[发明专利]半主动式反射镜面支承和定位系统有效
申请号: | 201710112098.3 | 申请日: | 2017-02-28 |
公开(公告)号: | CN106646818B | 公开(公告)日: | 2019-02-05 |
发明(设计)人: | 杨德华;王正兰;吴常铖;费飞 | 申请(专利权)人: | 南京航空航天大学 |
主分类号: | G02B7/198 | 分类号: | G02B7/198 |
代理公司: | 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 | 代理人: | 彭英 |
地址: | 210016 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 主动 反射 支承 定位 系统 | ||
本发明公开了一种半主动式反射镜面支承和定位系统,用于支承和定位反射镜面,包括镜面支承系统以及镜面位姿调整系统;镜面支承系统包括轴向支承系统和侧向支承系统,而镜面位姿调整系统则包括轴向镜面位姿调整系统和侧向镜面位姿调整系统;轴向镜面位姿调整系统,用于调整反射镜面的沿Z轴的平动、绕X轴、Y轴的转动三个自由度,包括轴向位姿调整用位移促动器、轴向位移传感器;轴向支承系统,用于承担反射镜面的重力在轴向上的分量W*sinθ,包括轴向流体力促动器。因此,本发明反射镜面的轴向支撑和定位是基于流体压力控制和驱动的,能够实现镜面的轴向精密定位功能。
技术领域
本发明涉及一种定位和支承装置,用于大型精密光学反射镜面的支承和定位,尤其适用于大型天文望远镜主镜的支承和定位。
背景技术
精密光学镜面需要稳定精密地支承和定位,如天文望远镜在对天体进行跟踪观测的过程中,镜面往往需要从最低指向接近地平面开始一直到转至最高指向天顶方向,即往往需要实现俯仰角从0度到90度的范围,并且需要在跟踪过程中保证镜面的始终保持要求的面形精度和定位精度。这就需要对天文望远镜的所有镜面,特别是主镜进行良好的定位和支承。为解决这一问题,传统方法是,望远镜主镜通常多采用被动支承结构,并且往往将轴向支承和侧向支承分开实施,如采用杠杆平衡重锤机构(参见图1)、跷跷板(Whiffle-tree)机构(参见图2)来实现对主镜的支承;另外,同时还往往需要设置一个中心定位机构来实现对主镜的定位。
随着自动控制技术的发展,现代大型望远镜主镜更多地采用的主动支承技术,即主镜底部设置多个力促动器或位移促动器,在计算机控制下,对镜面的位姿和面形进行实时控制,从而保证望远镜在跟踪观测过程中镜面具有要求的面形精度和定位精度。同样,仍然需要设置定位机构对镜面的某几个自由度进行定位,并需要侧向支承,往往也采用杠杆平衡重锤机构或侧向支承用跷跷板机构来实施。
上述镜面支承方式的缺点是:基于传统被动支承的轴向支承及侧向支承的结构复杂,受结构限制较大,增加支承点会导致结构层次叠加;而先进的主动支承方式,需要实时检测,闭环控制,系统复杂,造价较高。
发明内容
为了克服上述精密光学镜面传统支承机构定位与支承的不足,同时兼顾造价与实现工艺性两个方面,本发明提供一种实现精密反射镜面轴向和侧向支承和定位的支承结构方案,允许被支承镜面作俯仰变化,并且易于精密控制与调整镜面位置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种半主动式反射镜面支承和定位系统,用于支承和定位反射镜面,包括镜面支承系统以及镜面位姿调整系统,反射镜面,具有六个自由度,包括三个分别沿坐标轴X、Y、Z的轴向平动以及三个分别绕坐标轴X、Y、Z的转动;所述镜面支承系统包括轴向支承系统和侧向支承系统,而镜面位姿调整系统则包括轴向镜面位姿调整系统和侧向镜面位姿调整系统;
所述的轴向镜面位姿调整系统,包括轴向位姿调整用位移促动器、轴向位移传感器;
所述轴向位姿调整用位移促动器,至少有三个,均匀布置在反射镜面底部或边缘处,作动方向均沿着反射镜面的坐标轴Z向设置,用于驱动反射镜面沿坐标轴Z向运动;各轴向位姿调整用位移促动器均集成有轴向力传感器,该轴向力传感器用于检测所处位置处的反射镜面的重力在轴向上的分量;
所述轴向位移传感器,至少有三个,均用于检测反射镜面在轴向位姿调整用位移促动器的驱动下,其所处位置处的Z向平动位移量,并根据各轴向位移传感器反馈的Z向平动位移量,解算反射镜面分别绕坐标轴X、Y的旋转角位移量Rx、Ry;
各轴向位姿调整用位移促动器的作动直至轴向位移传感器所反馈的数值满足要求;
所述的轴向支承系统,用于承担反射镜面的重力在轴向上的分量W*sinθ,包括轴向流体力促动器;
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