本發(fā)明屬于機械設(shè)計制造，具體涉及天文光學(xué)望遠鏡中的副鏡姿態(tài)的實時調(diào)整。

背景技術(shù)：

1、隨著人類對太空的不斷探索，當(dāng)代地基望遠鏡口徑設(shè)計的越來越大，望遠鏡主副鏡相對位置的變化，對望遠鏡的成像質(zhì)量以及像位置的影響至關(guān)重要，同時也影響著望遠鏡的指向和跟蹤進度。在鏡筒處于不同高度角時，由于重力變形的變化會造成主副鏡徑向平移誤差、偏轉(zhuǎn)誤差以及溫度變化造成的軸向誤差。由于副鏡結(jié)構(gòu)尺寸相對較小，重量輕，通過調(diào)整和校正副鏡機構(gòu)，可以減少系統(tǒng)功耗，提高工作效率。因此，大型天文望遠鏡中調(diào)整主副鏡之間的相對位置一般都采用調(diào)整副鏡姿態(tài)來實現(xiàn)。

2、目前，副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)是實現(xiàn)大口徑天文望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)主動準(zhǔn)直的關(guān)鍵執(zhí)行部件，開展天文望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)的研究，對我國天文望遠鏡技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，采用一種由各調(diào)節(jié)機構(gòu)相串聯(lián)組成的機構(gòu)，實現(xiàn)x/y/z軸平移及x/y旋轉(zhuǎn)的空間五個維度的自由運動，使副鏡姿態(tài)實現(xiàn)實時調(diào)整，提高工作效率。

2、本發(fā)明的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，包括與副鏡通過柔性桿相連接的副鏡支撐鏡室、與所述副鏡支撐鏡室通過中心連接架連接的中間支架、安裝于所述中間支架上的平移調(diào)節(jié)機構(gòu)和角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)、與所述中間支架通過十字導(dǎo)軌連接的副鏡籠；所述平移調(diào)節(jié)機構(gòu)為兩組，兩組平移調(diào)節(jié)機構(gòu)正交布置在中間支架的內(nèi)平臺上；每組平移調(diào)節(jié)機構(gòu)包括第一驅(qū)動組件和第一撓性鉸鏈；所述第一撓性鉸鏈的一端與第一驅(qū)動組件的輸出端連接，另一端穿過中間支架而與副鏡籠固定連接；所述角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)為多組，多組角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)中心對稱布置在中間支架的內(nèi)平臺上；每組角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)包括第二驅(qū)動組件和第二撓性鉸鏈；第二撓性鉸鏈的一端與所述第二驅(qū)動組件的輸出端連接，另一端與副鏡支撐鏡室固定連接。

3、可選地，所述副鏡支撐鏡室包括主筋板，所述主筋板包括圍繞其中心的三角形筋板，所述三角形筋板的三個頂角上分別設(shè)置有三個支撐軸，三組底支撐架通過所述支撐軸連接于三角形筋板頂端；每組底支撐架上分別安裝有若干個垂直于副鏡鏡面的所述柔性桿，所述柔性桿靠近副鏡的一端設(shè)置有殷鋼墊，通過所述殷鋼墊與副鏡固定連接；所述第二撓性鉸鏈的另一端與所述主筋板固定連接。

4、可選地，在主筋板外側(cè)一圈均布安裝有若干個副鏡防脫保護架，所述副鏡防脫保護架的一端的形狀與副鏡上的第一凹槽相適配，以卡接于第一凹槽中；所述三組底支撐架為兩層whiffle-tree結(jié)構(gòu)。

5、可選地，所述主筋板的中心位置設(shè)有第一圓孔，在第一圓孔內(nèi)安裝有中心定位球頭，所述中心定位球頭與主筋板固定連接，卡接于副鏡的中心處。

6、可選地，在第一圓孔的圓平面上設(shè)有膜片，通過壓圈固定所述膜片于主筋板上，通過壓塊和螺釘固定所述膜片于所述中心連接架上。

7、可選地，在中間支架中心處設(shè)有第二圓孔，在第二圓孔內(nèi)安裝有所述中心連接架，所述中心連接架與第二圓孔的內(nèi)側(cè)形狀相適應(yīng)，中間支架通過所述中心連接架及膜片與副鏡支撐鏡室的主筋板軸向可活動連接。

