CN106842495B - 一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置及方法，涉及大型望远镜的光机结构集成领域，解决了现有专用安装工装存在的功能多、结构复杂、成本高、耗时长、定位精准度低的问题。本发明的安装定位装置包括：转台、固定在望远镜下端的四通、支撑桁架、固定在支撑桁架上且相互平行的两个L形导轨、通过多个滚轮与两个L形导轨滑动连接的平台、分别安装在主镜室上表面左右两侧的两个定位球头杆、分别连接在四通和平台上的四个手拉葫芦；四通下表面左右两侧分别安装有平面定位块和V形定位块，用于与两个定位球头杆配合来定位主镜室系统与四通之间的相对位置。本发明结构简单、安全可靠、成本低、定位精准度高、耗时短。

Description

一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置及方法

技术领域

本发明涉及大型望远镜的光机结构集成技术领域，具体涉及一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置及方法。

背景技术

大型望远镜主镜室系统不但主镜面形精度高、价格昂贵、抗振动和冲击能力差，而且要求安装位置需要精确，因此主镜室系统4的安装和定位历来是大型望远镜安装集成的重要技术之一。

当望远镜口径较小时，一般都是先将四通7安装在主镜室系统4上，然后整个安装在望远镜上。这种方式对大口径望远镜来说，其主镜室系统4的重量连同四通7整个俯仰轴系的重量可能达到几吨甚至十几吨，不但操作复杂，危险性高，导致其可操作性和安全性都比较差，而且当需要调整整个俯仰轴系的轴系精度时，操作难度更大《大型拼接镜面望远镜子镜装卸装置的研究，左恒，天文学报，2012,53(5)》。而国外大型望远镜主镜室系统的安装集成一般采用专用安装工装，这种专用安装工装具有三维平移和一维旋转功能，安装时先将主镜室系统4放置在平台3上，然后通过丝杠将平台3连同主镜室系统4推至四通7下方，然后由液压系统将整个平台3连同主镜室系统4升起至四通7的安装面，此时如果安装定位接口不能很到的配合，则需要横向平移或者旋转平台3和主镜室系统4，直至安装定位接口完全配合，则旋紧连接螺钉完成主镜室系统4的安装定位《VLT主镜和副镜的集成与处理，SPIE，Vol 4004，2000， 457-470》。这种安装方式存在以下问题：安装工装功能多、结构较为复杂、成本高，同时安装定位时的准备时间较长，同时安装定位接口的配合不到位会导致主镜室系统4与四通7的相对位置无法唯一确定，导致定位精准度不高。

发明内容

为了解决现有专用安装工装存在的功能多、结构复杂、成本高、耗时长、定位精准度低的问题，本发明提供一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置及方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置，包括转台和固定在望远镜下端的四通，所述四通下表面左右两侧分别安装有平面定位块和V形定位块；该装置还包括：

放置在转台一侧的支撑桁架；

固定在支撑桁架上且相互平行的两个L形导轨，这两个L形导轨的另一端搭接在转台上；

通过多个滚轮与两个L形导轨滑动连接的平台，主镜室系统放置在平台上表面；

分别安装在主镜室上表面左右两侧的两个定位球头杆，用于与平面定位块和V形定位块配合来定位主镜室系统与四通之间的相对位置；

分别连接在四通和平台上的四个手拉葫芦。

进一步的，还包括安装在支撑桁架下端的四个万向轮和六个调平地脚，所述支撑桁架通过万向轮实现任意位置的移动，通过调平地脚实现高度调整。

进一步的，四个手拉葫芦分别为两个手拉葫芦一和两个手拉葫芦二，将两个手拉葫芦一的一端分别挂在四通的右端两个角处，将两个手拉葫芦二的一端分别挂在四通的左端两个角处；同时，将两个手拉葫芦一的另一端分别挂在平台的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二的另一端分别挂在平台的另外两个吊环螺钉上。

本发明还提供了一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，采用上述的安装定位装置实现的，包括以下步骤：

步骤一、在主镜室上表面左右两侧分别安装定位球头杆一和定位球头杆二；

步骤二、在四通下表面左右两侧分别安装平面定位块和V形定位块，同时，将四通固定在望远镜下端；

步骤三、将转台放置在支撑桁架右侧，同时将两个L形导轨安装在支撑桁架上，并保证L形导轨高于转台上表面；

步骤四、利用支撑桁架的四个万向轮推动支撑桁架至四通正下方，升起四个万向轮，利用六个调平地脚调整支撑桁架的高度使两个L形导轨水平，并且使两个L形导轨与转台搭接固定在一起；

步骤五、在平台下端安装上多个滚轮，将平台放置在两个L形导轨上，平台即通过滚轮在两个L形导轨上滑动，操作平台空载运行数次，检查两个L形导轨的平行性，最终使两个L形导轨相互平行；

