專利名稱：用于天文光譜望遠鏡的光纖單元定位裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及天文光譜望遠鏡焦面系統的制作，具體地涉及到焦面上的光纖定位裝置。
光纖是天文光譜望遠鏡的光接受元件。實際觀測時，由光纖接收頭對準天體星像位置采集星像之光經光纖傳輸到光譜儀中。由于天區大，天體數量多，而望遠鏡的口徑有限，其焦面面積亦有限，因此，一臺望遠鏡在一個時間內只能觀測一部份天區。如需改變觀測天區，則需調整光纖接收頭的位置，使其對應新天區的天體星像位置。在焦面面積固定的情況下，觀察者希望同時能觀測到盡量多的星像，則需在焦面板上設置盡量多的光纖頭，不僅要求有較高的位置精度，而且能方便調整，重新定位。這使得對光纖頭的定位安裝有很高的技術難度。現在世界上通常的做法有以下兩種一種是固定打孔法，即在一基板上按所需觀測天區的天體星像的對應位置分布打上孔，然后將光纖固定安裝在這些孔內，觀測時將該板放在望遠鏡的焦平面上。美國芝加哥大學的DSS望遠鏡即用此法安裝光纖。其不足在于，當觀察者要改變觀測天區時，即要更換新的光纖基板，加工量很大。同時由于其孔位固定，使微調十分不便。另一種做法為磁扣法，即以鐵板為基板，在每一個對應天體星像的位置處設置一個磁性扣頭，在磁性扣頭的上部有一棱鏡，它將天體星像的光偏轉90°射到平躺在鐵板上的光纖中，然后再傳輸到光譜儀中去，磁扣頭的放置由精巧的機器人執行。歐洲ESO(Europear Souotben Obserratory)望遠鏡即用此法固定光纖。這種方法雖然有調整方便的優點，但是其結構復雜，而且每個接受端都有一根光纖拖在基板上，因此其布點密度不宜太大，同時由于機器人為懸臂操作，考慮到其穩定性及誤差，一般只適用于小型的光纖基板。
本發明的目的在于提供一種能使光纖接收頭在可變化徑向尺寸的圓周上運動的光纖定位裝置，從而能使觀測者對光纖接收頭的所在位置可在一固定圓平面內調整，以對應不同的星像位置。
本發明的目的由以下方式實現。
本發明所述的光纖定位單元裝置，包括有回轉運動機構和徑向平移運動機構，兩者組合構成極坐標運動機構，所述回轉運動機構由控制電機經減速傳動機構帶動一空心軸作+180°范圍的傳動構成，該空心軸支承在望遠鏡焦面板上，其軸線與焦面板垂直；所述徑向平移運動包括有控制電機及平行四邊形平動機構，所述平行四邊形平動機構由上、下兩塊平行板、鉸鏈及連桿板構成，二塊平行板的一端通過鉸鏈鉸接在空心軸上端面上，兩平行板的另一端通過鉸鏈鉸接在連桿板上，所述控制電機固定安裝在空心軸的上端面上，并連接有減速傳動機構，該減速傳動機構包括有將旋轉運動轉換成直線運動的轉換機構，如絲桿螺母運動機構，螺旋斜契運動機構等，其最后輸出件固連在上述平行四邊形機構中的平行板或連桿板上，所述連桿板上設有用于安裝光纖頭部的孔，該孔軸線與空心軸軸線平行，光纖在該孔中被固定，光纖從空心軸內孔中引出。所述鉸鏈最好使用柔性鉸鏈，也能夠使用通用的回轉鉸鏈。
在上述回轉運動機構和徑向平移運動機構中，為消除傳動過程中出現的回程誤差，以保證光纖運動中的位置精度，可在傳動機構中設置現有技術中常見的消除間隙機構，如彈簧消隙機構，固定式消隙機構等。
本發明使用于觀測天體星像的光纖頭在隨著空心軸作回轉運動的同時，并在平行四邊形平動機構的帶動下作平移，使光纖接受頭的接收端面不產生偏斜，另一方面光纖由空心軸內孔中穿過后連接在光譜儀上，基本上不隨空心軸轉動產生扭曲變形，因此本裝置能保證光纖頭位于最佳接受位置，并有較好的接收效率，同時，本裝置使光纖頭的運動軌跡由兩個電機控制，實現了極坐標定位，在其控制區域內無盲區，可在任意位置精確定位。因此，當觀測者需更換觀察天區時，只需要控制兩個控制電機，將光纖頭調整到新的觀測位置精確定位，不需更換其它裝置，從而給觀察者提供了方便。
本發明能夠用于一般天文光譜望遠鏡中，特別適用于大尺寸的天文光譜望遠鏡。當用于大尺寸的天文光譜望遠鏡時，可將許多單元裝置組裝在同一焦面板上。例如在直徑1.75m的球焦面上安裝4000個本發明所述的單元裝置時，不僅可實現同時觀測4000個天體，而且，在觀測不同的天區時，觀測者可方便快速地調整。相比使用其它的定位安裝方式，本發明還有定位精度高、定位快速、總制造成本低的優點。
下面通過附圖和實施例作進一步描述。
圖1是本發明原理結構示意圖。
圖中(1)為控制電機A，(2)為減速齒輪組A，(3)為空心軸，(4)為軸承，(5)為焦面板，(6)為控制電機B，(7)為減速齒輪組B，(8)為螺桿，(9)為螺母，(10)、(11)為上、下平行板，(12)為連桿板，(13)為柔性鉸鏈，(14)光纖，(15)為固定支座。
