CN114624853A - 大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置 - Google Patents

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陈涛
王富国
李洪文
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Abstract

大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，涉及望远镜次镜装调领域，本发明充分利用次镜桁架结构，将次镜桁架与调整机构融合，可实现三个自由度的调整，满足某些特殊情况下的次镜位置调整。本发明包括一个环梁，一个次镜室，八个叶片和四个校正单元；四个校正单元分别固定在环梁的四周，每个校正单元均采用两个叶片与次镜室连接，对每个叶片上均施加预紧力，使次镜室处于不同位置时，叶片均受到拉力；环梁固定在支撑次镜及其组件的桁架上；本发明通过调整叶片来调整次镜的位姿，可降低望远镜的整体高度，在某些对望远镜整体高度有严格限制的情况下，可代替传统的stewart平台，使望远镜的口径可以得到进一步提升。

Description

大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置
技术领域
本发明涉及望远镜次镜装调领域，具体涉及一种大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置。
背景技术
望远镜是天文观测的重要工具，其口径越大则分辨能力越高。次镜作为望远镜核心光学元件之一，其相对位置误差要求较高，由于温度变化和加工装调等原因，会导致主镜与次镜间出现相对的位姿偏移，这就会导致光轴倾斜，从而影响系统波相差和跟踪精度。因此，为了校正主次镜间的相对位姿误差，要求次镜可以在多个自由度方向实现调整功能。现有的调整方法一般采用专门的Stewart平台，这种平台具有六自由度调整功能，调整精度高，调整速度快，但造价高，控制系统复杂，尤其是在某些特定的使用条件下(比如车载光学系统)，这种专门的六自由度平台会增加整个望远镜的高度，造成车载光学系统高度超过公路运输的极限。本发明可以满足狭小空间下大口径光学系统的设计要求，可使车载光学系统的口径达到两米两级
发明内容
本发明提供一种大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，充分利用次镜桁架结构，将次镜桁架与调整机构融合，可实现三个自由度的调整，解决现有技术控制系统复杂，无法满足使用要求等问题。
大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，包括一个环梁，一个次镜室，八个叶片和四个校正单元；
所述四个校正单元分别固定在环梁的四周，每个校正单元均采用两个叶片与次镜室连接，对每个叶片上均施加预紧力，使次镜室处于不同位置时，叶片均受到拉力；所述环梁固定在支撑次镜组件的桁架上；
所述每个校正单元均包括步进电机，可移动块，偏心凸轮，压缩弹簧，刀片弹簧和蜗轮蜗杆减速器；
所述蜗轮蜗杆减速器通过阶梯轴将扭矩传递到偏心凸轮上，偏心凸轮作用在可移动块上，通过压缩弹簧使可移动块和偏心凸轮紧紧接触，通过控制步进电机的转角控制偏心凸轮的转角，从而控制可移动块的位置；
所述阶梯轴的末端通过联轴器与绝对角编码器连接，通过绝对角编码器实时监测和反馈偏心凸轮所处的位置；所述刀片弹簧一端与可移动块连接，另一端与外壳和底座连接；通过调整四个可移动块的位置，使次镜室在沿光轴方向进行移动，在垂直光轴的方向偏转，实现三个自由度的调整。
本发明的有益效果：本发明针对车载光学系统的特殊要求，把多自由度调整功能和次镜桁架集成，使其在满足支撑次镜位置的同时，具有次镜的多自由度调整功能，这种调整机构与次镜桁架集成的设计方法，使得2m级及以下口径的望远镜实现车载运输成为可能。这种结构形式也可以应用在其他对望远镜高度有特殊的场合。
本发明所述的大口径望远镜的动态次镜桁架调整机构，通过调整叶片来调整次镜的位姿，可降低望远镜的整体高度，在某些对望远镜整体高度有严格限制的情况下，可代替传统的stewart平台，使望远镜的口径可以得到进一步提升。
