DE3908430C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stützvorrichtung für den
Primärspiegel eines Spiegelteleskops sowie ein Spiegelstützsystem.
Große optische Spiegelteleskope sind wesentliche Werkzeuge
für astronomische Untersuchungen. Zum Zwecke wirkungsvoller
Observationen muß der Primärspiegel eines
Spiegelteleskops eine Flächenabbildungsgenauigkeit innerhalb
von ¹/₆ der Wellenlänge des Lichts, d. h. etwa
100 nm, ungeachtet der Einwirkung von Kräften aufrechterhalten,
die dazu neigen, die Form des Spiegels zu
entstellen. Die Hauptentstellungskraft ist das Eigengewicht
des Spiegels, die diesen im veränderlichen
Ausmaß und in wechselnden Richtungen je nach Stellung
des Teleskops durchbiegt.
Das herkömmliche Mittel der Spiegelabstützung ist der
astatische Hebel, der seit seiner Erfindung durch
Lassel im Jahre 1841 vorwiegend verwendet wird. Es
handelt sich hierbei um eine passive Stützeinrichtung,
die einen Gegengewichthebel verwendet, um eine Stützkraft
hervorzurufen, die das Gewicht des Spiegels ungeachtet
der Teleskopstellung korrekt ausgleicht. Die
Theorie des astatischen Hebels wird nachfolgend kurz
beschrieben, da sie für die vorliegende Erfindung relevant
ist.
Fig. 15 zeigt das Konzept des astatischen Hebels. Der
Spiegel 1 ist mit einem Hebel 2 auf solche Weise verbunden,
daß der Hebel 2 den Spiegel 1 in axialer Richtung
parallel zu der optischen Achse ZOA des Teleskops
abstützt. Ein Gegengewicht 3 ist an dem Ende des Hebels
2 befestigt, das von dem Spiegel beabstandet ist. Wenn
mit W₁ das Gewicht des Spiegels 1 bezeichnet ist, ist
WA die Vektorkomponente dieses Gewichts in axialer
Richtung, wobei R die Stellung der Teleskopachse gegenüber
dem Horizont bezeichnet. Es gilt dann:
WA = W₁ sin R.
In ähnlicher Weise sollen W₂ das Gewicht des Gegengewichts
3, l₁ die Länge des Hebels 2 von seinem Drehpunkt
bis zu dem Ende nahe des Spiegels 1, l₂ den Abstand
des Drehpunktes von dem Gegengewicht 3 und FA die Stützkraft
bezeichnen, die von dem Hebel 2 in axialer Richtung
ausgeübt wird. Wie WA unterliegt die Größe FA einer
Sinusbeziehung:
FA = (W₂ sin R) × (l₂/l₁).
Die Bedingung für die Gleichheit von WA und FA lautet:
W₁ = W₂ (l₂/l₁).
Wenn somit der Abstand l₂ des Drehpunktes von dem Gegengewicht
3 genau eingestellt ist, ruft der Hebel 2 eine
Abstützkraft hervor, die exakt das Gewicht des Spiegels
ausgleicht, ungeachtet der Stellung des Teleskops.
Fig. 16 zeigt einen ähnlichen astatischen Hebel für
eine radiale Abstützung. Es bezeichnen WR die Vektorkomponente
des Gewichts des Spiegels 1 in radialer
Richtung, FR die von dem Hebel 2 in radialer Richtung
hervorgerufene Stützkraft, W₃ das Gewicht des Gegengewichts
3 und l₃ sowie l₄ die Längen des Hebels 2 von
dessen Drehpunkt zu dem dem Spiegel 1 benachbarten
Ende und zu dem Gegengewicht 3. In diesem Falle unterliegen
WR und FR beide einer Cosinusbeziehung:
WR = W₁ cos R,
FR = W₃ cos R × (l₄/l₃),
die Bedingung für die Gleichheit von WR und FR lautet:
W₁ = W₃ (l₄/l₃).
Wenn die Länge l₄ genau eingestellt ist, wird wieder die
korrekte Stützkraft ungeachtet der Teleskopstellung aufgebracht.
Der Primärspiegel eines Spiegelteleskops ist in einem
Bauteil namens Spiegelzelle befestigt, die den Spiegel
sowohl in axialer als auch radialer Richtung abstützen
muß. Bei einem großen Teleskop "schwebt" der Primärspiegel
allgemein auf einer Vielzahl astatischer Hebel,
die am Rand des Spiegels eine radiale Abstützung und
an inneren Punkten eine axiale Abstützung hervorrufen,
wie in Fig. 17 dargestellt ist. Die Spiegelzelle in
Fig. 17 hat ferner feste Abstützungen bzw. Lager 5,
die den Spiegel starr an beispielsweise drei Punkten
abstützen (nur zwei davon sind in der Zeichnung abgebildet).
Eine Stützvorrichtung nach Art der Fig. 17
wurde nahezu in allen großen Spiegelteleskopen verwendet,
die vor 1970 gebaut wurden.
Obwohl er einfach und elegant ist, ist der astatische
Hebel allein unzureichend für die größten gegenwärtig
gebauten Teleskope, die Primärspiegel mit Durchmessern
in der Größenordnung von 8 m haben. Die Kosten des
Spiegelrohlings und die erforderliche Zeit für die
Glühbehandlung zu senken, haben solche Spiegel eine
Meniskusform mit einem hohen Formfaktor, d. h. sie sind
extrem dünn im Verhältnis zu ihrem Durchmesser. Das
verstärkt das Problem der Spiegeldurchbiegung.
Die maximal zulässige Dicke für einen Spiegel von 8 m
Durchmesser liegt etwa bei 20 cm. Um eine genaue Flächenabbildung
zu gewährleisten, muß ein Spiegel mit diesen
Abmessungen an einer großen Zahl von Punkten in axialer
und radialer Richtung abgestützt werden. Genauer gesagt,
muß eine radiale Abstützung an inneren Punkten sowie
entlang des Randes vorgesehen sein. Wenn ein derartiger
Spiegel beispielsweise an 400 Punkten abgestützt ist,
beträgt die erforderliche Stützkraft an jedem Punkt
etwa 50 kg in kombinierten radialen und axialen Richtungen.
Der maximale zulässige Fehler beträgt ±15 g
und ±300 g in radialer Richtung.
Astatische Hebel sind nicht in der Lage, eine Stützkraft
dieser Präzision hervorzurufen, insbesondere
in axialer Richtung. Ein Problem besteht darin, daß
ein astatischer Hebel selbst dazu neigt durchzubiegen,
wie durch die gestrichelten Linien in den Fig. 15
und 16 angedeutet ist, wodurch sich die Komponenten der
Vektoren W₂ oder W₃ ändern, da sich das Gegengewicht
bewegt. Ein astatischer Hebel zum
Aufbringen einer Kraft von 50 kg ist bestenfalls im
Bereich von ±200 g genau. Ein anderes Problem liegt
darin, daß astatische Hebel zur Kompensation von nicht
gewichtsbedingten Wirkungen wie Schwerkraft und Windlast
nicht geeignet sind.
