DE4241680A1 - Hexapod-Montierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hexapod-Montierung mit Tragring und sechs an diesem kardanisch angelenkten, durch eine Steuerung längenveränderbaren Beinen, die andererseits an einem Basisgestell kardanisch angelenkt sind, insbesondere für Teleskope.

Aus den VDI-Nachrichten Nr. 51/52 vom 26.12.1990, Seite 18, ist ein Hexapod-Teleskop mit einer sechs Beine und einen Tragring für die Spiegelhalterung aufweisenden Montierung bekannt. In den Beinen sind auf Zug und Druck beanspruchbar mechanische Spindeln eingebaut, die eine mikrometergenaue Einstellung der geometrisch bzw. kinematisch wirksamen Länge der Beine ermöglichen. Bei entsprechender Steuerung können alle sechs Bewegungsfreiheitsgrade im Raum verwirklicht werden. Insbesondere ist gegenüber anderen Montierungen mit nur zwei Schwenkachsen bei der Hexapod-Montierung auch eine Drehung des Teleskopspiegels um die eigene Achse - bei senkrechter Ausrichtung um die Azimutachse - möglich. Bei der bekannten Hexapod-Montierung sind die Beine mit ihrem Ende an einer Basis angelenkt. Bei einer maximalen Zenitdistanz von z. B. 70°, d. h. einer Neigung der Hochachse des Teleskops um 70° gegenüber der Azimutachse, ergeben sich sehr große Beinlängen auf der einen Seite und sehr kurze Beinlängen auf der anderen Seite. Außerdem ergeben sich dabei sehr große Schwenkwinkel der Beine aus ihrer ursprünglichen Lage bzw. sehr kleine Winkel zwischen den Beinachsen und der Ebene des Tragrahmens des Teleskops.

Die großen Beinlängen führen zu einer entsprechend großen Empfindlichkeit gegenüber Querlasten, z. B. Wind, die zu einer Durchbiegung der Beinachsen und damit zu einem Verklemmen des betreffenden Spindelantriebs führen kann. Die geringen Winkel zwischen den Beinachsen und der Ebene des Tragrings führen zu außergewöhnlichen Schwierigkeiten bei der Ausbildung der am Tragring des Teleskops angeordneten Kardangelenke, die nur für begrenzte Schwenkwinkel mit der notwendigen Steifigkeit ausgelegt werden können.

Desgleichen ergeben sich bei den übergroßen Schwenk­ winkeln zusätzliche Belastungen durch das Biegemoment des schräg gestellten Teleskops, die wiederum zu möglichen Verformungen führen und große Antriebsleistungen erforderlich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden, zumindest aber merklich zu mindern, und die Hexapod-Montierung insbesondere dahingehend zu verbessern, daß die Anlenkung der Beine vereinfacht und die Beinkräfte reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerung zur Längenveränderbarkeit der Beine beim Neigen der Symmetrieachse des Tragrings aus der Azimutachse um einen Drehpunkt eine gleichzeitige Bewegung des Drehpunkts mit waagerechter Komponente, insbesondere in rein waagerechter Richtung, d. h. senkrecht zur Azimutachse, von der Azimutachse weg überlagert.

Der angesprochene Drehpunkt kann im Falle eines Teleskops z. B. der Fokuspunkt sein. Durch die simultane waagerechte Verschiebung des Drehpunkts werden die Beine an der kardanischen Anlenkung am Basisgestell zwar gegenüber einem unverschobenen Drehpunkt stärker geschwenkt bzw. geneigt, dafür ergeben sich aber bei den oberen kardanischen Anlenkungen der Beine am Tragring geringere relative Winkel der Beinachsen gegenüber jeweils der bei gestreckter Lage der Montierung eingenommenen Achse durch die Anlenkung. Damit können auch bei größeren Neigungswinkeln des Tragrings noch stabile Kardananlenkungen verwirklicht werden. Gleichzeitig ergeben sich infolge der geringeren relativen Winkel an den oberen Kardananlenkungen geringere Belastungen durch den geneigten Tragring und die an ihm befestigten Aufbauten in den Beinen.

