一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器的制造方法
【专利摘要】一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，它涉及一种精密微位移促动器。本发明为了解决目前没有适用于极地低温环境下的大型拼接镜面望远镜子镜上的支撑和调节机构的问题。本发明垫板安装在壳体内，滚动直线导轨安装在垫板上，左端盖和右端盖分别盖装在壳体的两端，柔性轴安装在驱动杆上，电机座安装在滚动直线导轨上，步进电机安装在电机座上，螺杆的一端通过弹性联轴器与步进电机连接，基座安装在垫板上，套筒安装在基座内，第一螺母安装在驱动杆左端，第二螺母安在套筒的右端部，螺杆的另一端旋拧在第二螺母和第一螺母上，驱动杆一端插入套筒内部，并与第一螺母连接，另一端与柔性轴连接，轴套套装在驱动杆上，预紧弹簧套装在驱动杆上，并被压缩在第一螺母和轴套之间。本发明用于拼接镜面望远镜中。
【专利说明】-种极地低温环境下使用的精密微位移促动器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种精密微位移促动器，具体涉及一种极地低温环境下使用的精密微 位移促动器，属于望远镜拼接镜面主动光学【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着现代天文技术的不断发展，天文学家对天文望远镜的集光能力和空间分辨率 提出了更高的要求。集光能力体现在能发现更远、更暗弱的目标，空间分辨率体现在看清细 节上。望远镜的空间分辨率也就是系统所能分辨的最小间隔，它与物镜的光束口径成反比， 若提高天文光学望远镜的空间分辨率，就要增大物镜的口径。目前，最大单块镜面望远镜直 径已达到8m。
[0003] 随着望远镜口径的增大，一系列的技术问题接踵而至。例如，大直径的单镜面难于 加工，使得制造单镜面的费用几乎与镜面玻璃口径的平方或立方成正比，造价高昂。因此， 在天文望远镜的设计制造过程中，为了降低成本和镜面制造、加工的难度，大型望远镜很多 都采用拼接镜面主动光学技术，用小口径的子镜拼接成大口径的镜面，应用现代传感和控 制技术，实现主动补偿，以达到光学成像要求。
[0004] 微位移促动器在拼接镜面主动光学技术中起到支撑拼接子镜和精密调节子镜姿 态的作用。根据拼接镜面主动光学的原理和要求，每块子镜面需要几个微位移促动器来调 节其姿态以实现子镜自主主动共面的要求，这使得微位移促动技术和微位移促动器成为实 现拼接镜面主动光学技术的核心技术和部件。微位移促动器在拼接镜面主动光学技术中作 为定位支撑和调节机构，必须能够实现稳定的微纳米级分辨率和毫米级行程的位移输出， 并具有大负载的性能，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点， 是提高拼接镜面主动光学望远镜性能的一项关键技术。
[0005] 目前，我国尚无生产天文用微位移促动器的厂家，而且国外相关产品存在有效位 移小，输出负载能力小，微米级有害回程间隙和运行速度较慢、不耐低温、价格昂贵等缺点， 未来极大口径望远镜将大规模地采用子镜拼接技术，需要使用大量的微位移促动器，因而 开展微位移促动器的研制，并掌握其自主知识产权具有必要性和紧迫性。
[0006] 同时，南极大陆部分地区海拔较高，大气极为寒冷干燥，水汽含量低，空气十分稀 薄，大气透过率高，在极夜可进行约4个月的连续观测，具有绝佳的天文观测条件。因此， 各国都在南极地区开展了相关的天文观测项目，但是截至到目前为止，国际上还没有安置 于极地地区的大型拼接镜面望远镜。考虑到极地地区环境恶劣，全年气温很低，并会伴有强 风雪，这使得极地地区大型拼接镜面望远镜的设计不同于其它环境中的望远镜。微位移促 动器作为拼接镜面主动光学技术中的核心部件之一，应用于极地地区时要求具有耐低温， 结构紧凑，防强风雪侵蚀的特点。目前，国际上并无此类产品。因此对低温环境下使用的精 密微位移促动器的相关研究，能够为我国设计极地地区大型拼接镜面望远镜打下基础，进 而促进南极天文学的发展。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决目前没有适用于极地低温环境下的大型拼接镜面望远 镜子镜上的支撑和调节机构的问题。进而提供一种极地低温环境下使用的精密微位移促动 器。
