DE19639864A1

DE19639864A1 - Storage for an astronomical mirror

Info

Publication number: DE19639864A1
Application number: DE1996139864
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Meier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-02
Also published as: WO1998013714A1

Abstract

A mounting for an astronomic mirror (41) has several mounting elements (48, 49; 50, 51) arranged underneath the bottom side of the mirror. The lines of application of the mounting elements run through the general centre of gravity of the mirror and the mirror (41) is secured against rotation and axial lateral displacements. At least three dimensionally stable auxiliary structures (44, 45) without thermal deformation in the plane (52) of the centre of gravity are arranged between the mirror and the mirror mounting elements. The auxiliary structures are directly secured to the mirror (41) to be supported and three actuators (48, 49; 50, 51) are arranged between the mirror mounting elements and each auxiliary structure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für einen astronomischen Spiegel mit mehreren unterhalb der Spiegelunterseite angebrachten Halterungselementen, bei welcher die Wirkungs linien der Halterungselemente durch den Gesamtschwerpunkt des Spiegels gehen und bei welcher der Spiegel sowohl axial lateral und rotationssicher gelagert ist.The invention relates to a storage for an astronomical Mirror with several below the bottom of the mirror attached bracket elements, in which the effects Lines of the support elements through the center of gravity of the Mirror and in which the mirror is both axially lateral and is stored in a rotation-proof manner.

Astronomische Spiegellagerungen koppeln die Spiegelzelle und den Spiegel mit sechs Freiheitsgraden und bestehen im allgemeinen aus einem axialen Supportsystem, welches die Haupt last des Spiegels trägt, zwei lateralen Supportsystemen, welche zueinander und zum axialen System senkrecht angeordnet sind und einem Drehsicherungssystem. Die beiden lateralen Supportsysteme haben meist nur die halbe Anzahl von Stützpunkten des axialen und sind so angeordnet, daß ihre Wirkungslinien durch den Gesamtschwerpunkt des Spiegel gehen, um keine Momente im Spiegelkörper entstehen zu lassen. Eines der beiden lateralen Systeme ist seinerseits in zwei Teilen ausgeführt, um gemeinsam den Rotationsfreiheitsgrad abzudecken.Astronomical mirror bearings couple the mirror cell and the mirror with six degrees of freedom and consist in general from an axial support system which is the main load of the mirror, two lateral support systems, which are arranged perpendicular to each other and to the axial system and an anti-rotation system. The two lateral support systems usually have only half the number of axial support points and are arranged so that their lines of action through the Overall focus of the mirror go to no moments in the To create mirror bodies. One of the two lateral Systems in turn is run in two parts to be common to cover the rotational freedom.

Alle Lagerungskräfte sind einzeln am Spiegel angekoppelt und werden so miteinander kombiniert, daß keine Kopplungen mit mehr als sechs Freiheitsgraden zwischen Spiegel und Zelle entstehen.All positioning forces are individually coupled to the mirror and are combined with each other in such a way that no more couplings with arise as six degrees of freedom between the mirror and the cell.

Derartige Spiegellagerungen sind z. B. bekannt aus der DE 36 03 217 und der EP 0 317 493.Such mirror bearings are such. B. known from the DE 36 03 217 and EP 0 317 493.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Spiegellagerung zu schaffen, bei welcher alle drei orthogonalen Raumrichtungen mit der gleichen Anzahl von Stützpunkten ausgestattet und somit untereinander völlig gleichwertig sind.It is the object of the invention to mount a mirror create in which all three orthogonal spatial directions with the same number of bases and thus are completely equivalent to each other.

Diese Aufgabe wird erfüllt durch den kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs. This task is accomplished by the characteristic part of the first claim.

Die Erfindung wird ermöglicht durch eine metallische Hilfs struktur, die aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften direkt an drei Punkten mit dem Spiegel verklebt werden darf. Diese ist aus der DE 29 603 024 bekannt. Wenn an einem Spiegel mindestens drei solche Strukturen befestigt sind, lassen sich an jeder Hilfsstruktur drei zueinander orthogonale Freiheitsgrade so kombinieren, daß alle Wirkungslinien durch einen Teilschwer punkt des Spiegels verlaufen.The invention is made possible by a metallic auxiliary structure that due to its thermal properties directly can be glued to the mirror at three points. This is known from DE 29 603 024. If at least on a mirror three such structures are attached to each Auxiliary structure three degrees of freedom orthogonal to each other see above combine that all lines of action by a partial gravity point of the mirror.