Infolgedessen verwenden die Konstruktionen neuerer
Teleskope, wie das 3,58 m New Technology-Telescop
an dem European Southern Observatorium in Chile und
das vorgeschlagene 300-inch-Teleskop der Universität
von Texas motorgetriebene Betätigungsorgane anstelle
astatischer Hebel, insbesondere zur Abstützung in
axialer Richtung. Die Motoren, die die Betätigungsorgane
antreiben, werden von einem Computer gesteuert.
Der Computer erhält Daten, die für jede Teleskopstellung
die exakte Axialabstützkraft angeben, die an
jedem Punkt erforderlich ist. Jedes Stützbetätigungsorgan
ist mit einem Sensor wie einer Kraftmeßdose ausgerüstet,
um die tatsächlich ausgeübte Kraft zu messen.
Wenn die ausgeübte Kraft von der erforderlichen Kraft
abweicht, steuert der Computer den Motor, um die Kraft
zu korrigieren.
Die bei dem New Technology Teleskop in Chile verwendeten
Betätigungsorgane stützen nur in axialer Richtung ab.
Sie sind nicht zur radialen Abstützung geeignet, wozu
bei diesem Teleskop am Rand des Spiegels astatische Hebel
vorgesehen sind. Diese Anordnung ist wegen des vergleichsweise
kleinen Durchmessers des Spiegels ausreichend.
Die Betätigungsorgane der Konstruktion des oben erwähnten
300-inch-Teleskops enthalten einen astatischen
Hebel für radiale Abstützung, einen motorgetriebenen
Mechanismus für axiale Abstützung und eine Kraftmeßdose
zum Erfassen der in axialer Richtung aufgebrachten
Kraft. Die Kraftmeßdose ist an einem Zwischenpunkt in
dem Betätigungsorgan hinter dem Motor angeordnet. Ein
Problem dieser Konstruktion ist, daß die Kraftmeßdose
unfähig ist, die gesamte auf den Spiegel aufgebrachte
Kraft zu erfassen, da ein Teil der Last des Spiegelgewichts
durch das Betätigungsorgan, das in der Spiegelzelle
angebracht ist, abgetragen wird, bevor sie die
Kraftmeßeinrichtung erreicht. Es ist schwierig, diese
Wirkung zu korrigieren, da die Größe der auf diese
Weise abgeleiteten Belastung mit der Teleskopstellung
variiert. Ein weiteres Problem liegt darin, daß bei Aufbringung
einer axialen und radialen Stützkraft durch
das Gegengewicht des astatischen Hebels die Kraftmeßeinrichtung
die axiale Komponente nicht erfaßt, wodurch
der steuernde Computer die aufgebrachte Axialkraft
falsch beurteilt. Ein weiteres Problem liegt darin,
daß der astatische Hebel, der radial abstützt, einer
Durchbiegung unterworfen ist, wie oben erwähnt ist.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß der Motor den
axialen Stützmechanismus direkt antreibt, wodurch eine
extrem feine Motorsteuerung erforderlich ist.
Keines der oben beschriebenen Systeme der Spiegelabstützung
ist für extrem große, dünne Spiegel zufriedenstellend,
die eine hochgradig genaue Abstützung in
radialer und axialer Richtung an einer Vielzahl von
Punkten erfordern.
Aus der DE-PS 35 21 973 ist ein Unterstützungssystem
für einen Teleskopspiegel bekannt, das eine passive,
astatische Lagerung, die die Grundlast des Spiegels
aufnimmt, und eine zusätzliche aktive Lagerung aufweist,
die durch Aktuatoren Zusatzkräfte aufbringt.
Die Stützen der astatischen Lagerung sind dabei kraftschlüssig
mit den Ankern der als Linearmotoren ausgebildeten
Aktuatoren verbunden.
Aus der DE-OS 34 44 265 ist ferner ein Unterstützungssystem
für Teleskopspiegel mit einem astatischen Hebelsystem
bekannt, dessen Hebeleinrichtungen außerhalb der
Schwerpunkte der jeweils zu entlastenden Spiegelparzellen
am Spiegel angreifen und die so ausgebildet sind, daß
zusätzlich zu den in der Spiegelebene wirkenden Stützkräften
Kompensationsmomente erzeugt werden, die den sich
aus Gewichtskräften und Stützkräften ergebenden Momenten
entgegengerichtet sind, damit möglichst geringe Formänderungen
der Spiegelfläche auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spiegelstützvorrichtung
anzugeben, die die in axialer Richtung
aufgebrachte Kraft genau erfassen kann und exakte Stützkräfte
in axialer und radialer Richtung aufbringen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Spiegelstützsystem
anzugeben, das die Spiegelstützvorrichtung und
wenigstens ein festes Lager verwendet und ein Steuersystem
enthält, das die aufgebrachte Axialkraft entsprechend
äußerer Faktoren wie Windlasten korrigieren
kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im
Kennzeichen der Patentansprüche 1, 3 und 16 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Eine erfindungsgemäße Spiegelstützvorrichtung enthält
einen Hebel, der im wesentlichen parallel zu der Achse
des Teleskops ausgerichtet ist, ein Gegengewicht, das
an einem Ende des Hebels befestigt ist, einen Gleitmechanismus,
der verschieblich in der Spiegelzelle
angebracht ist, einen Kardanrahmen bzw. eine Kardaneinrichtung,
die in den Gleitmechanismus eingebaut
und an einem Zwischenpunkt des Hebels angebracht ist,
damit der Hebel in unterschiedlichen Winkeln gegenüber
dem Gleitmechanismus verschwenkt werden kann, eine
Kraftmeßdose bzw. Kraftmeßeinrichtung, die starr bzw.
fest an dem Spiegel angebracht ist, eine Kopplungseinrichtung
zum Koppeln des anderen Endes des Hebels
mit dem Spiegel und der Kraftmeßeinrichtung, so daß
der Hebel eine Axialkraft auf die Kraftmeßeinrichtung
und eine Radialkraft auf den Spiegel ausüben kann,
einen Antriebsmechanismus, der in der Spiegelzelle
angebracht ist, um den ersten Gleitmechanismus im
wesentlichen parallel zu der Achse des Teleskops zu
bewegen, und eine Steuereinrichtung zum Steuern des
Antriebsmechanismus entsprechend der von der Kraftmeßeinrichtung
erfaßten Kraft.
