專利名稱：Lamost式天文望遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)。通過釆用 這套結(jié)構(gòu)，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(qū)時使得焦面板能夠?qū)崿F(xiàn)繞自身球冠頂點轉(zhuǎn)動，避免了復雜 繁瑣的公式推導和系統(tǒng)定標。
背景技術(shù)：
大天區(qū)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(tǒng)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，并且主鏡 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(wù)。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(qū)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(zhuǎn)運動來補償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)；焦面板繞球冠 體頂點上下傾斜運動補償不同的觀測天區(qū)；焦面板沿光軸方向的調(diào)焦運動補 償熱變形?，F(xiàn)有的這3種運動分別由3個不同的驅(qū)動單元完成。
為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、傾斜和調(diào)焦3種運動，現(xiàn)有的機構(gòu)非常復雜，結(jié)構(gòu)尺寸
龐大。不但增加了控制系統(tǒng)的復雜性，而且需要對系統(tǒng)進行定標，增加了工
作量。具體地說，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是
今機械結(jié)構(gòu)復雜，前后尺寸達4米，左右尺寸達2.2米，總重量達26噸。 用這樣龐大的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)3種運動，不是一個理想的方案；
令旋轉(zhuǎn)運動由摩4察傳動實現(xiàn)，上下傾斜運動由3套蝸輪蝸桿副的組合運 動實現(xiàn)，調(diào)焦i^動由滾珠絲桿實現(xiàn)。3種運動分別由3套驅(qū)動^/L構(gòu)實 現(xiàn)。而在實際使用中，3種運動中只有旋轉(zhuǎn)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(diào)整。因此，不需要用3套獨 立的驅(qū)動系統(tǒng)。這樣可以降低運動副安裝調(diào)整的復雜程度和成本投
入；
令因為焦面板與驅(qū)動電機的距離較遠，目前這些驅(qū)動調(diào)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(jié)構(gòu)的彈性變形使得驅(qū)動與焦面板之間存在不同 步，經(jīng)過一段時間后需要對系統(tǒng)進行重新定標。這些因素都嚴重影 響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳動精度。這一問題給驅(qū)動精度和系統(tǒng)穩(wěn)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(jù)光學系統(tǒng)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(diào)整是由3套蝸 輪蝸桿副的組合運動(傾斜+上下移動)來實現(xiàn)的。這種調(diào)整方式 增加了控制系統(tǒng)的復雜性，同時也影響了控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種LAMOST式天文望 遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)，這種新的焦面板支撐結(jié)構(gòu)和運動實現(xiàn)機構(gòu)，使得 焦面板的三種運動由一個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。既簡化了機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，又提高 了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是， 一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運 動實現(xiàn)機構(gòu)，焦面板上連接有旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、傾斜運動機構(gòu)和調(diào)焦運動才幾構(gòu)， 其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、傾斜運動機構(gòu)和調(diào)焦運動機構(gòu)設(shè)置為一 個共同的運動才幾構(gòu)，該運動才幾構(gòu)結(jié)構(gòu)如下
大齒輪和圓形導軌固定聯(lián)結(jié)后安裝在基座上；
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(qū)動電機；
所述的每個滑塊分別通過左單桿關(guān)節(jié)軸承連接有一根支撐桿；各支撐桿 分別通過右單桿關(guān)節(jié)軸承連接在焦面板上；