8、可選地，所述副鏡籠為正多邊形圓筒狀，與望遠鏡外部機構(gòu)固定連接；所述副鏡籠上設(shè)有與十字導(dǎo)軌相對應(yīng)的上下兩層的多個第二凹槽，所述十字導(dǎo)軌安裝于所述第二凹槽中并固定連接過渡塊，所述過渡塊與所述中間支架固定連接；所述十字導(dǎo)軌包括上下兩層結(jié)構(gòu)，形成相互垂直的兩個軌道，能夠?qū)崿F(xiàn)相互垂直的兩個方向的滑動。

9、可選地，所述第二凹槽、十字導(dǎo)軌以及過渡塊均為8個，各自上下左右對稱分布于副鏡籠上。

10、可選地，所述角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)為三組，相對于中間支架的中心呈120度均勻分布于中間支架上。

11、可選地，所述第一驅(qū)動組件包括絲杠座，所述絲杠座固定連接于中間支架的內(nèi)平臺上，絲杠座的兩端安裝第一角接觸球軸承，第一角接觸球軸承與第一滾珠絲杠相連，所述第一滾珠絲杠上的絲杠螺母與連接塊相連，所述第一撓性鉸鏈的一端與所述連接塊相連，另一端貫穿中間支架而固定在副鏡籠上；所述第一滾珠絲杠的一端通過第一聯(lián)軸節(jié)與減速機相連，所述減速機與第一伺服電機連接。

12、可選地，所述第二驅(qū)動組件包括蝸輪、蝸桿，所述蝸桿與蝸輪相嚙合，所述蝸輪通過第二角接觸球軸承與蝸桿座相連，所述蝸桿座通過螺釘固定在軸承座上，所述軸承座與中間支架固定連接；第二伺服電機安裝在蝸桿座上，通過第二聯(lián)軸節(jié)與蝸桿連成一個整體；絲杠螺母通過螺釘固定在蝸輪上，第二滾珠絲杠穿過絲杠螺母，一端固定擋塊，一端與過渡軸相連，所述過渡軸貫穿直線軸承，所述直線軸承通過法蘭固定在所述中間支架上，所述過渡軸的下端與第二撓性鉸鏈相連。

13、可選地，在副鏡籠上設(shè)置有位置傳感器。

14、可選地，所述位置傳感器包括光柵尺和/或長度計。

15、本發(fā)明解決了副鏡的鏡面調(diào)整和焦點誤差問題，徑向承載能力加強、各運動間無干涉，控制難度降低。本發(fā)明調(diào)整機構(gòu)簡單，運動精度高，動態(tài)響應(yīng)好，能夠很好的實現(xiàn)工程中的需要。

