本發(fā)明屬于天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像觀測應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種濾光片磁定位更換裝置。

背景技術(shù)：

濾光片定位更換裝置是天文望遠(yuǎn)鏡開展成像觀測時(shí)上載和更換濾光片的配套裝置。國際上新研制的新一代大視場望遠(yuǎn)鏡通常具有直徑3度以上焦平面，物理尺寸在300mm以上，配套濾光片直徑大，重量在5kg以上。主焦型望遠(yuǎn)鏡(如圖3所示)相對擋光面積小，而成為大視場望遠(yuǎn)鏡的主要方案之一。由于濾光片裝置物理尺寸大，如何在主焦相機(jī)上安裝濾光片上載和更換裝置的同時(shí)，不增加望遠(yuǎn)鏡光路上的遮擋面積，同時(shí)還要綜合考慮擋光、機(jī)械尺寸、部件的質(zhì)量，對主焦型大視場望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)和研制是一大技術(shù)挑戰(zhàn)。

光學(xué)望遠(yuǎn)鏡需要裝配多個(gè)濾光片，便于成像觀測時(shí)切換使用。通常情況下，望遠(yuǎn)鏡曝光觀測時(shí)使用一個(gè)濾光片，其他濾光片處在備用狀態(tài)，由濾光片更換裝置固定存放在望遠(yuǎn)鏡鏡筒的內(nèi)側(cè)。為保證濾光片工作時(shí)的光學(xué)精度，現(xiàn)有濾光片的機(jī)械支撐構(gòu)件通常都比較堅(jiān)固(濾光片運(yùn)行狀態(tài)和工作狀態(tài)都使用同一個(gè)機(jī)械支撐構(gòu)件)，從而造成構(gòu)件的尺寸和重量都比較大，難以滿足實(shí)際需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

考慮到在望遠(yuǎn)鏡光路中安放濾光片時(shí)需要精確的定位和高穩(wěn)定性，而轉(zhuǎn)移和備用存放濾光片過程沒有高精度定位的需求，本發(fā)明提供了一種濾光片磁定位更換裝置，采用新型磁定位系統(tǒng)，應(yīng)用到大視場望遠(yuǎn)鏡焦面裝置中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間小、定位精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：

一種濾光片磁定位更換裝置，所述裝置安裝于主焦型望遠(yuǎn)鏡鏡筒內(nèi)，包括濾光片存放位置、滑軌、濾光片支撐裝置、濾光片定位裝置；所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝濾光片存放位置，滑軌，二者呈一條直線，濾光片支撐裝置平行安裝在鏡筒內(nèi)壁上且通過滑軌進(jìn)行固定及轉(zhuǎn)移；濾光片定位裝置位于相機(jī)前端，與滑軌呈90°角；所述濾光片支撐裝置、濾光片定位裝置大小剛好匹配。

進(jìn)一步地，所述濾光片定位裝置包括第一基座及安裝在第一基座上的可控電磁鐵2，此外第一基座四周還安裝有卡槽。

更進(jìn)一步地，所述第一基座為圓環(huán)形，安裝在第一基座上的可控電磁鐵也為圓環(huán)形，所述卡槽沿著基座圓環(huán)隔一段距離安裝兩個(gè)以上卡槽。優(yōu)選方案：所述卡槽個(gè)數(shù)為4個(gè)，兩兩之間距離相等。

進(jìn)一步地，所述濾光片支撐裝置包括第二基座，濾光片，鐵環(huán)，錐形定位銷，濾光片通過鐵環(huán)固定安裝在第二基座上，此外第二基座四周還安裝有錐形定位銷。

更進(jìn)一步地，所述第二基座為圓環(huán)形，安裝在第二基座上的鐵環(huán)也為圓環(huán)形，所述錐形定位銷沿著基座圓環(huán)隔一段距離安裝兩個(gè)以上錐形定位銷。優(yōu)選方案：所述錐形定位銷個(gè)數(shù)為4個(gè)，兩兩之間距離相等。

進(jìn)一步地，當(dāng)濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置重合后，卡槽與錐形定位銷相互契合固定，以確保其XY方向的定位精度。

進(jìn)一步地，所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝兩個(gè)以上濾光片存放位置，滑軌；兩兩位置之間呈180度角。

更進(jìn)一步地，所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝六個(gè)濾光片存放位置，滑軌，兩兩位置之間呈60度角。

