ITVR20100170A1 - Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio o di un radiotelescopio. - Google Patents

Description

TITOLO: SISTEMA DI SUPPORTO E MOVIMENTAZIONE DELLA CELLA DELLO SPECCHIO PRINCIPALE DI UN TELESCOPIO O DI UN RADIOTELESCOPIO

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio o di un radiotelescopio, insieme alle parti ad essa solidali, che consente di sostenerla rigidamente e di realizzarne con precisione il posizionamento e la movimentazione continua.

Sono molti i requisiti di un sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale, e che riguardano in primo luogo la sicurezza per le persone e per le cose, le sue prestazioni, il mantenimento delle prestazioni nel tempo nelle condizioni ambientali e operative previste, e infine il contenimento del costo di costruzione e operativo.

In termini di prestazioni ad un sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio ci sono principalmente tre requisiti.

E’ richiesto che esso sia sufficientemente rigido, ovvero che in condizioni statiche mantenga l'orientamento delia cella con rigidità in tutte le direzioni in modo che le frequenze proprie di oscillazione siano sufficientemente alte.

E’ richiesto che esso posizioni la cella dello specchio con precisione secondo due gradi di libertà, consentendo di puntare un oggetto nel cielo posto all’interno dell'angolo solido, con sufficiente rapidità e che lo ottenga con la precisione richiesta, essendo idealmente tale angolo solido pari alla metà dell’angolo solido totale e che ha come asse di simmetria la retta verticale. In realtà l’angolo solido osservabile può essere limitato in alcune parti a seconda del tipo di sistema di movimentazione e supporto, ovvero, come viene più comunemente definito, a seconda dei tipo di montatura. In realtà l’angolo solido effettivamente osservabile è limitato nella parte vicina all’orizzonte in quanto la qualità dell'immagine viene ridota a causa delle aberrazioni introdote dall’atmosfera.

E’ richiesto infine che esso insegua con precisione, ovvero che dopo aver puntato l’oggeto esso lo mantenga fisso nel piano focale con la precisione richiesta.

Esistono diversi sistemi di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale e di tute le parti ad essa solidali, e che comprendono in particolare gli altri specchi insiemi ai relativi sistemi di supporto. Esiste un sistema di supporto e movimentazione della cella, denominato di tipo equatoriale, la montatura alt-alt e la montatura alt azimutale, ciascuna con le loro peculiarità. Ad esempio la montatura altazimutale e la montatura equatoriale presentano la limitazione di non poter osservare all’interno di un angolo denominato cono d’ombra che ha l’asse parallelo all’asse equatoriale per la montatura equatoriale, e all’asse azimutale per la montatura alt azimutale.

Ciascun tipo di montatura è caraterizzata da altri vantaggi e svantaggi che sono ben noti, ma l’inconveniente principale che esse presentano è l’elevato costo, anche per telescopi aventi un piccolo diametro di specchio.

Esistono montature a basso costo, ma esse hanno l’inconveniente di non consentire il raggiungimento di prestazioni sufficientemente elevate. Scopo principale dei presente trovato è quello di realizzare un sistema di supporto e movimentazione a basso costo pur consentendo il raggiungimento di buone prestazioni sia in termini di rigidità, di puntamento e di inseguimento.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di non presentare alcun cono d’ombra, ovvero di poter osservare e inseguire tutto l’angolo solido al di sopra di un angolo minimo di elevazione, avendo denominato con questo termine l’angolo formato tra la direzione di puntamento e il piano orizzontale.

Ulteriore scopo è quello di consentire la realizzazione di piccoli telescopi o radiotelescopi facilmente trasportabili e quindi nei quali tutto il sistema di montatura si possa agevolmente smontare trasportare e rimontare. Alla cella dello specchio principale sono fissati altri specchi e strumenti che consentono di ricavare l’immagine di una parte del cielo, per cui il sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale, di fatto supporta e movimenta anche gli altri specchi e gli strumenti ad esso solidali.