Eine weitere Verbesserung der Winkelverhältnisse ergibt sich dadurch, daß die kardanische Anlenkung der Beine an dem Basisgestell an einem Punkt erfolgt, der zwischen dem unteren Ende der Beine und der oberen kardanischen Anlenkung liegt.

Sofern bei dieser Anlenkung der Antriebsmotor für den Spindelantrieb an dem unteren, freien Ende der Beine angeordnet ist, ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Masse der Antriebsmotoren als Gegengewicht die Spindelmutter weitgehend querkraft- und momentenfrei hält. Damit wird ein einwandfreies Arbeiten des Spindelantriebs der Beine erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Teleskop auf einer Hexapod-Montierung in der Seitenansicht,

Fig. 2 das Teleskop mit zum Zenit ausgerichteter und geneigter Achse in vereinfachter Darstellung der Hexapod-Montierung und

Fig. 3 eine Gegenüberstellung zweier Hexapod-Montierungen für ein Teleskop in vereinfachter Darstellung.

Die Hexapod-Montierung 10 der Anordnung gemäß Fig. 1 besteht aus einem Basis- oder Grundgestell 11, sechs längenveränderbaren Beinen 12 . . . 17 und einem Tragring 18.

Auf dem Tragring 18 ist eine Spiegelzelle 19 befestigt, an der wiederum ein Empfänger 20, ein Parabolspiegel 21, ein Blendrohr 22 und die Stützbeine 23 für einen Subreflektor 24 befestigt sind. Der Fokuspunkt des optischen Systems ist mit 25 bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden von der Montierung 10 die vorgenannten Bestandteile 20 . . . 24 eines Spiegelteleskops getragen. Die Hexapod-Montierung ist aber in gleichem Maße für Radar- und Spiegelantennen, Tubusgeräte, Meßeinrichtungen, usw. verwendbar.

Die längenverstellbaren Beine 12 . . . 17 weisen einen Spindelantrieb auf. Dieser besteht aus einer von Schutzrohren umgebenen Spindel 26 und einem Gehäuse 27, in dem am oberen Ende eine drehbar gelagerte Mutter 28 und am unteren Ende ein Drehantrieb 29 als eigentlicher Spindelantrieb angeordnet ist.

Die Spindel 26 ist mit ihrem oberen Ende über ein Kardangelenk 31 am Tragring 18 angelenkt. Das Kardangelenk erlaubt zwar eine Schwenkbewegung der Spindel 26 um einen in bezug auf den Tragring 18 festen Punkt innerhalb eines gewissen Bereichs, verhindert aber eine Drehung der Spindel 26 um ihre eigene Achse.

Die Mutter 28 dient zur Aufnahme der Spindel 26. Sie wird von dem Drehantrieb 29, in kleinsten Winkelschritten steuerbar, gedreht und bewirkt eine axiale Relativbewegung zwischen sich bzw. dem Gehäuse 27 und der Spindel 26 und damit eine Längenveränderbarkeit bzw. -einstellbarkeit der kinematisch wirksamen Länge der Beine 12 . . . 17.

Die Gehäuse 27 der Beine 12 . . . 17 sind in ihrem unteren Bereich oberhalb der Drehantriebe 29 über je eine weitere kardanische Anlenkung 32 im Basisgestell 11 gelagert. Dadurch ergeben sich relativ kurze wirksame kinematische Längen der Beine.

In Fig. 2 ist die gesamte Anordnung in einer Zusammenschau in gestreckter Lage mit zum Zenit ausgerichteter Symmetrieachse 33 des Tragrings 18 bzw. der optischen Achse des Teleskops und mit um eine Azimutabweichung von ca. 60° geneigter Symmetrieachse bzw. optischer Achse 33 dargestellt. Zur Vereinfachung sind von den insgesamt sechs Beinen 12 . . . 17 in Fig. 2 lediglich die Beine 12 und 15 dargestellt.

