CN1095085C - 用于天文光谱望远镜的光纤单元定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天文光谱望远镜焦面上光纤的定位装置，它由回转运动机构和径向平移运动机构组合构成，前者由回转控制电机经减速传劫机构带动一空心轴作±180°范围的转动，后者由平移控制电机经传动机构推动一平行四边形平动机构，使安装光纤头的连杆板在空心轴的某一径向作平动，实现了光纤头的极坐标定位，操作简便。当用于大尺寸望远镜时，将多个单元装置组装在同一焦面板上，可同时观察多个天体，且当观察不同天区时，能方便快速地调整。

Description

用于天文光谱望远镜的光纤单元定位装置

技术领域

本发明涉及天文光谱望远镜焦面系统的制作，具体地涉及到焦面上的光纤定位装置。

背景技术

光纤是天文光谱望远镜的光接受元件。实际观测时，由光纤接收头对准天体星像位置采集星像之光经光纤传输到光谱仪中。由于天区大，天体数量多，而望远镜的口径有限，其焦面面积亦有限，因此，一台望远镜在一个时间内只能观测一部份天区。如需改变观测天区，则需调整光纤接收头的位置，使其对应新天区的天体星像位置。在焦面面积固定的情况下，观察者希望同时能观测到尽量多的星像，则需在焦面板上设置尽量多的光纤头，不仅要求有较高的位置精度，而且能方便调整，重新定位。这使得对光纤头的定位安装有很高的技术难度。现在世界上通常的做法有以下两种：一种是固定打孔法，即在一基板上按所需观测天区的天体星像的对应位置分布打上孔，然后将光纤固定安装在这些孔内，观测时将该板放在望远镜的焦平面上。美国芝加哥大学的DSS望远镜即用此法安装光纤。其不足在于，当观察者要改变观测天区时，即要更换新的光纤基板，加工量很大。同时由于其孔位固定，使微调十分不便。另一种做法为磁扣法，即以铁板为基板，在每一个对应天体星像的位置处设置一个磁性扣头，在磁性扣头的上部有一棱镜，它将天体星像的光偏转90°射到平躺在铁板上的光纤中，然后再传输到光谱仪中去，磁扣头的放置由精巧的机器人执行。欧洲ESO(EuropearSouotben Obserratory)望远镜即用此法固定光纤。这种方法虽然有调整方便的优点，但是其结构复杂，而且每个接受端都有一根光纤拖在基板上，因此其布点密度不宜太大，同时由于机器人为悬臂操作，考虑到其稳定性及误差，一般只适用于小型的光纤基板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能使光纤接收头在可变化径向尺寸的圆周上运动的光纤定位装置，从而能使观测者对光纤接收头的所在位置可在一固定圆平面内调整，以对应不同的星像位置。

本发明的目的由以下方式实现。

本发明所述的光纤定位单元装置，包括有回转运动机构和径向平移运动机构，两者组合构成极坐标运动机构，所述回转运动机构包括回转控制电机、减速传动机构和一空心轴，回转控制电机经减速传动机构带动空心轴作±180°范围的转动，该空心轴支承在望远镜焦面板上，其轴线与焦面板垂直；所述径向平移运动包括有平移控制电机及平行四边形平动机构，所述平行四边形平动机构由上、下两块平行板、铰链及连杆板构成，二块平行板的一端通过铰链铰接在空心轴上端面上，两平行板的另一端通过铰链铰接在连杆板上，所述平移控制电机固定安装在空心轴的上端面上，并连接有减速传动机构，该减速传动机构包括有将旋转运动转换成直线运动的转换机构，如丝杆螺母运动机构，螺旋斜契运动机构等，其最后输出件固连在上述平行四边形机构中的平行板或连杆板上；所述连杆板上设有用于安装光纤头部的孔，该孔轴线与空心轴轴线平行，光纤在该孔中被固定，光纤从空心轴内孔中引出。所述铰链最好使用柔性铰链，也能够使用通用的回转铰链。

在上述回转运动机构和径向平移运动机构中，为消除传动过程中出现的回程误差，以保证光纤运动中的位置精度，可在传动机构中设置现有技术中常见的消除间隙机构，如弹簧消隙机构，固定式消隙机构等。

本发明使用于观测天体星像的光纤头在随着空心轴作回转运动的同时，并在平行四边形平动机构的带动下作平移，使光纤接受头的接收端面不产生偏斜，另一方面光纤由空心轴内孔中穿过后连接在光谱仪上，基本上不随空心轴转动产生扭曲变形，因此本装置能保证光纤头位于最佳接受位置，并有较好的接收效率；同时，本装置使光纤头的运动轨迹由两个电机控制，实现了极坐标定位，在其控制区域内无盲区，可在任意位置精确定位。因此，当观测者需更换观察天区时，只需要控制两个控制电机，将光纤头调整到新的观测位置精确定位，不需更换其它装置，从而给观察者提供了方便。

