专利名称：一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学磨镜机，特别是采用自动控制技术完成主动压力抛光盘对光学镜面的压力控制和抛光盘的位置升降控制的一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，属于光学机械及自动控制技术领域。
背景技术：
现代天文科学的发展要求天文学家可以精确地确定天体的位置，并探测越来越遥远的天体，增大天文望远镜的口径、提高望远镜光学系统的是实现这些目标的最有效的办法之一，因此磨制大口径、高精度的天文光学镜面是摆在天文光学工艺专家的重要课题。传统的镜面抛光就需要一个金属做的抛光盘，抛光盘与光学镜面相贴合，当磨镜机转动时抛光盘与镜面产生相对运动，若镜面与抛光盘中间添加研磨剂，通过一定时间的研磨，光学镜面的面形就完全与抛光盘贴合，因为加工的抛光盘是园的一部分，生成球面面形，通过抛光可以得到高精度的球面面形，这个过程称为球面抛光，而在加工大口径非球面镜面时就发生了困难，因为不可能加工出精度和面形与光学镜面完全相同的非球面金属盘，传统的方法是仍采用球面的抛光盘，依靠人工修整抛光盘来控制加工精度，加工进度和精度直接依赖于人的经验和技术，加工周期长，精度无法保证。
大型天文光学镜面的加工精度和速度是由四种因素决定的，①磨具与镜面的相对速度，②磨料的机械性质，③磨具与镜面的接触情况(拟合性)，④磨具对镜面的压力，其中①和②二项是不难理解的，一个熟练的光学技工在加工时都会选择合适的加工速度和磨料，通常③是提高磨制镜面精度和提高加工速度的重要因素，经典的办法是由人工修整抛光模或局部修整镜面面形来提高加工精度，由于加工精度是靠人工操作，加工系统直接依赖于工人的经验和技术，在加工过程中，受多种因素影响，加工周期长，加工重复性没法保证。在加工时产生的主要问题是1)非球面从顶端到边缘的曲率减小将引起失焦的不拟合。
2)不规则的径向和切向斜率会引起像散的不拟合。
3)径向曲率变化导致慧差的不拟合。
世界各国的光学工艺专家都在探索解决大口径光学镜面的加工方法，解决抛光模与镜面的拟合问题，主动压力抛光是一种新技术，它主要解决大口径非球面光学镜面加工的周期和精度，在加工过程中，根据抛光盘在镜面的位置和角度，主动实时地将抛光盘变形为镜面上相应部分的非求面，使抛光盘的面形总是与所需要的镜面面形相一致，于是可以用磨制球面镜的方法来加工大口径高精度的非球面天文镜面，这种技术称为主动压力抛光。经典的磨制镜面时使用的抛光磨盘较轻，因此抛光盘对镜面的加压相对比较容易，通常只要在抛光盘上加一个一定重量的重物，使抛光盘对光学镜面有一个压力，这个压力的大小由抛光盘的自重和附加重物的总和，增减附加重物的重量就可以调节对镜面的压力大小，就可以调节抛光盘对镜面的压力大小。在采用了主动光学抛光盘以后，抛光盘本身自重较重，在加工过程中必须卸荷，并保持抛光盘对光学镜面的压力恒定。上世纪90年代，美国亚历桑那大学Steward天文台镜面实验室(SOML)H.M.Martin博士提出了应用应力盘(Stressed-lep)来磨制大型非球面镜面，大大地提高了磨制大型非球面镜面加工效率，1998年由S·C·West、H·M·Martin等发表的“Practical designand derformance of the stressed lap polishing tool”一文中，叙述了主动压力抛光盘设计和特点，但是没有涉及压力抛光盘如何对镜面加压和控制，从获得的一些图片只能看到抛光盘的外形。从外形看出，这是一台龙门型式的大型抛光光学磨镜机，该设备的主动压力抛光盘的压力、提升结构非常复杂，它有比较完善的压力平衡、抛光盘转轴的偏转及控制，它的优点是控制相对简单，每一个机构完成一个功能(动作)，但机械结构相对比较复杂，只适合在大型的光学磨镜设备中应用。