Ein erfindungsgemäßes Spiegelstützsystem enthält eine
Spiegelzelle mit einer erfindungsgemäßen Spiegelstützeinrichtung
zur axialen und radialen Abstützung des
Spiegels an zahlreichen Punkten, wenigstens eine feste
Abstützung bzw. ein festes Lager zur starren axialen
Abstützung des Spiegels, wenigstens eine feste Kraftmeßeinrichtung
zum Erfassen der starren axialen Abstützung,
eine Gruppensteuereinrichtung bzw. einen
Gruppensteuerregler zum Empfang eines Signals, das die
Stellung des Spiegelteleskops anzeigt, und zum Erzeugen
von Befehlen, die eine optimale Axialkraft angeben,
die von den jeweiligen Steuereinrichtungen aufzubringen
sind, eine Rückführeinrichtung zum Empfangen
eines Belastungssignals von der festen Kraftmeßeinrichtung,
zum Errechnen einer zusätzlichen Axialkraft,
die von den Betätigungsgliedern hervorzurufen ist, und
zum Hinzufügen der die zusätzliche Axialkraft anzeigenden
Information zu den Befehlen der Gruppensteuereinrichtung,
mehrere Steuereinrichtungen zum Empfangen
von Signalen von den Kraftmeßeinrichtungen in der
Spiegelstützvorrichtung, zum Empfangen der Befehle
von der Gruppensteuereinrichtung und zum Steuern der
jeweiligen Betätigungsglieder, um die auf den Spiegel
ausgeübte Axialstützkraft auf die optimale Axialkraft
einzustellen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spiegelstützvorrichtung
in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Spiegelstützvorrichtung
in einer perspektivischen
Ansicht;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung
gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Spiegelstützvorrichtung
in einer Ansicht;
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung
gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Spiegelstützvorrichtung
mit einer Dämpfungseinrichtung in
einer schematischen Ansicht;
Fig. 7 eine weitere Spiegelstützvorrichtung
mit einer Dämpfungseinrichtung in einer
schematischen Ansicht;
Fig. 8 ein erfindungsgemäßer astatischer Hebel
mit einem federbefestigten Gegengewicht
zur axialen Abstützung in einer schematischen
Ansicht;
Fig. 9 ein weiterer erfindungsgemäßer astatischer
Hebel mit einem federbefestigten Gegengewicht
zur axialen Abstützung in einer schematischen
Ansicht;
Fig. 10 ein erfindungsgemäßer astatischer Hebel
mit einem federbefestigten Gegengewicht
zur radialen Abstützung in einer schematischen
Ansicht;
Fig. 11 die Anwendung des federbefestigten Gegengewichts
in den Fig. 8-10 auf die erfindungsgemäße
Spiegelstützvorrichtung in
einer schematischen Darstellung;
Fig. 12 die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen
Spiegelstützsystems in einer schematischen
Darstellung;
Fig. 13A-13C ein mögliches Steuerschema zur Verwendung
in dem Spiegelstützsystem gemäß Fig. 12
in schematischen Darstellungen;
Fig. 14 ein weiteres mögliches Steuerschema zur Verwendung
in dem Spiegelstützsystem gemäß Fig. 12 in einer
schematischen Darstellung.
Fig. 15 einen astatischen Hebel zur Axialabstützung in einer
schematischen Darstellung;
Fig. 16 einen astatischen Hebel zur Radialabstützung in
einer schematischen Darstellung und
Fig. 17 ein herkömmliches Primärspiegelstützsystem in
einer schematischen Darstellung.
Eine neue Spiegelstützvorrichtung gemäß der Erfindung
wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Die Vorrichtung ist ein Betätigungsglied, das in einer
Spiegelzelle 4 angebracht ist und eine Stützkraft auf
einen Spiegel 1 ausübt. Nur ein Teil des Spiegels 1
und der Spiegelzelle 4 sind aus der Zeichnung zu ersehen.
Die Spiegelstützvorrichtung enthält einen Hebel
2, der im wesentlichen parallel zu der Achse des Teleskops
angeordnet ist und an einem Ende ein Gegengewicht
3 aufweist, einen ersten Kardanring bzw. Kardanrahmen
oder Tragbügel (gimbal) 6, der drehbar an dem Hebel 2
an einem Drehpunkt nahe der Spiegelzelle 4 befestigt
ist, einen ersten Gleitmechanismus 7, der drehbar an
dem ersten Kardanring 6 befestigt und so geführt ist,
daß er linear innerhalb der Spiegelzelle 4 bewegbar ist,
eine Feder 8, die mit dem ersten Gleitmechanismus 7
verbunden ist, einen Antriebsmechanismus 9, der in der
Spiegelzelle 4 befestigt und mit der Feder 8 gekoppelt
ist, eine Kraftmeßeinrichtung bzw. Kraftmeßdose 10,
die in einer Ausnehmung in der Rückfläche des Spiegels
1 befestigt ist, und eine Kupplungseinrichtung 11,
die an dem anderen Ende des Hebels 2 angebracht ist,
wodurch der Hebel 2 eine radiale Kraft auf den Spiegel 1
und eine axiale Kraft auf die Kraftmeßdose 10 ausüben
kann. Die Kupplungseinrichtung 11 dieses Betätigungsgliedes
enthält einen zweiten Kardanring (gimbal) 12,
der drehbar an dem Hebel 2 befestigt, sowie einen
zweiten Gleitmechanismus 13, der drehbar an dem zweiten
Kardanring 12 angebracht und so geführt ist, daß er in
Längsrichtung und im wesentlichen ohne Reibung innerhalb
der Aussparung bzw. Bohrung bewegbar ist. Die
Kardanringe bzw. Lager 6 und 12 sind bekannte Konstruktionselemente,
die es erlauben, daß der Hebel 2
in beliebigen Winkeln bezüglich des ersten Gleitmechanismus
7 und des zweiten Gleitmechanismus 13 dreht.
Der Antriebsmechanismus 9 kann beispielsweise einen
Stufenmotor und eine Hochpräzisionsgewindespindel aufweisen,
die von dem Stufenmotor gedreht wird.
Die radiale Stützkraft, die von dieser Spiegelstützvorrichtung
aufgebracht wird, wird von dem Gewicht
des Gegengewichts 3 erzeugt, von dem Hebel 2 verstärkt,
der bei dem ersten Kardanring 6 verschwenkt, und durch
den zweiten Kardanring 12 und den zweiten Gleitmechanismus
13 auf den Spiegel 1 übertragen. Die radiale Stützkraft
wird nach dem astatischen Hebelprinzip auf gleiche
Weise wie beim Stand der Technik im wesentlichen auf
dem optimalen Niveau beibehalten, wie dies im Zusammenhang
mit Fig. 15 erläutert wurde.
Die axiale Stützkraft, die durch diese Spiegelstützvorrichtung
ausgeübt wird, wird von dem Antriebsmechanismus
9 erzeugt und durch die Feder 8, den ersten
Gleitmechanismus 7, den ersten Kardanring 6, den Hebel
2 und den zweiten Kardanring 12 auf den zweiten Gleitmechanismus
13 übertragen. Die Reibung zwischen dem
zweiten Gleitmechanismus 13 und dem Spiegel ist klein
genug, so daß nur eine sehr kleine Kraft direkt von
dem zweiten Gleitmechanismus 13 auf den Spiegel 1 übertragen
wird, womit die Gesamtkraft durch die Kraftmeßdose
10 auf den Spiegel 1 übertragen wird. Die Kraftmeßdose
10 erfaßt damit im wesentlichen die gesamte
Kraft, die in axialer Richtung auf den Spiegel 10 ausgeübt
wird.
Die axiale Stützkraft wird folgendermaßen optimiert.