[0008] 本发明的技术方案是：一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，它包括驱 动机构、差动螺旋机构和运动支撑机构，差动螺旋机构和驱动机构设置在运动支撑机构内， 所述运动支撑机构包括柔性轴、左端盖、滚动直线导轨、垫板、壳体和右端盖，垫板安装在壳 体内，滚动直线导轨安装在垫板上，左端盖和右端盖分别盖装在壳体的两端，柔性轴安装于 驱动杆左端部，且驱动杆左端穿过左端盖并与左端盖之间间隙配合，所述驱动机构包括弹 性联轴器、电机座和步进电机，电机座安装在滚动直线导轨上，步进电机安装在电机座上， 步进电机的输出端与弹性联轴器连接，所述差动螺旋机构包括驱动杆、轴套、套筒、基座、第 一螺母、螺杆、第二螺母和预紧弹簧，螺杆的一端通过弹性联轴器与步进电机连接，基座安 装在垫板上，套筒安装在基座内，第一螺母安装在驱动杆右端部，第二螺母安装在套筒的右 端部，螺杆的另一端依次旋拧在第二螺母和第一螺母上，驱动杆一端插入套筒内部，并与第 一螺母连接，驱动杆的另一端与柔性轴连接，驱动杆的伸出端与滚动直线导轨连接，轴套套 装在驱动杆上，预紧弹簧套装在轴套和第一螺母之间的驱动杆上。
[0009] 本发明与现有技术相比具有以下效果：
[0010] 1.本发明采用差动螺旋传动机构，具有结构紧凑、输出精度高、耐低温、无回程间 隙、断电自锁、稳定性强、密封性好的优点，不仅能够实现大型拼接镜面望远镜子镜的高精 度位姿调整，还能够有效防止极地地区的风雪侵蚀，在极地低温条件下实现很高的运动精 度和系统稳定性。
[0011] 2.本发明差动螺旋机构的预紧弹簧提供的预紧力能够有效消除螺旋副的间隙，提 高差动螺旋机构的输出精度，其单向输出位移精度小于1微米，即能够保证优于1微米步进 精度的直线位移输出，同时其负载力大于60N，行程大于± 1mm，满足拼接镜面面形达到光 学成像要求。
[0012] 3.本发明操作灵活、便于生产制造。
[0013] 4.本发明的左端盖、壳体和右端盖组成的促动器密闭腔体能够有效防止极地地区 强风雪的侵蚀，尤其适用于极地低温环境下使用。
[0014] 5.本发明运动支撑机构为大型拼接镜面望远镜子镜提供支撑，通过差动螺旋机构 实现大型拼接镜面望远镜子镜姿态的调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的整体结构的主视图。
[0016] 图2是本发明的整体结构的爆炸图。
【具体实施方式】
[0017]
【具体实施方式】一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种极地低温环 境下使用的精密微位移促动器包括驱动机构、差动螺旋机构和运动支撑机构，差动螺旋机 构和驱动机构设置在运动支撑机构内，所述运动支撑机构包括柔性轴1、左端盖12、滚动直 线导轨13、垫板15、壳体16和右端盖17,垫板15安装在壳体16内，滚动直线导轨13安装 在垫板15上，左端盖12和右端盖17分别盖装在壳体16的两端，柔性轴1安装在驱动杆2 左端部，且驱动杆2左端穿过左端盖12并与左端盖12之间间隙配合，所述驱动机构包括弹 性联轴器9、电机座10和步进电机11，电机座10安装在滚动直线导轨13上，步进电机11安 装在电机座10上，步进电机11的输出端与弹性联轴器9连接，所述差动螺旋机构包括驱动 杆2、轴套3、套筒4、基座5、第一螺母6、螺杆7、第二螺母8和预紧弹簧14,螺杆7的一端通 过弹性联轴器9与步进电机11连接，基座5安装在垫板15上，套筒4安装在基座5内，第 一螺母6安装在驱动杆2左端部，第二螺母8安装在套筒4的右端部，螺杆7的另一端依次 旋拧在第二螺母8和第一螺母6上，驱动杆2 -端插入套筒4内部，并与第一螺母6连接， 驱动杆2的另一端与柔性轴1连接，驱动杆2的伸出端与滚动直线导轨13连接，轴套3套 装在驱动杆2上，预紧弹簧14套装在轴套3和第一螺母6之间的驱动杆2上。
