一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，包括双螺纹丝杆，双螺纹丝杆包括螺旋方向相同、且具有不同导程的两个螺纹段，即第一螺纹段和第二螺纹段，利用第一螺纹段和第二螺纹段的相对导程差实现位移的输出，第一螺纹段外配合套设有固定连接于望远镜机架上的第一丝杆螺母，第一螺纹段连接有可驱动双螺纹丝杆旋转的驱动装置，第二螺纹段外配合套设有第二丝杆螺母，第二丝杆螺母与镜面相连。该高精度微位移促动器在实现光学镜面位置调整时，镜面位移连续不会出现间隙或空回现象。镜面的位置调整精度可以达到亚微米级甚至纳米级。该微位移促动器同时还可以实现在其它领域的应用，如一些结构件安装时位置要求较高场合。置要求较高场合。置要求较高场合。

【技术实现步骤摘要】
一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器


[0001]本专利技术涉及一种精确镜面位置调整装置，具体涉及一种高精度微位移促动器。主要应用于天文望远镜光学镜面的位置调整中。

技术介绍

[0002]为降低造价和获得良好像质，大型天文望远镜多采用拼接镜面主动光学技术，应用现代传感和控制技术，由较小尺度的子镜拼接成大口径的镜面。微位移促动器是一种精密的位移输出装置，在拼接镜面主动光学技术中完成对子镜进行定位支撑和调节的作用，其必须具有高分辨率、高稳定性、高刚度、高重复精度、大负载性能以及毫米级行程等特点,同时还要克服或减少诸如爬行、摩擦、迟滞、空回和生热等有害缺陷,成为拼接镜面望远镜的关键。在拼接镜面望远镜的设计过程中，每个子镜至少需要三个微位移促动器进行支撑，同时子镜面数目较多，如我国的LAMOST望远镜MB由37块子镜组成，规划中的我国12米红外/光学望远镜则由84块子镜拼接而成。国内尚无专业的生产天文仪器用微位移促动器的厂家，而采用国外的微位移促动器价格极其昂贵。
[0003]望远镜副镜的位置的调整、拼接镜面主动光学中各子镜定位支撑及调节，以及普通镜面安装时的位置机械调节等。对于微位移促动器一般要求大行程、高精度和大负载性能。而目前常用的微位移调节结构主要有三种形式：1)宏/微动叠加式。宏/微动叠加式微位移促动器分为宏动部分和微动部分，宏动部分完成大行程微米级定位，微动部分完成小范围的纳米级定位。这种促动器的缺点是机械结构和控制系统都较为复杂；2)移动式驱动系统，常见的移动式驱动结构主要有两大类：一类是基于“尺蠖原理”，另一类是基于“粘滑效应”，理论上这两者都可实现无限大的工作行程，若采用压电马达，其运动分辨率均可达到纳米级，但尺蠖电机的价格极其昂贵；3)缩放系统，在驱动器与执行器之间采用具有运动缩放功能的机构(可通称为运放机构)，这种缩放机构又分两种情况：一种是采用压电类驱动器结合运动放大机构，该形式位移促动器其行程较小，且需持续供电；另一种是采用普通电机结合运动缩小机构，如我国LAMOST望远镜MB子镜的微位移促动器采用的是由步进电机驱动，经谐波减速器及精密滚珠丝杆减速实现微小位移的输出，但是由于齿轮或蜗轮蜗杆传动时存在间隙，使得微位移驱动时存在空回现象，从而影响到位移输出的精度。相对于前两种方式，第三种方式成本最低，控制最为简单，工程上也最容易实现。
[0004]由于采用粗、精结合平台式位移促动器结构比较复杂，由压电材料利用“尺蠖原理”所设计的尺蠖电机，行程大，精度高，且可以断电自锁，但是目前市场上的价格较高，国内该类产品技术尚不成熟，而对于利用位移放大机构将压电材料的行程进行放大的微位移促动器机构，通常情况下每1毫米长度的压电材料其最大的伸缩量约为1微米，因此为了提高压电式位移促动器的行程范围虽然借助位移放大机构，但其行程的放大能力非常有限，同时还需对压电材料持续供电。而对于常用的采用减速器加精密丝杆结构实现微位移输出，其因齿轮或蜗轮蜗杆传动存在间隙，不可避免出现位移输出的空回，限制其最终的位移输出精度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术目的是提供一种用于天文望远镜镜面位置精确控制的高精度微位移促动器，本专利技术的高精度微位移促动器位移输出的精度可以通过所设计的两丝杠相对导程差进行调节，相对导程差可以达到亚毫米级甚至微米级，同时可以实现断电自锁。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，包括双螺纹丝杆，所述双螺纹丝杆包括螺旋方向相同、且具有不同导程的两个螺纹段，即第一螺纹段和第二螺纹段，利用第一螺纹段和第二螺纹段的相对导程差实现位移的输出，所述第一螺纹段外配合套设有固定连接于望远镜机架上的第一丝杆螺母，所述第一螺纹段连接有可驱动双螺纹丝杆旋转的驱动装置，所述第二螺纹段外配合套设有第二丝杆螺母，所述第二丝杆螺母与镜面相连。