濾光片磁定位更換裝置運(yùn)行過程(如圖3圖4所示)：

1)起始狀態(tài)多個(gè)濾光片都各自處于滑軌前方的濾光片存放位置，所述濾光片都固定安裝于濾光片支撐裝置內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)指令控制，裝置響應(yīng)指令選擇要使用的濾光片，濾光片從存放位置沿滑軌運(yùn)動(dòng)到停止位置(通過濾光片支撐裝置上的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下，濾光片支撐裝置做圓周運(yùn)動(dòng)，將濾光片從水平位置轉(zhuǎn)送到垂直位置，濾光片也隨之旋轉(zhuǎn)90°角，見圖4)，從而轉(zhuǎn)移濾光片至上載工作位置。在這個(gè)狀態(tài)過程中，濾光片定位裝置中可控電磁鐵不通電。

2)當(dāng)濾光片從上載位置接近于工作位置時(shí)，濾光片定位裝置中的可控電磁鐵加百分之百電流而產(chǎn)生百分之百洛倫茲力，吸引濾光片支撐裝置上的鐵環(huán)靠近，引導(dǎo)濾光片向工作位置移動(dòng)，從而使得濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置重合，同時(shí)運(yùn)動(dòng)電機(jī)停機(jī)。在這個(gè)狀態(tài)過程中，由四顆錐形定位銷保證其XY方向的定位精度(濾光片定位裝置上的卡槽與錐形定位稍相契合，見圖1、圖2)，洛倫茲力保持Z方向的精度。計(jì)算機(jī)接收到濾光片到位信號以后，電磁鐵電流降到六分之一以下，開始工作狀態(tài)。這時(shí)，望遠(yuǎn)鏡開始曝光觀測。

3)最后，該濾光片使用結(jié)束后，需要更換新的濾光片，可控電磁鐵釋放，濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置分離，運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)濾光片退回停止位置，再沿滑軌向前移動(dòng)到濾光片存放位置，新的濾光片開始前一個(gè)濾光片的重復(fù)動(dòng)作，完成濾光片更換。

為了配合本發(fā)明裝置工作，還涉及電機(jī)控制，計(jì)算機(jī)指令下達(dá)、指令響應(yīng)等技術(shù)，都是為電控領(lǐng)域公知的技術(shù)手段。

本發(fā)明涉及一種濾光片磁定位更換裝置，考慮到濾光片在轉(zhuǎn)移和備用存放時(shí)，不必高精度定位，通過稍微降低對濾光片在轉(zhuǎn)移過程中穩(wěn)定性要求(可以產(chǎn)生輕微的晃動(dòng))，從而達(dá)到機(jī)械支撐和運(yùn)轉(zhuǎn)部件構(gòu)造簡單緊湊的效果。在濾光片接近觀測上載位置時(shí)，該裝置的創(chuàng)新磁定位系統(tǒng)發(fā)揮作用，濾光片支撐構(gòu)件在電場的洛倫茲力的作用下緊緊固定在上載位置上，并保證其在使用過程中有很高的穩(wěn)定性。在濾光片接近上載位置時(shí)，磁定位系統(tǒng)的電場洛倫茲力強(qiáng)，一旦進(jìn)入定位位置，電場力實(shí)時(shí)減少到六分之一或更小，保證電磁鐵在工作時(shí)產(chǎn)生熱量小，同時(shí)滿足定位精度要求。

該發(fā)明裝置有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1.重量輕。由于我們采用磁定位系統(tǒng)，裝置的重量和尺寸非常小，只有傳統(tǒng)裝置的三分之一，特別適用于主焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的焦面裝置中，使得主焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的焦面裝置的設(shè)計(jì)和加工變得更容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)節(jié)省研制成本和縮短研制周期。

2.發(fā)熱少。該裝置在濾光片工作和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，都不會(huì)產(chǎn)生過大的熱量，這對于主焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡非常重要，是主焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡濾光片定位更換裝置的一個(gè)創(chuàng)新理念。

附圖說明

圖1是本發(fā)明濾光片定位裝置主視圖；

圖2是本發(fā)明濾光片支撐裝置主視圖和左視圖；

圖3是主焦型望遠(yuǎn)鏡及濾光片磁定位更換裝置安裝位置示意圖；

圖4是濾光片支撐裝置在從停止位置到上載位置到工作位置的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；

