一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，它涉及一種精密微位移促動(dòng)器。本發(fā)明為了解決目前沒有適用于極地低溫環(huán)境下的大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡子鏡上的支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的問題。本發(fā)明墊板安裝在殼體內(nèi)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌安裝在墊板上，左端蓋和右端蓋分別蓋裝在殼體的兩端，柔性軸安裝在驅(qū)動(dòng)桿上，電機(jī)座安裝在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌上，步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)座上，螺桿的一端通過彈性聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，基座安裝在墊板上，套筒安裝在基座內(nèi)，第一螺母安裝在驅(qū)動(dòng)桿左端，第二螺母安在套筒的右端部，螺桿的另一端旋擰在第二螺母和第一螺母上，驅(qū)動(dòng)桿一端插入套筒內(nèi)部，并與第一螺母連接，另一端與柔性軸連接，軸套套裝在驅(qū)動(dòng)桿上，預(yù)緊彈簧套裝在驅(qū)動(dòng)桿上，并被壓縮在第一螺母和軸套之間。本發(fā)明用于拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡中。
【專利說明】-種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種精密微位移促動(dòng)器，具體涉及一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微 位移促動(dòng)器，屬于望遠(yuǎn)鏡拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代天文技術(shù)的不斷發(fā)展，天文學(xué)家對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡的集光能力和空間分辨率 提出了更高的要求。集光能力體現(xiàn)在能發(fā)現(xiàn)更遠(yuǎn)、更暗弱的目標(biāo)，空間分辨率體現(xiàn)在看清細(xì) 節(jié)上。望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率也就是系統(tǒng)所能分辨的最小間隔，它與物鏡的光束口徑成反比， 若提高天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率，就要增大物鏡的口徑。目前，最大單塊鏡面望遠(yuǎn)鏡直 徑已達(dá)到8m。
[0003] 隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大，一系列的技術(shù)問題接踵而至。例如，大直徑的單鏡面難于 加工，使得制造單鏡面的費(fèi)用幾乎與鏡面玻璃口徑的平方或立方成正比，造價(jià)高昂。因此， 在天文望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)制造過程中，為了降低成本和鏡面制造、加工的難度，大型望遠(yuǎn)鏡很多 都采用拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)，用小口徑的子鏡拼接成大口徑的鏡面，應(yīng)用現(xiàn)代傳感和控 制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)補(bǔ)償，以達(dá)到光學(xué)成像要求。
[0004] 微位移促動(dòng)器在拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)中起到支撐拼接子鏡和精密調(diào)節(jié)子鏡姿 態(tài)的作用。根據(jù)拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)的原理和要求，每塊子鏡面需要幾個(gè)微位移促動(dòng)器來調(diào) 節(jié)其姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)子鏡自主主動(dòng)共面的要求，這使得微位移促動(dòng)技術(shù)和微位移促動(dòng)器成為實(shí) 現(xiàn)拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)的核心技術(shù)和部件。微位移促動(dòng)器在拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)中作 為定位支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，必須能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的微納米級(jí)分辨率和毫米級(jí)行程的位移輸出， 并具有大負(fù)載的性能，同時(shí)還要克服或減少諸如爬行摩擦、遲滯、空回和生熱等有害缺點(diǎn)， 是提高拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡性能的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0005] 目前，我國(guó)尚無生產(chǎn)天文用微位移促動(dòng)器的廠家，而且國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品存在有效位 移小，輸出負(fù)載能力小，微米級(jí)有害回程間隙和運(yùn)行速度較慢、不耐低溫、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)， 未來極大口徑望遠(yuǎn)鏡將大規(guī)模地采用子鏡拼接技術(shù)，需要使用大量的微位移促動(dòng)器，因而 開展微位移促動(dòng)器的研制，并掌握其自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)具有必要性和緊迫性。
