本發(fā)明涉及一種天文望遠(yuǎn)鏡鏡面的軸向支撐系統(tǒng)，在無主動力部分時(shí)主要應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡厚鏡面的支撐，在有主動力部分時(shí)主要用于大口徑薄鏡面的軸向支撐。

背景技術(shù)：

1、天文望遠(yuǎn)鏡鏡面支撐系統(tǒng)通常分為兩種：被動支撐和主動支撐。

2、被動支撐主要應(yīng)用于鏡面徑厚比相對較小的場合，對于通常的2.5米以下口徑主鏡，徑厚比小于10的鏡面的軸向支撐通常采用被動支撐形式。鏡面被動支撐的作用是支撐鏡面使得支撐后的鏡面面形誤差滿足望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通常鏡面面形的均方根誤差應(yīng)至少滿足三十分之一波長的要求，甚至更高。為了維持加工完成后的鏡面面形，對鏡面被動支撐系統(tǒng)提出較高的要求。目前用于天文望遠(yuǎn)鏡鏡面支撐的被動支撐系統(tǒng)主要有兩種形式：whiffle-tree支撐及被動平衡重支撐。whiffle-tree支撐在小口徑鏡面被動支撐中應(yīng)用非常廣泛，通過whiffle-tree支撐結(jié)構(gòu)中杠桿自動調(diào)整，能夠很好的完成對鏡面的軸向支撐作用，whiffle-tree支撐的設(shè)計(jì)跟支撐點(diǎn)的數(shù)目有很大關(guān)系，隨著支撐點(diǎn)數(shù)目的增加，whiffle-tree支撐結(jié)構(gòu)的層數(shù)則越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，因此對于大口徑鏡面支撐一般不采用whiffle-tree結(jié)構(gòu)支撐，對于有些口徑雖然較小，但鏡面背后已輕量化處理的鏡面亦不便于采用whiffle-tree結(jié)構(gòu)支撐。而另一種平衡重式被動支撐，可以適應(yīng)多支撐點(diǎn)支撐時(shí)的要求，即使對輕量化鏡面仍能較為方便的布置各支撐點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)對鏡面的支撐，但是，常規(guī)采用的平衡重被動支撐，其工作原理是利用平衡重的重力經(jīng)杠桿放大后實(shí)現(xiàn)，這種杠桿形式類似于蹺蹺板的結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是平衡重重力經(jīng)杠桿放大后在支撐鏡面時(shí)易產(chǎn)生對鏡面的側(cè)向力作用。從而影響鏡面支撐效果，惡化鏡面面形質(zhì)量。