Questi scopi, ed altri che risulteranno dalla descrizione che segue sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale che definiamo montatura cardanica, caratterizzato dal fatto che:

- la cella è vincolata in quattro dei suoi gradi di libertà mediante un giunto cardanico principale applicato alla cella, che impedisce le tre traslazioni e la rotazione della cella in relazione ad una struttura ancorata al basamento,

- la cella è vincolata ad orientarsi secondo i due restanti gradi di libertà per mezzo di due attuatori,

- la misura dei due angoli di orientamento della cella è ottenuta con due trasduttori applicati direttamente agli assi del giunto cardanico principale.

Tali due attuatori possono essere costituiti da due attuatori lineari che si interpongono tra il basamento e la cella oppure da due attuatori rotativi applicati direttamente agli assi principali del cardano principale.

La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in alcune preferite forme di pratica realizzazione riportate a scopo puramente esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle allegate tavole di disegni, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente una vista in prospettiva della montatura cardanica con attuatori lineari,

la figura 2 mostra schematicamente una vista frontale del sistema di supporto e movimentazione quando la cella è orientata a fine corsa verso sinistra,

la figura 3 mostra schematicamente una vista frontale del sistema di supporto e movimentazione quando la cella è orientata a fine corsa verso destra,

la figura 4 mostra schematicamente una vista laterale del sistema di supporto e movimentazione quando la cella è orientata a fine corsa verso sinistra,

la figura 5 mostra schematicamente una vista laterale del sistema di supporto e movimentazione quando la cella è orientata a fine corsa verso destra,

la figura 6 mostra schematicamente i due trasduttori applicati al giunto cardanico principale.

la figura 7 mostra schematicamente un attuatore con i suoi due giunti cardanici.

la figura 8 mostra schematicamente una soluzione per ampliare il campo angolare di movimentazione.

la figura 9 mostra schematicamente la soluzione di montatura cardanica con azionamento mediante attuatori rotativi applicati al giunto cardanico principale.

La figura 1 mostra la cella dello specchio primario 10, solidale con le altre parti meccaniche ed ottiche 11 di cui fanno parte le aste di supporto dello specchio secondario, essendo detta cella vincolata alla parte mobile del giunto cardanico 12 la cui parte fissa è solidale con il montante 13 fissato al basamento 14. La cella dello specchio primario è supportata e movimentata da due attuatori lineari 15 e 18 ancorati alla cella rispettivamente mediante i giunti cardanici 17 e 20, e alla fondazione 14 rispettivamente mediante i giunti cardanici 16 e 19.

La figura mostra anche i due contrappesi 21 e 24 resi solidali alla cella rispettivamente mediante i bracci 22 e 25 fissati alla cella con le flange 23 e 26.

La figura 2 mostra la cella dello specchio primario 10 vista da un lato quando i due attuatori lineari 15 e 18 hanno la massima estensione per cui la cella assume il minimo angolo verso sinistra in relazione al piano orizzontale.

La figura 3 mostra la cella quando i due attuatori lineari 15 e 18 hanno la minima estensione per cui la cella assume il minimo angolo in relazione al piano orizzontale verso destra.

Le due figure mostrano anche i due contrappesi 21 e 24 resi solidali alla cella rispettivamente mediante i bracci 22 e 25 fissati alla cella con le rispettive flange che li fissano alla cella.

La contrappesa tura della cella è realizzata mediante due contrappesi per evitare interferenze con la colonna.

La figura 4 mostra la cella dello specchio primario 10 vista dalla parte opposta del montante 13 quando l’attuatore lineare 15 ha la minima estensione e l’attuatore lineare 18 ha la massima estensione per cui la cella assume la minima angolazione verso sinistra in relazione al piano orizzontale.

La figura 5 mostra la situazione opposta quando la cella dello specchio primario 10 vista dalla parte opposta del montante 13, quando l’attuatore lineare 15 ha la massima estensione e l’attuatore lineare 18 ha la minima estensione per cui la cella assume la minima angolazione verso destra in relazione al piano orizzontale.

