CN114935818A - 一种适用于大口径望远镜的跟踪架以及大口径望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明适用于望远镜领域，公开了一种适用于大口径望远镜的跟踪架以及大口径望远镜，大口径望远镜包括基座、跟踪架和望远镜主体，跟踪架包括俯仰轴系、方位轴系和基座，望远镜主体安装在俯仰轴系上，俯仰轴系用于驱动望远镜主体相对基座做俯仰运动，方位轴系包括转台、圆弧导轨和轴承滑块，俯仰轴系安装在转台上，转台设置在基座上，并能够带动俯仰轴系以及望远镜主体相对基座做方位旋转运动，圆弧导轨设置在基座上，轴承滑块设置在转台的底部，并与圆弧导轨滑动连接，圆弧导轨包括多个圆弧导轨部，多个圆弧导轨部同心拼接形成圆弧导轨；该跟踪架具有高刚度和抗干扰稳定性，能够实现高精度指向和平稳跟踪，并能够降低轴系的制造和维护成本。

Description

一种适用于大口径望远镜的跟踪架以及大口径望远镜

技术领域

本发明涉及望远镜领域，尤其涉及一种适用于大口径望远镜的跟踪架以及大口径望远镜。

背景技术

望远镜主要用于天文定位，靶场测量，空间目标监视，空间碎片编目定规等场景，而更大口径意味着更大的视场和集光能力，是提高望远镜光电探测能力的重要手段之一。其中跟踪架是望远镜的承载主体，它为跟踪测量光学***提供安装和回转平台，实现对目标的快速捕获、跟踪和测量。其根据结构形式的不同主要分为赤道式，地平式和水平式三种，而地平式结构由于在相同的允许变形条件下，体积小，受力效果好，重量较轻，常用于大口径望远镜结构。常见的地平式结构，主要包括上部绕水平轴回转的俯仰轴系和下部绕垂直轴回转的方位轴系两部分组成。轴系的精度、承载能力和摩擦力矩变化等性能直接影响整个***跟踪精度和稳定性，因此轴系设计必须考虑高刚度、高精度、低摩擦以及摩擦力矩的均匀性等技术指标。

随着光电探测技术的不断发展和完善，望远镜设备的应用领域得到了极大的扩展。地基的望远镜设备己经不能满足现代光电探测的要求，海上测量和陆地机动式观测的要求越来越高，光电望远镜设备从陆基逐渐扩展到车载、舰载和机载等动基座平台。由于动基座下的光电探测设备，受到载体运动和外界扰动的影响，需要轴系具有更高的刚度和抗干扰稳定性，地基大口径望远镜常用的静液压轴承轴系方式不再适用。与此同时，为了适应望远镜口径的不断增大，更大的滚动体轴承加工制造难度和成本不断增加，随着轴承回转直径的增大，为保证同样的回转精度和刚度，其重量急剧增大导致滚动摩擦力矩过大，且其力矩波动随机不可知，无法补偿，对望远镜轴系的稳定和精密跟踪控制提出了挑战。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种适用于大口径望远镜的跟踪架，其具有高刚度和抗干扰稳定性，不但能够实现高精度指向和平稳跟踪，并且能降低轴系的制造和维护成本。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：

一种适用于大口径望远镜的跟踪架，包括俯仰轴系、方位轴系和基座，所述俯仰轴系用于驱动望远镜主体相对基座做俯仰运动，所述方位轴系包括转台、圆弧导轨和轴承滑块，所述俯仰轴系安装在转台上，所述转台设置在所述基座上，所述转台绕竖直轴旋转，并带动所述俯仰轴系以及望远镜主体相对基座做方位旋转运动，所述圆弧导轨设置在所述基座上，所述轴承滑块设置有至少两个，两个或两个以上所述轴承滑块设置在所述转台的底部，并与所述圆弧导轨滑动连接，所述圆弧导轨包括多个圆弧导轨部，多个所述圆弧导轨部同心拼接形成所述圆弧导轨。

优选地，所述轴承滑块内置有钢球，所述轴承滑块上设有与所述圆弧导轨的截面形状相适配的凹槽，所述凹槽的两侧和所述圆弧导轨的两侧均设有相互配合的滚道，所述钢球设置在所述滚道内，所述轴承滑块通过所述钢球设置在所述圆弧导轨上并沿所述圆弧导轨移动。