從圖1中可以看出，當控制電機A(1)動作時，經減速齒輪組A，使固裝在空心軸上的齒輪轉動，從而使空心軸(3)轉動。空心軸安裝在焦面板(5)上，并由左右軸承(4)支承，實際使用中可選用步進電機，使其按控制脈沖要求正、反向驅動，從而使空心軸作±180°范圍的轉動。當控制電機B(6)轉動時，經減速齒輪組B(7)帶動螺桿(8)轉動，與之配合的螺母(9)固連在上平行板(10)上，上、下平行板(10)、(11)的左、右端由4個柔性鉸鏈(13)分別連接在空心軸(3)的上端面及連桿板(12)上，構成能相對空心軸作平移運動的平行四邊形機構，當電機B帶動螺桿轉動時，連桿板(12)沿空心軸的某一直徑方向平動。光纖(14)的頭部固定在連桿板上，光纖從空心軸內孔中穿過引出，光纖頭部一方面隨著連桿板作平動，同時，也隨著空心軸的轉動而繞其軸線作圓周±180°運動，實現了極坐標定位。用作平動的控制電機B和減速傳動機構支承在固定支座(15)上，該固定支座與空心軸上端面固連。
圖2是本發明一種實施例結構示意圖。該圖主要用于表達徑向平移運動機構。
圖中，(16)為連接螺釘、銷釘，(17)為浮動支座，(18)為軸銷螺釘，(19)為拉簧，(20)為蝸桿，(21)為蝸輪。
本實施例中，控制電機A(1)通過減速器帶動空心軸作4180°范圍轉動。空心軸(3)的上端有一個大臺階，固定支座(15)的一端由連接螺釘、銷釘(16)固定在該臺階端面上，在固定支座上通過一個軸銷螺釘(18)安裝有一浮動支座，該浮動支座能相對于固定支座作繞軸銷螺釘的轉動，在固定支座和浮動支座之間連接有一拉簧(本圖末表達)，用以消除蝸輪蝸桿傳動中的齒側向隙。步進電機B(6)安裝在浮動支座上，其輸出軸上剛性連接有一蝸桿(20)，在固定支座上設有螺桿(8)，蝸輪(21)即固裝在螺桿軸上，蝸輪蝸桿的嚙合使螺桿(8)轉動，與其配合的螺母(9)連接在上平行板(11)上，拉簧(19)的一端連接在固定在支座上，另一端連接在上平行板上，用以消除螺桿螺母傳動中的螺紋間隙，當步進電機B轉動時，通過蝸輪蝸桿及螺桿螺母傳動機構，推動具有柔性鉸鏈的平行四邊形機構擺動，從而使光纖頭作徑向平移運動。
本實施例的工作過程是，根據被測天區星像座標，由計算機給出指令，分別控制步進電機A和B，使空心軸和平行四邊形機構按指令要求運動，從而使光纖頭被準確地定位在被測星像的對應坐標位置上。
權利要求
1.一種用于天文光譜望遠鏡的光纖定位單元裝置，包括有回轉運動機構和徑向平移運動機構，兩者組合構成極坐標運動機構，所述回轉運動機構由控制電機經減速傳動機構帶動-空心軸作±180°范圍的轉動構成，該空心軸支承在望遠鏡焦面板上，其軸線與焦面板垂直；所述徑向平移運動包括有控制電機和一個平行四邊形平動機構，所述平行四邊形平動機構包括有上下兩塊平行板和一塊連桿板，上下兩塊平行板的一端由鉸鏈分別鉸接在空心軸的上端面上，兩平行板的另一端由鉸鏈分別鉸接在連桿板上，所述控制電機固定安裝在空心軸的上端面上，并連接有減速傳動機構，該減速傳動機構包括有將旋轉運動轉換成直線運動的轉換機構，其最后輸出件固定在所述平形四邊形的上下平行板或連桿板上；所述連桿板上設有用于安裝光纖頭部的孔，該孔軸線與空心軸軸線平行，光纖頭在在該孔中被固定，光纖從空心軸內孔中引出。
2.如權利要求1所述的光纖定位單元裝置，其特征在于所述平形四邊形平動機構中使用的鉸鏈是柔性鉸鏈。
3.如權利要求1或2所述的光纖定位單元裝置，其特征在于所述的平行四邊形平動機構中能夠使用通用回轉鉸鏈代替柔性鉸鏈。
4.如權利要求1所述的光纖定位單元裝置，其特征在于所述減速傳動機構中設置有消除間隙機構。
全文摘要
本發明涉及天文光譜望遠鏡焦面上光纖的定位裝置,它由回轉運動機構和徑向平移運動機構組合構成,前者由控制電機經減速傳劫機構帶動一空心軸作±180°范圍的轉動,后者由控制電機經傳劫機構推動一平行四邊形平動機構,使安裝光纖頭的連桿板在空心軸的某一徑向作平動,實現了光纖頭的極坐標定位,操作簡便。當用于大尺寸望遠鏡時,將多個單元裝置組裝在同一焦面板上,可同時觀察多個天體,且當觀察不同天區時,能方便快速地調整。
文檔編號G02B7/28GK1193122SQ9710320
公開日1998年9月16日 申請日期1997年3月11日 優先權日1997年3月11日
發明者邢曉正, 杜華生, 胡紅專, 翟超, 朱冰, 石德秀 申請人:中國科學技術大學