La figura 6 mostra il giunto cardanico principale 12 fissato alla cella 10 per mezzo delle due nervature 61 nelle quali sono alloggiati i cuscinetti che consentono ia rotazione della cella intorno all’asse a in relazione al corpo del cardano 63, mentre detto corpo del cardano principale può ruotare intorno all’asse b in relazione alle due nervature 64 e 65 che contengono gli alloggiamenti dei cuscinetti relativi.

La figura mostra il trasduttore rotativo 66 che misura l’angolo assunto dal corpo del cardano 63 rotante intorno all’asse b in relazione al montante 13, ed anche il trasduttore rotativo 67 che misura l’angolo assunto dalia cella 10 rotante intorno all’asse a in relazione al corpo del cardano.

La figura 7 mostra una possibile realizzazione dei due attuatori lineari 15 e 18 che è del tipo a chiocciola rotante.

L’attuatore è ancorato alla cella mediante un giunto sferico che può essere costituito da un giunto cardanico 71 che viene rappresentato in figura, al quale è ancorata la vite 72, che può essere del tipo a ricircolo di sfere. Nel caso venga adottata una vite a ricircolo a sfere, essendo essa reversibile, è opportuno prevedere un freno di sicurezza che blocchi la rotazione della vite quando non viene alimentato. La vite è accoppiata alla chiocciola 73, alla quale è fissato l’ingranaggio 74 accoppiato al pignone 75 a sua volta azionato dal motore 76, che porta coassiale il freno dì sicurezza 83.

La chiocciola è supportata dai cuscinetti 79 entro il tubo di supporto 78 il quale è ancorato in relazione al basamento mediante il giunto cardanico 77, che vincola la posizione ma consente a H’attuato re di orientarsi.

La parte fissa del giunto cardanico è fissa alla piastra 80 a sua volta ancorata al basamento 82.

La cella dello specchio primario è vincolata a muoversi solo secondo due gradi di libertà, dato che quattro vincoli sono imposti dal giunto cardanico 12, e dato che tali due gradi di libertà sono resi possibili dalla presenza dei due attuatori 15 e 18. Il fatto che l’asse della cella sia fuori asse in relazione all’asse del cardano determina una traslazione secondo una direzione come si noia osservando ie due figure 2 e 3, ma ciò non comporta alcun problema dato che il telescopio è destinato a puntare oggetti molto lontani, ed in ogni caso il fuori asse può essere modellato.

Esiste un limite all’angolazione che la cella può assumere in relazione ai piano orizzontale che può essere stimato vicino a 20° per cui dalla posizione allo zenith la cella può avere una escursione di circa 70° in tutte le direzioni. Questo non rappresenta una limitazione per la maggior parte delle applicazioni.

Risulta chiaro dalle precedenti figure che esiste un limite alla corsa angolare della cella quando essa punta in direzioni vicine all’orizzonte, dato che vicino a tale condizione vengono a ridursi i bracci di leva degli attuatori in relazione al cardano principale e in relazione a loro stessi. Considerati i due cardani degli attuatori e il cardano principale alla stessa distanza dal fondo della cella e posta d la distanza tra i cardani degli attuatori e il cardano principale, come si può vedere dalle figure 2, e 3 il braccio degli attuatori diventa aH’incirca pari a d<*>sena con a angolo tra l’asse ottico e il piano orizzontale. Analogamente avviene nell’altra direzione osservando le figure 4 e 5,

La figura 8 mostra schematicamente una soluzione applicabile a! presente trovato e che consente di ampliare il campo angolare di movimentazione della cella che può puntare praticamente all’orizzonte. La figura mostra l’esempio di un dispositivo per ampliare l’angolo di movimentazione, nei quale un motore 81 realizza la rotazione del corpo 82 mediante un accoppiamento pignone 83 e corona 84 solidale con detto corpo al quale è fissata la cerniera 85 che si collega al cardano 17 collegato all’attuatore 15.

