專利名稱：用于光譜天文望遠(yuǎn)鏡的雙回轉(zhuǎn)光纖單元定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡焦面系統(tǒng)的制作，具體涉及到焦面上的光纖定位裝置。
天文望遠(yuǎn)鏡在實(shí)際觀測天體時，其焦面上的光纖定位裝置將光纖頭部對準(zhǔn)天體星象位置，采集星象光譜經(jīng)光纖傳輸?shù)焦庾V儀中。望遠(yuǎn)鏡在更換觀測天區(qū)中的觀測目標(biāo)時，需要能方便靈活地調(diào)整光纖接收頭的位置，使其準(zhǔn)確地對準(zhǔn)待測天體位置。光纖定位裝置不僅要有較高的位置精度，而且要調(diào)整方便，定位迅速，以便隨時修正各種觀測誤差。這些要求使得對光纖頭的定位有很高的技術(shù)難度。專利CN97211765.2中把較大的望遠(yuǎn)鏡焦平面按光纖數(shù)目分為若干個單元圓區(qū)域，在每個單元圓區(qū)域中布置一個R-θ極坐標(biāo)光纖定位單元裝置，每個定位單元包括一個由控制電機(jī)經(jīng)減速傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動空心軸作±180°范圍轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)θ運(yùn)動，還包括有一個由彈性導(dǎo)軌構(gòu)成的平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)徑向平動。該專利有效地解決了大焦面多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡上光纖的定位問題，定位快速且定位精度高，能實(shí)時修正觀測誤差。但是由于該方案在實(shí)現(xiàn)平動時采用彈性導(dǎo)軌繞空心軸端面的彈性鉸鏈作圓弧擺動，光纖接收頭部的擺動不可避免地會產(chǎn)生偏離望遠(yuǎn)鏡焦平面的離焦現(xiàn)象，擺動范圍越大，離焦量越大。另外擺動機(jī)構(gòu)中使用了彈性導(dǎo)軌、彈性鉸鏈、絲桿螺母等機(jī)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且使產(chǎn)生誤差的因素增多，不利于保證整體的定位精度。
本實(shí)用新型的目的在于，克服CN97211765.2中的不足，在每個單元定位圓區(qū)域中以雙回轉(zhuǎn)光纖單元定位裝置取代使用彈性導(dǎo)軌的極座標(biāo)光纖單元定位裝置，以簡化結(jié)構(gòu)，并保證在焦面板上不出現(xiàn)離焦現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的目的由以下方式實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的雙回轉(zhuǎn)光纖單元定位裝置，包括有一個由控制電機(jī)經(jīng)減速傳動機(jī)構(gòu)帶動一空心軸作±180°范圍轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該空心軸支承在望遠(yuǎn)鏡焦面板上，其軸線與焦面板垂直并通過單元定位圓中心，用以采集光譜的光纖穿套在空心軸中心孔內(nèi)，其特征在于，它還包括有一個相對空心軸軸線作偏心回轉(zhuǎn)運(yùn)動的偏心機(jī)構(gòu)，偏心回轉(zhuǎn)軸設(shè)置于固連在空心軸表面的支承架上，在該支承架上還設(shè)置有控制電機(jī)及其減速傳動機(jī)構(gòu)，偏心回轉(zhuǎn)軸與空心軸相互平行，兩軸軸心距L須控制在以下范圍內(nèi)R2≤L≤R，其中R為單元定位圓半徑。用以固定光纖頭部的定位板設(shè)置在偏心回轉(zhuǎn)軸的近端部。光纖頭部端面中心至偏心回轉(zhuǎn)軸軸心的距離等于偏心回轉(zhuǎn)軸與空心軸間的距離L，使光纖頭部端面中心的圓弧形運(yùn)動軌跡正好通過空心軸的軸心。其在控制電機(jī)帶動下的回轉(zhuǎn)角度θ由下式確定-arcsin R/2L≤θ≤+arcsinR/2L，其中，R為定位單元圓半徑，L為光纖頭部端面中心至偏心回轉(zhuǎn)軸心的距離，即偏心軸與空心軸軸心距。
在上述中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，為消除傳動過程中出現(xiàn)的回程誤差，以保證光纖運(yùn)動中的位置精度，可在傳動機(jī)構(gòu)中設(shè)置現(xiàn)有技術(shù)中常見的消除間隙機(jī)構(gòu)，如彈簧消除間隙機(jī)構(gòu)，固定式消除機(jī)構(gòu)等。
在每個單元定位圓中，本實(shí)用新型使觀測天體星象的光纖頭一方面隨同空心軸上作中心回轉(zhuǎn)運(yùn)動，另一方面又隨同偏心回轉(zhuǎn)軸作相對空心軸的偏心回轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于兩軸軸線相互平行，因此運(yùn)動過程中光纖接收頭的接收端面不會產(chǎn)生偏斜。同時，連接在光譜儀上的光纖從空心軸內(nèi)孔穿過后是由固連在偏心軸上的定位板加以固定，光纖頭的定位由兩個疊加的圓弧形軌跡控制調(diào)整，由于在設(shè)計時控制兩個圓弧的徑向尺寸在合適范圍內(nèi)，并且兩個回轉(zhuǎn)軸線均與焦面板平面垂直，因此光纖頭端面會始終在望遠(yuǎn)鏡焦平面上運(yùn)動，不會發(fā)生離焦現(xiàn)象，保證光纖頭能最大效率地接收星象光能光譜，有較好的觀測效率。另外，本裝置由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)組合構(gòu)成，整體為加工較為方便的剛性結(jié)構(gòu)，易于保證加工精度，有利于提高整體裝置在實(shí)際使用過程中的定位精度。另一方面，由于結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，從而能降低制造成本。