[0018] 本实施方式的螺杆7右端与第二螺母8构成螺旋副，螺杆7左端与第一螺母6构 成螺旋副，预紧弹簧14套在驱动杆2上并压缩在轴套3与第一螺母6之间。螺杆7有两段 螺纹，左端螺纹的螺距为h，右端螺纹的螺距为t 2，且t2>ti，两段螺纹旋向相同，当步进电机 11带动螺杆7转动角度$时，第一螺母6的输出的微位移S为：
[0019]
【权利要求】
1. 一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在于：它包括驱动机构、差 动螺旋机构和运动支撑机构，差动螺旋机构和驱动机构设置在运动支撑机构内，所述运动 支撑机构包括柔性轴（1)、左端盖（12)、滚动直线导轨（13)、垫板（15)、壳体（16)和右端盖 (17)，垫板（15)安装在壳体（16)内，滚动直线导轨（13)安装在垫板（15)上，左端盖（12) 和右端盖（17)分别盖装在壳体（16)的两端，柔性轴（1)安装在驱动杆（2)左端部，且驱动 杆（2)左端穿过左端盖（12)并与左端盖（12)之间间隙配合，所述驱动机构包括弹性联轴 器（9)、电机座（10)和步进电机（11)，电机座（10)安装在滚动直线导轨（13)上，步进电机 (11)安装在电机座（10)上，步进电机（11)的输出端与弹性联轴器（9)连接，所述差动螺旋 机构包括驱动杆（2)、轴套（3)、套筒（4)、基座（5)、第一螺母（6)、螺杆（7)、第二螺母（8) 和预紧弹簧（14)，螺杆（7)的一端通过弹性联轴器（9)与步进电机（11)连接，基座（5)安 装在垫板（15)上，套筒（4)安装在基座（5)内，第一螺母（6)安装在驱动杆（2)右端部，第 二螺母（8)安装在套筒（4)的右端部，螺杆（7)的另一端依次旋拧在第二螺母（8)和第一 螺母（6)上，驱动杆（2) -端插入套筒（4)内部，并与第一螺母（6)连接，驱动杆（2)的另 一端与柔性轴（1)连接，驱动杆（2)的伸出端与滚动直线导轨（13)连接，轴套（3)套装在 驱动杆（2)上，预紧弹簧（14)套装在轴套（3)和第一螺母（6)之间的驱动杆（2)上。
2. 根据权利要求1所述一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在于： 左端盖（12)、右端盖（17)和壳体（16)组成具有一定密封性的圆柱状壳体。
3. 根据权利要求2所述一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在于： 螺杆（7)上由左至右依次设有两段螺纹，第一段螺纹的螺距小于第二段螺纹的螺距。
4. 根据权利要求1或3所述一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在 于：所述第一段螺纹和第二段螺纹的旋向相同。
5. 根据权利要求4所述一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在于： 所述驱动杆（2)与电机座（10)安装于同一滚动直线导轨（13)上。
6. 根据权利要求1或5所述一种极地低温环境下使用的精密微位移促动器，其特征在 于：所述驱动杆（2)左端与左端盖（12)之间间隙配合，并保证最大间隙为50 μ m。
【文档编号】G02B7/183GK104049335SQ201410273276
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】白清顺, 梁迎春, 王群, 张庆春, 于福利, 卢礼华 申请人:哈尔滨工业大学