3、主動光學(xué)技術(shù)主要是對望遠(yuǎn)鏡鏡面在制造、安裝、重力場、以及溫度梯度等引起的鏡面面形誤差進(jìn)行校正。近三十年來，主動光學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地基望遠(yuǎn)鏡。主動光學(xué)鏡面支撐系統(tǒng)是目前大口徑望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于口徑兩米以下的薄鏡面或大口徑主鏡拼接子鏡，其鏡面本身質(zhì)量較小，在采用多點(diǎn)主動支撐后，對每個(gè)支撐點(diǎn)輸出力的范圍一般在-200n~+200n量級，因此通常所采用的力促動器僅為主動式，這種僅為主動式力促動器主要四種形式：電動機(jī)械式、液壓式、氣動及壓電式力促動器。當(dāng)要求提供的力促動器輸出力為1000n以上時(shí)，對于電動機(jī)械式力促動器則需要顯著加大設(shè)計(jì)尺寸，對于液壓及氣動式力促動器則需要增加供油或供氣壓力，也可以通過增加油缸或氣缸的截面積實(shí)現(xiàn)較大的輸出力。如果通過采用增加油缸或氣缸截面積的方式則同樣會增大促動器的尺寸，若采用增加油壓或氣壓的方式，則易產(chǎn)生油或氣的泄漏，且液壓式及氣動式促動器均存在斷電時(shí)力促動器的輸出力為零現(xiàn)象。壓電式力促動器雖具有精度高、頻率高的優(yōu)點(diǎn)，但是難以克服低行程及斷電時(shí)無輸出力的缺點(diǎn)。采用僅為主動式力促動器支撐鏡面時(shí)，其主動力應(yīng)該包含鏡面自身重力及校正鏡面面形時(shí)所需校正力。因此對于單片大口徑鏡片的軸向支撐，則不適合采用僅為主動式力促動器。單片大口徑鏡片的軸向支撐力中主要部分用來平衡鏡面自身重力（被動支撐力），而用于校正鏡面面形部分的主動校正力（主動支撐力）約為整個(gè)輸出力的三分之一或更小。因此，為了降低力促動器的設(shè)計(jì)難度，通常將被動支撐力部分與主動校正力分離，即被動支撐力用于平衡望遠(yuǎn)鏡在不同指向角時(shí)沿光軸方向所需重力。而主動校正力用于調(diào)整望遠(yuǎn)鏡在不同指向角時(shí)的鏡面面形誤差。如在歐洲南方天文臺very?large?telescope（vlt）8米主鏡支撐采用液壓式被動支撐加機(jī)電式力促動器組合的方式實(shí)現(xiàn)被動加主動式力促動器的設(shè)計(jì)，在實(shí)際工作過程中，隨著望遠(yuǎn)鏡指向角的變化，鏡面軸向支撐所需的平衡重力部分的液壓力也要隨之變化，因此提供被動力的液壓系統(tǒng)的壓力也要進(jìn)行人為控制。而鏡面面形誤差校正所需要的主動校正力也要通過控制系統(tǒng)調(diào)整，因此該被動加主動支撐的力促動器實(shí)際需要兩套控制系統(tǒng)，一套用于控制油壓，一套用于鏡面面形調(diào)整的主動校正控制。增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)液壓部分需要始終保持供電狀態(tài)提供油壓。另一種被動加主動式方案僅采用平衡重支撐，其中平衡重部分包含兩個(gè)部分，其中一部分平衡重固定不動用于平衡鏡面重力，另一部分平衡重通過電機(jī)絲桿調(diào)整其位置，從而改變杠桿部分的動力臂，實(shí)現(xiàn)促動器輸出力的變化用于校正鏡面面形誤差。如歐洲南方天文臺new?technology?telescope?(ntt)?望遠(yuǎn)鏡，其缺點(diǎn)是輸出力采用的杠桿形式，在產(chǎn)生軸向力的同時(shí)易產(chǎn)生徑向的側(cè)向力，從而影響主動校正面形的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種天文望遠(yuǎn)鏡鏡面的軸向支撐系統(tǒng)。該系統(tǒng)既能夠適應(yīng)多點(diǎn)布置軸向被動支撐的要求，也能夠避免平衡重重力經(jīng)杠桿放大后在支撐鏡面時(shí)易產(chǎn)生對鏡面的側(cè)向力作用，雖然仍采用被動平衡重支撐形式，但是改變杠桿的布置形式，實(shí)現(xiàn)被動支撐的最終輸出力僅存在垂直于鏡面底面的軸向力。該系統(tǒng)降低了主動力部分的調(diào)整范圍，且僅對軸向支撐中的主動力進(jìn)行控制，即使在主動力部分不工作的情況下，仍能較好的保證鏡面面形，在力促動器斷電時(shí)，其結(jié)構(gòu)能自鎖確保輸出力的穩(wěn)定，從而可以降低力促動器的能耗，并減少促動器發(fā)熱帶來的對望遠(yuǎn)鏡圓頂內(nèi)視寧度的影響。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整精度高。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種天文望遠(yuǎn)鏡鏡面的軸向支撐系統(tǒng)，包括力傳感器、柔性件、連桿組件、固定結(jié)構(gòu)件、平衡重，所述力傳感器的輸出力端設(shè)在所述軸向支撐系統(tǒng)的輸出力軸上且與鏡面相連，所述連桿組件包括第一傳力桿、第二傳力桿和第三傳力桿，第一傳力桿和第二傳力桿通過第一鉸接點(diǎn)鉸接，第二傳力桿和第三傳力桿通過第二鉸接點(diǎn)鉸接，所述力傳感器通過柔性件與第一傳力桿鉸接，所述第三傳力桿與平衡重通過第三鉸接點(diǎn)鉸接，第三鉸接點(diǎn)相對于第二鉸接點(diǎn)遠(yuǎn)離鏡室，使得第三傳力桿與第二傳力桿的夾角小于90°，使得平衡重的重力可作為被動支撐的源動力經(jīng)過放大并反向后輸出，第一鉸接點(diǎn)和第二鉸接點(diǎn)之間的第二傳力桿的桿身通過第四鉸接點(diǎn)鉸接于固定結(jié)構(gòu)件，所述固定結(jié)構(gòu)件固定于鏡室，所述平衡重沿輸出力軸方向設(shè)置，位于由上側(cè)的固定結(jié)構(gòu)件、下側(cè)的鏡室、周向的多組連桿組件所形成的內(nèi)部空間中，周向的多組連桿組件在放大源動力的同時(shí)保證源動力與最終輸出力同軸，所述平衡重通過豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝于鏡室上。

4、進(jìn)一步的，還包括力促動器，所述力促動器豎直固定在固定結(jié)構(gòu)件上，力促動器的輸出端朝向平衡重且與平衡重相連。

5、進(jìn)一步的，第一鉸接點(diǎn)和第四鉸接點(diǎn)之間的第二傳力桿的長度小于第二鉸接點(diǎn)和第四鉸接點(diǎn)之間的第二傳力桿的長度。