国外有采用气压的办法，也有采用杠杆平衡的办法，但结构都嫌复杂，国内也有小磨盘抛光的数控光学磨镜机，采用机械弹簧当作压力装置，它不能随机改变压力的大小，也会因为受力方向比较复杂，产生压力的突跳。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，应用自动控制技术完成以下工作①主动压力抛光盘对镜面保持恒定压力；②主动压力抛光盘的卸荷和平衡；③主动压力抛光盘沿着镜面面形轨迹作旋转、往复运动，完成主动压力抛光盘对镜面的压力和抛光盘的升降功能。
本实用新型的上述目的是这样实现的一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，含安装在磨镜机垂直转轴上的磨头及磨头盘，磨头下设有主动压力抛光盘，与主动压力抛光盘相对的被加工光学镜面置于旋转的底盘工作台上，其特征是设置一个作用于主动压力抛光盘的压力控制器，它包括机械及电控两部分，机械部分的结构为在主动压力抛光盘上设置施力点，施力点通过带有丝杆的机械传动链联接于压力驱动电机的输出端，压力驱动电机固定在磨头盘上；电控部分包括压力控制及位置控制两个回路，压力控制回路含设置于机械传动链中的重力传感器，它的承重信号输出经前置放大器后作为反馈控制信号与工控计算机输出的给定模拟量一起输入至有源比例积分调节器构成的压力调节器，压力调节器的输出至压力驱动电机，位置控制回路含设置于压力驱动电机输出端的位置传感器，机械机构中的位置由位置传感器计值，位置传感器的输出至工控计算机，位置控制回路至少为两个闭环，速度闭环由电机驱动器实现，位置闭环的PID调节计算由单片机完成，位置给定由工控计算机输出，辅以合适的计算机软件，压力控制及位置控制两个回路交替作用于被控对象。主动压力抛光盘上设置的施力点可以是主动压力抛光盘的重心也可以是主动压力抛光盘边缘对称设置的三个点。重力传感器采用电阻应变片构成的电桥，位置传感器采用旋转式光电编码器。
本实用新型的优点及效果1、主动压力抛光盘整体结构比较简单；2、控制灵活，可以扩充功能软件，完成其他磨制功能；3、性能稳定、价格较低廉；4、具有镜面保护功能，这一点对镜面加工过程特别重要；5、采用应变式重力传感器，线性度和热稳定性都很好，其频率响应较低，经实际测试，仅有3～5HZ，这是它的不足之处，但是，光学镜面在抛光时，往往主轴的转速不会很高，完全可以满足抛光加工要求且价格比较低廉，在控制系统中可以同时作为镜面保护传感器使用。
图1是现有技术光学磨镜机中使用的一个主动压力抛光盘机械结构示意图；图2是本实用新型中的压力控制器机械结构示意图；图3、4分别是本实用新型中的压力控制器电控方框图及结构图；图5是主动压力抛光盘面上某点位置分析图。
具体实施方式
图1是现有技术光学磨镜机中使用的一个主动压力抛光盘机械结构，它有12个电机，每三个电机组成一组加力组，一共有四个加力组，均匀地分布在金属盘的四周，当电机组根据要求加上不同的力，使金属盘面变形，当加力合适，就可以获得所要求的面形，利用这种原理和结构组成的专门用于光学加工时用作细磨和抛光工序的金属模盘称作主动抛光盘。主动压力抛光盘自重压在光学镜面上的压力太重，不能进行光学抛光加工，有的光学磨镜机床是另外加上一个平衡机构，再对抛光盘(模)加一个恒定压力，保证加工要求。我们设想，主动压力抛光盘的自重就是一个压力源，采用一种简单的机械机构和相应的控制方法，减轻主动压力抛光盘对镜面的压力(卸荷)，并保证加工过程中抛光盘对镜面的压力保持不变。由图1可以看出，主动压力抛光盘是一个对称结构，合理的机械设计，我们可以把它当作一个平面刚体来考虑，其等效重心在主动压力抛光盘的垂直中心，其等效重量为G，作用于等效重心O点，这样，若在主动压力抛光盘的等径圆周上，均匀加上三个提升力P1、P2、P3(或加一个提升力P于主动压力抛光盘的重心O点)，根据平面力系的平衡原理，则P1+P2+P3＝G，若P1＝P2＝P3，则可以证明P1＝P2＝P3＝1/3G＝G′，每一个提升力提升总重量的三分之一。