高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统的制作方法

1.本发明涉及精密转台技术领域，具体涉及一种高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统。


背景技术：

2.高精度转台系统对于望远镜技术的发展至关重要，尤其是对于采用三镜折转光路的具有奈式焦点的望远镜系统来说，三镜通过精确的旋转来将来自主、次镜的光线折转到不同角度位置的光学系统中。例如三镜在初始位置将光线水平折转到库德光路中，再通过库德光路进入机下光学平台进行精密成像；同时三镜旋转90
°
，则可将光线引入诸如机上光学探测平台上，实现其他光学功能。因此在越来越精密的地基大口径光学望远镜系统中，实现不同功能切换的三镜转台系统愈发关键。其中就需要设计一种高精密、高稳定性的转台系统，同时该系统具有自动锁紧功能，以满足全电动操作的总体要求。
3.现有较为成熟的精密转台系统一般采用精密转台轴承配合无刷力矩电机的形式，通常分为内外轴，该方案作为高精度转台轴承的驱动运行部分技术较为成熟，应用广泛；但是目前现有的转台制动系统却面临速度慢、制动晃动较大的缺点，因为现有的转台制动方案通常采用类似汽车刹车制动的碟刹系统，通过步进电机驱动固定在外环上的锁紧块，制动盘随内环旋转，当需要制动保持位置时，步进电机驱动锁紧块逐步夹紧制动盘，最终实现内环的制动。因此现有技术方案总体即为精密轴承
‑
力矩电机
‑
碟刹锁紧，同时辅以准绝对式或绝对式编码器，以实现精密定量的角度旋转与锁紧。
4.现有设计的驱动与运行部分较为成熟，但是转台锁紧部分存在动作执行速度慢、锁紧力矩小、锁紧抖动影响系统精度的问题。其中，采用步进电机驱动锁紧块，逐步夹紧制动盘，解锁
‑
锁紧动作的执行时间过长，通常为30s
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1min，并且是否锁紧或解锁无法直接反馈，只能通过在锁紧块运行路线上布置2处光电开关来进行监测，无形增加组件的设计难度；再者该方案锁紧力矩取决于锁紧块夹持制动盘的静摩擦力大小，步进电机推力有限，同时制动盘表面长时间摩擦后，摩擦系数降低，综合导致锁紧力矩有限且会逐步降低；最后步进电机锁紧组件通常布置在转台的边缘，属于偏心布置，步进电机的运行，以及锁紧块夹持过程，会产生偏心振动，通过三镜组件传导至镜面，最终影响三镜折转光线的稳定性，尤其是对于长焦距的光学系统，三镜处产生的振动、晃动会在终端引起较大的偏差。
5.因此，本发明的目的是设计高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统，具有锁紧力矩大、运行稳定性高影响小、动作执行时间短的特性，通过创新的设计运用，来解决现有问题，为未来望远镜技术中高精度转台的运用提供指导。


