用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置制造方法及圖紙

用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置，包括俯仰軸系和方位軸系，特征是俯仰軸系和方位軸系均分別采用兩套跟蹤系統，分別構成方位軸雙冗余軸系和高度軸雙冗余軸系；兩套跟蹤系統由控制系統自動切換；俯仰軸系中的兩套跟蹤系統共同驅動高度軸，共用一套反饋系統，共用一套高度限位制動系統；方位軸系中的兩套跟蹤系統共同驅動方位軸，共用一套反饋系統，共用一套方位限位制動系統。本發明專利技術承載能力強、摩擦力低，功耗小，傳動效率高，回轉精度高。定位精度：高速時達20°/s，過低速時達0.05″/s且無爬行現象。制動限位可同時實現緊急制動、機械沖擊保護，旋轉范圍正負0~360°范圍內可調。本發明專利技術也可用于其它重型高精密的旋轉設備。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置，包括俯仰軸系和方位軸系，特征是俯仰軸系和方位軸系均分別采用兩套跟蹤系統，分別構成方位軸雙冗余軸系和高度軸雙冗余軸系；兩套跟蹤系統由控制系統自動切換；俯仰軸系中的兩套跟蹤系統共同驅動高度軸，共用一套反饋系統，共用一套高度限位制動系統；方位軸系中的兩套跟蹤系統共同驅動方位軸，共用一套反饋系統，共用一套方位限位制動系統。本專利技術承載能力強、摩擦力低，功耗小，傳動效率高，回轉精度高。定位精度：高速時達20°/s，過低速時達0.05″/s且無爬行現象。制動限位可同時實現緊急制動、機械沖擊保護，旋轉范圍正負0~360°范圍內可調。本專利技術也可用于其它重型高精密的旋轉設備。【專利說明】用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置
本專利技術涉及一種精密光學儀器的跟蹤機架，具體涉及一種用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置。本專利技術為下列項目的研究成果:國家自然基金面上項目(項目編號:11273039)、江蘇省產學研項目(項目編號:BY2011167)、中國科學院天文專項項目(C-113)。
技術介紹
現代大型天文望遠鏡大都采用地平式結構，包含俯仰軸系和方位軸系，方位軸系支撐整個系統并與地基相連接，實現方位軸的跟蹤驅動、位置、角速度、角加速度的測量及反饋，并承載數十乃至上千噸回轉部件的重量，且具有極高的運動精度和良好的穩定性，以保證望遠鏡能夠平穩、精確、超低速運行。俯仰軸系需要支撐望遠鏡的光學系統及其重要的光學儀器。并要求更高的運動精度和穩定性。另外，隨著天文觀測轉向太空、南極等天文觀測條件極為優越但環境非常復雜的地區，望遠鏡的使用模式也從傳統的人工操作向自主式、網絡化、遠程控制的工作模式轉變，這使得多余度望遠鏡跟蹤驅動及其控制成為未來天文望遠鏡研制中必須解決的關鍵問題。因此，研制具有大載荷、高剛度和低摩擦性能的方位軸系和俯仰軸系的支撐結構及其冗余控制系統是確保大型天文望遠鏡研制成功的關鍵技術之一。望遠鏡跟蹤系統主要的傳動的方式有齒輪傳動、摩擦驅動和直接驅動。在中、小型天文望遠鏡中普遍采用齒輪傳動，大、中型天文望遠鏡中多采用摩擦驅動，齒輪傳動用于大型、超大型天文望遠鏡時存在如下遇到困難:大型、特大型精密齒輪、蝸輪的加工設備非常少，專門研制超大型精密齒輪、蝸輪的加工設備由于其技術復雜、耗資大、研制過程長，很難滿足實際的設計要求，且驅動系統存在齒輪傳動間隙，系統的剛性弱、摩擦、結構模式機構復雜等因素；摩擦驅動在超大口徑的天文望遠鏡會帶來超低速運行時的爬行問題。在大型超大型天文望遠鏡驅動時，直接驅動技術具有剛度高、無摩擦、易于裝配，維護成本低，其通過一體化的設計，使得結構十分簡單，并能保證足夠高的剛度，使望遠鏡的動態性能、控制精度有了很大的提聞。大型天文望遠鏡軸系承載重量大、運動精度高、穩定性好，通用的推力球軸承、滾子軸承等的結構尺寸、承載能力和回轉精度難以滿足其要求，國內外制造f4m 口徑地平式望遠鏡時，針對望遠鏡的性能指標專門設計跟蹤軸系支撐方案。
技術實現思路