优选地，所述轴承滑块与所述转台螺丝连接。

优选地，所述方位轴系还包括设置在所述转台与所述基座之间的密封组件，所述密封组件位于所述圆弧导轨的外侧，所述密封组件包括相互配合的方位密封外环和方位密封内环，所述方位密封外环与所述转台连接，且所述方位密封外环设置有倒F形卡接部，所述方位密封内环与所述基座连接，且所述方位密封内环设置有与所述倒F形卡接部配合的F形卡接部。

优选地，所述俯仰轴系包括俯仰轴安装座、第一滑轨组件、第二滑轨组件和驱动组件，所述俯仰轴安装座设置在所述转台上，所述第一滑轨组件和所述第二滑轨组件分别设置在望远镜主体的支撑结构的两侧，所述第一滑轨组件的结构和所述第二滑轨组件的结构一样，所述第一滑轨组件包括滑轨座和弧形滑轨，所述滑轨座设置在所述俯仰轴安装座上，所述滑轨座设置有圆弧滑槽，所述弧形滑轨滑动安装在所述圆弧滑槽中，且所述弧形滑轨与望远镜主体的支撑结构连接，所述驱动组件用于驱动所述第一滑轨组件的所述弧形滑轨绕水平轴旋转，以带动望远镜主体相对所述基座做俯仰运动。

优选地，所述驱动组件包括安装在驱动电机和圆弧形摩擦鼓轮，所述驱动电机安装在所述俯仰轴安装座上，所述圆弧形摩擦鼓轮设置在所述弧形滑轨背离所述滑轨座的一侧，且所述圆弧形摩擦鼓轮与所述驱动电机的输出轴接触，所述圆弧形摩擦鼓轮随着所述驱动电机的输出轴的正反转沿所述圆弧滑槽顺时针滑动或逆时针滑动。

优选地，所述俯仰轴安装座包括底框和设置在所述底框两侧的竖板，所述底框设置在转台上，所述滑轨座设置在所述竖板上。

优选地，所述竖板顶部凹陷形成弧形安装槽。

优选地，所述弧形滑轨为R型圆弧滑轨。

本发明的第二个目的在于提供一种大口径望远镜，包括跟踪架和望远镜主体，所述跟踪架采用如上所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，所述望远镜主体包括主镜、次镜或终端组件、以及支撑结构，所述支撑结构包括多个螺栓球和多个桁架杆，多个所述螺栓球和多个所述桁架杆拼接形成空间桁架结构，所述主镜安装在支撑结构的底部，所述次镜或终端组件安装在所述支撑结构的顶部，所述支撑结构安装在所述俯仰轴系上。

本发明提供的适用于大口径望远镜的跟踪架具有以下优点：

第一，跟踪架的方位轴系包括转台、圆弧导轨和轴承滑块，圆弧导轨和轴承滑块相互配合，形成圆弧导轨副，圆弧导轨副连接转台和基座，既可以实现高精度圆弧运动，又可以承载所有方向的负荷，组装、拆卸、重组容易。也就是说，跟踪架不但能够实现高精度指向和平稳跟踪，而且在保证高刚度、高精度、低摩擦以及摩擦力矩的均匀等条件的基础上，使轴系更加紧凑、轻量化，易于维护，并且降低轴系的制造和维护成本。

第二，跟踪架的方位轴系利用多个中等尺度的圆弧导轨部的同心拼接形成圆弧导轨，将方位轴系更大口径轴承的高精度加工工艺瓶颈用中等尺度R型圆弧导轨的高精度加工进行规避，避免了更大直径的滚动体轴承加工制造难度和摩擦力矩过大问题，只要加工工艺能够满足，基本可以实现任意回转直径的方位轴系。

本发明提供的大口径望远镜的支撑结构取消四通，通过桁架结构实现主镜和终端的相互位置固定和保持，实现绕俯仰轴系的转动，两条弧形滑轨之间的短跨度有利于更加紧凑的方位轴系设计，利于方位轴系的承载和望远镜的轻量化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的大口径望远镜的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的俯仰轴系结构示意图；