技术实现要素：

6.本发明为了解决望远镜技术中诸如三镜转台锁紧、解锁以及执行稳定性等问题，提供一种高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统。
7.高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统，包括依次通过螺钉连接的转台外
环、转台轴承和转台内环，所述转台外环与转台内环之间固定无刷力矩电机；还包括绝对式编码器、编码器过渡座、制动转接座和永磁抱闸制动器；
8.所述永磁抱闸制动器由永磁抱闸制动器转动部分和永磁抱闸制动器固定部分组成；
9.所述转台内环穿过绝对式编码器的中心孔，并将绝对式编码器固定主体通过编码器基座连接到转台外环上；
10.然后通过所述编码器过渡座，将编码器转动部分与转台内环通过螺钉相连接；
11.所述编码器过渡座与制动转接座连接，所述永磁抱闸制动器转动部分与制动转接座连接，永磁抱闸制动器固定部分与制动基座连接；所述制动基座与转台外环连接固定。
12.本发明的有益效果：
13.本发明的高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统，通过同轴布置的电控永磁抱闸制动器来完成转台的锁紧及解锁，相比较现有常用的偏心碟刹锁紧及解锁机构，本发明可极大的降低动作运行时间，做到瞬时解锁、锁紧；并且相比较碟刹机械锁紧而言，永磁锁紧力矩更大，基本无衰减；同时在锁紧解锁时的稳定性上，本发明采用的同轴布置、膜片连接锁紧块的方案，也远优于现有的偏心布置、碟刹摩擦锁紧的方案；
14.本发明采用的绝对式编码器同轴、内部布置，与转台内环、转台外环的过渡连接紧凑，整体布局合理、高效。本发明的高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统，可极大的增加望远镜三镜机构系统变方位运动的效率、稳定性，该转台同样适用其它高精度旋转系统。
15.本发明所述的三镜转台系统已经投入样机的制造使用，经过了实际的实验测试与使用效果评估，在永磁抱闸制动器锁紧、解锁的过程中，产生的系统晃动误差优于3
″
，锁紧力矩优于40nm(所采用的力矩电机峰值扭矩25nm)，本发明的转台系统精度高、稳定锁紧、锁紧解锁动作及时实现。
附图说明
16.图1为本发明所述的高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统的中心面剖视图。
17.图2为永磁抱闸制动装置及相关连接转接件示意图。
18.图3为永磁抱闸制动装置爆炸示意图。
19.图4为编码器过渡座示意图。
20.图5为制动转接座示意图。
21.图6为编码器基座示意图。
22.图中：1、转台外环，2、转台轴承，3、转台内环，4、无刷力矩电机，5、编码器基座，6、绝对式编码器，7、编码器过渡座，8、制动转接座，9、永磁抱闸制动器，91、制动器转动部分，92、制动器固定部分，10、制动基座。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
24.需要说明的是，本实施方式中所使用的术语“上”、“之间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.下面参照图1至图6说明本实施方式，高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统，参照图1的高精度、高稳定性、可及时锁紧的三镜转台系统,包括：依次通过螺钉连接的转台外环1、转台轴承2和转台内环3；
26.将转台轴承2、无刷力矩电机4与转台外环1、转台内环3依次通过螺钉连接；
27.所述转台外环1与转台内环3之间固定无刷力矩电机4；还包括绝对式编码器6、编码器过渡座7、制动转接座8和永磁抱闸制动器9；
28.所述永磁抱闸制动器9由永磁抱闸制动器转动部分91和永磁抱闸制动器固定部分92组成；
29.所述转台内环3穿过绝对式编码器6的中心孔，并将绝对式编码器6固定主体通过编码器基座5连接到转台外环1上；
30.然后通过所述编码器过渡座7，将编码器转动部分与转台内环3通过螺钉相连接；
31.所述编码器过渡座7与制动转接座8连接，所述永磁抱闸制动器转动部分91与制动转接座8连接，永磁抱闸制动器固定部分92与制动基座10连接；所述制动基座10与转台外环1连接固定。
32.以上完成后进行检验，通电并运行检测，确保转台转动平稳。
33.本实施方式中，所述绝对式编码器6与转台整体同轴安装布置，所述绝对式编码器6布置在转台内部，无刷力矩电机4与永磁抱闸制动器9之间。将绝对式编码器6的中心孔对准转台内环3并套入，即：转台内环3穿过编码器中间中空区域；再将编码器固定主体与编码器基座5止口对准相连，锁紧螺钉；编码器固定主体通过编码器基座5与转台外环1相连接，转台外环1中间具有止口，与编码器安装面配合。
34.所述的绝对式编码器6转动部分通过编码器过渡座7与转台内环3连接，同时该编码器过渡座7与制动转接座8连接，以传递内环的旋转到永磁抱闸制动器9。
35.本实施方式中，所述永磁抱闸制动器转动部分91通过制动转接座8与编码器过渡座7连接，进而与转台内环3连接；制动器固定部分92通过制动基座10与转台外环1连接；完成转台所有组件的连接。
36.结合图3说明本实施方式，所述永磁抱闸制动器转动部分91包括制动块913、转动主体911和金属膜片912；所述制动块913与转动主体911通过金属膜片912连接，均布3处，离散的3处金属膜片912形成类似联轴器的效果，永磁吸紧时减少了抖动、冲击晃动。
37.本实施方式中，解锁及锁紧机构采用基于永磁抱闸的转台同轴解锁及锁紧技术，在转台末端设有永磁抱闸制动器9，与转台内环3和转台外环1同轴连接。
38.所述的永磁抱闸制动器9，该装置为断电锁紧、通电解锁；依靠通电产生的电磁力与原有的永磁磁力的抵消来解锁，反之断电后永磁磁力强力吸紧制动器转动部分91，完成锁紧；因此锁紧解锁动作为瞬时完成；同时采用的永磁体为强磁体，吸力大，配合摩擦系数大的耐磨制动块，锁紧力矩大。
39.本实施方式所述的转台系统整体布局紧凑、明晰，转台轴承2、无刷力矩电机4、绝对式编码器6以及永磁抱闸制动器9均同轴布置，无偏心力矩、震动产生，无偏心力矩、震动产生。
40.本实施方式中，所述转台内环3，采用40cr材料。所述转台外环1，采用40cr材料。所述制动转接座8，采用铝合金材料。所述编码器过渡座7，采用铝合金材料。所述制动基座10，采用铝合金材料。所述编码器基座5，采用铝合金材料。
41.以上所述的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过实施例，该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。