用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種精確的鏡面位置調(diào)整裝置，具體涉及一種高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)。主要應(yīng)用于天文望遠鏡副鏡位置的調(diào)整。
【背景技術(shù)】
[0002]天文望遠鏡在裝調(diào)和觀測過程中，主副鏡相對位置的變化需要通過五自由度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)整，目前一般采用傳統(tǒng)的五自由度調(diào)節(jié)機構(gòu)或采用“六桿機構(gòu)”。傳統(tǒng)的五自由度調(diào)節(jié)機構(gòu)一般由一個帶球頭的中心軸與鏡面相連，鏡面在中心軸的球頭端可以相對轉(zhuǎn)動，鏡面以球頭為中心的轉(zhuǎn)動，由三個電機控制，實現(xiàn)鏡面的兩個轉(zhuǎn)動自由度。同時，由于中心軸為一精密花鍵結(jié)構(gòu)，從而限制鏡面相對其軸方向的轉(zhuǎn)動，即鏡面不具備繞Z軸轉(zhuǎn)動的自由度。中心軸的另一端為滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，通過電機控制可以實現(xiàn)鏡面的軸向平動(Z向)，而其余的兩個平動自由度(Χ、γ向)通過兩個電機與直線導(dǎo)軌組合進行調(diào)整，最終實現(xiàn)副鏡系統(tǒng)的五維調(diào)節(jié)功能。傳統(tǒng)五維調(diào)節(jié)機構(gòu)的主要缺點是:其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸較大，從承載能力與其自身質(zhì)量的比值來看，其值相對較小，即相對承載能力較小?！傲鶙U機構(gòu)”是一種典型的并聯(lián)機構(gòu)，一般情況下由上、下平臺以及連接上、下平臺的桿組成。上平臺為末端執(zhí)行機構(gòu)，稱為動平臺，下平臺固定不動，稱為定平臺?！傲鶙U機構(gòu)”由六根(或四根或三根等)桿通過球鉸、球銷鉸、虎克鉸或其它特別設(shè)計的聯(lián)接副與動平臺(或主軸頭部件)和定平臺相聯(lián)，組成剛度很高的框架結(jié)構(gòu)。缺點是:其控制較為復(fù)雜，要實現(xiàn)任一自由度的運動均要通過六桿的協(xié)調(diào)工作，對每根桿運動行程及速度的計算要求非常高。因此，運動中的微小誤差均可能導(dǎo)致機構(gòu)卡死。目前，美國PI公司所生產(chǎn)的六桿機構(gòu)價格極其昂貴，而中國自行研制的六桿機構(gòu)技術(shù)還不十分成熟。
[0003]望遠鏡結(jié)構(gòu)零件在加工及安裝過程中所累積的誤差會引起望遠鏡主鏡及副鏡相對位置偏差，從而影響望遠鏡的成像質(zhì)量，在望遠鏡裝調(diào)過程中，如副鏡與主鏡的光軸不重合，將會在成像時產(chǎn)生慧差，而副鏡與主鏡間軸向距離誤差將會使望遠鏡成像時存在較大的球差。天文望遠鏡在觀測跟蹤星體時，在重力作用下，鏡筒隨高度角的變化發(fā)生有規(guī)律的變形，引起主副鏡相對位置的變化，同樣會造成光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量變差，并影響望遠鏡的指向和跟蹤精度。因此，副鏡支撐系統(tǒng)應(yīng)具備五自由度的調(diào)節(jié)功能，即三個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度。調(diào)整副鏡空間位置，使其光軸與主鏡重合，同時保證副鏡與主鏡間的相對距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過一套簡單的機構(gòu)實現(xiàn)天文望遠鏡副鏡位置五維調(diào)節(jié)功能，本發(fā)明能夠克服傳統(tǒng)五維調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不足，又能夠避免傳統(tǒng)“六桿機構(gòu)”控制難度高、產(chǎn)品技術(shù)尚不成熟、價格較高等不足;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，鏡面在各自由度方向上的調(diào)節(jié)過程中不會出現(xiàn)間隙或空回現(xiàn)象。對天文望遠鏡副鏡位置能夠進行高精度的控制。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)機構(gòu)，其特征在于，自下而上地設(shè)有:底板1、底板I1、底板III;其中底板I與望遠鏡機架相連，所述底板I與底板II之間，由一組X向彈性片固定聯(lián)接，并設(shè)有X向直線電機;所述底板II與底板III之間，由一組Y向彈性片固定聯(lián)接，并設(shè)有Y向直線電機;所述底板III的上面通過位移促動器1、位移促動器II與位移促動器III設(shè)置有鏡面安裝板(頂板)；望遠鏡的副鏡安裝在該鏡面安裝板(頂板)上。
[0006]以上方案中，所述的“X向彈性片”是指，該組彈性片的厚度方向為X向；同樣，所述的“Y向彈性片”是指，該組彈性片的厚度方向為Y向。
[0007]所述X向彈性片或Y向彈性片一般為四片或更多構(gòu)成一組，在實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)支撐的同時，利用彈性片在厚度方向上剛度較小，而在其他自由度方向上剛度較高的特點實現(xiàn)鏡面沿徑向的平動。所述的鏡面徑向平動是利用了彈性板沿厚度方向上的彎曲變形。
[0008]所述同一組彈性片尺寸完全相同，安裝時各彈性片互相平行。用一組彈性片實現(xiàn)直線導(dǎo)軌的功能;所述彈性片其在長度方向上的尺寸遠大于其厚度。