步骤六、将主镜室系统放置在平台上，拉动平台带动主镜室系统至四通正下方；

步骤七、将两个手拉葫芦一一端分别挂在四通的右端两个角处，将两个手拉葫芦二一端分别挂在四通的左端两个角处；同时，将两个手拉葫芦一的另一端分别挂在平台的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二的另一端分别挂在平台的另外两个吊环螺钉上；

步骤八、同时拉起两个手拉葫芦一和两个手拉葫芦二，平台升起直至主镜室上表面与四通下表面接触，此时主镜室上的定位球头杆一、定位球头杆二分别与四通上的平面定位块和V形定位块完全接触，表明主镜室系统与四通之间的相对位置定位完成，旋紧四通与主镜室之间的连接螺钉，完成主镜室系统的安装。

进一步的，当主镜室上的定位球头杆一、定位球头杆二与四通上的平面定位块和V形定位块未接触时，通过调整平台的五个自由度，使主镜室上的定位球头杆一、定位球头杆二与四通上的平面定位块和V形定位块完全接触。

进一步的，所述定位球头杆一与平面定位块的位置度小于0.02mm。

进一步的，所述定位球头杆二与V形定位块的位置度小于0.02mm。

进一步的，所述定位球头杆一与平面定位块的面轮廓度小于0.005mm。

进一步的，所述定位球头杆二与V形定位块的面轮廓度小于0.005mm。

本发明的有益效果是：本发明在安装定位时，先在转台铺设两段L形导轨， L形导轨上放置一个可以移动的平台，主镜室系统直接通过吊车放置在平台上，然后推至四通的正下方，此时利用四通的四个角处连接的四个手拉葫芦，将平台连同主镜室系统拉起，当拉至主镜室和四通上事先设计好的定位组件完全接触后，说明此时主镜室系统位置正确，旋紧相应的连接螺钉即可完成主镜室系统的安装和定位。

本发明的安装定位装置简化了现有专用安装工装的功能，结构简单、安全可靠、成本低、定位精准度高。

本发明的安装定位方法简化了现有安装步骤，操作简便快捷、安全系数高、可快速完成安装、耗时短、效果好、定位精准度高。

附图说明

图1为本发明的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置的结构示意图(主镜室系统处于初始位置)。

图2为本发明的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置的结构示意图(主镜室系统处于安装定位完成后的位置)。

图3为四通的结构示意图。

图4为主镜室系统与四通连接固定示意图。

图中：1、支撑桁架，1-1、万向轮，1-2、调平地脚，2、滚轮，3、平台，4、主镜室系统，41、主镜室，5、L形导轨，6、转台，7、四通，8、手拉葫芦一， 9、手拉葫芦二，10、平面定位块，11、V形定位块，12，定位球头杆一、13、定位球头杆二，14、望远镜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置，主要包括：支撑桁架1、多个滚轮2、平台3、两个L形导轨5、转台6、四通7、两个手拉葫芦一8、两个手拉葫芦二9、平面定位块10、V形定位块11、定位球头杆一12、定位球头杆二13。

如图1所示，四通7固定在望远镜14下端。如图3所示，在四通7的下表面(与主镜室41的配合面)左右两侧分别安装一个平面定位块10和一个V形定位块11，用于定位主镜室系统4相对于四通7的位置。

支撑桁架1下端安装有四个万向轮1-1和六个调平地脚1-2，支撑桁架1通过四个万向轮1-1实现任意位置的移动，通过六个调平地脚1-2实现高低调整功能。

转台6放置在支撑桁架1右侧，两个L形导轨5相互平行，它们搭接在一起形成矩形导轨，两个L形导轨5的一端固定在支撑桁架1上表面，另一端伸出支撑桁架1上表面，并且这两个L形导轨5伸出支撑桁架1上表面的一端高于转台6上表面。安装定位时，这两个L形导轨5伸出支撑桁架1上表面的一端完全搭接在转台6上。

平台3上安装有四个吊环螺钉，用于挂手拉葫芦。平台3下端安装有多个滚轮2，平台3通过多个滚轮2与两个L形导轨5实现滑动连接，通过多个滚轮 2与个L形导轨5的共同作用可以防止平 台3滑落。

如图4所示，在主镜室系统4的主镜室41上表面左右两侧分别安装有一个定位球头杆一12和一个定位球头杆二13，用于与四通7上的平面定位块10、V 形定位块11配合来定位主镜室系统4相对于四通7的位置。

如图2所示，将两个手拉葫芦一8的一端分别挂在四通7的右端两个角处，将两个手拉葫芦二9的一端分别挂在四通7的左端两个角处；安装定位时，将两个手拉葫芦一8的另一端分别挂在平台3的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二9的另一端分别挂在平台3的另外两个吊环螺钉上。

