本發(fā)明涉及天文望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種具有復(fù)雜溫度環(huán)境的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；本發(fā)明也涉及其它復(fù)雜溫度環(huán)境下的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

專業(yè)天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)一般采用反射式系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)尺寸大，定位要求高的特點(diǎn)。隨著天文研究發(fā)展的需要，望遠(yuǎn)鏡口徑越做越大，鏡面之間的空間尺寸也同步加大；隨著鏡面加工技術(shù)的發(fā)展，可以磨制快焦比主鏡，滿足了縮短鏡筒長(zhǎng)度尺寸，以減小望遠(yuǎn)鏡空間尺寸和減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的需要，同時(shí)對(duì)主副鏡的空間定位精度提出了更高的要求。

天文望遠(yuǎn)鏡都是露天工作，尤其是太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，在太陽(yáng)照射下工作，環(huán)境溫度復(fù)雜，而環(huán)境溫度的變化，將使支撐望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生熱漲冷縮，導(dǎo)致鏡面位置的變化。由于結(jié)構(gòu)尺寸大，較小的溫度變化就可能導(dǎo)致鏡面位置誤差超過(guò)鏡面位置精度的要求，從而引起光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)變差，焦點(diǎn)位置發(fā)生變化。

以前的天文望遠(yuǎn)鏡一般采用固定的支撐結(jié)構(gòu)，并設(shè)置軸向調(diào)焦運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)因結(jié)構(gòu)熱漲冷縮而導(dǎo)致副鏡產(chǎn)生位移時(shí)，依靠調(diào)焦運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做補(bǔ)償調(diào)整，其最大缺點(diǎn)是需要根據(jù)像面成像質(zhì)量來(lái)判斷是否失焦來(lái)調(diào)整副鏡位置，打斷正常觀測(cè)，失去觀測(cè)的連續(xù)性。

之前也有用低膨脹微晶玻璃桿作為測(cè)量桿，測(cè)出位移量，做實(shí)時(shí)補(bǔ)償，其缺點(diǎn)是需要高精度位移傳感器、高精度位移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

現(xiàn)代大型天文望遠(yuǎn)鏡一般采用高精度六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位副鏡，并根據(jù)溫度傳感器的得到的溫度數(shù)據(jù)，或像面?zhèn)鞲衅餍畔?shí)時(shí)補(bǔ)償副鏡位移誤差，能獲得較高的實(shí)時(shí)定位精度，其缺點(diǎn)是高精度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制困難，代價(jià)昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置，使望遠(yuǎn)鏡在復(fù)雜溫度環(huán)境下，無(wú)需人為干預(yù)，就可以保持鏡面高精度相對(duì)位置的穩(wěn)定性，從而保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)的穩(wěn)定，以及天文觀測(cè)的連續(xù)性。

本發(fā)明用以解決上述技術(shù)問(wèn)題的方案是：一種用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置，主鏡支撐與主鏡室固定連接，主鏡室與鏡筒的一端固定連接；副鏡與副鏡支撐固定連接，并與副鏡籠組合固定連接，該副鏡籠組合與鏡筒的另一端固定連接；其特征在于，所述副鏡籠組合與鏡筒的另一端固定連接的方式是：該副鏡籠組合通過(guò)加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與鏡筒的另一端相連；低膨脹定位桿連接副鏡籠組合和主鏡室固定連接。

主鏡與副鏡的軸向位置取決于低膨脹定位桿、副鏡支撐和主鏡支撐的軸向長(zhǎng)度。

換言之，參照附圖，本發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置由副鏡1、副鏡支撐2、副鏡籠組合3、加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4、鏡筒5、主鏡9、主鏡支撐6、主鏡室7、低膨脹定位桿組成8；所述副鏡1與副鏡支撐2固連，副鏡支撐2位于副鏡籠組合3右方，兩者固連，副鏡籠組合3通過(guò)加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4與鏡筒5左端相連，主鏡9與主鏡支撐6固連，主鏡支撐6位于主鏡室7左端，與主鏡室7固連，主鏡室7與鏡筒6右端固連，低膨脹定位桿8連接副鏡籠組合3和主鏡室7固連。主副鏡軸向位置取決于低膨脹定位桿8、副鏡支撐2和主鏡支撐6的軸向長(zhǎng)度。

所述副鏡支撐2、主鏡支撐6和低膨脹定位桿8，在溫度變化時(shí)，低膨脹定位桿8產(chǎn)生的熱脹冷縮量與采用普通碳鋼制作的副鏡支撐2和主鏡支撐6所產(chǎn)生的熱脹冷縮量和形成自調(diào)整逆向補(bǔ)償，保持主副鏡位置不變。

所述加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4、鏡筒5和低膨脹定位桿8，在溫度變化時(shí)，碳鋼制作鏡筒5產(chǎn)生的熱脹冷縮量大于低膨脹定位桿8產(chǎn)生的熱脹冷縮量，差值由彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4的彈性變形補(bǔ)償，保持封閉尺寸鏈穩(wěn)定。

所述加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4，加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4設(shè)置有加預(yù)壓的高精度滾動(dòng)花鍵作為軸向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，當(dāng)鏡筒5熱脹冷縮，彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4的彈性變形時(shí)，副鏡籠組合2與鏡筒5之間沒(méi)有徑向位移和傾斜位移產(chǎn)生，不會(huì)影響主副鏡空間位置關(guān)系。

所述加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4，給彈性浮動(dòng)機(jī)構(gòu)4加兩倍副鏡、副鏡支撐2和副鏡籠組合2重量和以上預(yù)壓，使副鏡保持足夠的定位剛性，在望遠(yuǎn)鏡指向跟蹤運(yùn)動(dòng)時(shí)，副鏡1位置的穩(wěn)定。