当主动压力抛光盘压在光学镜面上时，并在抛光盘三个提升点分别加上三个提升力P1、P2、P3，如果提升力小于主动压力抛光盘的分力G′，抛光盘无法提起，仍然压在光学镜面上，显然压在镜面上的压力已经减小，此时压在镜面上的总压力假设为N。三个提升点的等效压力N′也为总压力N的三分之一，它可以用以下公式来表示N′＝G′-KW(S)①其中N′为主动压力抛光盘三个提升点中的一个点位置对镜面的等效压力，其总压力N为该三个等效压力值之和。
G′为抛光盘三个升降点中的一个点位置上的等效重量。
KW(S)为一个提升力闭环控制系统，从①式可以看出，当KW(S)＝0时，则该位置点的等效压力N′＝G′，此时有二种情况1、当有一或二个点位置的KW(S)＝0，而另一位置点的KW(S)≠0，这是不允许出现的情况，应该在控制系统中加以限止。
2、当三个点位置的KW(S)＝0，说明整个主动压力抛光盘全部压在镜面上，这是在加工时不希望出现的情况，这时光学磨镜机不允许开机，并发出警示信号。
当KW(S)＝G′时，这时也有二种情况1、三个点位置的KW(S)＝0，此时主动压力抛光盘与镜面不接触，主动压力抛光盘处于提升位置工作状态。
2、一或二个点位置的KW(S)＝0，此时主动压力抛光盘的局部边缘部位与镜面接触，主动压力抛光盘处于不正常工作状态，此时，光学磨镜机各运动(旋转)轴不允许起动，并采取相应措施，迅速把主动压力抛光盘提升到某一设定位置，使抛光盘脱离与镜面的接触，进入开机准备状态。
当0≤KW(S)≤G′时，主动压力抛光盘与光学镜面接触，抛光盘对镜面加压，其压力大小为0≤N′≤G，而KW(S)是一个提升力控制系统，由计算机给出提升力给定值，可以得到恒定的提升力值，根据①式，可以得到抛光盘对镜面的恒定压力。
应该指出，控制提升力的大小，实质上是在主动压力抛光盘和镜面全接触和分离之间一个很微小的距离范围内，控制抛光盘与镜面之间的距离，它具有与其他位置控制系统完全不同的特点。
图2中虚线框内就是压力控制器的机械结构，框外为压力控制器与抛光盘、磨镜机机械结构连接示意图。图中1表示光学镜面，与它相对的是抛光盘(柏油层)2，抛光盘与磨镜机的转轴3相连，4、5为磨头及磨头盘，磨头及磨头盘均滑动配合在横梁导轨6上，光学镜面1置于底盘上随着底盘同轴转动，由于磨镜机的底盘和抛光盘的转速不同，转动方向也可以不一致，这样光学镜面与抛光盘将产生相对运动，并完成磨镜机的基本动作要求。7为蜗轮副，传动比为8.75，模数为1.5，8为压力驱动电动机，型号为45LCX-2直流力矩电动机测速机组，北京微电机总厂生产，配以合适的电机驱动器，驱动电机通过合适的机械传动机构带动一根高精度滚珠丝杆9，导程4mm，可外购，滚珠丝杆按铅垂线方向安装，通过连接件与主动抛光盘的一个提升点相连接，驱动力矩电动机并使它可逆运转，使该提升点能够上、下移动，10为安装在机械传动链中的重力传感器，型号为CFBHL-20，安徽省蚌埠市高灵传感器技术研究所生产，11为连接杆，在本实施装置中使用的是Φ6mm的钢丝绳索，12为压力控制器与压力抛光盘相连接的连接板，连接板与抛光盘用螺丝连接拧紧。
当磨镜机工作时，磨头转轴3转动，压力驱动电动机8随着同轴旋转，压力抛光盘2也将旋转，而磨镜机的磨头轴还要作镜面的径向方向移动，因为镜面的面形改变，很显然加在镜面上的压力也会发生变化，压力控制器的作用就是在磨镜机工作时，由于各旋转(移动)轴的工作使抛光盘对镜面的压力变化产生时，压力控制器必须实时进行控制，使压力驱动电机驱动传动机构作上、下移动，保证压力抛光盘对镜面的压力始终保持不变。
