用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统制造方法及图纸

描述了一种用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，所述光学装置特别是望远镜、射电望远镜或太阳光集中器，所述支撑和操纵系统包括：初级单元(1)；独立的次级单元(2)；第一机动装置，所述第一机动装置用于使所述初级单元(1)移动；第二机动装置，所述第二机动装置用于使所述次级单元(2)移动；弓形结构(3)，所述弓形结构在相对于地面的高度上配备有滑动引导件，以用于使所述次级单元(2)相对于高度旋转轴线旋转；六角系统，用于使所述初级单元(1)移动；以及控制系统。

Support and control system for optical devices and instruments

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统
本专利技术涉及一种用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统。
技术介绍
一般而言，本专利技术涉及光学瞄准或研究装置的天文望远镜和/或射电望远镜和/或太阳光集中器的领域，这些装置包括准直镜或具有聚焦作用的在轴线上或偏离轴线的系统，诸如例如初级单元中的分节抛物面镜，或者以下的组合：多个镜、和/或多个镜和其他在轴线上或偏离轴线的光学部件、和/或组合有多个镜和其他部件的科学仪器。一般而言，用于光学装置的对准、指向、跟踪的结构可以包括如下：例如，主镜，该主镜还可以包括具有不同几何结构的同心镜的组合；和第二级镜，第二级系统包括如下：多个光学部件或者第一聚焦仪器；其他光学部件诸如第三级镜和/或相互组合的多个镜连同有用于准直和光学自适应的透镜系统；以及其他还可以是主动和/或自适应的光学准直或补偿系统。作为一种示例，考虑望远镜作为这组部件的代表，因为相对于其他系统诸如射电望远镜和太阳光集中器，望远镜在精确度和复杂性方面的界限是保守的，而射电望远镜和太阳光集中器的特征在于更加受限的技术约束。一般而言，望远镜的各个部件通过非常刚性的结构性系统相互物理地连接，目的是保持光学序列的对准。随着望远镜尺寸的增大，结构变得更加雄壮，并且光学部件之间的距离会很大，因此必然需要制造具有更大尺寸的高度复杂、重型的刚性结构性系统。望远镜还需要对地面具有高的结构性刚度的约束，这是从挠曲和从扭曲的角度而言，由于望远镜的大尺寸以及保持整体系统的自身高频率的需要，它们在很大程度上取决于对地面约束的刚度。望远镜一旦制成，就可能难以进行改造，使得望远镜的光学部件保持固定并且难以更换，因为构建的机械结构用于支撑和保持基本光学部件。因此，难以用其他类型的镜或用第一聚焦仪器来替换第二级镜，由于物理上与镜本身或结构上约束至望远镜的顶部的仪器进行交互的复杂度和困难度，否则紧固区域变得过于复杂，随之使系统重量增加。如果必须用不同的镜来替换主镜，会遇到类似的困难，除非改造甚至完全替换镜本身的支撑单元，该支撑单元是望远镜的主要部件之一。此外，使用不同定位的系统代替第二级镜需要高度不同的紧固位置，这是无法相对容易地进行管理的。因此，望远镜的光学构造实际上是当设计和生产时设置的，并且几乎不可修改或绝对不可修改。存在两个单元的承载结构(通常包括格架型系统)可能意味着在对于主镜和第二级镜的维护操作方面的困难，由于在维护活动期间严格的操纵限度。射电望远镜和上述所有望远镜都需要生产复杂的并且侵入性的结构，这些结构几乎没有多用途并且是昂贵的，延长了它们的时间，这对于基本搜索程序的连续性具有不利影响。出于这样的原因，将越来越多的仪器用于极具竞争力的搜索程序，因为它们的成本往往很高。使用传统结构意味着以下限制/缺陷：最大可接受镜尺寸难以超过直径10米，除非有分节镜。然而，对于大于10米的尺寸，仍在考虑典型的支撑结构。这意味着要制造雄壮、侵入性的并且成本极高的系统，这使得生产中/大尺寸望远镜越来越零星。此外，通常不允许更换第二级光学系统，并且当可能时，对于小望远镜已经极其麻烦，除非进行复杂的程序，这需要长的集成时间和设置。望远镜必须不经受由系统本身引起或产生的振动效应。然而，上述所有第二级光学器件经受高频振动，因为必须保证系统的结构性刚度，以便使光学器件在望远镜的不同倾斜下保持对准。考虑到结构的尺寸，光学部件的振动效应无论如何都是明显的；考虑到结构性子部分确定的高频，结构距离使得振动无论如何都是不可避免的并且难以控制。为了限制振动以及由望远镜的结构上的风压引起的偏移，制作了屏(挡风屏)，该屏成为壳体装置的组成部分。难以补偿的高频振动对集成的光学系统的性能造成干扰和损害；各部分的质量需要结构性平衡，并且通过使用主动支撑件进行光学部件的形状的保持，这使光学器件的形状不受由于结构所经受的热效应和重力效应的结构性扭曲的影响；复杂并且精确的系统，其中光学序列的制造方面的精确度本质上取决于机械结构，需要高成本的关于大的机械子部分的结构性工作。在大尺寸望远镜中，结构性扭曲取决于高度角，由于构成望远镜本身的子组件的重力载荷，该子组件诸如例如主镜的支撑结构，该支撑结构的平移必须由望远镜的其余部分的受控扭曲来补偿，该其余部分的受控扭曲诸如例如如下的结构部分的扭曲，该结构部分必须被设计成使得其扭曲至少部分补偿支撑第二级镜的结构的扭曲，使得光学部件仍保持对准。然后，一个或更多个主动部分优化扭曲残差，扭曲残差在结构上无法得到补偿，由于光学系统所需的精确度，远大于仅通过被动结构补偿可以获得的精确度。因此，为了优化准直，必然需要补偿元件，补偿元件是被动结构元件和主动结构元件，诸如例如主动光学器件，这些主动光学器件除了将光学误差保持在规定的公差内之外，还调节光学部件的位置，使得它们无论如何都保持正确的准直并且朝向系统理论上瞄准的辐射源定向。