Im Gegensatz zum Stand der Technik sind hier alle drei orthogonale Raumrichtungen mit der gleichen Anzahl von Stütz punkten ausgestattet und somit untereinander völlig gleich wertig. Jede der drei Raumrichtungen unterstützt dabei einen Teilschwerpunkt des Spiegels, der seinerseits durch den Schwer punkt der drei Befestigungspunkte der Hilfsstruktur gemeinsam mit dem Schwerpunkt der Hilfsstruktur selbst definiert wird.In contrast to the prior art, all three are here orthogonal spatial directions with the same number of supports points equipped and thus completely identical to each other significant. Each of the three spatial directions supports one Partial focus of the mirror, which in turn is due to the gravity point of the three attachment points of the auxiliary structure together is defined with the focus of the auxiliary structure itself.

Werden beispielsweise sechs Hilfsstrukturen mit dem Spiegel verklebt, so ergeben sich 18 Lagerungspunkte zwischen dem Spiegel und den sechs Hilfsstrukturen, aber nur sechs Punkte pro Raumrichtung für das gesamte Supportsystem. Von diesen insgesamt 18 Lagerungspunkten werden sechs durch feste Verbindungen verifiziert, welche voneinander unabhängig gewählt werden müssen, damit die erforderlichen sechs Freiheitsgrade der Kupplung zwischen Spiegel und Zelle entstehen. Die übrigen 12 Lagerpunkte werden mit Kraftaktuatoren bestückt, nach bewährtem hydraulischen oder mechanischen Konzept. Somit werden nur 12 aktive Supportaktuatoren benötigt, gegenüber 18 axialen plus 2 × 9 lateralen einer herkömmlichen hydraulischen Lagerung. Diese Reduktion des Aufwandes um den Faktor drei ist der Kernpunkt der Erfindung die durch die dimensionsstabile Hilfsstruktur ermöglicht wird.For example, six auxiliary structures with the mirror glued, there are 18 storage points between the Mirror and the six auxiliary structures, but only six points per room direction for the entire support system. Of these a total of 18 storage points are six by fixed Connections verified, which are chosen independently of each other need to be the required six degrees of freedom the coupling between mirror and cell arise. The remaining 12 bearing points are equipped with force actuators, according to proven hydraulic or mechanical concept. So be only 12 active support actuators required, compared to 18 axial ones plus 2 × 9 laterals of a conventional hydraulic Storage. This is a three factor reduction in effort the essence of the invention by the dimensionally stable Auxiliary structure is made possible.

Die Erfindung wird im folgenden in beispielhafterweise anhand von Zeichnungen erläutert, wobei weitere wesentliche Merkmale sowie dem besseren Verständnis dienende Erläuterung und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens beschrieben sind.The invention is described below by way of example of drawings explained, with other essential features as well as explanation for better understanding and Design options of the inventive concept described are.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch einen Spiegel mit der erfindungsgemäßen Lagerung; und Figure 1 is a lateral section through a mirror with the inventive storage. and

Fig. 2 die Lagerungspunkte einer erfindungsgemäßen Lagerung eines astronomischen Spiegels mittels eines hydraulischen Unterstützungssystems. Fig. 2 shows the storage points of an inventive storage of an astronomical mirror by means of a hydraulic support system.

Eine spannungsfreie Lagerung (wie sie z. B. aus der DE 296 03 024 bekannt ist) kann insbesondere sehr vorteilhaft zur Lagerung eines astronomischen Spiegels verwendet werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.Stress-free mounting (as is known, for example, from DE 296 03 024) can be used very advantageously in particular for mounting an astronomical mirror, as is shown in FIG. 1.