本實(shí)用新型能夠用于一般天文望遠(yuǎn)鏡中，特別適合于大尺寸的天文望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)用于大尺寸的天文望遠(yuǎn)鏡時，可將許多單元裝置組裝在同一焦面板上，例如在直徑φ1.75m的球冠形焦面上安裝4000個本實(shí)用新型所述的單元裝置時，可以同時給4000根光纖分別定位，不僅可實(shí)現(xiàn)同時觀測4000個天體，而且在觀測不同的天區(qū)時，觀測者可方便快速地調(diào)整到位。
下面通過附圖、實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型的工作原理圖。
圖中，最大點(diǎn)劃線圓(1)為單元定位圓，其半徑設(shè)為R，空心軸軸線通過定位圓圓心0，空心軸由步進(jìn)電機(jī)控制作±180°的轉(zhuǎn)動。01為偏心軸軸心所在位置，偏心軸支承在空心軸上，兩軸間距為L。點(diǎn)劃線圓(2)表示偏心軸軸心隨空心軸回轉(zhuǎn)的運(yùn)動軌跡，其半徑為R1。偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支承在與空心軸固定連接的構(gòu)件上，偏心軸與空心軸相互平行，02點(diǎn)表示用以觀察天象的光纖頭部端面的中心，點(diǎn)劃線圓弧(3)表示光纖端面中心繞偏心軸作±θ轉(zhuǎn)動的運(yùn)動軌跡，為保證光纖頭部中心能定位到單位圓中心而不出現(xiàn)觀測盲區(qū)，必須使其圓弧半徑R2等于軸間距L，即L=R1=R2。
圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，虛線框內(nèi)為空心軸中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這部分結(jié)構(gòu)與CN97211765.2所述相同。(5)為空心軸，它固定安裝在焦面板(4)上，其內(nèi)孔中穿套有光纖(6)。(7)為固連在空心軸端面上的支承架，步進(jìn)控制電機(jī)(8)安裝在支承架的凸塊上，其輸出軸上連接有減速齒輪運(yùn)動付(9),(10)為偏心回轉(zhuǎn)軸，它通過兩個滾動軸承(11)支承在支承架的另兩個凸塊上。(12)為定位板，該板上有兩個軸線相互平行的孔，其中一孔套裝在偏心回轉(zhuǎn)軸(10)上，另一孔用以安裝固定光纖頭部。
權(quán)利要求1·一種用于光譜天文望遠(yuǎn)鏡的雙回轉(zhuǎn)光纖單元定位裝置，包括有一個由控制電機(jī)經(jīng)減速傳動機(jī)構(gòu)帶動一空心軸作±180°范圍轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該空心軸支承在望遠(yuǎn)鏡焦面板上，其軸線與焦面板垂直并通過定位單元圓中心，用以采集光譜的光纖穿套在空心軸中心孔內(nèi)，其特征在于它還包括有一個相對空心軸軸線作偏心回轉(zhuǎn)運(yùn)動的偏心機(jī)構(gòu)，偏心回轉(zhuǎn)軸設(shè)置于固連在空心軸表面的支承架上，在該支承架上還設(shè)置有控制電機(jī)及其減速傳動機(jī)構(gòu)，偏心回轉(zhuǎn)軸與空心軸相互平行，兩軸軸心距離L須控制在以下范圍內(nèi)R/2≤L≤R，其中R為單元定位圓半徑；用以固定光纖頭部的定位板設(shè)置在偏心回轉(zhuǎn)軸的近端部；光纖頭部端面中心至偏心回轉(zhuǎn)軸軸心的距離等于偏心回轉(zhuǎn)軸與空心軸間的距離L，其在控制電機(jī)帶動下的回轉(zhuǎn)角度θ由下式確定-arcsin R/2L≤θ≤+arcsinR/2L其中，R為單元定位圓半徑，L為光纖頭部端面中心至偏心回轉(zhuǎn)軸心的距離，即偏心軸與空心軸心距。
專利摘要本實(shí)用新型涉及大天區(qū)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡焦面上的光纖定位裝置。它包括一個由控制電機(jī)經(jīng)減速傳動機(jī)構(gòu)帶動一空心軸作±180°范圍轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、和一個相對空心軸的偏心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。固定光纖頭部的定位板置于偏心回轉(zhuǎn)軸端部。偏心軸與空心軸平行,并與焦面板垂直,兩者間距等于光纖頭偏心回轉(zhuǎn)半徑。光纖頭始終在望遠(yuǎn)鏡焦平面上運(yùn)動,不會發(fā)生離焦現(xiàn)象。本裝置由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)組合構(gòu)成,易于保證加工精度,加工方便,能降低制造成本。
文檔編號G02B7/183GK2344786SQ9824666
公開日1999年10月20日 申請日期1998年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月16日
發(fā)明者邢曉正, 胡紅專, 杜華生, 翟超, 李為民, 鄧偉平, 李永新, 王瑞芳, 李靜 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)