Die optimale axiale Stützkraft hängt von der Teleskopstellung
ab. Ein Steuersystem wie ein nicht in der
Zeichnung dargestelltes Computersystem überwacht die
Teleskopstellung und die von der Kraftmeßdose 10 angezeigte
Kraft und läßt dann, wenn die von der Kraftmeßdose
10 erfaßte Kraft und läßt dann, wenn die von der Kraftmeßdose
10 erfaßte Kraft von der optimalen Kraft abweicht,
den Antriebsmechanismus 9 ausgleichen durch Vorwärtsbewegung
zur Vergrößerung der Kraft oder Rückwärtsbewegung
zur Verringerung der Kraft. Dieser Kompensationsvorgang
wird fortgesetzt, bis die Kraftmeßdose 10 erfaßt,
daß die optimale Kraft ausgeübt wird.
Selbst wenn die relativen Positionen des Spiegels 1
und der Spiegelzelle 4 verlagert werden, ist die erfaßte
Kraft wegen der Anordnung der Kraftmeßdose 10
stets parallel zu der Spiegelachse. Die Kraftmeßdose
10 erfaßt niemals Radialkraftkomponenten wie bei herkömmlichen
Konstruktionen, bei denen die Kraftmeßdose
10 von dem Spiegel entfernt angeordnet ist. Das Steuersystem
kann somit die tatsächlich aufgebrachte axiale
Kraft auf den korrekten optimalen Wert einstellen, ungeachtet
der gegenseitigen Positionen des Spiegels 1
und der Spiegelzelle 4.
Aufgabe der Feder 8 ist es, einen Teil der Bewegung
des Antriebsmechanismus 9 zu absorbieren, so daß eine
vorgegebene Bewegung des Antriebsmechanismus 9 eine
proportional kleinere Änderung der axialen Kraft erzeugt,
die auf den Spiegel 1 ausgeübt wird. Der Vorteil
dieser Anordnung ist, daß sie eine feinere Einstellung
der axialen Stützkraft erlaubt als bei herkömmlichen
Konstruktionen, die eine direkte Kupplung ohne Feder
verwenden.
Obwohl die Anordnung der Kraftmeßdose 10 in einer
Bohrung in der Rückseite des Spiegels eine exakte Erfassung
der auf den Spiegel ausgeübten Kraft ermöglicht,
ist hierbei eine ziemlich tiefe Bohrung erforderlich.
Bei extrem dünnen Spiegeln kann es sein, daß eine solche
tiefe Bohrung nicht vorgesehen werden kann. Aus
diesem Grunde wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2
und 3 eine zweite neue Spiegelstützvorrichtung beschrieben,
bei der die Kraftmeßdose 10 nicht innerhalb
einer Bohrung angeordnet ist.
Die zweite neue Spiegelstützvorrichtung ist mit der
ersten neuen Spiegelstützvorrichtung hinsichtlich
des Hebels 2, des Gegengewichts 3, des ersten Kardanrings
6, des ersten Gleitmechanismus 7, der Feder 8
und des Antriebsmechanismus 9 gemäß Fig. 1 identisch.
Sie unterscheidet sich hinsichtlich der Kupplungseinrichtung
und der Anordnung der Kraftmeßdose. Fig. 2
zeigt eine perspektivische Ansicht der Kupplungseinrichtung
des zweiten Betätigungsglieds einschließlich
der Kraftmeßdose und anderer zugehöriger Teile, während
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A
in Fig. 2 zeigt.
Die Kupplungseinrichtung dieser Spiegelstützvorrichtung
enthält eine Hülse 30, die dicht in eine Bohrung 1a
in dem Spiegel 1 eingebettet ist. Die Hülse 30 hat
einen innen vorstehenden Teil, sichtbar an der Bodenfront
in Fig. 2, zur Befestigung einer Aufhängeeinrichtung,
die ein Paar flexibler Verbindungsglieder 32
aufweist, eins an der rechten und eins an der linken
Seite. Diese flexiblen Verbindungsglieder 32 haben
einen hohen Grad an Starrheit in vertikaler Richtung
in den Fig. 2 und 3, jedoch wenig Starrheit und
einen hohen Grad an Elastizität in horizontaler Richtung.
Das Paar flexibler Verbindungsglieder 32 ist
ebenfalls an einem Lager 34 angebracht, das somit im
wesentlichen in axialer Richtung von der Hülse 30 entkoppelt,
jedoch mit dieser über die flexiblen Verbindungsglieder
32 in radialer Richtung starr gekoppelt
ist. Das Lager 34 ist mechanisch mittels eines Verbindungsstabes
36 mit einer Kraftmeßdose 38 gekoppelt, die
in einer Kraftmeßdosenbefestigung 40 angebracht ist, die
am Rand der Hülse 30 außerhalb des Spiegels 1 befestigt
ist. Ein Ring 42 ist drehbar mit dem Lager 34 gekoppelt,
und der Hebel 2 ist drehbar mit dem Ring 42 gekoppelt.
Das Lager 34 und der Ring 42 bilden eine Kardankonstruktion,
die ähnlich in ihrer Funktion der zweiten Kardaneinrichtung
12 in Fig. 4 ist.
Diese Spiegelstützvorrichtung arbeitet folgendermaßen.
Wie bei der ersten Spiegelstützvorrichtung übt der
Hebel 2 sowohl axiale als auch radiale Stützkräfte aus.
Die axiale Stützkraft wird von dem Antriebsmechanismus
9 erzeugt, während die radiale Kraft von dem Gegengewicht
3 hervorgerufen wird. Die radiale Stützkraft
wird von dem Hebel 2 über den Ring 42, das Lager 34,
die flexiblen Verbindungsglieder 32 und die Hülse 30
auf den Spiegel 1 übertragen. Ein sehr großer Anteil X
der axialen Stützkraft, beispielsweise 98% wird von
dem Hebel 2 über den Ring 42, das Lager 34, die Verbindungsstange
36, die Kraftzelle 38, die Kraftzellenbefestigung
40 und die Hülse 30 auf den Spiegel 1 übertragen.
Die Kraftzelle 38 erfaßt die Größe dieser Komponente
der Stützkraft. Ein verbleibender sehr kleiner
Anteil der axialen Stützkraft, beispielsweise 2%, wird
von dem Lager 34 über die flexiblen Verbindungsglieder
32 auf die Hülse 30 und damit direkt auf den Spiegel 1
übertragen, ohne von der Kraftmeßdose 38 erfaßt zu
werden.
Um die gesamte auf den Spiegel 1 ausgeübte Axialkraft
zu bestimmen, multipliziert das in der Zeichnung nicht
dargestellte Steuersystem die von der Kraftmeßdose 38
erfaßte Kraft mit einer Konstanten, die dem Kehrwert
von x entspricht. Wenn diese Kraft nicht die gewünschte
Größe hat, ruft das Steuersystem bei dem Antriebsmechanismus
9 (Fig. 1) eine Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung
hervor, um die axiale Stützkraft auf den optimalen
Wert zu korrigieren.