所述的六根支撐桿每兩根一組，每組內(nèi)兩根支撐桿呈V字形設(shè)置每組 內(nèi)兩根支撐桿的一端通過右單桿關(guān)節(jié)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，并按120°分布； 每組內(nèi)兩根支撐桿的另一端通過左單桿關(guān)節(jié)軸承所分別連接的兩個滑塊在 圓形導軌上的位置則設(shè)有一定距離。
換言之，為了實現(xiàn)上面提到的3種運動和解決上面的問題，本發(fā)明采用了 圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)方案。大齒輪3和圓形導軌4通過螺釘固聯(lián)后安裝在基座 2上。圓形導軌4上分布有6個相配的滑塊5(參見圖2)。左單桿關(guān)節(jié)軸承9(共
6個，參見圖2)分別連接在相應的滑塊上。右單桿關(guān)節(jié)軸承7 (共6個，參見 圖2)分別連接在焦面板8上。左單桿關(guān)節(jié)軸承與右單桿關(guān)節(jié)軸承通過支撐桿 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(qū)動電機l (共6只，參見圖2)。當驅(qū)動電機l帶動 小齒輪10轉(zhuǎn)動時，由于小齒輪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(zhuǎn)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，就會通過支撐桿6改變焦面板的姿態(tài)，從而實現(xiàn)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只電機的驅(qū)動下以相同的速度沿圓形導軌轉(zhuǎn)動 時，焦面板就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(shù)頭(圖中未畫)來反饋滑塊當前的位置值。旋轉(zhuǎn)運 動的速度可根據(jù)焦面板的實際指標設(shè)定。LAMOST焦面板的運動速度小于 157s，跟蹤精度為2"。鋼帶碼盤的分辨率可以達到0.08"。采用這種結(jié)構(gòu)，只 要對單桿關(guān)節(jié)軸承和圓形軌道滑塊副通過預緊力方式進行適當消隙，并控制 6只電機的同步性，配上控制系統(tǒng)就能夠達到焦面板旋轉(zhuǎn)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(jù)傾斜的角度，以及結(jié)構(gòu)的幾何尺寸進行計
算。 一般而言，傾斜運動的范圍在10'以內(nèi)，精度在10〃左右。采用這種機構(gòu)
完全能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜運動的功能。 今調(diào)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(fā)生傾斜，6個滑塊的運動速度要相同。調(diào)焦量 取決于支撐桿的長度。即支撐桿的長度根據(jù)系統(tǒng)調(diào)焦量確定。LAMOST調(diào)焦 精度要求在士0.05毫米左右。若圓形導軌的直徑為l米，支撐桿的長度為0.7米， 圓形導軌上安裝的鋼帶碼盤的分辨率為0.08"，則調(diào)焦運動的分辨率在0.2微 米左右。能夠滿足調(diào)焦精度的要求。
本發(fā)明有以下優(yōu)化方案
1、 各小齒輪軸上的驅(qū)動電機各自的驅(qū)動電路分別與控制計算機連接， 由控制計算機控制驅(qū)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(shù)頭，以實 時給出滑塊的實際位置。各讀數(shù)頭的輸出接控制計算機。
3、 所述的左、右單桿關(guān)節(jié)軸承和圓形導軌滑塊副分別采用進行過消隙 處理的單桿關(guān)節(jié)軸承和圓形導軌滑塊副，以便提高系統(tǒng)剛度和傳動精度。
本發(fā)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(jié)構(gòu)。這種形式的望遠鏡焦面板通常需要3種運動
補償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運動；補償觀測不同天區(qū)的傾斜運動和補償溫度變化引 起的調(diào)焦運動。通常的設(shè)計，這3種運動由3套獨立的驅(qū)動機構(gòu)完成，結(jié)構(gòu) 設(shè)計復雜，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(jù)光學檢測，先進行調(diào)焦運動。而后根據(jù)所要觀測的天區(qū)進行傾 斜運動。最后，在望遠鏡對星觀測過程中進行實時的旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)這些特 點，本發(fā)明專利提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計方案。3種運動由一套機構(gòu)先后 來完成，簡化了整個機械結(jié)構(gòu)。另外，采用本發(fā)明專利方案，使得傾斜運動 能夠圍繞球冠體頂點轉(zhuǎn)動，不需要由轉(zhuǎn)動加平動的組合，大大簡化了控制系 統(tǒng)和工作量，進而提高控制精度。最后，本發(fā)明專利提出的結(jié)構(gòu)，中間傳動 鏈短，驅(qū)動電機和執(zhí)行件靠得很近，傳動剛性高，避免了非線性問題和環(huán)境 溫度的影響，進而提高了運動精度，也避免了需要經(jīng)常定標的問題。