技術(shù)特征：

1.一種光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，包括與副鏡通過柔性桿相連接的副鏡支撐鏡室、與所述副鏡支撐鏡室通過中心連接架連接的中間支架、安裝于所述中間支架上的平移調(diào)節(jié)機構(gòu)和角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)、與所述中間支架通過十字導(dǎo)軌連接的副鏡籠；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述副鏡支撐鏡室包括主筋板，所述主筋板包括圍繞其中心的三角形筋板，所述三角形筋板的三個頂角上分別設(shè)置有三個支撐軸，三組底支撐架通過所述支撐軸連接于三角形筋板頂端；每組底支撐架上分別安裝有若干個垂直于副鏡鏡面的所述柔性桿，所述柔性桿靠近副鏡的一端設(shè)置有殷鋼墊，通過所述殷鋼墊與副鏡固定連接；所述第二撓性鉸鏈的另一端與所述主筋板固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，在主筋板外側(cè)一圈均布安裝有若干個副鏡防脫保護架，所述副鏡防脫保護架的一端的形狀與副鏡上的第一凹槽相適配，以卡接于第一凹槽中；所述三組底支撐架為兩層whiffle-tree結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述主筋板的中心位置設(shè)有第一圓孔，在第一圓孔內(nèi)安裝有中心定位球頭，所述中心定位球頭與主筋板固定連接，卡接于副鏡的中心處；在第一圓孔的圓平面上設(shè)有膜片，通過壓圈固定所述膜片于主筋板上，通過壓塊和螺釘固定所述膜片于所述中心連接架上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，在中間支架中心處設(shè)有第二圓孔，在第二圓孔內(nèi)安裝有所述中心連接架，所述中心連接架與第二圓孔的內(nèi)側(cè)形狀相適應(yīng)，中間支架通過所述中心連接架及膜片與副鏡支撐鏡室的主筋板軸向可活動連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述副鏡籠為正多邊形圓筒狀，與望遠鏡外部機構(gòu)固定連接；所述副鏡籠上設(shè)有與十字導(dǎo)軌相對應(yīng)的上下兩層的多個第二凹槽，所述十字導(dǎo)軌安裝于所述第二凹槽中并固定連接過渡塊，所述過渡塊與所述中間支架固定連接；所述十字導(dǎo)軌包括上下兩層結(jié)構(gòu)，形成相互垂直的兩個軌道，能夠?qū)崿F(xiàn)相互垂直的兩個方向的滑動。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述第二凹槽、十字導(dǎo)軌以及過渡塊均為8個，各自上下左右對稱分布于副鏡籠上；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述第一驅(qū)動組件包括絲杠座，所述絲杠座固定連接于中間支架的內(nèi)平臺上，絲杠座的兩端安裝第一角接觸球軸承，第一角接觸球軸承與第一滾珠絲杠相連，所述第一滾珠絲杠上的絲杠螺母與連接塊相連，所述第一撓性鉸鏈的一端與所述連接塊相連，另一端貫穿中間支架而固定在副鏡籠上；所述第一滾珠絲杠的一端通過第一聯(lián)軸節(jié)與減速機相連，所述減速機與第一伺服電機連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，所述第二驅(qū)動組件包括蝸輪、蝸桿，所述蝸桿與蝸輪相嚙合，所述蝸輪通過第二角接觸球軸承與蝸桿座相連，所述蝸桿座通過螺釘固定在軸承座上，所述軸承座與中間支架固定連接；第二伺服電機安裝在蝸桿座上，通過第二聯(lián)軸節(jié)與蝸桿連成一個整體；絲杠螺母通過螺釘固定在蝸輪上，第二滾珠絲杠穿過絲杠螺母，一端固定擋塊，一端與過渡軸相連，所述過渡軸貫穿直線軸承，所述直線軸承通過法蘭固定在所述中間支架上，所述過渡軸的下端與第二撓性鉸鏈相連。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)，其特征在于，在副鏡籠上設(shè)置有位置傳感器，所述位置傳感器包括光柵尺和/或長度計。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機械設(shè)計制造領(lǐng)域，提供一種光學(xué)望遠鏡副鏡姿態(tài)實時調(diào)整機構(gòu)。該機構(gòu)由副鏡籠、平移導(dǎo)軌組、中間支架、副鏡支撐機構(gòu)、平移調(diào)節(jié)機構(gòu)、角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)等組件構(gòu)成。副鏡籠與中間支架通過多組平移十字導(dǎo)軌裝配成一體，副鏡支撐裝配體安裝在中間支架的下方，平移調(diào)節(jié)機構(gòu)和角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)安裝在中間支架上。兩組平移調(diào)節(jié)機構(gòu)正交布置，多組角度調(diào)節(jié)及調(diào)焦機構(gòu)沿周向均勻布置，分別運動時，可以實現(xiàn)副鏡的角度補償，同時運動時，可以實現(xiàn)望遠鏡調(diào)焦。本發(fā)明解決了副鏡的鏡面調(diào)整和焦點誤差問題，徑向承載能力加強、各運動間無干涉，控制難度降低。

技術(shù)研發(fā)人員：姜翔,趙特,葉宇,何鑫,樂中宇,翟劉彬,顧伯忠
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10