[发明专利]一种利用螺纹并联式结构的高精度微位移促动器

说明书

本发明公开了一种利用螺纹并联式结构的高精度微位移促动器，包括两套并联式螺纹丝杆结构，即第一螺纹丝杆及与之外配合的第一丝杆螺母、以及空心结构的第二螺纹丝杆及与之外配合的第二丝杆螺母，第一螺纹丝杆和第二螺纹丝杆两者螺旋方向相同、且具有不同螺纹导程，利用两者间的相对导程差实现位移的输出，第一螺纹丝杆通过导向杆与镜面相连，第一丝杆螺母和第二螺纹丝杆均与电机连接，第二丝杆螺母固定于望远镜机架上。本发明主要用于天文望远镜领域对光学镜面位置精确调整，在实现镜面位置调整时镜面位移连续不会出现间隙或空回现象。镜面的位置调整精度可以达到亚微米级甚至纳米级。

技术领域

本发明涉及一种精确镜面位置调整装置，具体涉及一种高精度微位移促动器。主要应用于天文望远镜光学镜面的位置调整中，也适用于对某些结构件的位置需要超高精度控制其他领域，比如光刻机领域。

背景技术

为降低造价和获得良好像质，大型天文望远镜多采用拼接镜面主动光学技术，应用现代传感和控制技术，由较小尺度的子镜拼接成大口径的镜面。微位移促动器是一种精密的位移输出装置，在拼接镜面主动光学技术中完成对子镜进行定位支撑和调节的作用，其必须具有高分辨率、高稳定性、高刚度、高重复精度、大负载性能以及毫米级行程等特点,同时还要克服或减少诸如爬行、摩擦、迟滞、空回和生热等有害缺陷,成为拼接镜面望远镜的关键。在拼接镜面望远镜的设计过程中，每个子镜至少需要三个微位移促动器进行支撑，同时子镜面数目较多，如我国的LAMOST望远镜MB由37块子镜组成，规划中的我国12米红外/光学望远镜则由84块子镜拼接而成。国内尚无专业的生产天文仪器用微位移促动器的厂家，而采用国外的微位移促动器价格极其昂贵。

望远镜副镜的位置的调整、拼接镜面主动光学中各子镜定位支撑及调节，以及普通镜面安装时的位置机械调节等。对于微位移促动器一般要求大行程、高精度和大负载性能。而目前常用的微位移调节结构主要有三种形式：1)宏/微动叠加式。宏/微动叠加式微位移促动器分为宏动部分和微动部分，宏动部分完成大行程微米级定位，微动部分完成小范围的纳米级定位。这种促动器的缺点是机械结构和控制系统都较为复杂；2)移动式驱动系统，常见的移动式驱动结构主要有两大类：一类是基于“尺蠖原理”，另一类是基于“粘滑效应”，理论上这两者都可实现无限大的工作行程，若采用压电马达，其运动分辨率均可达到纳米级，但尺蠖电机的价格极其昂贵；3)缩放系统，在驱动器与执行器之间采用具有运动缩放功能的机构(可通称为运放机构)，这种缩放机构又分两种情况：一种是采用压电类驱动器结合运动放大机构，该形式位移促动器其行程较小，且需持续供电；另一种是采用普通电机结合运动缩小机构，如我国LAMOST望远镜MB子镜的微位移促动器采用的是由步进电机驱动，经谐波减速器及精密滚珠丝杆减速实现微小位移的输出，但是由于齿轮或蜗轮蜗杆传动时存在间隙，使得微位移驱动时存在空回现象，从而影响到位移输出的精度。相对于前两种方式，第三种方式成本最低，控制最为简单，工程上也最容易实现。

由于采用粗、精结合平台式位移促动器结构比较复杂，由压电材料利用“尺蠖原理”所设计的尺蠖电机，行程大，精度高，且可以断电自锁，但是目前市场上的价格较高，国内该类产品技术尚不成熟，而对于利用位移放大机构将压电材料的行程进行放大的微位移促动器机构，通常情况下每1毫米长度的压电材料其最大的伸缩量约为1微米，因此为了提高压电式位移促动器的行程范围虽然借助位移放大机构，但其行程的放大能力非常有限，同时还需对压电材料持续供电。而对于常用的采用减速器加精密丝杆结构实现微位移输出，其因齿轮或蜗轮蜗杆传动存在间隙，不可避免出现位移输出的空回，限制其最终的位移输出精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的是提供一种利用螺纹并联式结构的高精度微位移促动器，本发明的高精度微位移促动器位移输出的精度可以通过所设计的两丝杠相对导程差进行调节，相对导程差可以达到亚毫米级甚至微米级，同时可以实现断电自锁。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：