Ein Vorteil der zweiten Spiegelstützvorrichtung besteht
darin, daß die Bohrung nicht so tief wie bei der ersten
Ausführungsform sein muß, da die Kraftmeßdose 38 und
ihre Befestigung 40 sich nicht innerhalb der Bohrung
in dem Spiegel 1 befinden, sondern am Rand der Hülse
30 hinter der Spiegelfläche befestigt sind. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß die flexiblen Verbindungsglieder
32 das Lager 34 so führen, daß dieses
glatt, stabil und ohne Reibung linear bewegt wird und
daß der kleine Teil der Axialkraft, der durch die
flexiblen Verbindungsglieder 32 auf die Hülse 30 übertragen
wird, im wesentlichen konstant ist, obwohl er
nicht von der Kraftmeßdose 38 erfaßt wird, da er unabhängig
von der Teleskopstellung und der gegenseitigen
Lage des Spiegels 1 und der Spiegelzelle 4 ist. Die
Multiplikation der von der Kraftmeßdose 38 erfaßten
Kraft mit einem konstanten Koeffizienten ergibt damit
mit hoher Genauigkeit den tatsächlichen Wert der aufgebrachten
Axialkraft.
Die flexiblen Verbindungsglieder 32 in den Fig. 2
und 3 können durch andere Aufhängungseinrichtungen ersetzt
werden, die dieselbe Funktion der Abkopplung
des Hebels 32 von der Hülse 30 in axialer Richtung
hervorrufen, während eine starre Kopplung in radialer
Richtung beibehalten wird. Beispielsweise können sie
ersetzt werden durch ein Paar dünner Zwischenwände 44
aus einem Material wie Metall, wie dies in den Fig. 4
und 5 dargestellt ist. Die Zwischenwände 44 sind mit
dem Lager 34 an Punkten vor und hinter der Anordnung
des Rings 42 gekoppelt. Ähnlich wie die flexiblen Verbindungsglieder
32 in den Fig. 2 und 3 übertragen
die Trennwände 44 die gesamte aufgebrachte radiale
Stützkraft direkt auf die Hülse 30, jedoch nur einen
sehr kleinen und konstanten Teil der aufgebrachten
Axialkraft auf die Hülse 30. Auf eine weitere Beschreibung
der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Spiegelstützvorrichtung
wird verzichtet, da ihre Wirkungsweise
derjenigen gemäß den Fig. 2 und 3 entspricht.
Als nächstes wird eine weitere neue Spiegelstützvorrichtung
mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben,
die den vorangegangenen Ausführungsformen
ähnelt. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7
befaßt sich mit dem Problem der Vibration in axialer
Richtung, die durch äußere Kräfte wie Windkräfte oder
Schwerkraft der Spiegelmasse hervorgerufen wird.
Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung ist mit der
Ausnahme identisch mit derjenigen gemäß Fig. 1,
daß eine Dämpfungseinrichtung 50 zwischen dem ersten
Gleitmechanismus 7 und der Feder 8 angeordnet ist.
Die Dämpfungseinrichtung 50 kann beispielsweise ein
Kissen aus einem Material wie Gummi bestehen. Nachfolgend
wird die Wirkung der Dämpfungseinrichtung 50
erläutert.
Wenn Wind auf die Spiegelfläche des Spiegels 1 auftrifft,
läßt dies den Spiegel 1 geringfügig mit seiner
natürlichen Frequenz, beispielsweise 20 Hz, vibrieren.
Diese Vibration wird über die Kraftmeßdose 10, den
zweiten Gleitmechanismus 13, die zweite Kardaneinrichtung
12, den Hebel 2, die erste Kardaneinrichtung 6,
den ersten Gleitmechanismus 7, die Dämpfungseinrichtung
50, die Feder 8 und den Antriebsmechanismus 9 auf die
Spiegelzelle 4 übertragen. Selbst wenn die Spiegelzelle
4 stabil gehalten ist, läßt die Feder 8 den
Spiegel 1 vibrieren. Die Vibration wird jedoch schnell
von der Dämpfungseinrichtung 50 gedämpft, so daß die
Leistung des Teleskops nicht herabgesetzt ist.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Spiegelstützvorrichtung
ist eine Dämpfungseinrichtung 52 parallel
zu der Feder 8 angeordnet, anstatt direkt zwischen
der Feder 8 und dem ersten Gleitmechanismus 7 vorgesehen
zu sein. Die Dämpfungseinrichtung 52 in Fig. 7
kann eine herkömmliche Einrichtung wie ein pneumatischer
oder hydraulischer Dämpfer sein. Wenn Wind
den Spiegel bei seiner natürlichen Frequenz in axialer
Richtung schwingen läßt, wird die Vibration auf die
Kraftmeßdose 10, den zweiten Gleitmechanismus 13,
die zweite Kardaneinrichtung 12, den Hebel 2, die
erste Kardaneinrichtung 6 und den ersten Gleitmechanismus
7 übertragen. An diesem Punkt wird ein Teil
der Vibration durch die Feder 8 und den Antriebsmechanismus 9
auf die Spiegelzelle 4 übertragen, während
der restliche Teil über die Dämpfungseinrichtung 52
auf die Spiegelzelle 4 übertragen wird. Die Dämpfungseinrichtung
52 dämpft die Vibration auf dieselbe Weise
wie die Dämpfungseinrichtung 50 in Fig. 6. Obwohl sie
nur einen Teil der Vibration aufnimmt, dämpft die
Dämpfungseinrichtung 52 die Vibration schnell genug,
um eine Verschlechterung der Wirkungsweise des Teleskops
zu verhindern.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Dämpfungseinrichtungen
können auch bei der Spiegelstützvorrichtung
gemäß den Fig. 2 bis 5 angewendet werden.
Die bisher beschriebenen Spiegelstützvorrichtungen
enthalten Maßnahmen zur axialen Abstützung mit hoher
Präzision, wobei jedoch die radiale Abstützung der
Wirkungsweise des astatischen Hebelprinzips überlassen
bleibt. Wie bereits weiter oben erwähnt, ruft die
Durchbiegung des Hebels unter der Belastung des Gegengewichts
eine Ungenauigkeit bei der Stützkraft hervor,
die von einem astatischen Hebel ausgeübt wird. Diese
Ungenauigkeit ist nicht notwendigerweise so groß, daß
die Wirkungsweise der Vorrichtung verschlechtert wird,
da in radialer Richtung eine größere Toleranz zulässig
ist als in axialer Richtung, jedoch kann diese Ungenauigkeit
durch eine nachfolgend beschriebene Maßnahme im
wesentlichen vermieden werden.
Zum besseren Verständnis wird diese neue Einrichtung im
Zusammenhang mit einfachen astatischen Hebeln beschrieben,
die in den Fig. 15 und 16 dargestellt sind, wobei
anschließend die Anwendung auf die erfindungsgemäße
Spiegelstützvorrichtung dargestellt wird. Die neue
Einrichtung ist in Fig. 8 bei einem astatischen Hebel
ähnlich demjenigen in Fig. 15 gezeigt.