本发明能够用于一般天文光谱望远镜中，特别适用于大尺寸的天文光谱望远镜。当用于大尺寸的天文光谱望远镜时，可将许多单元装置组装在同一焦面板上。例如在直径1.75m的球焦面上安装4000个本发明所述的单元装置时，不仅可实现同时观测4000个天体，而且，在观测不同的天区时，观测者可方便快速地调整。相比使用其它的定位安装方式，本发明还有定位精度高、定位快速、总制造成本低的优点。

附图说明

下面通过附图和实施例作进一步描述。

图1是本发明原理结构示意图。

图2是本发明一种实施例结构示意图。该图主要用于表达径向平移运动机构。

具体实施方式

图1中，(1)为回转控制电机A，(2)为回转减速齿轮组A，(3)为空心轴，(4)为轴承，(5)为焦面板，(6)为平移控制电机B，(7)为平移减速齿轮组B，(8)为螺杆，(9)为螺母，(10)、(11)为上、下平行板，(12)为连杆板，(13)为柔性铰链，(14)光纤，(15)为固定支座。

从图1中可以看出，当回转控制电机A(1)动作时，经回转减速齿轮组A，使固装在空心轴上的齿轮转动，从而使空心轴(3)转动。空心轴安装在焦面板(5)上，并由左右轴承(4)支承，实际使用中可选用步进电机，使其按控制脉冲要求正、反向驱动，从而使空心轴作±180°范围的转动。当平移控制电机B(6)转动时，经平移减速齿轮组B(7)带动螺杆(8)转动，与之配合的螺母(9)固连在上平行板(10)上，上、下平行板(10)、(11)的左、右端由4个柔性铰链(13)分别连接在空心轴(3)的上端面及连杆板(12)上，构成能相对空心轴作平移运动的平行四边形机构，当平移电机B带动螺杆转动时，连杆板(12)沿空心轴的某一直径方向平动。光纤(14)的头部固定在连杆板上，光纤从空心轴内孔中穿过引出，光纤头部一方面随着连杆板作平动，同时，也随着空心轴的转动而绕其轴线作圆周±180°运动，实现了极坐标定位。用作平动的平移控制电机B和减速传动机构支承在固定支座(15)上，该固定支座与空心轴上端面固连。

图2中，(16)为连接螺钉、销钉，(17)为浮动支座，(18)为轴销螺钉，(19)为拉簧，(20)为蜗杆，(21)为蜗轮。

本实施例中，回转控制电机A(1)通过减速器带动空心轴作±180°范围转动。空心轴(3)的上端有一个大台阶，固定支座(15)的一端由连接螺钉、销钉(16)固定在该台阶端面上，在固定支座上通过一个轴销螺钉(18)安装有一浮动支座，该浮动支座能相对于固定支座作绕轴销螺钉的转动，在固定支座和浮动支座之间连接有一拉簧(本图末表达)，用以消除蜗轮蜗杆传动中的齿侧向隙。平移步进电机B(6)安装在浮动支座上，其输出轴上刚性连接有一蜗杆(20)，在固定支座上设有螺杆(8)，蜗轮(21)即固装在螺杆轴上，蜗轮蜗杆的啮合使螺杆(8)转动，与其配合的螺母(9)连接在上平行板(10)上，拉簧(19)的一端连接在固定在支座上，另一端连接在上平行板上，用以消除螺杆螺母传动中的螺纹间隙，当平移步进电机B转动时，通过蜗轮蜗杆及螺杆螺母传动机构，推动具有柔性铰链的平行四边形机构摆动，从而使光纤头作径向平移运动。

本实施例的工作过程是，根据被测天区星像座标，由计算机给出指令，分别控制步进电机A和B，使空心轴和平行四边形机构按指令要求运动，从而使光纤头被准确地定位在被测星像的对应坐标位置上。

Claims (4)

1.一种用于天文光谱望远镜的光纤定位单元装置，包括有回转运动机构和径向平移运动机构，两者组合构成极坐标运动机构，所述回转运动机构包括回转控制电机、减速传动机构和一空心轴，回转控制电机经减速传动机构带动空心轴作±180°范围的转动，该空心轴支承在望远镜焦面板上，其轴线与焦面板垂直；所述径向平移运动包括有平移控制电机和一个平行四边形平动机构，所述平行四边形平动机构包括有上下两块平行板和一块连杆板，上下两块平行板的一端由铰链分别铰接在空心轴的上端面上，两平行板的另一端由铰链分别铰接在连杆板上，所述平移控制电机固定安装在空心轴的上端面上，并连接有减速传动机构，该减速传动机构包括有将旋转运动转换成直线运动的转换机构，其最后输出件固定在所述平形四边形的上下平行板或连杆板上；所述连杆板上设有用于安装光纤头部的孔，该孔轴线与空心轴轴线平行，光纤头在在该孔中被固定，光纤从空心轴内孔中引出。

2.如权利要求1所述的光纤定位单元装置，其特征在于所述平形四边形平动机构中使用的铰链是柔性铰链。

3.如权利要求1或2所述的光纤定位单元装置，其特征在于所述的平行四边形平动机构中能够使用通用回转铰链代替柔性铰链。

4.如权利要求1所述的光纤定位单元装置，其特征在于所述减速传动机构中设置有消除间隙机构。

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