双电机单元光纤定位机构检测方法研究

　　国家大科学项目LAMOST天文望远镜是一架中星仪式大视场大口径反射施密特望远镜。它主要用于大天区面积多目标光纤光谱的观测工作[1-2]。望远镜接收焦面直径为1·75m,要求每次观测前将4000根光纤接收端精密对准各自观测的星光并定位于接收焦面上,可以同时对4000个星象目标进行光谱观测。

　　一个多目标光纤光谱系统有N根光纤。设想有M个待测天体分布在望远镜的视场内,观测时N根光纤要对准其中L (L≤M)个目标。对于每次观测,望远镜所对天体的位置是不一样的。这就要求每次观测都要重新移动光纤到新的位置。光纤定位的任务是每次观测前将光纤移动到所要求的位置。光纤定位系统有两个主要组成部分:一是把光纤固定在指定位置的光纤保持机构。二是定位图形变换时,移动光纤的光纤驱动机构。

　　国际上比较典型的光纤定位方法有:插板方法和机械手方法,但是由于一些技术上的原因,均不能在LAMOST工程中使用。因此我们提出了一种新的光纤定位方法———分区双电机单元(简称光纤支架)光纤定位方法。这种方法是将直径是1·75m的焦面划分成4000个区域,在每个区域中安装一个光纤支架,光纤支架结构见图1。

　　光纤支架主要由两个部分组成,即旋转运动部分和直线运动部分。旋转运动部分由旋转运动电机、固定壳体和转动壳体等组成;直线运动部分由直线导轨、光纤导块、驱动斜块和直线运动电机等组成。

　　光纤定位的原理如图2所示。光纤定位运动由直线运动和旋转运动组成。光纤支架在单元区域内,并以此区域的中心为圆心做360度的旋转运动,然后在旋转运动的基础上做直线运动。这样,光纤导块可以到达以中心回转轴为圆心,直线导轨为半径的圆内任何地方,光纤放置在光纤导块的前端。通过这种方法, 4000根光纤可以到达焦面板的任意位置,从而实现光纤在焦面板任意位置的定位。

　　1　光纤支架的定位精度检测

　　LAMOST工程要求的定位精度是小于40μm。因此为了检测双电机单元光纤定位机构的定位精度,我们搭建了光学检测装置,对光纤支架的重复定位精度进行检测;同时对每个光纤支架进行零位标定,并对光纤支架运动到任意目标点后,检测其定位精度。

　　1·1　检测原理

　　光纤位置测量实验的原理是:首先用ST-8探测器给标准靶拍照,对照片进行图像处理,得到探测器与标准靶的空间位置关系;然后将标准靶换成光纤支架,并对光纤支架进行拍照,得到光纤的照片,对照片进行图像处理后即可得到光纤在空间中准确的两维位置。

　　1·2　实验装置及说明

　　主要实验装置是由ST-8探测器、NIKKOR定焦距光学镜头、标准靶组成,光源为发红光的二极管列阵。结构图见图3。