La figura mostra con tratto discontinuo la posizione 86 che viene ad assumere la cerniera nella posizione opposta che è più vicina alla base della cella.

Quando la cella è orientata verso sinistra, come rappresentata in figura 2, il posizionatore della cerniera alla quale è fissato il cardano viene portato nella posizione 85 di figura per allontanarla dalla base della cella, mentre quando la cella è orientata verso destra, come rappresentata in figura 3, il posizionatore della cerniera del cardano viene movimentato nella posizione 86 per avvicinarlo alla base della cella, e ciò aumentando il braccio di leva degli attuatori.

Quando invece la cella è orientata nell’altra direzione come mostrato dalla figura 4 la cerniera che supporta il giunto cardanico dell’attuatore di sinistra verrà posizionato nella posizione più lontana alla base della celia mentre l’attuatore di destra verrà posizionato nella posizione più vicina alla base della cella. L’opposto accadrà neirorientamento della cella rappresentato dalla figura 5.

La cella risulta essere bilanciata dai due contrappesi 21 e 24 che sono posti ad opportuna distanza in modo da non interferire con il montante quando la cella viene movimentata ad assume gli orientamenti consentiti.

La figura 9 mostra schematicamente la montatura cardanica nella quale i motori di azionamento dei due assi sono applicati direttamente agli assi del giunto cardanico principale. Questa soluzione è adatta ad aumentare gli angoli di rotazione dei due assi e allo stesso tempo è meno ingombrante di quella che adotta attuatori lineari, anche se è un po’ meno rigida.

La figura mostra i motori 90 e 91 applicati rispettivamente agli assi a e b, ai quali sono applicati anche i trasduttori rotativi 66 e 67.

Ai due assi sono anche rigidamente collegati i freni di sicurezza 92 e 93 che impediscono ogni movimento quando i motori non sono alimentati, o comunque in tutte le condizioni che richiedano un loro intervento per ragioni di sicurezza. Anche questa soluzione di azionamento è dotata dei due contrappesi 21 e 24, che non interferiscono con la colonna di supporto del giunto cardanico principale in quanto esso è applicato fuori asse.

La presente invenzione è stata illustrata e descritta in alcune sue preferite forme di realizzazione, ma si intende che varianti esecutive potranno ad esse in pratica apportarsi, senza peraltro uscire dall'ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale.

Claims (5)

1. TITOLO: SISTEMA DI SUPPORTO E MOVIMENTAZIONE DELLA CELLA DELLO SPECCHIO PRINCIPALE DI UN TELESCOPIO O DI UN RADIOTELESCOPIO R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio o di un radiotelescopio, caratterizzato dal fatto che: - la cella è vincolata in quattro dei suoi gradi di libertà mediante un giunto cardanico principale applicato alla cella, che impedisce le tre traslazioni e una rotazione delia cella in relazione ad una struttura ancorata al basamento, - la celia è vincolata ad orientarsi secondo i due restanti gradi di libertà per mezzo di due attuatori, - la misura dei due angoli di orientamento della cella è ottenuta con due trasduttori rotativi che sono applicati direttamente agli assi del giunto cardanico principale.
2. 2. Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che la cella è contrappesata mediante due contrappesi disposti simmetricamente ad essa.
3. 3. Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che la movimentazione di orientamento secondo i due assi è ottenuta mediante due attuatori lineari che agiscono tra il basamento e la cella mediante giunti cardanici che collegano gli attuatori alla cella dello specchio principale.
4. 4. Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che ì cardani dei due attuatori lineari che sono fissati alla cella sono azionati da motorizzazioni che consentono a tali cardani di assumere distanze diverse dalla base della cella.
5. 5. Sistema di supporto e movimentazione della cella dello specchio principale di un telescopio secondo le precedenti rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dal fatto che la movimentazione secondo i due assi è ottenuta mediante motori che pongono direttamente in rotazione i due assi del giunto cardanico principale applicato alla cella.