其中，1-第一基座，2-可控電磁鐵，3-第二基座，4-濾光片，5-鐵環(huán)，6-錐形定位銷，7-存放位置，8-滑軌，9-濾光片支撐裝置，10-濾光片定位裝置，11-起始位置，12-上載位置，13-工作位置，14-卡槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種濾光片磁定位更換裝置，如圖3所示，所述裝置安裝于主焦型望遠(yuǎn)鏡鏡筒內(nèi)，包括濾光片存放位置7、滑軌8、濾光片支撐裝置9、濾光片定位裝置10；所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝濾光片存放位置7，滑軌8，二者呈一條直線，濾光片支撐裝置9平行安裝在鏡筒內(nèi)壁上且通過滑軌8進(jìn)行固定及轉(zhuǎn)移；濾光片定位裝置10位于相機(jī)前端，與滑軌呈90°角；所述濾光片支撐裝置9、濾光片定位裝置10大小剛好匹配。

如圖1所示，所述濾光片定位裝置10包括第一基座1及安裝在第一基座上的可控電磁鐵2，此外第一基座四周還安裝有卡槽14。所述第一基座為圓環(huán)形，安裝在第一基座上的可控電磁鐵也為圓環(huán)形，所述卡槽14沿著基座圓環(huán)隔一段距離安裝兩個(gè)以上卡槽14。如圖所示，優(yōu)選為4個(gè)，兩兩之間距離相等。

如圖2所示，所述濾光片支撐裝置9包括第二基座3，濾光片4，鐵環(huán)5，錐形定位銷6，濾光片4通過鐵環(huán)5固定安裝在第二基座上，此外第二基座四周還安裝有錐形定位銷6。所述第二基座為圓環(huán)形，安裝在第二基座上的鐵環(huán)也為圓環(huán)形，所述錐形定位銷6沿著基座圓環(huán)隔一段距離安裝兩個(gè)以上錐形定位銷6。如圖所示，優(yōu)選為4個(gè)，兩兩之間距離相等。

當(dāng)濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置重合后，卡槽與錐形定位銷相互契合固定，以確保其XY方向的定位精度。

運(yùn)行過程：(如圖3圖4所示)：

1)起始狀態(tài)多個(gè)濾光片都各自處于滑軌前方的濾光片存放位置，所述濾光片都固定安裝于濾光片支撐裝置內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)指令控制，裝置響應(yīng)指令選擇要使用的濾光片，濾光片從存放位置沿滑軌運(yùn)動(dòng)到停止位置(通過濾光片支撐裝置上的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下，濾光片支撐裝置做圓周運(yùn)動(dòng)，將濾光片從水平位置轉(zhuǎn)送到垂直位置，濾光片也隨之旋轉(zhuǎn)90°角，見圖4)，從而轉(zhuǎn)移濾光片至上載工作位置。在這個(gè)狀態(tài)過程中，濾光片定位裝置中可控電磁鐵不通電。

2)當(dāng)濾光片從上載位置接近于工作位置時(shí)，濾光片定位裝置中的可控電磁鐵加百分之百電流而產(chǎn)生百分之百洛倫茲力，吸引濾光片支撐裝置上的鐵環(huán)靠近，引導(dǎo)濾光片向工作位置移動(dòng)，從而使得濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置重合，同時(shí)運(yùn)動(dòng)電機(jī)停機(jī)。在這個(gè)狀態(tài)過程中，由四顆錐形定位銷保證其XY方向的定位精度(濾光片定位裝置上的卡槽與錐形定位稍相契合，見圖1、圖2)，洛倫茲力保持Z方向的精度。計(jì)算機(jī)接收到濾光片到位信號以后，電磁鐵電流降到六分之一以下，開始工作狀態(tài)。這時(shí)，望遠(yuǎn)鏡開始曝光觀測。

3)最后，該濾光片使用結(jié)束后，需要更換新的濾光片，可控電磁鐵釋放，濾光片定位裝置與濾光片支撐裝置分離，運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)濾光片退回停止位置，再沿滑軌向前移動(dòng)到濾光片存放位置，新的濾光片開始前一個(gè)濾光片的重復(fù)動(dòng)作，完成濾光片更換。

實(shí)施例2

其他同實(shí)施例1，所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝兩個(gè)濾光片存放位置7，滑軌8；兩兩位置之間呈180度角。每個(gè)存放位置安置不同類型的濾光片以滿足實(shí)際需求。

實(shí)施例3

其他同實(shí)施例1，所述鏡筒內(nèi)壁前端依次安裝六個(gè)濾光片存放位置7，滑軌8，兩兩位置之間呈60度角。每個(gè)存放位置安置不同類型的濾光片以滿足實(shí)際需求。