[0006] 同時(shí)，南極大陸部分地區(qū)海拔較高，大氣極為寒冷干燥，水汽含量低，空氣十分稀 薄，大氣透過率高，在極夜可進(jìn)行約4個(gè)月的連續(xù)觀測(cè)，具有絕佳的天文觀測(cè)條件。因此， 各國(guó)都在南極地區(qū)開展了相關(guān)的天文觀測(cè)項(xiàng)目，但是截至到目前為止，國(guó)際上還沒有安置 于極地地區(qū)的大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡?？紤]到極地地區(qū)環(huán)境惡劣，全年氣溫很低，并會(huì)伴有強(qiáng) 風(fēng)雪，這使得極地地區(qū)大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)不同于其它環(huán)境中的望遠(yuǎn)鏡。微位移促 動(dòng)器作為拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)中的核心部件之一，應(yīng)用于極地地區(qū)時(shí)要求具有耐低溫， 結(jié)構(gòu)緊湊，防強(qiáng)風(fēng)雪侵蝕的特點(diǎn)。目前，國(guó)際上并無此類產(chǎn)品。因此對(duì)低溫環(huán)境下使用的精 密微位移促動(dòng)器的相關(guān)研究，能夠?yàn)槲覈?guó)設(shè)計(jì)極地地區(qū)大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡打下基礎(chǔ)，進(jìn) 而促進(jìn)南極天文學(xué)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決目前沒有適用于極地低溫環(huán)境下的大型拼接鏡面望遠(yuǎn) 鏡子鏡上的支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的問題。進(jìn)而提供一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng) 器。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，它包括驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)，差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)， 所述運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)包括柔性軸、左端蓋、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌、墊板、殼體和右端蓋，墊板安裝在殼 體內(nèi)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌安裝在墊板上，左端蓋和右端蓋分別蓋裝在殼體的兩端，柔性軸安裝于 驅(qū)動(dòng)桿左端部，且驅(qū)動(dòng)桿左端穿過左端蓋并與左端蓋之間間隙配合，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈 性聯(lián)軸器、電機(jī)座和步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)座安裝在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌上，步進(jìn)電機(jī)安裝在電機(jī)座上， 步進(jìn)電機(jī)的輸出端與彈性聯(lián)軸器連接，所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)桿、軸套、套筒、基座、第 一螺母、螺桿、第二螺母和預(yù)緊彈簧，螺桿的一端通過彈性聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接，基座安 裝在墊板上，套筒安裝在基座內(nèi)，第一螺母安裝在驅(qū)動(dòng)桿右端部，第二螺母安裝在套筒的右 端部，螺桿的另一端依次旋擰在第二螺母和第一螺母上，驅(qū)動(dòng)桿一端插入套筒內(nèi)部，并與第 一螺母連接，驅(qū)動(dòng)桿的另一端與柔性軸連接，驅(qū)動(dòng)桿的伸出端與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌連接，軸套套 裝在驅(qū)動(dòng)桿上，預(yù)緊彈簧套裝在軸套和第一螺母之間的驅(qū)動(dòng)桿上。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：
[0010] 1.本發(fā)明采用差動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸出精度高、耐低溫、無回程間 隙、斷電自鎖、穩(wěn)定性強(qiáng)、密封性好的優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡子鏡的高精 度位姿調(diào)整，還能夠有效防止極地地區(qū)的風(fēng)雪侵蝕，在極地低溫條件下實(shí)現(xiàn)很高的運(yùn)動(dòng)精 度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0011] 2.本發(fā)明差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的預(yù)緊彈簧提供的預(yù)緊力能夠有效消除螺旋副的間隙，提 高差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的輸出精度，其單向輸出位移精度小于1微米，即能夠保證優(yōu)于1微米步進(jìn) 精度的直線位移輸出，同時(shí)其負(fù)載力大于60N，行程大于± 1mm，滿足拼接鏡面面形達(dá)到光 學(xué)成像要求。
[0012] 3.本發(fā)明操作靈活、便于生產(chǎn)制造。
[0013] 4.本發(fā)明的左端蓋、殼體和右端蓋組成的促動(dòng)器密閉腔體能夠有效防止極地地區(qū) 強(qiáng)風(fēng)雪的侵蝕，尤其適用于極地低溫環(huán)境下使用。
[0014] 5.本發(fā)明運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)為大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡子鏡提供支撐，通過差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡子鏡姿態(tài)的調(diào)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的爆炸圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]