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2~圖4為圖1的側(cè)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(lián)后安裝 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 )。左單桿關(guān) 節(jié)軸承9 (共6個，參見圖2 )分別連接在相應的滑塊上。右單桿關(guān)節(jié)軸承7 (共6個，參見圖2)分別連接在焦面板8上。左單桿關(guān)節(jié)軸承9與右單桿 關(guān)節(jié)軸承7通過支撐桿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(qū)動電機1 (共6只， 參見圖2)。當驅(qū)動電機l帶動小齒輪10轉(zhuǎn)動時，由于小齒輪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(zhuǎn)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，就會通過支撐桿6改 變焦面板的姿態(tài)，從而實現(xiàn)焦面板的3種運動。各小齒輪軸上的驅(qū)動電機l 各自的驅(qū)動電路分別與控制計算機連接，由控制計算機控制驅(qū)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(shù)頭，以實時給出滑塊 5的實際位置。各讀數(shù)頭的輸出接控制計算機。所述的左、右單桿關(guān)節(jié)軸承 9、 7和圓形導軌滑塊副4、 6分別采用進行過消隙處理的單桿關(guān)節(jié)軸承和風 形導軌滑塊副，以便提高系統(tǒng)剛度和傳動精度。
權(quán)利要求
1、一種LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)，焦面板上連接有旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、傾斜運動機構(gòu)和調(diào)焦運動機構(gòu)，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、傾斜運動機構(gòu)和調(diào)焦運動機構(gòu)設(shè)置為一個共同的運動機構(gòu)，該運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)如下大齒輪和圓形導軌固定聯(lián)結(jié)后安裝在基座上；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(qū)動電機；所述的每個滑塊分別通過左單桿關(guān)節(jié)軸承連接有一根支撐桿；各支撐桿分別通過右單桿關(guān)節(jié)軸承連接在焦面板上；所述的六根支撐桿每兩根一組，每組內(nèi)兩根支撐桿呈V字形設(shè)置每組內(nèi)兩根支撐桿的一端通過右單桿關(guān)節(jié)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，并按120°分布；每組內(nèi)兩根支撐桿的另一端通過左單桿關(guān)節(jié)軸承所分別連接的兩個滑塊在圓形導軌上的位置則設(shè)有一定距離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)， 其特征在于，設(shè)有控制計算機，所述各小齒輪軸上的驅(qū)動電機各自的驅(qū)動電 路分別與控制計算機連接，由控制計算機控制驅(qū)動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LAMOST式天文望遠鏡焦面板運動實現(xiàn)機構(gòu)， 其特征在于，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(shù)頭，各讀數(shù)頭的輸出接控制計算機。
4、根據(jù)權(quán)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(xiàn)機構(gòu)，其特征在于，所述的左、右單桿關(guān)節(jié)軸承和圓形導軌滑塊副分別 采用進行過消隙處理的單桿關(guān)節(jié)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(xiàn)機構(gòu)，特征是旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)、傾斜運動機構(gòu)和調(diào)焦運動機構(gòu)設(shè)置為共同運動機構(gòu)大齒輪和圓形導軌固定聯(lián)結(jié)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(qū)動電機；滑塊分別通過左單桿關(guān)節(jié)軸承連接有支撐桿；各支撐桿通過右單桿關(guān)節(jié)軸承連接在焦面板上；支撐桿每兩根一組呈V字形設(shè)置其一端通過右單桿關(guān)節(jié)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；支撐桿另一端通過左單桿關(guān)節(jié)軸承所連接的兩個滑塊在圓形導軌上的位置則設(shè)有一定距離。本發(fā)明既簡化了機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)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(shù)研究所