6、進(jìn)一步的，所述鏡室上固定安裝有底座，所述固定結(jié)構(gòu)件、豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)均固定安裝于底座上。

7、進(jìn)一步的，所述固定結(jié)構(gòu)件通過若干根豎直的連接桿與底座相連。

8、進(jìn)一步的，所述豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括直線軸承套和導(dǎo)向軸，所述平衡重的底部設(shè)置有凹槽，所述直線軸承套安裝于凹槽，所述導(dǎo)向軸的一端固定，另一端套設(shè)于直線軸承套中，平衡重利用直線軸承套可以在導(dǎo)向軸上自由滑動。

9、進(jìn)一步的，所述力傳感器的輸出力端經(jīng)殷鋼墊與鏡面相連。

10、進(jìn)一步的，若干套所述軸向支撐系統(tǒng)共同作用于鏡面，平衡鏡體的重力。

11、進(jìn)一步的，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向天頂方向時(shí)，平衡重受自身的重力作用沿豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)向下滑動趨勢，重力通過第三傳力桿作用于第二傳力桿的一端，并從第二傳力桿的另一端傳遞到第一傳力桿上，周向布置的第一傳力桿的合力方向豎直向上推動力傳感器，從而對鏡面進(jìn)行豎直向上的支撐力作用；當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向與天頂方向呈一個(gè)夾角時(shí)，平衡重沿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有向下滑動趨勢，此時(shí)平衡重沿導(dǎo)向軸方向的重力轉(zhuǎn)化為沿第三傳力桿的軸向力作用于第二傳力桿的一端，并從第二傳力桿的另一端傳遞到第一傳力桿上，周向布置的第一傳力桿的合力沿軸向推動力傳感器，從而垂直于鏡面底部提供向上的支撐力作用，最終的合力恰好與鏡體沿光軸方向的重力分力平衡。

12、進(jìn)一步的，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向天頂方向時(shí)，平衡重受自身的重力作用沿豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)向下滑動趨勢，重力通過第三傳力桿作用于第二傳力桿的一端，并從第二傳力桿的另一端傳遞到第一傳力桿上，周向布置的第一傳力桿的合力沿豎直向上的方向推動力傳感器，從而對鏡面進(jìn)行豎直向上的支撐力作用；當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向與天頂方向呈一個(gè)夾角時(shí)，平衡重沿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有向下滑動趨勢，此時(shí)平衡重沿導(dǎo)向軸方向的重力轉(zhuǎn)化為沿第三傳力桿的軸向力作用于第二傳力桿的一端，并從第二傳力桿的另一端傳遞到第一傳力桿上，周向布置的第一傳力桿的合力沿軸向推動力傳感器，從而垂直于鏡面底部提供向上的支撐力作用，最終的合力恰好與鏡體沿光軸方向的重力分力平衡；實(shí)現(xiàn)軸向支撐系統(tǒng)對鏡面的被動支撐力作用；當(dāng)觀測過程中鏡面面形誤差較大不滿足觀測要求時(shí)，控制力促動器向平衡重輸出力，通過第三傳力桿作用于第二傳力桿的一端，并從第二傳力桿的另一端傳遞到第一傳力桿上，周向布置的第一傳力桿的合力沿豎直向上的方向推動或向下拉動力傳感器；實(shí)現(xiàn)對鏡面面形的主動校正。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、本發(fā)明的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對鏡面被動支撐時(shí)，不會受到鏡面口徑的影響，在鏡面口徑較大時(shí)，仍然能方便布置各被動支撐，同時(shí)，即使在鏡面背后經(jīng)輕量化處理后，采用本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行支撐也非常方便。實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面的有益效果：一、鏡面被動支撐的設(shè)計(jì)不再受支撐數(shù)目及支撐位置的限制；二、在實(shí)現(xiàn)對鏡面被動支撐時(shí)，不會出現(xiàn)對鏡面額外的側(cè)向力作用；三、3組周向均布的傳力桿力縮放機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大比例的力的縮放；四、被動平衡重的形狀及重心位置不會影響輸出力的放大倍數(shù)，因此，平衡重的安裝極其方便。

15、本發(fā)明的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對鏡面主被動集成支撐時(shí)，其軸向支撐力可以分解成鏡體重力及鏡面面形校正力兩部分，將平衡重力用軸向力與主動校正力分離，實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的有益效果：一、被動力部分無需控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，降低控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度；二、校正鏡面面形用力促動器僅需提供校正力要求的行程范圍即可，無需疊加鏡體重力部分的支撐力，從而顯著降低支撐系統(tǒng)的功耗；三、力促動器主動力及該鏡面軸向支撐系統(tǒng)最終輸出力同軸，從而避免軸向支撐系統(tǒng)意外產(chǎn)生對鏡體的徑向力作用，確保在校正鏡面面形時(shí)所需校正力的精度。