附图说明
图1为本发明所述的大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置的整体机构示意图；
图2为校正单元机构示意图。
图中，1、环梁，2、次镜室，3、叶片，4、校正单元，4-1、步进电机，4-2、可移动块，4-3、偏心凸轮，4-4、压缩弹簧，4-5、刀片弹簧，4-6、蜗轮蜗杆减速器。
具体实施方式
结合图1和图2说明本实施方式，大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，包括一个环梁1，一个次镜室2，八个叶片3和四个校正单元4。
如图1所示，本发明所涉及的动态调整装置，环梁1固定在支撑次镜及其组件的桁架上，四个校正单元4分别固定在环梁的四个边上，每个校正单元4用两个叶片3连接次镜室2，每个叶片上都施加预紧力，使次镜室2不管处于什么位置，叶片3均受拉力。每个校正单元4可以单独控制，使与其相连的叶片可以沿着光轴方向移动，从而调整次镜的位姿。
如图2所示，所述校正单元为一个平底直动凸轮机构，包括步进电机4-1，可移动块4-2，偏心凸轮4-3，压缩弹簧4-4，刀片弹簧4-5，蜗轮蜗杆减速器4-6；
所述步进电机4-1为驱动装置，后接蜗轮蜗杆减速器4-6，蜗轮蜗杆减速器4-6可以减小转速增大扭距，通过阶梯轴将扭矩传递到偏心凸轮4-3上，偏心凸轮4-3作用在可移动块4-2上，通过压缩弹簧4-4使可移动块4-2和偏心凸轮4-3紧紧接触，通过控制步进电机4-1的转角来控制偏心凸轮4-3的转角，从而控制可移动块4-2的位置，阶梯轴的末端用联轴器接着绝对角编码器，通过绝对角编码器来实时监测和反馈偏心凸轮4-3所处位置。刀片弹簧4-5一端与可移动块相连，另一端与外壳和底座相连，其主要作用是在保证可移动块4-2上下移动的情况下，抵消叶片预紧力带来的影响。通过分别调整四个可移动块4-2的位置，从而使次镜室可以在沿光轴方向进行移动Tz(沿Z轴的移动量Tz，即光轴的平移运动)，在垂直光轴的方向实现偏转Rx、Ry(Rx和Ry分别为沿X轴和Y轴的旋转运动量)，实现三个自由度的调整。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，其特征是：包括一个环梁(1)，一个次镜室(2)，八个叶片(3)和四个校正单元(4)；
所述四个校正单元(4)分别固定在环梁(1)的四周，每个校正单元均采用两个叶片(3)与次镜室(2)连接，对每个叶片(3)上均施加预紧力，使次镜室(2)处于不同位置时，叶片(3)均受到拉力；所述环梁(1)固定在支撑次镜组件的桁架上；
所述每个校正单元均包括步进电机(4-1)，可移动块(4-2)，偏心凸轮(4-3)，压缩弹簧(4-4)，刀片弹簧(4-5)和蜗轮蜗杆减速器(4-6)；
所述蜗轮蜗杆减速器(4-6)通过阶梯轴将扭矩传递到偏心凸轮(4-3)上，偏心凸轮(4-3)作用在可移动块(4-2)上，通过压缩弹簧(4-4)使可移动块(4-2)和偏心凸轮(4-3)接触，通过控制步进电机(4-1)的转角控制偏心凸轮(4-3)的转角，从而控制可移动块(4-2)的位置；
所述阶梯轴的末端通过联轴器与绝对角编码器连接，通过绝对角编码器实时监测和反馈偏心凸轮(4-3)所处的位置；所述刀片弹簧(4-5)一端与可移动块(4-2)连接，另一端与外壳和底座连接；
通过调整四个可移动块(4-5)的位置，使次镜室(2)在光轴方向进行移动，在垂直光轴的方向偏转，实现三个自由度的调整。
2.根据权利要求1所述的大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，其特征在于：所述校正单元为平底直动凸轮机构。
3.根据权利要求1所述的大口径望远镜次镜位姿的动态调整装置，其特征在于：
利用四个校正单元沿光轴方向的移动控制次镜的位姿，当四个校正单元同时移动时次镜沿着光轴方向移动，当四个校正单元所处位置不同时，则对次镜的两侧形成高度差，从而控制次镜的偏转。
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