大型天文望远镜拼接镜面子镜的装卸方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种装卸方法。具体涉及一种大型天文望远镜拼接镜面子镜装卸方 法，是适用于郭守敬望远镜（LAM0ST)拼接主镜的子镜的装卸方法。
【背景技术】
[0002] 作为一个国家的国力和科技力量的体现，天文望远镜集中了大型光学玻璃的浇 铸、精密光学加工与检测、大型机械装备的高精度加工、计算机控制系统及光电接收系统等 当代高新技术的最新成果。集光口径是望远镜最主要的一项技术指标，望远镜的发展很大 程度上体现为口径的不断加大。为了突破光学镜面浇铸加工的瓶颈，在新一代大望远镜的 研制工作中，拼接镜面主动光学已经成为一项关键技术，它的出现不但使得更大望远镜的 建造在技术上可行，也打破了望远镜造价和口径的2. 7次方成比例的规律，使其具备了现 实的意义。
[0003] 20世纪90年代以来世界范围内研制完成的大型地面光学和红外望远镜，共有十 多架，其中采用拼接镜面的有6架，分别为KECKI、KECKII、HET、GTC、SALT和LAM0ST。而 国际上已经提出的架下一代大望远镜计划包括E-ELT、TMT、GMT、CFGT、JELT中，无一例外的 采用了拼接镜面的技术。
[0004] 随着大口径望远镜的发展，望远镜的主镜安装问题也越来越凸现出来，拼接镜面 望远镜的镜片很多，比如现有的大口径望远镜中GTC，KECK有36块子镜，HET，SALT有91块 子镜，设计中的下一代望远镜中其包含的子镜数量更多，比如TMT有492块子镜，E-ELT有 906块子镜，GMT则由7块8. 4米的子镜组成，而我国计划中的CFGT设计中将由1120块子 镜拼接组成。如此多的子镜数量如果采用人手工安装，且不说安装的精度如何，单是如此大 量的子镜安装工作，本身就是一项浩大的工程，需要耗费大量的人力物力和时间；另外由于 拼接镜面包含多块子镜，所以子镜，子镜室及其后的桁架结构复杂，手工单块拆卸将十分困 难，拼接镜面望远镜的主镜装卸必须使用特殊的装卸工具。
[0005] 中国已经落成的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST(LargeSkyArea Multi-ObjectFiberSpectroscopicTelescope)是一架中星仪式反射施密特望远镜。球 面主镜MB由37块对角线长1. 1米厚度75毫米的六角形球面子镜组成。镜面在工作了一 个阶段之后，反射膜将产生老化现象，反射率降低，这时需要将老化了的膜层去除干净并重 新镀膜。这就需要经常将主镜子镜拆下镀膜后再重新装上。
[0006] 目前国际上的各大拼接镜面望远镜都配有专用的安装装置，采用全计算机控制， 运动精度高，安装效率也高。
[0007] HET和SALT的主镜单元安装方法类似，因为他们的主镜是固定朝上放置的，安装 子镜镜片时都是把镜片首先固定安装在镜室的支撑上，根据镜室的结构设计一套特殊的装 夹工具，然后使用安装在圆顶上的吊车将子镜单元装置整个吊到镜面上方，然后向下放到 镜架上的装夹工具上，松开吊车，通过装夹工具慢慢下降调整，将子镜单元移动到位。SALT 的子镜支撑和子镜单元的安装工具都是由位于亚利桑纳Tuscon的EOS Technologies制造 的。
[0008] Keck和GTC是地平式望远镜，可以将主镜旋状到水平位置，然后用类似上述方法 安装子镜单兀。
[0009] 目前中国国内拼接镜面望远镜还仅有郭守敬望远镜（LAM0ST) -架，其球面主镜 MB是一个6. 05米X6. 67米的由37块子镜构成的组合系统，主镜整体的球面曲率半径40 米，整个MB及其支撑桁架都处于和地平向下倾斜25°角的位置，每块子镜是对角线长为 1. 1米的正六角形，正面是半径为40米的球面，背面是平面的柱形体，中心厚度75毫米。
[0010] 可以看到由于LAM0ST独特的设计，MB既有一般大望远镜主镜共同的特点，又具备 有自身鲜明的特色具体表现在如下几个方面：
[0011] 1.在观测的过程中固定不动；
[0012] 2.整个主镜MB是呈25度向下倾斜的；
[0013] 3.没有一般望远镜的机架与跟踪部分，但仍然需要为镜室桁架提供稳定的向下倾 斜的支撑；