安装定位时，将主镜室系统4放置在平台3上表面，通过多个滚轮2拉动平台3以及其上的主镜室系统4至四通7的正下方，采用两个手拉葫芦一8和两个手拉葫芦二9分别连接在四通7和平台3上，同时拉起这四个手拉葫芦，可以使平台3以及平台3上的主镜室系统4悬吊在空中，通过调整平台3使主镜室41上的定位球头杆一12、定位球头杆二13分别与四通7上的平面定位块 10和V形定位块11(定位球头杆一12与平面定位块10完全接触，定位球头杆二13与V形定位块11完全接触)完全接触，表明主镜室系统4相对于四通7 的位置已经确定，这一方法可以实现平台3五个自由度的调整。

本发明的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，主要是采用上述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置实现的，其具体过程如下：

步骤一、基于Kinematic定位原理，需要提前在主镜室41和四通7上设计相应的定位接口。具体的是：在主镜室41的上表面左右两侧分别安装有一个定位球头杆一12和一个定位球头杆二13，如图4所示。

步骤二、在四通7的下表面(与主镜室41的配合面)左右两侧分别安装一个平面定位块10和一个V形定位块11，如图3所示。同时，将四通7固定在望远镜14下端。

步骤三、将转台6放置在支撑桁架1右侧，同时将两个L形导轨5安装在支撑桁架1上，并保证L形导轨5高于转台6上表面。

步骤四、利用支撑桁架1的四个万向轮1-1推动支撑桁架1至四通7下方正确位置，然后升起四个万向轮1-1，利用六个调平地脚1-2调整支撑桁架1的高度使两个L形导轨5水平，并且支撑桁架1上的两个L形导轨5与转台6完全搭接，然后通过螺钉将L形导轨5与转台6完全连接在一起。

步骤五、在平台3下端安装上多个滚轮2，然后将平台3放置在两个L形导轨5上，平台3即通过滚轮2在两个L形导轨5上滑动，通过多个滚轮2与个L 形导轨5的共同作用可以防止平 台3滑落。操作平台3空载运行数次，检查两个L 形导轨5的平行性，最终使两个L形导轨5相互平行。

步骤六、如图1所示，当平台3处于初始位置(转台6和四通7的左侧，即不是四通7的正下方)时，将主镜室系统4放置在平台3上，由于平台3与两个L形导轨5之间通过滚轮2进行滑动连接，摩擦力比较小，通过滚轮2拉动平台3以及其上的主镜室系统4至四通7的正下方，如图2所示。

步骤七、将两个手拉葫芦一8的一端分别挂在四通7的右端两个角处，将两个手拉葫芦二9的一端分别挂在四通7的左端两个角处；同时，将两个手拉葫芦一8的另一端分别挂在平台3的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二9的另一端分别挂在平台3的另外两个吊环螺钉上。

步骤八、同时拉起两个手拉葫芦一8和两个手拉葫芦二9，平台3缓慢升起直至主镜室41上表面与四通7的配合面接触，此时主镜室41上的定位球头杆一12、定位球头杆二13分别与四通7上的平面定位块10和V形定位块11(定位球头杆一12与平面定位块10完全接触，定位球头杆二13与V形定位块11 完全接触)完全接触，如图4所示，表明主镜室系统4相对于四通7的位置已经确定，如果主镜室41上的定位球头杆一12、定位球头杆二13与四通7上的平面定位块10和V形定位块11不能完全接触，因为平台3是悬吊在空中的，因此其五个自由度都是可以调整的，旋转或者倾斜平台3，使主镜室41上的定位球头杆一12、定位球头杆二13与四通7上的平面定位块10和V形定位块11 完全接触，表明主镜室系统4的位置定位完成，旋紧四通7与主镜室41之间的连接螺钉，完成主镜室系统4的安装。

本发明基于Kinematic定位原理，利用定位球头杆一12、定位球头杆二13 和平面定位块10、V形定位块11定位，可以使主镜室系统4与四通7的相对位置具有唯一性和可重复性，提高定位的精准性。

本实施方式中，定位球头杆一12与平面定位块10的位置度一般优于 0.02mm，同时定位球头杆二13与V形定位块11的位置度一般也优于0.02mm，其数值主要依赖于主镜室41中主镜的定位误差要求。

本实施方式中，定位球头杆一12与平面定位块10的面轮廓度一般优于 0.005mm，同时定位球头杆二13与V形定位块11的面轮廓度一般也优于 0.005mm，其数值主要依赖于主镜室41中主镜的定位误差要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置，包括转台(6)和固定在望远镜(14)下端的四通(7)，其特征在于，所述四通(7)下表面左右两侧分别安装有平面定位块(10)和V形定位块(11)；该装置还包括：

