軌4是固定不動的)。當滑塊5在導軌4上滑動時，就會通過支撐杆6改 變焦面板的姿態，從而實現焦面板的3種運動。各小齒輪軸上的驅動電機l 各自的驅動電路分別與控制計算機連接，由控制計算機控制驅動。在圓形導 軌4上安裝有鋼帶碼盤；6個滑塊5上分別安裝有讀數頭，以實時給出滑塊 5的實際位置。各讀數頭的輸出接控制計算機。所述的左、右單杆關節軸承 9、 7和圓形導軌滑塊副4、 6分別採用進行過消隙處理的單杆關節軸承和風 形導軌滑塊副，以便提高系統剛度和傳動精度。
權利要求
1、一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現機構，焦面板上連接有旋轉運動機構、傾斜運動機構和調焦運動機構，其特徵在於，所述的旋轉運動機構、傾斜運動機構和調焦運動機構設置為一個共同的運動機構，該運動機構結構如下大齒輪和圓形導軌固定聯結後安裝在基座上；該圓形導軌上分布有6個與該圓形導軌相配的滑塊；每個滑塊上分別通過連接板連接有小齒輪；各小齒輪分別與大齒輪嚙合；各小齒輪的軸上分別安裝有驅動電機；所述的每個滑塊分別通過左單杆關節軸承連接有一根支撐杆；各支撐杆分別通過右單杆關節軸承連接在焦面板上；所述的六根支撐杆每兩根一組，每組內兩根支撐杆呈V字形設置每組內兩根支撐杆的一端通過右單杆關節軸承與焦面板的連接點緊靠在一起；所述的緊靠在一起的三組連接點分布在焦面板上的同一圓上，並按120°分布；每組內兩根支撐杆的另一端通過左單杆關節軸承所分別連接的兩個滑塊在圓形導軌上的位置則設有一定距離。
2、 根據權利要求l所述的LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現機構， 其特徵在於，設有控制計算機，所述各小齒輪軸上的驅動電機各自的驅動電 路分別與控制計算機連接，由控制計算機控制驅動。
3、 根據權利要求2所述的LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現機構， 其特徵在於，在所述圓形導軌上安裝有鋼帶碼盤；6個滑塊上分別安裝有讀數頭，各讀數頭的輸出接控制計算機。
4、根據權利要求1或2或3所述的LAMOST式天文望遠鏡焦面^反運動 實現機構，其特徵在於，所述的左、右單杆關節軸承和圓形導軌滑塊副分別 採用進行過消隙處理的單杆關節軸承和圓形導軌滑塊副。
全文摘要
LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現機構，特徵是旋轉運動機構、傾斜運動機構和調焦運動機構設置為共同運動機構大齒輪和圓形導軌固定聯結在基座上；圓形導軌上分布有6個相配的滑塊；滑塊通過連接板連接有小齒輪；各小齒輪與大齒輪嚙合；其軸上安裝有驅動電機；滑塊分別通過左單杆關節軸承連接有支撐杆；各支撐杆通過右單杆關節軸承連接在焦面板上；支撐杆每兩根一組呈V字形設置其一端通過右單杆關節軸承與焦面板的連接點靠緊；三組連接點分布在焦面板的同一圓上按120°分布；支撐杆另一端通過左單杆關節軸承所連接的兩個滑塊在圓形導軌上的位置則設有一定距離。本發明既簡化了機械結構和控制系統，又提高了系統的穩定性。
文檔編號G02B6/06GK101359090SQ20081002163
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月8日 優先權日2008年8月8日
發明者王國民 申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所