Die neue Einrichtung enthält eine Schraubenfeder 60,
die an einem Ende an dem Hebel 2 und an dem anderen
Ende an dem Gegengewicht 3 befestigt ist, und ein Gleitlager
62, das das Gegengewicht 3 im wesentlichen ohne
Reibungswiderstand entlang des Hebels 2 bewegbar hält.
Das Gegengewicht 3 bewegt sich somit unter dem Einfluß
seines Eigengewichts zu einem Punkt des Hebels 2, an
dem das Eigengewicht im Gleichgewicht mit der Kraft
der Schraubenfeder 60 steht. Die Art und Weise, in der
das Gleitlager und die Schraubenfeder 60 die Ungenauigkeit
der Stützkraft vermeiden, die durch das Gegengewicht
3 erzeugt wird, wird nachstehend erläutert.
In dieser Formel ist einbezogen, daß dann, wenn die
Federkonstante der Schraubenfeder 60 so gewählt ist,
daß δy₀=δz₀ ist, der Fehler der Stützkraft im
wesentlichen auf 0 reduziert werden kann.
Anstelle einer Schraubenfeder 60 und eines Gleitlagers
62 gemäß Fig. 8 können Blattfedern 64 verwendet werden,
wie Fig. 9 zeigt. Die Blattfedern 64 in Fig. 9
sind an einem Ende an dem Hebel und an dem anderen Ende
an dem Gegengewicht 3 befestigt und erlauben durch
Durchbiegung die Bewegung des Gegengewichts 3 auf dieselbe
Weise und mit derselben Wirkung wie Fig. 8.
Wenn die Blattfedern 64 somit eine geeignete Federkonstante
haben, kompensiert ihre Durchbiegung die Durchbiegung
des Hebels 2, wodurch die Ungenauigkeit der
Stützkraft im wesentlichen eliminiert ist.
Eine Schraubenfeder 60 und ein Gleitlager 62 können
in gleicher Weise bei dem astatischen Hebel 20 gemäß
Fig. 16 angewendet werden, um die Anordnung gemäß
Fig. 10 auszubilden. Eine mathematische Betrachtung
analog zu der vorstehenden zeigt, daß bei geeigneter
Auswahl der Federkonstanten die Ungenauigkeit der
Stützkraft auch hier im wesentlichen eliminiert werden
kann.
Fig. 11 zeigt, wie die Schraubenfeder 60 und das Gleitlager
62 gemäß den Fig. 8-10 auf die erste Spiegelstützvorrichtung
angewendet werden können, um die Genauigkeit
der auf den Spiegel 1 einwirkenden radialen
Stützkraft im wesentlichen zu eliminieren. Die Spiegelstützvorrichtung
in Fig. 11 ist mit der Ausnahme mit
derjenigen gemäß Fig. 1 identisch, daß die Schraubenfeder
60 und das Gleitlager 62 zusätzlich angeordnet
sind. Diese funktionieren exakt gemäß Fig. 8, um
die Durchbiegung des Hebels 2 zu kompensieren. Eine
Spiegelstützvorrichtung des in Fig. 11 dargestellten
Aufbaus kann somit sowohl in axialen als auch radialen
Richtungen Stützkräfte mit hoher Präzision hervorrufen.
Ähnliche Schraubenfedern und Gleitlager können den
Spiegelstützvorrichtungen gemäß den Fig. 2 bis 7
hinzugefügt werden. Alternativ hierzu können Blattfedern
wie die Blattfedern 64 in Fig. 9 angewendet
werden.
Bisher ist nur die eigentliche Spiegelstützvorrichtung
beschrieben worden. Nachfolgend wird ein Spiegelstützsystem
mit dieser Spiegelstützvorrichtung beschrieben.
Ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Spiegelstützsystems
ist in Fig. 12 gezeigt. Der Spiegel 1 ist von
zahlreichen Betätigungsgliedern 70 gestützt, die an
einer Spiegelzelle 4 befestigt sind. Jedes der Betätigungsglieder
70 ist eine Spiegelstützvorrichtung
nach Art der Fig. 1 bis 7 oder 11 oder einer Kombination
dieser Arten. Jedes Betätigungsglied 70 enthält
eine Kraftmeßdose bzw. Kraftmeßzelle 72, wobei
es sich entweder um die Kraftmeßdose 10 in den Fig. 1,
6, 7 oder 11 handelt oder um die Kraftmeßdose 38
in den Fig. 2 bis 5. Die aufgebrachte Kraft wird
von der Kraftmeßdose 72 erfaßt, wobei das Ausgangssignal
der Kraftmeßdose einer Steuereinrichtung 74
zugeführt wird. Jedes Betätigungsglied 70 hat eine
eigene Steuereinrichtung 74.
Die Primärspiegelstützvorrichtung enthält ferner eine
Gruppensteuereinrichtung 76. Die Gruppensteuereinrichtung
76 empfängt ein Eingangssignal, das die jeweilige
Stellung des Teleskops anzeigt, und gibt Befehle
an die Steuereinrichtungen 74 ab, die die optimale
Axialkraft angeben, die von jedem Betätigungsglied
70 auszuüben ist. Jede Steuereinrichtung 74 steuert
bzw. regelt ihr Betätigungsglied 70, so daß die von
dem Betätigungsglied 70 aufgebrachte Axialstützkraft
die optimale Größe hat, die von dem Steuerbefehl der
Gruppensteuereinrichtung 76 angegeben ist.
Der Spiegel 1 hat ferner 3 feste Abstützungen bzw.
Lager 78. Jedes feste Lager 78 hat eine eigene Kraftmeßdose
80, um die an diesem Punkt auftretende Axiallast
zu erfassen. Die von diesen Kraftmeßdosen 80
erfaßten Werte werden einer Rückführeinrichtung 82
zugeführt. Die Rückführeinrichtung 82 fügt den Befehlen
Informationen zu, die von der Gruppensteuereinrichtung
76 den Steuereinrichtungen 74 zugeführt werden.
Die Steuereinrichtungen 74, die Gruppensteuereinrichtung
76 und die Rückführeinrichtung 82 bilden ein Steuersystem
bzw. Regelsystem, wie es im Zusammenhang mit
Fig. 1 beschrieben ist.
Das Spiegelstützsystem arbeitet folgendermaßen. Wenn
das Teleskop die Stellung ändert, um der Bewegung der
Sterne zu folgen, errechnet die Gruppensteuereinrichtung
76 ständig die optimale Axialkraft, die von den
Betätigungsgliedern 70 aufzubringen ist, um dem Gewicht
des Spiegels 1 entgegenzuwirken, und gibt entsprechende
Befehle an deren Steuereinrichtung 74
ab. Wenn auf den Spiegel 1 äußere Kräfte wie Windkräfte
oder Trägheitskräfte einwirken, wird die Wirkung
dieser Kraft von den Kraftmeßdosen 80 an den
festen Lagern 78 erfaßt. Die Kraftwerte von diesen
Kraftmeßdosen 80 werden der Rückführeinrichtung 82
übermittelt, die die zusätzliche Axialkraft errechnet,
die erforderlich ist, um der äußeren Kraft entgegenzuwirken,
und die Informationen hinsichtlich dieser zusätzlichen
Axialkraft den Befehlen an die Steuereinrichtungen
74 hinzufügt. Die Steuereinrichtungen 74
stellen ihrerseits die Axialkraft ein, die von den Betätigungsgliedern
70 aufgebracht wird, so daß diese
der optimalen Axialkraft entspricht, die von der
Gruppensteuereinrichtung 76 zuzüglich der zusätzlichen
Axialkraft errechnet ist, die von der Rückführeinrichtung
82 ermittelt ist. Auf diese Weise kann eine Deformation
der Spiegelfläche sowohl durch das Eigengewicht
des Spiegels als auch durch äußere Kräfte wie Windkräfte
vermieden werden.
