[發(fā)明專利]天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)定位裝置及控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810687685.X
• 申請(qǐng)日: 2018-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN108873240A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐進(jìn);姜翔;顧伯忠;王國民;任長志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B7/182
• 分類號(hào): G02B7/182;G02B7/183;G05B19/05
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)定位裝置及控制方法，第三反射鏡定位機(jī)構(gòu)中設(shè)有定位柱、定位球、伺服電機(jī)及由伺服電機(jī)帶動(dòng)的鎖緊爪，其特征在于，所述第三反射鏡外緣設(shè)有第三反射鏡摩擦環(huán)，以及與該摩擦環(huán)配合的小摩擦輪；該小摩擦輪由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)；所述伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)均由PMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制。本發(fā)明在保證了定位精度的前提下大大降低了成本；在望遠(yuǎn)鏡工作過程中伺服電機(jī)不需要保持定位狀態(tài)，提高了望眼鏡運(yùn)行的可靠性；本發(fā)明定位精度完全依靠機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，電機(jī)只是完成了轉(zhuǎn)換的目的，完成旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，這樣可以排除此處的電機(jī)發(fā)熱對(duì)光路的影響，提高了望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天文望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)精密定位的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及天文望遠(yuǎn)鏡焦點(diǎn)切換機(jī)構(gòu)精密定位裝置及控制方法。

背景技術(shù)

大型天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)主要包括主鏡、副鏡以及實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換的反射鏡，大型天文望遠(yuǎn)鏡一般都具有多個(gè)焦點(diǎn)，在各個(gè)焦點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換是使用一個(gè)平面反射鏡來實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)換，我們稱為第三反射鏡（M3），第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度直接影響天文望遠(yuǎn)鏡的指向精度。為了提高天文望遠(yuǎn)鏡的第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度，控制工程師大都會(huì)采用高精度的伺服電機(jī)加高精度的位置反饋傳感器，采用此種方法主要有以下三種缺點(diǎn)：

1、 由于采用高精密的位置反饋傳感器，而其價(jià)格都會(huì)很高，這樣就會(huì)增加成本；

2、 伺服電機(jī)要始終保持在定位位置不移動(dòng)，由于伺服電機(jī)是采用控制算法來消除位置誤差，一旦伺服電機(jī)或是伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障，就會(huì)使定位位置偏離理想位置，增加了不穩(wěn)定的因素；

3、 由于定位伺服電機(jī)始終要保持位置，這樣就會(huì)產(chǎn)生熱量，影響光路的成像質(zhì)量，這對(duì)于高精密的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是無法忍受的。

傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)不能使各控制單元所控制的運(yùn)動(dòng)軸系多軸聯(lián)動(dòng)控制，而PMAC控制器能夠控制相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸，使不同電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)控制有機(jī)協(xié)調(diào)起來，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的全局性能的最優(yōu)化。PMAC是由美國的Delta Tau公司遵循開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的開放式可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器。它借助于Motorola的DSP56001/56002數(shù)字信號(hào)處理器，可同時(shí)控制最多32個(gè)軸，既可單獨(dú)執(zhí)行存儲(chǔ)于其內(nèi)部的程序，也可執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序和PLC程序，并進(jìn)行伺服環(huán)更新及以以太網(wǎng)方式與上位機(jī)進(jìn)行通信，PMAC還可自動(dòng)對(duì)任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行判別，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)處理，這一功能使得它在處理時(shí)間和任務(wù)切換這兩方面大大減輕了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度。

如何在大型天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的控制中采用PMAC控制器的PLC程序進(jìn)行邏輯控制而提高整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度，是一個(gè)尚未在現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)定位裝置，該裝置能夠克服傳統(tǒng)的定位控制方案缺點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)裝置的邏輯控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高精度重復(fù)定位精度，并實(shí)現(xiàn)高可靠性、低成本化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還提供這種天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)定位裝置的控制方法。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：一種天文望遠(yuǎn)鏡第三反射鏡的旋轉(zhuǎn)定位裝置，第三反射鏡定位機(jī)構(gòu)中設(shè)有定位柱、定位球、伺服電機(jī)及由伺服電機(jī)帶動(dòng)的鎖緊爪，其特征在于，所述第三反射鏡外緣設(shè)有第三反射鏡摩擦環(huán)，以及與該摩擦環(huán)配合的小摩擦輪；該小摩擦輪由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)；所述伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)均由PMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制。

所述摩擦環(huán)上設(shè)有用于標(biāo)定位置的霍爾傳感器。

主機(jī)與所述PMAC運(yùn)動(dòng)控制器通過以太網(wǎng)通訊，主機(jī)向PMAC發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，由PMAC內(nèi)部PLC程序來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)工作。

所述PMAC運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部的PLC運(yùn)動(dòng)控制程序采用PMAC的內(nèi)部編程語言實(shí)現(xiàn)。

在所述第三反射鏡測(cè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有測(cè)試用的平面鏡；在望遠(yuǎn)鏡外設(shè)有測(cè)試用的激光自準(zhǔn)直儀。