所述加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4和低膨脹定位桿8，加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4使得低膨脹導(dǎo)向桿8只受拉力，只需用細(xì)長(zhǎng)桿就可以避免失穩(wěn)，減小徑向結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)重量，降低造價(jià)。

本發(fā)明原理：本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)逆向補(bǔ)償、彈性吸收和預(yù)壓導(dǎo)向分別基于熱脹冷縮原理，彈性力學(xué)原理和機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)原理。

根據(jù)彈性力學(xué)原理，彈性元件隨壓力伸縮，鏡筒5熱漲冷縮時(shí)，改變了施加在彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4的壓力，出現(xiàn)彈性變形量的改變，補(bǔ)償了鏡筒5的熱脹冷縮量，實(shí)現(xiàn)初級(jí)定位，精度與低膨脹定位桿的熱脹冷縮量一致。

根據(jù)熱漲冷縮原理，物體的熱漲冷縮具有固定的方向性，本發(fā)明利用主鏡支撐6和副鏡支撐2的反向熱脹冷縮量逆向補(bǔ)償?shù)团蛎浂ㄎ粭U8的熱脹冷縮量，使安裝主副鏡的節(jié)點(diǎn)空間位置不變，進(jìn)一步提升定位精度。

根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，本發(fā)明在鏡筒5與副鏡籠組合3之間設(shè)置采用預(yù)壓滾動(dòng)花鍵10與彈性元件11彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4，近保留軸向自由度，達(dá)到單向運(yùn)動(dòng)目的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較所具備優(yōu)點(diǎn)：

1、由于采用二次逆向補(bǔ)償?shù)姆绞较说团蛎浂ㄎ粭U8的熱脹冷縮量，定位精度極高，理論精度為零，實(shí)際精度依賴于熱膨脹系數(shù)的測(cè)定精度，但可以通過(guò)在使用環(huán)境下調(diào)整定位桿長(zhǎng)度8來(lái)進(jìn)一步降低誤差，提升精度。

2、一次安裝調(diào)試完后，本發(fā)明所述裝置，在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，調(diào)整補(bǔ)償在裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)須人為干涉。

3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能依靠純機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，無(wú)須電器控制配合，可靠性好，造價(jià)低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置一種實(shí)施例示意圖；

圖2為本發(fā)明加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4的一種實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置，參照?qǐng)D1、圖2：專業(yè)天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)一般采用反射式系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)尺寸大，定位要求高的特點(diǎn)。天文望遠(yuǎn)鏡都是露天工作，尤其是太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，在太陽(yáng)照射下工作，環(huán)境溫度復(fù)雜，而環(huán)境溫度的變化，將使支撐望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生熱漲冷縮，導(dǎo)致鏡面位置的變化。由于結(jié)構(gòu)尺寸大，較小的溫度變化就可能導(dǎo)致鏡面位置誤差超過(guò)鏡面位置精度的要求，從而引起光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)變差，焦點(diǎn)位置發(fā)生變化。需要設(shè)計(jì)一套能根據(jù)溫度變化做出調(diào)整的精確定位機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明公開一種用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置，由副鏡1、副鏡支撐2、副鏡籠組合3、加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4、鏡筒5、主鏡9、主鏡支撐6、主鏡室7、低膨脹定位桿組成8；所述副鏡1與副鏡支撐2固連，副鏡支撐2位于副鏡籠組合3右方，兩者固連，副鏡籠組合3通過(guò)加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4與鏡筒5左端相連，主鏡9與主鏡支撐6固連，主鏡支撐6位于主鏡室7左端，與主鏡室7固連，主鏡室7與鏡筒6右端固連，低膨脹定位桿8連接副鏡籠組合3和主鏡室7固連。主副鏡軸向位置取決于低膨脹定位桿8、副鏡支撐2和主鏡支撐6的軸向長(zhǎng)度。

本發(fā)明通過(guò)彈性吸收和逆向補(bǔ)償雙重手段實(shí)現(xiàn)消除熱脹冷縮對(duì)望遠(yuǎn)鏡主副鏡軸向位置的影響。

因瓦合金是低膨脹定位桿8能用的一種典型材料。

加預(yù)壓的彈性浮動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中，預(yù)壓滾動(dòng)花鍵或直線軸承適用于導(dǎo)向的典型部件，彈性元件需要高K值。K值大小與副鏡1、副鏡支撐2、副鏡籠組合3的總重量相關(guān)，一般要求在5mm的壓縮行程下，彈性支撐力達(dá)到副鏡1、副鏡支撐2、副鏡籠組合3的總重的兩倍以上。

本發(fā)明適用于各種光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡中主副鏡定位定位裝置，針對(duì)各種具體應(yīng)用，可依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書中所提出的各項(xiàng)特征，并結(jié)合各望遠(yuǎn)鏡具體要求，對(duì)其主副鏡定位支撐裝置進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

本發(fā)明公開了一種用于復(fù)雜溫度環(huán)境下望遠(yuǎn)鏡副鏡浮動(dòng)式逆向補(bǔ)償裝置，具有定位精度高，無(wú)人工干預(yù)自調(diào)整，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜溫度環(huán)境下，可大幅提升天文望遠(yuǎn)鏡主副鏡之間位置的定位精度和穩(wěn)定性，持續(xù)保持光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)良像質(zhì)和焦點(diǎn)位置，不需要過(guò)程調(diào)焦，保持天文觀測(cè)的連續(xù)性；本發(fā)明也可推廣應(yīng)用于其它物體在復(fù)雜溫度環(huán)境下的精確定位支撐。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。