图3中，压力控制传感器采用重力传感器10，它是由电阻应变片构成的电阻电桥，在不承重时，没有信号输出，当重力传感器承重时，输出相应的直流信号，经前置放大器放大后，作为控制系统的反馈值，形成完整的闭环系统，重力传感器的信号须经行精确定标，精度为±10g，压力调节器参数可根据选择的电机和机械结构参数选择，采用PID控制，控制系统的给定值可以由工控机(上位机)或单片机(下位机)根据要求给出，由12位D/A转换器转换后输出模拟信号作为压力控制器的输入端，根据压力控制器的工作原理，该输入端的输入量是重力量，在控制系统的作用下，可以得到主动压力抛光盘其中一个提升点的恒定重力，但是，这一结果，只能在提升电机的提升力为0≤P′≤G′的条件下，才能正常工作，此时压力抛光盘一定要在规定的位置上才能工作，即压力抛光盘与镜面全部接触，抛光盘全部压在镜面上和抛光盘全部脱离镜面这二个位置之间才能工作，因此，如果主动压力抛光盘不进入工作区域，图四给出的结构框图无法应用，光学镜面是一种特别精密的玻璃部件，如果遭到抛光盘的意外冲击，将会产生严重的后果，有时还会带来不可挽回的损失，因此，使抛光盘顺利地与光学镜面接触是很重要的工序，应在设计时注意稳定性、可靠性的考虑。
由图4可以看出，压力控制器由二个控制回路组成，它的主控制回路是一个压力控制回路，当压力控制工作时，作为位置控制的主控制器是一块AT89C51单片机，利用它的智能作用，使该回路的输出恒为零，位置控制回路不起作用，单片机AT89C51仅作位置显示。在位置提升工作时，由工控机自动切换，使压力信号不迭加于控制系统，该系统已经成为一个典型的位置控制系统，虚线框以内部分是一个AT89C51单片机，它承担着位置控制主要工作，图4中的各方块内的数学式为各环节的传递函数，可根据所选择电器和机械结构参数和系统要求计算出合适的控制参数。直流力矩电机测速机组8包括81力矩电动机，型号为45LCX-2，北京微电机总厂生产峰值堵转电压40伏，峰值堵转转矩0.44N牛·米。框内，1/Ce＝0.00625伏/转/分，Te＝0.002秒，此二个参数是由电机参数确定，Tm′＝0.1秒，为折算的机械时间常数，它可以根据所设计、选择的驱动电机和机械结构所决定，82测速发电机，型号同上，比电势0.02伏/转/分，Kγ是分压系数，一般小于1，由电机驱动器面板上的电位器调整决定，它影响驱动电机的转速，框内Tr＝0.001秒是测速发电机的齿谐波滤波系数。机械传动机构蜗轮副7，传速比为8.75，模数为1.5，外购滚珠丝杠的导程为4，此二个参数决定KS的数值。13为光电编码器，采用增量式旋转光电编码器，外购，400线/转，电压5伏，其中，Kθ＝400位置分辨率为0.01mm。9为重力传感器及前置放大器，型号为CFEHL-20称重载荷20kg，输出灵敏度2.264mv/V，前置放大器的型号为美国AD公司生产的仪表放大器，型号为AD524，总增益为454，(计算值)即K5＝454，T2为电源滤波系数，取T2＝0.001秒。14为压力调节器。压力调节器是由器件运算放大器TL064组成标准的有源比例积分调节器，其中K0＝20，T0＝0.02秒，标准有源比例积分调节器的型式可参看任一版本的“自动控制原理”书籍。8为电机驱动器(包括速度调节器和PWM功率放大器)，为外购产品，采用的是瑞士maxon motor公司生产的ADS 50/5电机驱动器，电压50伏，工作电流5安，(图4中K1，T1的数值由调整电机驱动器面板上的可调电位器得到)。15为位置调节器(在AT89C51单片机内完成)，其单片机采用汇编语言编程。