本申請將提供一種用于天文望遠鏡的雙冗余望遠鏡跟蹤軸系支撐裝置。本專利技術天文望遠鏡的雙冗余望 遠鏡跟蹤軸系支撐裝置的方位軸系和俯仰軸系主要由位置反饋機構、支撐機構、驅動機構和限位制動機構組成。且滿足以下技術要求:易于加工、裝配，運輸，維護成本低；承載能力強、摩擦力低，功耗小，傳動效率高，具有良好的抗振性能和誤差補償作用；回轉定位精度高、調速范圍廣:低速時達到0.05" /s，高速時可達到20° /s，低速運轉時無爬行現象；整體儀器可靠性高、故障率低，系統能對任意方向進入的目標進行連續跟蹤，旋轉范圍在正負(T360°范圍甚至更大范圍內可調。完成上述專利技術任務的技術方案是:一種用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置，包括俯仰軸系和方位軸系，其特征在于:所述的俯仰軸系和方位軸系，均分別采用兩套驅動系統，分別構成了方位軸的雙冗余驅動系統和高度軸的雙冗余驅動系統；所述的兩套跟蹤系統由控制系統自動切換；俯仰軸系中的兩套驅動系統共同驅動高度軸，共用一套反饋系統，共用一套高度限位制動系統；方位軸系中的兩套驅動系統共同驅動方位軸，共用一套反饋系統，共用一套方位限位制動系統。所述的兩套冗余跟蹤系統的組成是:一套多相冗余力矩電機組成的跟蹤系統與一套雙電機驅動系統；或者是兩套雙電機驅動系統。換言之，本專利技術的用于天文望遠鏡雙冗余望遠鏡跟蹤裝置，所述的跟蹤裝置采用雙電機系統和多相冗余力矩電機組成了望遠鏡方位軸系和俯仰軸系的雙冗余跟蹤系統。正常運行時，由多相冗余力矩電機直接驅動，當出現故障或者需要切換到雙電機驅動模式，由控制系統自動切換。在對能量有嚴格要求的極端環境下，可以采用由兩套雙電機系統組成的雙冗余跟蹤系統。方位軸系采用雙列角接觸軸承作為支撐；高度軸采用成對角接觸軸承作為支撐；方位軸系和俯仰軸系均采高精度的圓光柵作為反饋，并經過信號細分電路以得到更高的精度。整個裝置采用多學科的優化方法設計。所述的望遠鏡雙冗余跟蹤機架主要有雙冗余方位軸系、雙冗余高度軸軸系、叉臂、支撐機構、制動限位裝置等組成，如圖1所示。方位軸系支撐整個系統，具有極高的回轉運動精度以及良好的穩定性，通過方位底座與地基相連接。支撐結構采用高精度的雙列角接觸軸承ZKLDF650支撐整個望遠鏡的重量。驅動機構由雙余度多相力矩電機和雙電機機構組成雙余度驅動系統；正常運行時，由多相冗余力矩電機直接驅動，當出現故障或者需要切換到雙電機驅動模式，控制系統自動切換。對能量有嚴格要求的極端環境下，采用兩套雙電機系統組成的雙冗余跟蹤系統；位置反饋主要由密封結構、轉接結構、高分辨率的圓光柵及其信號處理電路組成。位置反饋的信號經過處理后可以作為雙電機驅動系統或者多項冗余力矩電機驅動系統的位置反饋信號，也可以作為多相冗余力矩電機的自動尋相的信號。制動限位裝置可以同時實現方位軸系的運動范圍的調整、緊急制動以及防止機械沖擊等功能。參見圖1。所述的雙電機系統組成的雙冗余驅動系統如圖2.a、圖2.b所示，其中圖2.a中，驅動電機I，3組成一套雙電機系統,驅動電機2,4組成一套雙電機系統,兩套雙電機系統組成方位軸的雙冗余驅動系統；其他結構與圖1.a相同，以滿足特殊環境條件下的應用。圖2.b為高度采用兩套雙電機系統組成的雙冗余度系統。高度驅動軸1，2上各安裝一套雙電機驅動系統，組成雙冗余驅動系統，兩套系統共同驅動高度軸，共用一套反饋系統，共用一套高度限位制動系統。高度軸和方位軸采用的雙電機驅動機構通過傳動齒輪3與方位大齒輪相連，由上位控制系統控制雙電機系統驅動方位軸系。傳動齒輪3通過漲緊套2與傳動軸4連接，通過鎖緊螺釘9鎖緊將傳動軸與電機轉子直接相連，伺服電機10通過螺釘固定在傳動箱I上。所述的反饋系統在于通過螺釘7將讀數頭安裝定位軸與方位底座聯接見圖1，圓光柵固4定在圓光柵方位連接座9上，然后通過編碼器方位主軸聯接板13與方位主軸聯接，當方位軸運動時，圓光柵與方位主軸儀器運動，而四個讀數頭把位置信息傳遞給信號處理器進而可以控制處理該信息轉化為方位軸系的位置、角速度、角加速度等。參見圖4:反饋機構采用了密封結構設計以防止灰塵、水分、油潰進入安裝圓光柵的空間。編碼器方位主軸連接板13是旋轉運動部件，在該零件的下面，密封板2本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任長志，樂忠宇，李恒，牛勇，徐進，葉宇，
申請(專利權)人：中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所，
類型：發明
國別省市：