Eine Art, in der die Rückführeinrichtung 82 die erforderliche
Zusatzkraft errechnen kann, besteht
darin, die Kraft auf alle Betätigungsglieder 70 zu
verteilen, womit die äußere Kraft wie eine verteilte
Belastung behandelt wird. Bei dieser Methode wird die
verteilte Belastung als Zusammensetzung von drei Unterklassen
von Belastungen ausgedrückt: Eine Belastung
gemäß Fig. 13A, bei der die verteilte Kraft sowohl
bezüglich der X-Achse als auch Y-Achse gleichförmig
ist; eine Belastung gemäß Fig. 13B, die bezüglich
der x-Achse gleichförmig ist, jedoch einen linearen
Gradienten auf der y-Achse aufweist, und eine Belastung
gemäß Fig. 13C, die bezüglich der y-Achse
gleichförmig ist, jedoch einen linearen Gradienten
auf der x-Achse aufweist. Die Daten von den drei Kraftmeßdosen
80, die an den festen Lagern 78 befestigt
sind, bieten ausreichende Informationen zur Bestimmung
der Größe der Belastung gemäß Fig. 13A und der Gradienten
der Belastungen gemäß den Fig. 13B und 13C.
Eine andere Art, in der die Rückführeinrichtung 82
die erforderliche Kompensationskraft errechnen kann,
besteht darin, den Spiegel 1 in drei Bereiche zu unterteilen
und die zusätzliche Kraft, die von den Betätigungsgliedern
70 in jedem Bereich aufzubringen ist,
aus den von der Kraftmeßdose 80 ermittelten Werten
zu errechnen, die zu dem festen Lager 78 dieses Bereiches
gehören. Die Einteilung in drei Bereiche sollte
vorzugsweise so getroffen werden, daß ein festes Lager
78 nahe der Mitte jedes Bereichs angeordnet ist.
Zusätzlich zur Kompensation der äußeren Kräfte kann
die Rückführeinrichtung 82 auch die Kräfte kompensieren,
die aus Meßfehlern der Kraftmeßdose 72 der
Betätigungsglieder 70 stammen. Ein Primärspiegelstützsystem
gemäß Fig. 12, das Betätigungsglieder gemäß
den Fig. 1 bis 7 oder 11 verwendet, ist somit
fähig, einen großen, dünnen Teleskopspiegel zuverlässig
in der Weise abzustützen, daß eine höchste Genauigkeit
der Flächenabbildung ungeachtet der Teleskopstellung
trotz Auftretens äußerer Faktoren wie Windkräfte gewährleistet
ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern
es liegen zahlreiche Modifikationen im Rahmen des
Erfindungsgedankens. Beispielsweise können andere
Antriebsmechanismen als Stufenmotoren für die Betätigungsglieder
verwendet werden. Ferner kann die Gruppensteuereinrichtung
gemäß Fig. 12 als Eingangssignal
nicht nur die Teleskopstellung empfangen, sondern
auch Informationen eines Wellenfrontsensors, der direkt
die Oberflächenabbildung des Spiegels 1 durch Abfühlen
des reflektierten Bildes eines Bezugssterns mißt.
Solche Messungen können beispielsweise verwendet werden,
um das Steuersystem erforderlichenfalls bei seltenen
Intervallen zu eichen.
Claims (20)
1. Spiegelstützvorrichtung für einen Spiegel eines
Spiegelteleskops zur axialen und radialen Abstützung
des Spiegels,
gekennzeichnet durch
einen Hebel (2) mit einem ersten Ende und einem zweiten
Ende, wobei der Hebel im wesentlichen parallel zu der
Achse des Teleskops ausgerichtet ist, ein Gegengewicht
(3), das an dem ersten Ende des Hebels befestigt ist,
einen ersten Gleitmechanismus (7), der verschieblich
in der Spiegelzelle (4) befestigt ist, eine erste
Kardaneinrichtung (6), die in dem ersten Gleitmechanismus
befestigt und an einem Zwischenpunkt des Hebels
befestigt ist, wodurch der Hebel in unterschiedlichen
Winkeln bezüglich des ersten Gleitmechanismus schwenkbar
ist, eine Kraftmeßdose (10), die fest an dem Spiegel
angebracht ist, eine Einrichtung (11) zum Koppeln des
zweiten Endes des Hebels mit dem Spiegel und der Kraftmeßdose,
so daß der Hebel eine Axialkraft auf die Kraftmeßdose
und eine Radialkraft auf den Spiegel ausüben
kann, einen Antriebsmechanismus (9) in der Spiegelzelle,
um den ersten Gleitmechanismus im wesentlichen
parallel zu der Achse des Teleskops zu bewegen, und
eine Einrichtung zum Steuern des Antriebsmechanismus
entsprechend der von der Kraftmeßdose erfaßten Kraft.
2. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftmeßdose (10) in einer Bohrung des Spiegels
(1) befestigt ist und daß die Kopplungseinrichtung (11)
einen zweiten Gleitmechanismus (13), der entlang den
Seiten der Bohrung verschieblich ist und gegen die
Kraftmeßdose (10) drückt, und eine zweite Kardaneinrichtung (12)
aufweist, die in den zweiten Gleitmechanismus
eingebaut und an dem zweiten Ende des Hebels befestigt
ist, um eine Kraft von dem Hebel auf den zweiten
Gleitmechanismus zu übertragen, wobei der Hebel unterschiedliche
Winkelpositionen zu dem zweiten Gleitmechanismus
einnehmen kann.