Mit der erfindungsgemäßen spannungsfreien Lagerung ist es nun möglich eine Spiegellagerung zu schaffen, bei welcher alle drei orthogonalen Raumrichtungen mit der gleichen Anzahl von Stütz punkten ausgestattet und somit untereinander völlig gleich wertig sind.It is now with the tension-free storage according to the invention possible to create a mirror bearing in which all three orthogonal spatial directions with the same number of supports points equipped and thus completely identical to each other are valuable.

Die spannungsfreie Lagerung kann auf Grund ihrer thermischen Eigenschaften direkt an drei Punkten mit dem Spiegel verklebt werden (44, 45 in Fig. 1, dritter Lagerungspunkt ist in der Figur nicht dargestellt). Wenn an einem Spiegel (41) mindestens drei solche Strukturen (44, 45) befestigt sind, lassen sich an jeder spannungsfreien Lagerung drei zueinander orthogonale Freiheitsgrade so kombinieren, daß alle Wirkungslinien durch einen Teilschwerpunkt des Spiegels (41) verlaufen.Due to its thermal properties, the stress-free mounting can be glued directly to the mirror at three points ( 44 , 45 in FIG. 1, third mounting point is not shown in the figure). If at least three such structures ( 44 , 45 ) are attached to a mirror ( 41 ), three degrees of freedom that are orthogonal to each other can be combined on each tension-free mounting such that all lines of action run through a partial center of gravity of the mirror ( 41 ).

Der in der Fig. 1 dargestellte astronomische Spiegel (41) besitzt an seiner Unterseite dimensionsstabile Hilfsstrukturen (44, 45), welche auch als spannungsfreie Lagerungen bezeichnet werden. Der Spiegel (41) ist in dem hier dargestellten Beispiel ein Leichtgewichtspiegel, welcher eine geschlossene, verspiegelte Oberfläche (41.1) und eine geschlossene, ebene Spiegelunterseite (41.2) besitzt. Diese beiden äußeren Flächen sind durch Rippen (41.3) stabil miteinander verbunden. In seiner Mitte besitzt der kreisrunde Spiegel (41) eine Öffnung (42). Der Spiegel (41) ist in einer gekippten Lage von 42,5° relativ zum Horizont dargestellt.The astronomical mirror ( 41 ) shown in FIG. 1 has dimensionally stable auxiliary structures ( 44 , 45 ) on its underside, which are also referred to as stress-free bearings. In the example shown here, the mirror ( 41 ) is a lightweight mirror which has a closed, mirrored surface ( 41.1 ) and a closed, flat underside ( 41.2 ) of the mirror. These two outer surfaces are connected to each other by ribs ( 41.3 ). The circular mirror ( 41 ) has an opening ( 42 ) in its center. The mirror ( 41 ) is shown in a tilted position of 42.5 ° relative to the horizon.

Die dimensionsstabilen Hilfsstrukturen (44, 45) sind über Verbindungen (48, 49, 50, 51) mit der Spiegelzelle (43) verbunden. Am bzw. im Spiegelkörper (41) selber sind sie an den entsprechenden Punkten (46) direkt angebracht, wobei der Befestigungspunkt in der Schwerpunktebene (52) des Spiegels (41) liegt. Jede der dimensionsstabilen Hilfsstrukturen (44, 45) ist hier im oberen Teil (44′) aus Titan und im unteren Teil (44′′) aus Aluminium aufgebaut. Entlang der Trennungslinie (47) kann der Spiegel (41) von der Spiegelzelle (43) getrennt werden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient α₁ des Spiegels (41) muß dabei nicht dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₂ der Spiegelzelle (43) entsprechen.The dimensionally stable auxiliary structures ( 44 , 45 ) are connected to the mirror cell ( 43 ) via connections ( 48 , 49 , 50 , 51 ). They are attached directly to the corresponding points ( 46 ) on or in the mirror body ( 41 ) itself, the attachment point being in the center of gravity ( 52 ) of the mirror ( 41 ). Each of the dimensionally stable auxiliary structures ( 44 , 45 ) here is made of titanium in the upper part ( 44 ') and aluminum in the lower part ( 44 ''). The mirror ( 41 ) can be separated from the mirror cell ( 43 ) along the dividing line ( 47 ). The thermal expansion coefficient α₁ of the mirror ( 41 ) does not have to correspond to the thermal expansion coefficient α₂ of the mirror cell ( 43 ).