[0008]优选的，所述第一丝杆螺母上固定安装有导向装置，所述导向装置包括直线导轨，所述直线导轨上安装有滑块，所述驱动装置与所述滑块固定连接。
[0009]优选的，所述高精度微位移促动器的位移输出精度可达亚微米级，甚至纳米级。
[0010]优选的，所述第一丝杆螺母和第二丝杆螺母均为消隙丝杆螺母；所述双螺纹丝杆为滚珠丝杆。
[0011]优选的，所述双螺纹丝杆包括螺旋方向相同、且具有不同导程的两个丝杆，即所述双螺纹丝杆由第一丝杆和第二丝杆串联而成；或者，所述双螺纹丝杆采用同一根丝杆，其上加工有螺旋方向相同、且具有不同导程的两段螺纹。
[0012]优选的，还包括空心轴，所述空心轴与第一丝杆螺母固定连接，所述第二丝杆螺母连接有导套，所述导套配合套设于所述空心轴外，用于为第二丝杆螺母导向。
[0013]优选的，所述空心轴为空心花键轴，所述导套为花键套，所述花键套配合套设于所述空心花键轴外。
[0014]优选的，所述高精度微位移促动器可结合位移计形成闭环控制的高精度微位移促动器。
[0015]优选的，所述高精度微位移促动器所采用的不同导程的双螺纹丝杆可以实现滚珠丝杆的自锁功能。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术的高精度微位移促动器采用两套不同导程的滚珠丝杆串联结构，利用这两者之间的导程差，大幅提高滚珠丝杆在传动过程中的减速比，替代传动的齿轮或蜗轮蜗杆结构，避免传动过程中的间隙带来的空回，有效提高微位移促动器的输出精度，同时具备传统缩放式微位移促动器的结构简单、刚度高、承载力大、行程大等优点，克服传统缩放式微位移促动器由于存在空回而精度受到限制的缺点。同时还具有断电自锁性能，有效节约能耗，即实现类似“尺蠖电机”的自锁能力。该微位移促动器的结构由电机、滚珠丝杆，直线导轨，滚动花键等构成，对环境适应性强，可靠性高，设计加工方便，成本较低。其微位移的输出是线性系统，在射电望远镜反射面板等位置调整精度要求相对较低场合，可以直接采用开环控制，即可满足面板位置控制精度要求。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构原理图。
[0019]图中标记：1.电机，2.直线导轨安装座，3.电机安装座，4.直线导轨，5.联轴节，6.第一丝杆螺母，7.安装座，8.双螺纹丝杆，9.空心花键轴，10.花键套，11.连接套，12.第二丝杆螺母，13.丝杆盖，14.铟钢垫，15.镜面，16.望远镜机架。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0021]在拼接镜面主动光学系统中，为实现主动补偿和提高光学成像质量，实现各子镜面共焦或共相拼接要求，需要对子镜面的位置进行高精度的调整，各子镜间相对位置的调整均需采用高精度微位移促动机构。对望远镜副镜调焦或射电望远镜反射面板的位置调整均可采用该高精度微位移促动器。以下实施例仅以应用于天文望远镜光学镜面的位置调整为例进行说明，但可以理解地，本专利技术高精度微位移促动器也可应用于其他的工业领域实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，其特征在于，包括双螺纹丝杆(8)，所述双螺纹丝杆(8)包括螺旋方向相同、且具有不同导程的两个螺纹段，即第一螺纹段和第二螺纹段，利用第一螺纹段和第二螺纹段的相对导程差实现位移的输出，所述第一螺纹段外配合套设有固定连接于望远镜机架(16)上的第一丝杆螺母(6)，所述第一螺纹段连接有可驱动双螺纹丝杆(8)旋转的驱动装置，所述第二螺纹段外配合套设有第二丝杆螺母(12)，所述第二丝杆螺母(12)与镜面(15)相连。2.根据权利要求1所述的一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，其特征在于，所述第一丝杆螺母(6)上固定安装有导向装置，所述导向装置包括直线导轨(4)，所述直线导轨(4)上安装有滑块，所述驱动装置与所述滑块固定连接。3.根据权利要求1所述的一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，其特征在于，所述高精度微位移促动器的位移输出精度可达亚微米级，甚至纳米级。4.根据权利要求1所述的一种用于天文望远镜镜面位置调整的高精度微位移促动器，其特征在于，所述第一丝杆螺母(6)和第二丝杆螺母(12)均为消隙丝杆螺母；所述双螺纹丝杆(8)为滚珠丝杆。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛冬生，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：