[發(fā)明專利]用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)機構

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• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105629423A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 李國平;牛冬生;葉宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術領域

本發(fā)明是一種精確的鏡面位置調(diào)整裝置，具體涉及一種高精度五維調(diào)節(jié)機構。主要應用于天文望遠鏡副鏡位置的調(diào)整。

背景技術

天文望遠鏡在裝調(diào)和觀測過程中，主副鏡相對位置的變化需要通過五自由度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)整，目前一般采用傳統(tǒng)的五自由度調(diào)節(jié)機構或采用“六桿機構”。傳統(tǒng)的五自由度調(diào)節(jié)機構一般由一個帶球頭的中心軸與鏡面相連，鏡面在中心軸的球頭端可以相對轉(zhuǎn)動，鏡面以球頭為中心的轉(zhuǎn)動，由三個電機控制，實現(xiàn)鏡面的兩個轉(zhuǎn)動自由度。同時，由于中心軸為一精密花鍵結(jié)構，從而限制鏡面相對其軸方向的轉(zhuǎn)動，即鏡面不具備繞Z軸轉(zhuǎn)動的自由度。中心軸的另一端為滾珠絲桿結(jié)構，通過電機控制可以實現(xiàn)鏡面的軸向平動（Z向），而其余的兩個平動自由度（X、Y向）通過兩個電機與直線導軌組合進行調(diào)整，最終實現(xiàn)副鏡系統(tǒng)的五維調(diào)節(jié)功能。傳統(tǒng)五維調(diào)節(jié)機構的主要缺點是：其結(jié)構較為復雜，結(jié)構尺寸較大，從承載能力與其自身質(zhì)量的比值來看，其值相對較小，即相對承載能力較小。“六桿機構”是一種典型的并聯(lián)機構，一般情況下由上、下平臺以及連接上、下平臺的桿組成。上平臺為末端執(zhí)行機構，稱為動平臺，下平臺固定不動，稱為定平臺。“六桿機構”由六根（或四根或三根等）桿通過球鉸、球銷鉸、虎克鉸或其它特別設計的聯(lián)接副與動平臺（或主軸頭部件）和定平臺相聯(lián)，組成剛度很高的框架結(jié)構。缺點是：其控制較為復雜，要實現(xiàn)任一自由度的運動均要通過六桿的協(xié)調(diào)工作，對每根桿運動行程及速度的計算要求非常高。因此，運動中的微小誤差均可能導致機構卡死。目前，美國PI公司所生產(chǎn)的六桿機構價格極其昂貴，而中國自行研制的六桿機構技術還不十分成熟。

望遠鏡結(jié)構零件在加工及安裝過程中所累積的誤差會引起望遠鏡主鏡及副鏡相對位置偏差，從而影響望遠鏡的成像質(zhì)量，在望遠鏡裝調(diào)過程中，如副鏡與主鏡的光軸不重合，將會在成像時產(chǎn)生慧差，而副鏡與主鏡間軸向距離誤差將會使望遠鏡成像時存在較大的球差。天文望遠鏡在觀測跟蹤星體時，在重力作用下，鏡筒隨高度角的變化發(fā)生有規(guī)律的變形，引起主副鏡相對位置的變化，同樣會造成光學系統(tǒng)成像質(zhì)量變差，并影響望遠鏡的指向和跟蹤精度。因此，副鏡支撐系統(tǒng)應具備五自由度的調(diào)節(jié)功能，即三個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度。調(diào)整副鏡空間位置，使其光軸與主鏡重合，同時保證副鏡與主鏡間的相對距離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)機構，通過一套簡單的機構實現(xiàn)天文望遠鏡副鏡位置五維調(diào)節(jié)功能，本發(fā)明能夠克服傳統(tǒng)五維調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構復雜的不足，又能夠避免傳統(tǒng)“六桿機構”控制難度高、產(chǎn)品技術尚不成熟、價格較高等不足；本發(fā)明結(jié)構簡單，鏡面在各自由度方向上的調(diào)節(jié)過程中不會出現(xiàn)間隙或空回現(xiàn)象。對天文望遠鏡副鏡位置能夠進行高精度的控制。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)機構，其特征在于，自下而上地設有：底板I、底板II、底板III；其中底板I與望遠鏡機架相連，所述底板I與底板II之間，由一組X向彈性片固定聯(lián)接，并設有X向直線電機；所述底板II與底板III之間，由一組Y向彈性片固定聯(lián)接，并設有Y向直線電機；所述底板III的上面通過位移促動器I、位移促動器II與位移促動器III設置有鏡面安裝板（頂板）；望遠鏡的副鏡安裝在該鏡面安裝板（頂板）上。

以上方案中，所述的“X向彈性片”是指，該組彈性片的厚度方向為X向；同樣，所述的“Y向彈性片”是指，該組彈性片的厚度方向為Y向。

所述X向彈性片或Y向彈性片一般為四片或更多構成一組，在實現(xiàn)對結(jié)構支撐的同時，利用彈性片在厚度方向上剛度較小，而在其他自由度方向上剛度較高的特點實現(xiàn)鏡面沿徑向的平動。所述的鏡面徑向平動是利用了彈性板沿厚度方向上的彎曲變形。

所述同一組彈性片尺寸完全相同，安裝時各彈性片互相平行。用一組彈性片實現(xiàn)直線導軌的功能；所述彈性片其在長度方向上的尺寸遠大于其厚度。

所述的鏡面安裝板（頂板），可以采用三角形，位移促動器I、位移促動器II與位移促動器III分別設置在三個角上。

以上方案的進一步改進，可以在所述底板III的上面通過三個彈性鋼板連接桿固定一片薄型彈性鋼板；該薄型彈性鋼板設置在所述鏡面安裝板（頂板）的下面；所述的薄型彈性鋼板安裝方向與鏡面軸向垂直，限制鏡面繞其軸向的轉(zhuǎn)動，但對鏡面在其余自由度方向的限制很小。所述的薄型彈性鋼板可以控制鏡面轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動中心在該薄型彈性鋼板上。