[0009]所述的鏡面安裝板(頂板)，可以采用三角形，位移促動器1、位移促動器II與位移促動器III分別設(shè)置在三個角上。
[0010]以上方案的進一步改進，可以在所述底板III的上面通過三個彈性鋼板連接桿固定一片薄型彈性鋼板;該薄型彈性鋼板設(shè)置在所述鏡面安裝板(頂板)的下面;所述的薄型彈性鋼板安裝方向與鏡面軸向垂直，限制鏡面繞其軸向的轉(zhuǎn)動，但對鏡面在其余自由度方向的限制很小。所述的薄型彈性鋼板可以控制鏡面轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動中心在該薄型彈性鋼板上。
[0011]換個角度說:本發(fā)明用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)機構(gòu)，該五維調(diào)節(jié)機構(gòu)底板與望遠鏡機架相連，頂板用于望遠鏡副鏡的安裝。所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)鏡面沿徑向的平動(包括X向、Y向)是通過彈性片沿厚度方向上的彎曲變形完成;所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)鏡面沿軸向的平動自由度(Z向)是通過調(diào)整三個位移促動器同步工作完成;所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)鏡面的兩個方向的轉(zhuǎn)動自由度(繞X軸轉(zhuǎn)動及繞Y軸轉(zhuǎn)動)也是通過三個位移促動器協(xié)調(diào)工作進行;所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)利用薄型彈性鋼板限制鏡面繞Z軸的轉(zhuǎn)動。
[0012]所述的用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，主要由兩組彈性片、兩個直線電機、三個微位移促動器、一個薄型彈性鋼板及其他結(jié)構(gòu)件組成。
[0013]所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，其實現(xiàn)沿鏡面徑向(X向或Y向)位置調(diào)整由一個高精度直線電機驅(qū)動，使得在該方向上的一組彈性片沿其厚度方向上產(chǎn)生彎曲變形；
所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，其實現(xiàn)沿鏡面徑向(X向或Y向)位置調(diào)整利用了彈性片在材料屈服強度范圍內(nèi)，彎曲變形較大的特點；
所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，其實現(xiàn)沿鏡面徑向(X向或Y向)的位置調(diào)整時，利用彈性片在其厚度方向上的剛度較低，而在彈性片寬度方向上剛性較高，從而實現(xiàn)鏡面僅在彈性片厚度方向上產(chǎn)生位移，而其余平動自由度方向上影響較??；
所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，其實現(xiàn)鏡面沿軸向(Z向)移動或繞徑向轉(zhuǎn)動(繞X軸或繞Y軸)由三個位移促動器協(xié)調(diào)驅(qū)動；
所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，為防止鏡面繞其軸向轉(zhuǎn)動，由一薄型彈性鋼板固定。
[0014]本發(fā)明是一種用于天文望遠鏡副鏡位置控制的高精度五維調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其方案有以下技術(shù)關(guān)鍵:
1.所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)鏡面沿徑向(X向或Y向)的位置調(diào)整時，相對運動的結(jié)構(gòu)件間連接采用一組彈性片，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；
2.所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，鏡面沿徑向(X向或Y向)調(diào)整時，相對運動結(jié)構(gòu)件間連接彈性片安裝應(yīng)相互平行，同一組彈性片中各彈性片的變形完全相同；
3.所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)沿鏡面軸向(Z向)移動或繞徑向(繞X軸或繞Y軸)轉(zhuǎn)動時，由三個高精度位移促動器直接驅(qū)動；
4.所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)沿鏡面軸向(Z向)移動或繞徑向(繞X軸或繞Y軸)轉(zhuǎn)動時，相對運動結(jié)構(gòu)件間的連接增加一個薄型彈性鋼板，該薄型彈性鋼板可以實現(xiàn)傳統(tǒng)五維調(diào)節(jié)機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動球頭和花鍵結(jié)構(gòu)的功能。
[0015]本發(fā)明的特點是:
1.所述的高精度五維調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)鏡面徑向(X向或Y向)平動時，相對運動的結(jié)構(gòu)件采用彈性片進行連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，使得其結(jié)構(gòu)變得簡單，同時實現(xiàn)連接的無間隙、無需潤滑、無相對滑動的摩擦力等，更可實現(xiàn)在空間望遠鏡上的應(yīng)用；
2.所述的高精