Außer den beiden in der Figur dargestellten Verbindungen (44, 45) besteht noch eine dritte Verbindung zu jeder der dargestellten dimensionsstabilen Hilfsstruktur (44, 45).In addition to the two connections ( 44 , 45 ) shown in the figure, there is a third connection to each of the dimensionally stable auxiliary structures ( 44 , 45 ) shown.

Die in der Fig. 1 dargestellten Verbindungen (48, 49; 50, 51) sind Aktuatoren, welche mechanischer oder hydraulischer Art sein können. Die Verbindungen (48, 49; 50, 51) einer dimensionsstabilen Hilfsstruktur (44, 45) erzeugen jeweils einen Teilschwerpunkt (47′, 47′′), welcher in der Schwer punktebene (52) liegt.The connections ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) shown in FIG. 1 are actuators, which can be mechanical or hydraulic. The connections ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) of a dimensionally stable auxiliary structure ( 44 , 45 ) each produce a partial center of gravity ( 47 ', 47 ''), which lies in the focal plane ( 52 ).

In der Fig. 2 ist ein Spiegelunterstützungssystem beschrieben welches sechs dimensionsstabile Hilfsstrukturen verwendet, welche hydrostatische Aktuatoren haben. In dieser Fig. 2 sind die jeweils einen Freiheitsgrad unterstützenden Supportsysteme jeweils mit der gleichen Nummer gekennzeichnet. FIG. 2 describes a mirror support system which uses six dimensionally stable auxiliary structures which have hydrostatic actuators. In this FIG. 2, the support systems supporting one degree of freedom are each identified by the same number.

Die sechs Freiheitsgrade sind so verteilt, daß in der Haupt lastrichtung (z. B. bei der Verwendung der Lagerung in einem Flugzeug) drei hydraulische Kreise mit den Aktuatorpaaren (61′′, 62′′) und (63′′). In der ersten lateralen Richtung wirken die beiden Kreise (64′′) und (65′′); in der zweiten lateralen Richtung wirkt dann nur noch ein Kreis (66′′).The six degrees of freedom are distributed so that three hydraulic circuits with the actuator pairs ( 61 '', 62 '') and ( 63 '') in the main load direction (e.g. when using the bearing in an aircraft). The two circles ( 64 '') and ( 65 '') act in the first lateral direction; only a circle then acts in the second lateral direction ( 66 ′ ′).

Claims

1. Storage for an astronomical mirror ( 41 ) with a plurality of mounting elements ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) attached below the underside of the mirror, in which the lines of action of the mounting elements ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) pass through the center of gravity of the mirror ( 41 ) go and in which the mirror ( 41 ) is mounted axially laterally and rotationally, characterized in that between the mirror ( 41 ) and mirror support elements ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) at least three dimensionally stable auxiliary structures ( 44 , 45 ) without thermal deformation in are attached to the focal plane ( 52 ), that the auxiliary structures ( 44 , 45 ) are attached directly to the mirror ( 41 ) to be carried, and that three actuators ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) each between the mirror cell ( 43 ) and each auxiliary structure ( 44 , 45 ) are arranged.

2. Storage according to claim 1, characterized in that a fixed connection and two force actuators ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) are attached to at least one auxiliary structure ( 44 , 45 ).

3. Storage according to claim 1 or 2, characterized in that the force actuators ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) are mechanical.

4. Storage according to one of claims 1-3, characterized in that the force actuators ( 48 , 49 ; 50 , 51 ) are hydraulic.

5. Storage according to one of claims 1-4, characterized in that the auxiliary structure ( 44 , 45 ) is constructed from titanium and aluminum.

6. Storage according to one of claims 1-4, characterized in that three auxiliary structures ( 44 , 45 ) are attached under the mirror ( 41 ).

7. Storage according to one of claims 1-4, characterized in that six auxiliary structures ( 44 , 45 ) are attached under the mirror ( 41 ).