压力控制系统区别于其他控制系统，当安装光学镜面的磨镜机的底盘不转时，在压力控制器工作区域内，给定一个恒定压力，主动压力抛光盘各提升点的压力不会发生变化，主动压力抛光盘的工作位置不变，提升电机不转，压力抛光盘对镜面的压力即为给定压力值，当光学磨镜机的主轴旋转时，压力提升电机是否转动要根据当时主动压力抛光盘在横梁位置来决定，当抛光盘的位置为零度(在光学镜面的顶点)时，抛光盘对镜面的压力也不会发生变化，压力提升电机仍然不转，只有在抛光盘从0°移动到光学镜面的边缘的往复过程中，由于抛物线镜面矢高差的变化，要保持抛光盘三个提升点的压力一致，要保持抛光盘的各提升点与镜面的紧密贴合，压力提升电机必须根据镜面的面形迅速响应，并根据要求可逆运转，矢高差越大，转速变化越大，并始终保持主动压力抛光盘对镜面的压力恒定。当主动压力抛光盘沿着横梁作往复运动时，(此时，主动压力抛光盘必须旋转)压力提升电机的转动速度变化更加频繁，它将以压力抛光盘转动速度的二倍频率作正、反向运动，它的速度变化率由横梁的速度来决定，因此，压力控制器不但要求可靠性和稳定性，而且，控制系统同样需要足够的快速性。从它的运动方式来看，压力控制器是一个随动系统，压力提升电机的运动和相应的位置是随着主动压力抛光盘转速、横梁的位置和速度变化而变化，它具备随动系统的基本属性。
然而，一个纯粹的压力控制回路是不能作为主动压力抛光盘的压力控制器使用的，因为要进入压力控制状态必须使抛光盘与光学镜面互相接触(在要求的相对位置之内)，进行光学检测和磨镜机需要停机时也需把抛光盘停到指定的位置，因此，还需要一个位置控制回路来保证这些基本功能的实现，通过计算机的控制和连锁，把压力控制切换为位置控制，完成使用主动压力抛光盘所需的各种动作和加工功能。位置控制回路是一个典型的三闭环控制回路，速度内环由商品电机驱动器实现，而位置闭环是由单片微型计算机AT89C51来完成的，机械机构中的位置由旋转光电编码器计值，位置闭环的PID调节计算由单片机来完成，位置给定值由工控机给出。
点位控制由计算机给出目标位置，使抛光盘提升或下降到目标位置停止，这种控制方式是主动压力抛光盘控制的常用方式位置跟踪控制根据图5和公式由计算机分别计算出抛光盘三个提升点的位置值作为给定量，输入位置控制系统，使抛光盘按镜面面形运行，受位置传感器分辨率和位置机构加工调试精度的制约，这种工作方式的精度不会很高，功能上可以当作初加工运行。
由于主动抛光盘的工作是动态的，即盘面在旋转的同时，其中心还要沿着横梁来回运动，同时盘面随着中心点在镜面上的不同位置还要倾斜，也就是说主动抛光盘在旋转(同时变形)的过程中间还有一个提升/下降的运动。在提升/下降的过程中还需要保持主动抛光盘对镜面内的压力控制，这是一个十分复杂的控制问题。即ZC≡f(X1，θ1，ρ，t)随着时间的改变，X1和θ1又会发生改变。
主动压力抛光盘和光学磨镜机的运动示意图见图5所示，图中X方向为横梁移动方向，抛光盘以O1为轴心旋转，C点为其中一个提升点的位置，ρ为提升点到轴心的半径，每一个抛光盘的ρ是固定值，A点为主动抛光盘的中心点，B点为抛光盘中心通过A点到柏油顶点的位置，抛光盘的厚度为d，Rapek为抛物面的顶点曲率半径。
设 主动抛光盘沿横梁的运动速度为V1(mm/s)主动抛光盘的自身旋转速度为V2(o/s)
则有 当tanα＝(V1t+X0)(1+d/Rapex)/Rapex令A=Rapex2+(V1t+X0)2(1+d/Rapex)2]]>W＝1+d/Rapex则C点的位置方程为ZC=ZA+(XC-XA)tan∂=ZB+dRapex+PiXBCOSθ1A]]>=(V1t+X0)2W22Rapex+dRapex+Pi(V1t+X0)W·COS(V2t+θ0i)Rapex2+(V1t+X0)2W2]]>它可以由计算机实时计算获得，也可以通过事先计算好的表格由计算机给出主动抛光盘三个提升点的实时位置。
由于采用了位置编码器和单片机，通过单片机的控制接口显示三个提升点的位置值，用于位置监示。