放置在转台(6)一侧的支撑桁架(1)；

固定在支撑桁架(1)上且相互平行的两个L形导轨(5)，这两个L形导轨(5)的另一端搭接在转台(6)上；

通过多个滚轮(2)与两个L形导轨(5)滑动连接的平台(3)，主镜室系统(4)放置在平台(3)上表面；

分别安装在主镜室(41)上表面左右两侧的两个定位球头杆，用于与平面定位块(10)和V形定位块(11)配合来定位主镜室系统(4)与四通(7)之间的相对位置；

分别连接在四通(7)和平台(3)上的四个手拉葫芦。

2.根据权利要求1所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置，其特征在于，还包括安装在支撑桁架(1)下端的四个万向轮(1-1)和六个调平地脚(1-2)，所述支撑桁架(1)通过万向轮(1-1)实现任意位置的移动，通过调平地脚(1-2)实现高度调整。

3.根据权利要求1所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位装置，其特征在于，四个手拉葫芦分别为两个手拉葫芦一(8)和两个手拉葫芦二(9)，将两个手拉葫芦一(8)的一端分别挂在四通(7)的右端两个角处，将两个手拉葫芦二(9)的一端分别挂在四通(7)的左端两个角处；同时，将两个手拉葫芦一(8)的另一端分别挂在平台(3)的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二(9)的另一端分别挂在平台(3)的另外两个吊环螺钉上。

4.采用权利要求1至3中任意一项所述的安装定位装置实现的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在主镜室(41)上表面左右两侧分别安装定位球头杆一(12)和定位球头杆二(13)；

步骤二、在四通(7)下表面左右两侧分别安装平面定位块(10)和V形定位块(11)，同时，将四通(7)固定在望远镜(14)下端；

步骤三、将转台(6)放置在支撑桁架(1)右侧，同时将两个L形导轨(5)安装在支撑桁架(1)上，并保证L形导轨(5)高于转台(6)上表面；

步骤四、利用支撑桁架(1)的四个万向轮(1-1)推动支撑桁架(1)至四通(7)正下方，升起四个万向轮(1-1)，利用六个调平地脚(1-2)调整支撑桁架(1)的高度使两个L形导轨(5)水平，并且使两个L形导轨(5)与转台(6)搭接固定在一起；

步骤五、在平台(3)下端安装上多个滚轮(2)，将平台(3)放置在两个L形导轨(5)上，平台(3)即通过滚轮(2)在两个L形导轨(5)上滑动，操作平台(3)空载运行数次，检查两个L形导轨(5)的平行性，最终使两个L形导轨(5)相互平行；

步骤六、将主镜室系统(4)放置在平台(3)上，拉动平台(3)带动主镜室系统(4)至四通(7)正下方；

步骤七、将两个手拉葫芦一(8)一端分别挂在四通(7)的右端两个角处，将两个手拉葫芦二(9)一端分别挂在四通(7)的左端两个角处；同时，将两个手拉葫芦一(8)的另一端分别挂在平台(3)的两个吊环螺钉上，将两个手拉葫芦二(9)的另一端分别挂在平台(3)的另外两个吊环螺钉上；

步骤八、同时拉起两个手拉葫芦一(8)和两个手拉葫芦二(9)，平台(3)升起直至主镜室(41)上表面与四通(7)下表面接触，此时主镜室(41)上的定位球头杆一(12)、定位球头杆二(13)分别与四通(7)上的平面定位块(10)和V形定位块(11)完全接触，表明主镜室系统(4)与四通(7)之间的相对位置定位完成，旋紧四通(7)与主镜室(41)之间的连接螺钉，完成主镜室系统(4)的安装。

5.根据权利要求4所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，当主镜室(41)上的定位球头杆一(12)、定位球头杆二(13)与四通(7)上的平面定位块(10)和V形定位块(11)未接触时，通过调整平台(3)的五个自由度，使主镜室(41)上的定位球头杆一(12)、定位球头杆二(13)与四通(7)上的平面定位块(10)和V形定位块(11)完全接触。

6.根据权利要求4所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，所述定位球头杆一(12)与平面定位块(10)的位置度小于0.02mm。

7.根据权利要求4所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，所述定位球头杆二(13)与V形定位块(11)的位置度小于0.02mm。

8.根据权利要求4所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，所述定位球头杆一(12)与平面定位块(10)的面轮廓度小于0.005mm。

9.根据权利要求4所述的一种大型望远镜主镜室系统安装定位方法，其特征在于，所述定位球头杆二(13)与V形定位块(11)的面轮廓度小于0.005mm。