壳体建筑承担着重要的角色，因为其包括多种功能，辅助和补充望远镜的功能，诸如例如挡风屏、空调系统、用于支撑望远镜的液压单元，除了以下之外：需要获得操纵数百吨并且在最新的情况下数千吨的重量的建筑物，这不确定通过地面传输至望远镜和传输至仪器的干扰效应。完整的系统需要望远镜以及壳体结构的相关基础结构，其现在的成本可与所容纳的望远镜的成本相当(如果不是更高的话)。考虑到整个系统的以及壳体建筑物的尺寸，总有必要在大面积地域上进行操作，这些地域必须通过建筑侵入性的和昂贵的土木工程进行调平和改造。所有这些都转化为过高的成本，这确定了工作的稀缺性，并且因此减缓了技术和科学的进步。一个关键的方面涉及在不同于原来的地点的不可用的工作，除非有过多的开发成本和时间。由专利EP-B1-2639618给出的现有技术涉及主镜的支撑结构，该支撑结构由以下形成：高度上的旋转结构，具有相互面对并且围绕主镜的高度旋转轴线旋转的两个弧形元件；在两个弧形元件之间延伸的框架，所述框架位于主镜下方并且端部连接至弧形元件；和主支撑结构，所述主支撑结构包括多个支撑构件，这些支撑构件适于将主镜的周向上的一个或更多个点与框架连接，使得主镜的自身重量由弧形构件通过支撑构件和框架支撑，由此减小主镜的表面的中心和边缘之间的曲率差。专利EP-B1-2639618中的专利技术提供了一种解决方案，该解决方案允许将主镜的重量划分在适于支撑主镜的子结构的组合上。专利EP-B1-2639618的专利技术是分离两个光学单元(主光学单元和第二级光学单元)的支撑结构或子结构以能够划分大尺寸光学器件的重量的一种示例。此外，由专利US-A-4111184给出的现有技术涉及太阳能集中器，该太阳能集中器包括绕竖向轴线水平旋转的方位角结构的支撑装置。这种支撑装置由一对弓形引导件构成，该弓形引导件竖向地延伸以支撑由沿着该对弓形引导件滑动的轮支撑的抛物面反射器。太阳能集中器包括用于平衡抛物面反射器的重量的平衡装置、与平衡装置耦接的适于使所述抛物面反射器呈现不同期望高度的第一机动装置、允许方位角结构呈现不同方位角位置的第二机动装置。专利US-A-4111184的专利技术提供了一种解决方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，所述光学装置特别是望远镜、射电望远镜或太阳光集中器，包括：/n-至少一个初级单元(1)；/n-至少一个次级单元(2)，所述至少一个次级单元(2)相对于所述初级单元(1)在运动学上和动力学上是独立的；/n-第一机动装置，所述第一机动装置适于使所述初级单元(1)移动；以及/n-第二机动装置，所述第二机动装置适于使所述次级单元(2)移动，/n其特征在于，所述用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统还包括：/n-弓形结构(3)，所述弓形结构连接至所述次级单元(2)，所述弓形结构(3)在相对于地面的高度上配备有滑动引导件，以用于使所述至少一个次级单元(2)相对于高度上的旋转轴线进行旋转；所述弓形结构(3)通过方位角滑动引导件(4)上的方位角车(41)相对于所述地面围绕竖向轴线进行旋转，从而确保方位角旋转运动；/n-六角系统，所述六角系统连接至所述初级单元(1)，以使所述初级单元移动，所述六角系统通过使用全向中央连结部(5)和四个可伸长臂而被改变，从而拓宽了所述初级单元(1)的运动，所述全向中央连结部和所述四个可伸长臂适于通过适于以所述初级单元(1)的运动所必需的相同的幅度来减小物理尺寸的结构件而连接至所述地面，/n-控制系统，所述控制系统被配置成使所述第一机动装置和所述第二机动装置的运动同步，以协调所述至少一个初级单元(1)和所述至少一个次级单元(2)的运动，从而保持已安装的仪器的机械/光学部件的对准，并且控制振动和每种杂散效应，所述杂散效应确定所述初级单元(1)和所述次级单元(2)的未对准。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170816 IT 1020170000938061.一种用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，所述光学装置特别是望远镜、射电望远镜或太阳光集中器，包括：
-至少一个初级单元(1)；
-至少一个次级单元(2)，所述至少一个次级单元(2)相对于所述初级单元(1)在运动学上和动力学上是独立的；
-第一机动装置，所述第一机动装置适于使所述初级单元(1)移动；以及
-第二机动装置，所述第二机动装置适于使所述次级单元(2)移动，
其特征在于，所述用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统还包括：
-弓形结构(3)，所述弓形结构连接至所述次级单元(2)，所述弓形结构(3)在相对于地面的高度上配备有滑动引导件，以用于使所述至少一个次级单元(2)相对于高度上的旋转轴线进行旋转；所述弓形结构(3)通过方位角滑动引导件(4)上的方位角车(41)相对于所述地面围绕竖向轴线进行旋转，从而确保方位角旋转运动；
-六角系统，所述六角系统连接至所述初级单元(1)，以使所述初级单元移动，所述六角系统通过使用全向中央连结部(5)和四个可伸长臂而被改变，从而拓宽了所述初级单元(1)的运动，所述全向中央连结部和所述四个可伸长臂适于通过适于以所述初级单元(1)的运动所必需的相同的幅度来减小物理尺寸的结构件而连接至所述地面，
-控制系统，所述控制系统被配置成使所述第一机动装置和所述第二机动装置的运动同步，以协调所述至少一个初级单元(1)和所述至少一个次级单元(2)的运动，从而保持已安装的仪器的机械/光学部件的对准，并且控制振动和每种杂散效应，所述杂散效应确定所述初级单元(1)和所述次级单元(2)的未对准。