3. Spiegelstützvorrichtung zum Befestigen eines Spiegels
eines Spiegelteleskops und zum axialen und radialen Abstützen
des Spiegels,
gekennzeichnet durch
einen Hebel (2) mit einem ersten Ende und einem zweiten
Ende, wobei der Hebel im wesentlichen parallel zu
der Achse des Teleskops ausgerichtet ist, ein Gegengewicht (3),
das an dem ersten Ende des Hebels befestigt
ist, einen ersten Gleitmechanismus (7), der verschieblich
in der Spiegelzelle (4) angeordnet ist, eine erste
Kardaneinrichtung (6), die in den ersten Gleitmechanismus
eingebaut und an einem Zwischenpunkt des Hebels befestigt
ist, damit der Hebel in unterschiedlichen Winkeln
gegenüber dem ersten Gleitmechanismus schwenken
kann, eine Kraftmeßdose (38), die an dem Spiegel befestigt
ist, eine Einrichtung zum Koppeln des zweiten
Endes des Hebels mit dem Spiegel, die eine in einer
Bohrung des Spiegels befestigte Hülse (30), eine Kraftmeßdose
(38), die starr am Rand der Hülse außerhalb der
Bohrung befestigt ist, womit die Kraftmeßdose starr gehalten
ist, einen Ring (42), der drehbar mit dem zweiten
Ende des Hebels gekoppelt ist, ein Lager (34), das drehbar
mit dem Ring gekoppelt ist, eine Verbindungsstange
(36) zum Koppeln des Lagers mit der Kraftmeßdose und
eine Aufhängeinrichtung (32) aufweist, um das Lager mit
der Hülse so zu koppeln, daß das Lager in axialer Richtung
gegenüber der Hülse frei bewegbar ist, während es
in radialer Richtung starr mit der Hülse gekoppelt ist,
ferner durch einen Antriebsmechanismus (9), der in der
Spiegelzelle angebracht ist, um den ersten Gleitmechanismus
im wesentlichen parallel zu der Achse des Teleskops
zu bewegen, und eine Einrichtung zum Steuern des Antriebsmechanismus
entsprechend der von der Kraftmeßdose erfaßten
Kraft.
4. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufhängeinrichtung zwei flexible Verbindungsglieder (32)
aufweist, die an der Hülse (30) und dem
Lager (34) befestigt sind, und daß die flexiblen Verbindungsglieder
in axialer Richtung, nicht jedoch in
radialer Richtung biegsam sind.
5. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufhängeinrichtung zwei Querwände (44) aufweist,
die an der Innenfläche der Hülse (30) und an
der Außenfläche des Lagers an dessen vorderem und
hinterem Ende befestigt sind.
6. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmechanismus (9) mit dem ersten Gleitmechanismus
(7) mittels einer ersten Feder (8) gekoppelt
ist.
7. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 6,
ferner gekennzeichnet durch
eine Dämpfungseinrichtung (50, 52) zum Dämpfen der
Vibration des ersten Gleitmechanismus (7).
8. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung (50) zwischen der ersten
Feder (8) und dem ersten Gleitmechanismus (7) angeordnet
ist.
9. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung ein Gummikissen (50) ist.
10. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung (52) mit dem ersten Gleitmechanismus
(7) und der Spiegelzelle (4) gekoppelt ist.
11. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung (52) ein hydraulischer
Dämpfer ist.
12. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung (52) ein pneumatischer
Dämpfer ist.
13. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gegengewicht (3) an dem Hebel (2) mittels
einer zweiten Feder (60, 64) befestigt ist.
14. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Feder eine Schraubenfeder (60) ist,
die sich parallel zu dem Hebel (2) erstreckt, und daß
ferner ein Gleitlager (62) angeordnet ist, durch das
das Gegengewicht (3) entlang des Hebels verschiebbar
ist.
15. Spiegelstützvorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Feder zwei Blattfedern (54) aufweist,
die sich senkrecht zu dem Hebel (2) erstrecken.
16. Spiegelstützsystem zum Abstützen eines Spiegels
eines Spiegelteleskops,
gekennzeichnet durch
eine Spiegelzelle (4), mehrere Betätigungsglieder
(70), die in der Spiegelzelle angeordnet sind, um
den Spiegel axial und radial abzustützen, Kraftmeßdosen
(72) zum Erfassen der axialen Stützkraft, wenigstens
ein festes Lager (78) zum starren axialen Abstützen
des Spiegels, wenigstens eine feststehende
Kraftmeßdose (80) zum Erfassen der Axialkraft des
festen Lagers, eine Gruppensteuereinrichtung (76)
zum Empfang eines Signals, das die Stellung des
Spiegelteleskops anzeigt, und zum Erzeugen entsprechender
Signale, die eine optimale axiale Kraft angeben,
eine Rückführeinrichtung (82) zum Empfang eines Belastungssignals
von der feststehenden Kraftmeßdose
und zum Errechnen einer zusätzlichen Axialkraft, die
von den Betätigungsgliedern hervorgerufen wird, sowie
zum Hinzufügen von Informationen bezüglich der zusätzlichen
Axialkraft zu den Befehlen, die von der Gruppensteuereinrichtung
erzeugt sind, und mehrere Steuereinrichtungen (74)
zum Empfangen der Signale von den Kraftmeßdosen
der zugehörigen Betätigungsglieder, zum Empfangen
der Befehle von der Gruppensteuereinrichtung und zum
Steuern der jeweiligen Betätigungsglieder, damit die
axiale Abstützung auf die optimale Axialkraft einstellbar
ist.
17. Spiegelstützsystem nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die festen Lager (78) an drei Punkten vorgesehen
sind.
18. Spiegelstützsystem nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückführeinrichtung (82) die zusätzliche Axialkraft
errechnet, indem die zusätzliche Axialkraft in
drei Komponenten zerlegt wird: eine gleichförmige Komponente,
eine Komponente mit einem ersten gleichförmigen
Gradienten bezüglich der Ebene des Spiegels und
eine Komponente mit einem zweiten gleichförmigen Gradienten
bezüglich der Ebene des Spiegels, wobei der
zweite gleichförmige Gradient senkrecht zu der Richtung
des ersten Gradienten verläuft.
19. Spiegelstützsystem nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückführeinrichtung (82) die zusätzliche Axialkraft
errechnet, indem die zusätzliche Axialkraft in
drei Teile zerlegt wird, die auf drei Abschnitte des
Spiegels aufzubringen sind.
20. Spiegelstützsystem nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweiligen Betätigungsglieder einen Hebel (2)
mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei
der Hebel im wesentlichen parallel zu der Achse des
Teleskops angeordnet ist, ein Gegengewicht (3), das
an dem ersten Ende des Hebels befestigt ist, einen
ersten Gleitmechanismus (7), der verschieblich in der
Spiegelzelle (4) befestigt ist, eine erste Kardaneinrichtung (6),
die in den ersten Gleitmechanismus
eingebaut und an einem Zwischenpunkt des Hebels befestigt
ist, damit der Hebel in unterschiedlichen Winkeln
gegenüber dem ersten Gleitmechanismus schwenken
kann, eine Kraftmeßdose (10, 38), die fest an dem
Spiegel angebracht ist, eine Einrichtung zum Koppeln
des zweiten Endes des Hebels mit dem Spiegel und der
Kraftmeßdose, so daß der Hebel eine Axialkraft auf
die Kraftmeßdose und eine Radialkraft auf den Spiegel
ausüben kann, und einen Antriebsmechanismus (9) aufweisen,
der in die Spiegelzelle eingebaut ist, um den
ersten Gleitmechanismus im wesentlichen parallel zu
der Achse des Teleskops zu verschieben.
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DE3908430A1 (de) | 1989-09-28 |
US5115351A (en) | 1992-05-19 |
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