用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调节机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种精确的镜面位置调整装置，具体涉及一种高精度五维调节机构。主要应用于天文望远镜副镜位置的调整。
【背景技术】
[0002]天文望远镜在装调和观测过程中，主副镜相对位置的变化需要通过五自由度调节系统进行调整，目前一般采用传统的五自由度调节机构或采用“六杆机构”。传统的五自由度调节机构一般由一个带球头的中心轴与镜面相连，镜面在中心轴的球头端可以相对转动，镜面以球头为中心的转动，由三个电机控制，实现镜面的两个转动自由度。同时，由于中心轴为一精密花键结构，从而限制镜面相对其轴方向的转动，即镜面不具备绕Z轴转动的自由度。中心轴的另一端为滚珠丝杆结构，通过电机控制可以实现镜面的轴向平动(Z向)，而其余的两个平动自由度(Χ、γ向)通过两个电机与直线导轨组合进行调整，最终实现副镜系统的五维调节功能。传统五维调节机构的主要缺点是:其结构较为复杂，结构尺寸较大，从承载能力与其自身质量的比值来看，其值相对较小，即相对承载能力较小。“六杆机构”是一种典型的并联机构，一般情况下由上、下平台以及连接上、下平台的杆组成。上平台为末端执行机构，称为动平台，下平台固定不动，称为定平台。“六杆机构”由六根(或四根或三根等)杆通过球铰、球销铰、虎克铰或其它特别设计的联接副与动平台(或主轴头部件)和定平台相联，组成刚度很高的框架结构。缺点是:其控制较为复杂，要实现任一自由度的运动均要通过六杆的协调工作，对每根杆运动行程及速度的计算要求非常高。因此，运动中的微小误差均可能导致机构卡死。目前，美国PI公司所生产的六杆机构价格极其昂贵，而中国自行研制的六杆机构技术还不十分成熟。
[0003]望远镜结构零件在加工及安装过程中所累积的误差会引起望远镜主镜及副镜相对位置偏差，从而影响望远镜的成像质量，在望远镜装调过程中，如副镜与主镜的光轴不重合，将会在成像时产生慧差，而副镜与主镜间轴向距离误差将会使望远镜成像时存在较大的球差。天文望远镜在观测跟踪星体时，在重力作用下，镜筒随高度角的变化发生有规律的变形，引起主副镜相对位置的变化，同样会造成光学系统成像质量变差，并影响望远镜的指向和跟踪精度。因此，副镜支撑系统应具备五自由度的调节功能，即三个平动自由度和两个转动自由度。调整副镜空间位置，使其光轴与主镜重合，同时保证副镜与主镜间的相对距离。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调节机构，通过一套简单的机构实现天文望远镜副镜位置五维调节功能，本发明能够克服传统五维调节系统结构复杂的不足，又能够避免传统“六杆机构”控制难度高、产品技术尚不成熟、价格较高等不足;本发明结构简单，镜面在各自由度方向上的调节过程中不会出现间隙或空回现象。对天文望远镜副镜位置能够进行高精度的控制。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调机构，其特征在于，自下而上地设有:底板1、底板I1、底板III;其中底板I与望远镜机架相连，所述底板I与底板II之间，由一组X向弹性片固定联接，并设有X向直线电机;所述底板II与底板III之间，由一组Y向弹性片固定联接，并设有Y向直线电机;所述底板III的上面通过位移促动器1、位移促动器II与位移促动器III设置有镜面安装板(顶板)；望远镜的副镜安装在该镜面安装板(顶板)上。
[0006]以上方案中，所述的“X向弹性片”是指，该组弹性片的厚度方向为X向；同样，所述的“Y向弹性片”是指，该组弹性片的厚度方向为Y向。