Das Neigen der Achse 33 bzw. ihr Ausschwenken aus der Azimutachse A erfolgt um den Drehpunkt 34. Dazu wird die Spindel 26 des Beines 12 aus einer mittleren Stellung bzw. relativen Höhe aus dem Gehäuse 27 ausgefahren, während die Spindel des Beines 15 eingefahren wird. Bei den in Fig. 2 nicht dargestellten Beinen 13, 14, 16, 17 werden entsprechende Relativbewegungen der Spindeln gegenüber dem Gehäuse von der Steuerung eingestellt. Die Steuerung der Relativbewegung bzw. -stellung der Spindeln 26 gegenüber den Gehäusen 27 der Beine 12 . . . 17 wird noch dahingehend abgeändert, daß der Neigung der Symmetrieachse 33 um den Drehpunkt 34 eine waagerechte Bewegung dieses Drehpunkts überlagert wird. So weist der Drehpunkt 34 in der geneigten Stellung der Symmetrieachse 33 einen Abstand von der ursprünglichen Azimutachse A auf.

Daneben ermöglicht die Steuerung der Längenveränderbarkeit der Beine 12 . . . 17 auch eine senkrechte Verschiebung des optischen Systems (Parabolspiegel 21, . . . ) in Richtung der Azimutachse A. Dies wird bei senkrechter Ausrichtung durch ein gleichmäßiges Drehen der Drehantriebe 29 bewirkt.

Eine Steuerung zur Veränderung der Beinlängen einer Hexapod-Montierung ist z. B. in der Veröffentlichung "Simulators VI", The Society for Computer Simulation International, 1989, ISBN 0-911801-51-0 (10 Seiten) offenbart.

In Fig. 3 ist noch einmal in vereinfachter Darstellung gegenübergestellt - links - ein Teleskop auf einer Hexapod-Montierung 10′ mit langen Beinen 12′, . . . und festem Drehpunkt des Teleskops und - rechts - ein Teleskop auf einer Hexapod-Montierung 10 mit kürzeren bzw. kürzer angelenkten Beinen mit gleichzeitig mit der Drehung erfolgender linearer Verschiebung des Drehpunkts. In beiden Fällen ist der Drehpunkt in den Fokuspunkt 25 gelegt. Die Darstellung zeigt deutlich die eingangs beschriebenen Winkelverhältnisse zwischen den Beinen und dem Tragring.

Claims (4)

1. Hexapod-Montierung mit Tragring und sechs an diesem kardanisch angelenkten, durch eine Steuerung längenveränderbaren Beinen, die andererseits an einem Basisgestell kardanisch angelenkt sind, insbesondere für Teleskope,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung zur Längenveränderbarkeit der Beine (12 . . . 17) beim Neigen der Symmetrieachse (33) des Tragrings (18) aus der Azimutachse (A) um einen Drehpunkt (34; 25) eine gleichzeitige Bewegung des Drehpunkts (34; 25) mit waagerechter Komponente von der Azimutachse (A) weg überlagert.

2. Hexapod-Montierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt (34; 25) beim Neigen der Symmetrieachse (33) eine rein waagerechte Bewegung ausführt.

3. Hexapod-Montierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kardanische Anlenkung (32) der Beine (12 . . . 17) an dem Basisgestell (11) an einem Punkt erfolgt, der zwischen dem unteren Ende der Beine und der oberen kardanischen Anlenkung (31) liegt.

4. Hexapod-Montierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längenveränderbaren Beine (12 . . . 17) einen Spindelantrieb (26, 28, 29) aufweisen und der Antriebsmotor (29) des Spindelantriebs am unteren, freien Ende der Beine (12 bis 17) angeordnet ist.