[发明专利]大型光学红外望远镜拼接镜面的柔性位移促动器

说明书

本发明提出了一种大型光学红外望远镜拼接镜面的柔性位移促动器，包括导向销、升降输出筒、音圈电机、折叠板簧、滑动轴承、压缩弹簧、深沟球轴承、编码器读数头、刻度板、螺母旋转式滚珠丝杠、过渡套筒、内侧固定筒、啮合直齿圆柱齿轮、不锈钢消隙正齿轮、直流电机和外侧固定筒，螺母旋转式滚珠丝杠、过渡套筒、内侧固定筒、啮合直齿圆柱齿轮、不锈钢消隙正齿轮、直流电机组成粗级控制部分，导向销、升降输出筒和音圈电机组成精级控制部分。本发明采用双级设计概念，能够满足精度和定位要求。

技术领域

本发明涉及大型光学望远镜，具体涉及一种大型光学红外望远镜拼接镜面的柔性位移促动器。

背景技术

微位移促动器是大型光学望远镜拼接镜面支撑系统的关键部件，起到支撑和调节子镜位姿的作用。每块子镜搭配三个促动器，以实现三个面外自由度(tip,tilt andpiston)的调整。促动器通过高精度的伸长或缩短，控制每块子镜按照设计要求排列在指定位置，从而实现各子镜的共焦和共相。

拼接主镜在实现更大口径时，也同样面临着巨大的挑战。为使拼接主镜达到光学设计要求，需要各子镜位姿保持极高的精度。由于受重力、风载和热变形等干扰，子镜位置控制需要促动器具有一定的行程、载荷和分辨率。拼接镜面光学红外望远镜的促动器均需达到毫米级的行程、几十公斤的负载和纳米级的分辨率。随着望远镜口径的不断增大，望远镜所受干扰也随之增大，因此导致的结构的变形量更大，对促动器能力要求也变得更高。而大行程和高精度在实际应用中很难同时实现。且子镜数量的增多，导致需要更多的促动器来控制拼接子镜的排列。促动器数量的增加意味着更高的功耗、更大的重量和更高的成本，这些都对望远镜的建立带来巨大的负担。

目前已经建成的光学拼接主镜望远镜口径已达到10m级，在现有促动器技术支持下，子镜位姿控制均满足成像质量要求。而对于更大口径望远镜，由于其对促动器性能要求的提高，致使已建10m级望远镜中应用的促动器无法直接应用于未来30m级或更大口径的望远镜中。拼接主镜微位移促动器按其结构形式可大致分为宏微结合，位移缩放和移动式(尺蠖式等)三种。Keck作为拼接主镜望远镜的先驱，通过精密螺母丝杠搭载液压减速装置实现望远镜所需精度。由于各望远镜地理位置、口径大小、观测需求以及预算等的不同，使所需的促动器要求不同。因此对于不同的望远镜，促动器多采用不同结构，但基本原理以精密丝杠和杠杆等位移缩放机构为主，以实现所需精度。但其受固有的摩擦、滞后和爬行等缺陷，使其很难解决大行程与高精度的矛盾。

国外已经尝试采用基于音圈电机的柔性促动器，并且针对促动器的抗扰性能，对柔性促动器和为传统刚性促动器增加主动阻尼两种方案进行了详细的对比分析。在建的30m级望远镜TMT和ELT初步采用新结构形式的柔性促动器，且经过试验基本达到所需要求。国内也曾对应用于拼接镜面望远镜的微位移促动器等进行设计和测试，取得了一定的效果，但是还无法满足极大口径望远镜的相应使用要求。

设计一种在行程、精度、刚度、负载能力和功耗等等方面满足条件的微位移促动器，不仅是对目前拼接主镜微位移促动器做出性能上的提高，以满足项目应用，同时也是为了面对未来更大口径望远镜的发展需求，以及为国内大口径望远镜的进步做出技术上的支持。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大型光学红外望远镜拼接镜面的柔性位移促动器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大型光学红外望远镜拼接镜面的柔性位移促动器，包括导向销、升降输出筒、音圈电机、折叠板簧、滑动轴承、压缩弹簧、深沟球轴承、编码器读数头、刻度板、螺母旋转式滚珠丝杠、过渡套筒、内侧固定筒、啮合直齿圆柱齿轮、不锈钢消隙正齿轮、直流电机和外侧固定筒，其中：

所述螺母旋转式滚珠丝杠、过渡套筒、内侧固定筒、啮合直齿圆柱齿轮、不锈钢消隙正齿轮、直流电机组成粗级控制部分，其中直流电机设置在内侧固定筒和外侧固定筒之间，带动不锈钢消隙正齿轮转动，消隙正齿轮带动啮合直齿圆柱齿轮旋转，直齿圆柱齿轮连接过渡套筒，过渡套筒通过固定销钉和螺母旋转式滚珠丝杠连接；