2.根据前一权利要求所述的用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，其特征在于，所述方位角滑动引导件(4)由适于通过夯实地面上的节或支承板(33)以及镀锌紧固螺钉来使结构本身适应所述地面的起伏和高度变化的结构件支撑，所述支承板(33)能够安置在小的抵接底座上并且被紧固至所述地面。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，其特征在于，所述用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统包括车(21)，其中，所述至少一个次级单元(2)容纳在所述车中，所述车(21)被配置成沿着所述弓形结构(3)的高度上的所述滑动引导件滑动通过轨道，所述轨道允许沿着所述弓形结构(3)从一个端部移动至另一端部。


4.根据前一权利要求所述的用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，其特征在于，所述车(21)配备有：用于使振动稳定的系统、用于补偿轴向旋转的系统、用于在所述至少一个初级单元(1)与所述至少一个次级单元(2)之间进行机械地/光学地对准的系统、用于与所述控制系统通信的接口系统、以及用于如压缩空气、信息网络、电力供应的服务和用于系统操作的服务或使用者的接口系统。


5.根据前一权利要求所述的用于光学装置和仪器的支撑和操纵系统，其特征在于，所述用于光...

【专利技术属性】
技术研发人员：达里奥·曼茨尼，
申请(专利权)人：达里奥·曼茨尼，
类型：发明
国别省市：意大利;IT