中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所承接了国家自然科学基金重点项目“高精度大口径天文镜面磨制技术”，这个项目研制了一台能够进行主动压力抛光技术的光学磨镜机，加工了一块直径为0.91m、焦比为f/2的抛物面镜面，要求精度为低频(RMS)≤1/14λ，高频(RMS)≤1/30λ，经过三个多月工艺探索和实验加工已经完成抛光磨制，(用经典的方法大约需要一年时间，可能还达不到高的精度)加工精度达到低频(RSM)≤1/30λ，高频(RSM)≤1/30λ，已经超过了原定的研究目标，这块实验加工的抛物面镜面，它的抛物面顶点到边缘矢高差为28mm，实际提升边缘矢差为43mm左右，横梁移动最大距离(由镜面的顶点算起)为345mm范围内，横梁移动速度为30～60mm/min，经过实际检测和光学加工的过程表明，该压力控制器已经满足主动压力抛光磨镜设备的压力控制要求。根据计算和测试，主动压力抛光盘实际重量为49.5kg，采用压力控制器后，压在镜面上的压力为1.5～10kg，(主动压力抛光盘柏油层盘面直径为φ300mm)静态压力误差为10～30g，在此面积范围下，对镜面的压力(压强)变化是很小的，完全满足大口径光学镜面磨制的要求。
权利要求1.一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，含安装在磨镜机垂直转轴上的磨头及磨头盘，磨头下设有主动压力抛光盘，与主动压力抛光盘相对的被加工光学镜面置于旋转的底盘工作台上，其特征是设置一个作用于主动压力抛光盘的压力控制器，它包括机械及电控两部分，机械部分的结构为在主动压力抛光盘上设置施力点，施力点通过带有丝杆的机械传动链联接于压力驱动电机的输出端，压力驱动电机固定在磨头盘上；电控部分包括压力控制及位置控制两个回路，压力控制回路含设置于机械传动链中的重力传感器，它的承重信号输出经前置放大器后作为反馈控制信号与工控计算机输出的给定模拟量一起输入至有源比例积分调节器构成的压力调节器，压力调节器的输出至压力驱动电机，位置控制回路含设置于压力驱动电机输出端的位置传感器，机械机构中的位置由位置传感器计值，位置传感器的输出至工控计算机，位置控制回路至少为两个闭环，速度闭环由电机驱动器实现，位置闭环的PID调节计算由单片机完成，位置给定由工控计算机输出，辅以合适的计算机软件，压力控制及位置控制两个回路交替作用于被控对象。
2.根据权利要求1所述主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器除油烟装置，其特征是主动压力抛光盘上设置的施力点可以是主动压力抛光盘的重心也可以是主动压力抛光盘边缘对称设置的三个点。
3.根据权利要求1或2所述除主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，其特征是重力传感器采用电阻应变片构成的电桥，位置传感器采用旋转式光电编码器。
专利摘要一种主动压力抛光光学磨镜设备的压力控制器，其特征是设置一个作用于主动压力抛光盘的压力控制器，机械部分的结构为在主动压力抛光盘上设置施力点，施力点通过带有丝杆的机械传动链联接于压力驱动电机的输出端，电控部分的压力控制回路含设置于机械传动链中的重力传感器，它的承重信号输出经前置放大器后作为反馈控制信号与工控计算机输出的给定模拟量一起输入至有源比例积分调节器构成的压力调节器，压力调节器的输出至压力驱动电机，位置控制回路含设置于压力驱动电机输出端的位置传感器，位置控制回路至少为两个闭环，速度闭环由电机驱动器实现，位置闭环的PID调节计算由单片机完成，压力控制及位置控制两个回路交替作用于被控对象。
文档编号B24B13/00GK2666605SQ200320123268
公开日2004年12月29日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者汪达兴, 王磊 申请人:中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所