[0007]所述X向弹性片或Y向弹性片一般为四片或更多构成一组，在实现对结构支撑的同时，利用弹性片在厚度方向上刚度较小，而在其他自由度方向上刚度较高的特点实现镜面沿径向的平动。所述的镜面径向平动是利用了弹性板沿厚度方向上的弯曲变形。
[0008]所述同一组弹性片尺寸完全相同，安装时各弹性片互相平行。用一组弹性片实现直线导轨的功能;所述弹性片其在长度方向上的尺寸远大于其厚度。
[0009]所述的镜面安装板(顶板)，可以采用三角形，位移促动器1、位移促动器II与位移促动器III分别设置在三个角上。
[0010]以上方案的进一步改进，可以在所述底板III的上面通过三个弹性钢板连接杆固定一片薄型弹性钢板;该薄型弹性钢板设置在所述镜面安装板(顶板)的下面;所述的薄型弹性钢板安装方向与镜面轴向垂直，限制镜面绕其轴向的转动，但对镜面在其余自由度方向的限制很小。所述的薄型弹性钢板可以控制镜面转动时的转动中心在该薄型弹性钢板上。
[0011]换个角度说:本发明用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调机构，该五维调节机构底板与望远镜机架相连，顶板用于望远镜副镜的安装。所述的高精度五维调节机构实现镜面沿径向的平动(包括X向、Y向)是通过弹性片沿厚度方向上的弯曲变形完成;所述的高精度五维调节机构实现镜面沿轴向的平动自由度(Z向)是通过调整三个位移促动器同步工作完成;所述的高精度五维调节机构实现镜面的两个方向的转动自由度(绕X轴转动及绕Y轴转动)也是通过三个位移促动器协调工作进行;所述的高精度五维调节机构利用薄型弹性钢板限制镜面绕Z轴的转动。
[0012]所述的用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调节机构，主要由两组弹性片、两个直线电机、三个微位移促动器、一个薄型弹性钢板及其他结构件组成。
[0013]所述的高精度五维调节机构，其实现沿镜面径向(X向或Y向)位置调整由一个高精度直线电机驱动，使得在该方向上的一组弹性片沿其厚度方向上产生弯曲变形；
所述的高精度五维调节机构，其实现沿镜面径向(X向或Y向)位置调整利用了弹性片在材料屈服强度范围内，弯曲变形较大的特点；
所述的高精度五维调节机构，其实现沿镜面径向(X向或Y向)的位置调整时，利用弹性片在其厚度方向上的刚度较低，而在弹性片宽度方向上刚性较高，从而实现镜面仅在弹性片厚度方向上产生位移，而其余平动自由度方向上影响较小；
所述的高精度五维调节机构，其实现镜面沿轴向(Z向)移动或绕径向转动(绕X轴或绕Y轴)由三个位移促动器协调驱动；
所述的高精度五维调节机构，为防止镜面绕其轴向转动，由一薄型弹性钢板固定。
[0014]本发明是一种用于天文望远镜副镜位置控制的高精度五维调节结构，其方案有以下技术关键:
1.所述的高精度五维调节机构，实现镜面沿径向(X向或Y向)的位置调整时，相对运动的结构件间连接采用一组弹性片，代替传统的直线导轨结构；
2.所述的高精度五维调节机构，镜面沿径向(X向或Y向)调整时，相对运动结构件间连接弹性片安装应相互平行，同一组弹性片中各弹性片的变形完全相同；
3.所述的高精度五维调节机构，实现沿镜面轴向(Z向)移动或绕径向(绕X轴或绕Y轴)转动时，由三个高精度位移促动器直接驱动；
4.所述的高精度五维调节机构，实现沿镜面轴向(Z向)移动或绕径向(绕X轴或绕Y轴)转动时，相对运动结构件间的连接增加一个薄型弹性钢板，该薄型弹性钢板可以实现传统五维调节机构中的转动球头和花键结构的功能。
[0015]本发明的特点是:
1.所述的高精度五维调节机构，实现镜面径向(X向或Y向)平动时，相对运动的结构件采用弹性片进行连接，代替传统的直线导轨结构，使得其结构变得简单，同时实现连接的无间隙、无需润滑、无相对滑动的摩擦力等，更可实现在空间望远镜上的应用；
2.所述的高精