【具體實(shí)施方式】一：結(jié)合圖1-圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種極地低溫環(huán) 境下使用的精密微位移促動(dòng)器包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)，差動(dòng)螺旋機(jī) 構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)，所述運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)包括柔性軸1、左端蓋12、滾動(dòng)直 線導(dǎo)軌13、墊板15、殼體16和右端蓋17,墊板15安裝在殼體16內(nèi)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌13安裝 在墊板15上，左端蓋12和右端蓋17分別蓋裝在殼體16的兩端，柔性軸1安裝在驅(qū)動(dòng)桿2 左端部，且驅(qū)動(dòng)桿2左端穿過左端蓋12并與左端蓋12之間間隙配合，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈 性聯(lián)軸器9、電機(jī)座10和步進(jìn)電機(jī)11，電機(jī)座10安裝在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌13上，步進(jìn)電機(jī)11安 裝在電機(jī)座10上，步進(jìn)電機(jī)11的輸出端與彈性聯(lián)軸器9連接，所述差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng) 桿2、軸套3、套筒4、基座5、第一螺母6、螺桿7、第二螺母8和預(yù)緊彈簧14,螺桿7的一端通 過彈性聯(lián)軸器9與步進(jìn)電機(jī)11連接，基座5安裝在墊板15上，套筒4安裝在基座5內(nèi)，第 一螺母6安裝在驅(qū)動(dòng)桿2左端部，第二螺母8安裝在套筒4的右端部，螺桿7的另一端依次 旋擰在第二螺母8和第一螺母6上，驅(qū)動(dòng)桿2 -端插入套筒4內(nèi)部，并與第一螺母6連接， 驅(qū)動(dòng)桿2的另一端與柔性軸1連接，驅(qū)動(dòng)桿2的伸出端與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌13連接，軸套3套 裝在驅(qū)動(dòng)桿2上，預(yù)緊彈簧14套裝在軸套3和第一螺母6之間的驅(qū)動(dòng)桿2上。
[0018] 本實(shí)施方式的螺桿7右端與第二螺母8構(gòu)成螺旋副，螺桿7左端與第一螺母6構(gòu) 成螺旋副，預(yù)緊彈簧14套在驅(qū)動(dòng)桿2上并壓縮在軸套3與第一螺母6之間。螺桿7有兩段 螺紋，左端螺紋的螺距為h，右端螺紋的螺距為t 2，且t2>ti，兩段螺紋旋向相同，當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 11帶動(dòng)螺桿7轉(zhuǎn)動(dòng)角度$時(shí)，第一螺母6的輸出的微位移S為：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在于：它包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、差 動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)，差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)，所述運(yùn)動(dòng) 支撐機(jī)構(gòu)包括柔性軸（1)、左端蓋（12)、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌（13)、墊板（15)、殼體（16)和右端蓋 (17)，墊板（15)安裝在殼體（16)內(nèi)，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌（13)安裝在墊板（15)上，左端蓋（12) 和右端蓋（17)分別蓋裝在殼體（16)的兩端，柔性軸（1)安裝在驅(qū)動(dòng)桿（2)左端部，且驅(qū)動(dòng) 桿（2)左端穿過左端蓋（12)并與左端蓋（12)之間間隙配合，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈性聯(lián)軸 器（9)、電機(jī)座（10)和步進(jìn)電機(jī)（11)，電機(jī)座（10)安裝在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌（13)上，步進(jìn)電機(jī) (11)安裝在電機(jī)座（10)上，步進(jìn)電機(jī)（11)的輸出端與彈性聯(lián)軸器（9)連接，所述差動(dòng)螺旋 機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)桿（2)、軸套（3)、套筒（4)、基座（5)、第一螺母（6)、螺桿（7)、第二螺母（8) 和預(yù)緊彈簧（14)，螺桿（7)的一端通過彈性聯(lián)軸器（9)與步進(jìn)電機(jī)（11)連接，基座（5)安 裝在墊板（15)上，套筒（4)安裝在基座（5)內(nèi)，第一螺母（6)安裝在驅(qū)動(dòng)桿（2)右端部，第 二螺母（8)安裝在套筒（4)的右端部，螺桿（7)的另一端依次旋擰在第二螺母（8)和第一 螺母（6)上，驅(qū)動(dòng)桿（2) -端插入套筒（4)內(nèi)部，并與第一螺母（6)連接，驅(qū)動(dòng)桿（2)的另 一端與柔性軸（1)連接，驅(qū)動(dòng)桿（2)的伸出端與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌（13)連接，軸套（3)套裝在 驅(qū)動(dòng)桿（2)上，預(yù)緊彈簧（14)套裝在軸套（3)和第一螺母（6)之間的驅(qū)動(dòng)桿（2)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在于： 左端蓋（12)、右端蓋（17)和殼體（16)組成具有一定密封性的圓柱狀殼體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在于： 螺桿（7)上由左至右依次設(shè)有兩段螺紋，第一段螺紋的螺距小于第二段螺紋的螺距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在 于：所述第一段螺紋和第二段螺紋的旋向相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在于： 所述驅(qū)動(dòng)桿（2)與電機(jī)座（10)安裝于同一滾動(dòng)直線導(dǎo)軌（13)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述一種極地低溫環(huán)境下使用的精密微位移促動(dòng)器，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)桿（2)左端與左端蓋（12)之間間隙配合，并保證最大間隙為50 μ m。
【文檔編號(hào)】G02B7/183GK104049335SQ201410273276
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】白清順, 梁迎春, 王群, 張慶春, 于福利, 盧禮華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)