[0014] 这些特点导致LAM0ST主镜的子镜单元安装方式与其它大型拼接镜面望远镜的子 镜单元安装方式有很大的不同。另外由于望远镜镜片的特殊性，在操作的过程中镜片不能 承受太大的外力和加速度，所以镜片单元的安装又与其它望远镜组件的安装不同。
[0015] 现有的子镜安装方式是用升降车把钳工送到镜面附近手工操纵夹具，把子镜送到 安装位置。现有方法中采用肉眼判断镜面距离，手工操纵手轮进给，地面升降车的操作也采 用人工，方法比较原始，精度不高，安全性也得不到保证。现有技术中不存在相关的技术方 案。
[0016] 由于拼接式天文望远镜的口径越来越大，拼接镜面子镜的安装装置必须兼有大位 移和高精度两个特点。根据一般机械常识，在设计上要兼顾这两点是存在矛盾和困难的；兼 顾大位移和高精度的要求，也给控制系统带来困难。
【发明内容】
[0017] 为了弥补现有技术的不足，本发明的目的提供一种大型天文望远镜拼接镜面子镜 装卸方法，即，郭守敬望远镜（LAM0ST)拼接主镜的子镜装卸方法、研制一个郭守敬望远镜 (LAM0ST)子镜装卸专用装置，代替原有的手工操作，实现LAM0ST主镜子镜的装卸，能够满 足望远镜主镜要求的高精度高可靠度的镜面拼接。同时对大口径拼接镜面望远镜的镜面装 卸方式进行一些探索，为今后大望远镜的镜面安装提供一些经验，促进中国望远镜事业的 发展。
[0018] 完成上述发明任务的技术方案是，采用一种适合大型拼接镜面天文望远镜的子镜 装卸设备，该子镜装卸设备是由高速度、大位移机器人与小位移、高精度定位机器人组成的 串联机器人，所述的高速度、大位移机器人采用液压升降伸缩装置；所述的小位移、高精度 定位机器人采用电机丝杠装置；该电机丝杠装置上设有三爪机械手；其特征在于，安装步 骤如下：
[0019] (1).工作开始时，把所述子镜装卸设备移入光路；
[0020] ⑵.将所述高速度、大位移机器人的两节伸缩臂的末端移动到待安装子镜的存放 位置附近；
[0021] ⑶.启动所述小位移、高精度定位机器人的竖直转动装置、竖直升降装置、水平移 动装置与俯仰机构，将三爪机械手对准待安装子镜；
[0022] ⑷.利用三爪机械手抓起待安装子镜；
[0023] (5).将所述高速度、大位移机器人的两节伸缩臂的末端移动到待安装子镜的安装 位置附近；
[0024] (6).启动所述小位移、高精度定位机器人的竖直转动装置、竖直升降装置、水平移 动装置与俯仰机构，将三爪机械手上的待安装子镜对准其安装位置；
[0025] (7).利用三爪机械手将待安装子镜安放到其安装位置；
[0026] ⑶?人工固定待安装子镜；
[0027] ⑶.重复步骤⑵-重复(8)，直至所有的待安装子镜安装到位；
[0028] _ .工作完成后把所述子镜装卸设备移出光路；
[0029] 拆卸子镜的过程步骤如下：
[0030] ⑴_b.工作开始时，把所述子镜装卸设备移入光路；
[0031] ⑵_b.将所述高速度、大位移机器人的两节伸缩臂的末端移动到待拆卸的位置附 近；
[0032] ⑶_b.启动所述小位移、高精度定位机器人的竖直转动装置、竖直升降装置、水平 移动装置与俯仰机构，将三爪机械手对准待拆卸子镜；
[0033] ⑷_b?人工松开待拆卸子镜；
[0034] (5) _b.利用三爪机械手抓起待拆卸子镜；
[0035] (6) -b.将所述高速度、大位移机器人的两节伸缩臂的末端移动到该子镜的存放位 置附近；
[0036] (7) -b.启动所述小位移、高精度定位机器人的竖直转动装置、竖直升降装置、水平 移动装置与俯仰机构，将三爪机械手上的子镜对准其存放位置；
[0037] ⑶-b.利用三爪机械手将该子镜安放到其存放位置；
[0038] ⑶-b.重复步骤⑵-重复⑶，直至所有的待拆卸子镜拆卸完毕；
[0039] (W)-b.工作完成后把所述子镜装卸设备移出光路。
[0040] 在优化方案中，各工作步骤有以下细化操作：
[0041] 步骤⑵的具体操作是：液压升降伸缩装置的臂收至最短、降至最低高度，通过倾斜 调整俯仰角度初步对准需要安装的子镜。
[0042] 步骤⑷-步骤(7)的具体操作是：机械手通过旋转、位移和倾斜精确对准待安装子 镜并用三个爪子抓住子镜室的三个起吊孔，然后由液压升降伸缩装置将机械手连同子镜一 起初步运到待安装位置，机械手精确调整位置，将子镜连同子镜室送至预先安装好的子镜 接收装置上，松开三个爪子移开，子镜接收装置将子镜连同子镜室一同带到桁架上进行联 结安装。
[0043] 每个步骤均采用光栅编码器作为