图3是本发明实施例提供的方位轴系和基座的组合示意图；

图4是本发明实施例提供的密封组件的剖视图。

附图标号说明：

10、跟踪架；11、俯仰轴系；111、俯仰轴安装座；1111、底框；1112、竖板；1113、弧形安装槽；112、第一滑轨组件；1121、滑轨座；1122、弧形滑轨；1123、圆弧滑槽；113、第二滑轨组件；114、驱动组件；1141、驱动电机；1142、圆弧形摩擦鼓轮；12、方位轴系；121、转台；122、圆弧导轨；1221、圆弧导轨部；123、轴承滑块；124、密封组件；1241、方位密封外环；1242、方位密封内环；13、基座；20、望远镜主体；21、主镜；22、支撑结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图4所示，其为本发明的一种实施例的适用于大口径望远镜的跟踪架10，该跟踪架10应用于大口径望远镜的安装，其能够用在车载、舰载和机载等动基座13平台。一般来说，望远镜包括望远镜主体20和跟踪架10，望远镜主体20包括主镜21、次镜或终端组件、以及支撑结构22，次镜或终端组件与主镜21通过支撑结构22相连，并且保证两者在望远镜轴系运动过程中的相互位姿，支撑结构22安装在跟踪架10上，跟踪架10则用于驱动望远镜主体20做俯仰运动以及方位旋转运动。

请参阅图1-图4所示，本发明实施例的一种适用于大口径望远镜的跟踪架10，包括俯仰轴系11、方位轴系12和基座13，望远镜主体20安装在俯仰轴系11上，俯仰轴系11用于驱动望远镜主体20相对基座13做俯仰运动，方位轴系12包括转台121、圆弧导轨122和轴承滑块123，俯仰轴系11安装在转台121上，转台121设置在基座13上，转台121绕竖直轴(平行于图1中Z轴方向)旋转，并带动俯仰轴系11以及望远镜主体20相对基座13做方位旋转运动，圆弧导轨122设置在基座13上，轴承滑块123设置有至少两个，两个或两个以上轴承滑块123设置在转台121的底部，并与圆弧导轨122滑动连接，圆弧导轨122包括多个圆弧导轨部1221，多个圆弧导轨部1221同心拼接形成圆弧导轨122。

可以理解地，轴承滑块123的数量可以根据望远镜主体20以及俯仰轴系11的重量设置，即轴承滑块123需要承受较大重力时，需要设置的数量则更多。

可以理解地，圆弧导轨部1221的数量可以为两个，三个，四个或者更多，圆弧导轨部1221取决于圆弧导轨122的精密度以及圆弧导轨122的直径。

可选地，轴承滑块123内置钢球(图未示)，在轴承滑块123上设有与圆弧导轨122的截面形状相适配的凹槽(图未示)，在凹槽的两侧和圆弧导轨122的两侧均设有相互配合的滚道(图未示)，承受载荷的钢球设置在滚道内，与圆弧导轨122相适配的轴承滑块123通过钢球设置在圆弧导轨122上并可沿圆弧导轨122移动。

可选地，轴承滑块123与转台121螺丝连接，连接方式简单可靠。

本发明实施例的适用于大口径望远镜的跟踪架10具有以下优点：

第一，跟踪架10的方位轴系12包括转台121、圆弧导轨122和轴承滑块123，圆弧导轨122和轴承滑块123相互配合，形成圆弧导轨副，圆弧导轨副连接转台121和基座13，既可以实现高精度圆弧运动，又可以承载所有方向的负荷，组装、拆卸、重组容易。也就是说，跟踪架10具有高刚度和抗干扰稳定性，不但能够实现高精度指向和平稳跟踪，而且在保证高刚度、高精度、低摩擦以及摩擦力矩的均匀等条件的基础上，使轴系更加紧凑、轻量化，易于维护，并且降低轴系的制造和维护成本。

第二，跟踪架10的方位轴系12利用多个中等尺度的圆弧导轨部1221的同心拼接形成圆弧导轨122，将方位轴系12更大口径轴承的高精度加工工艺瓶颈用中等尺度R型圆弧导轨122的高精度加工进行规避，避免了更大直径的滚动体轴承加工制造难度和摩擦力矩过大问题，只要加工工艺能够满足，基本可以实现任意回转直径的方位轴系12。

请参阅图1-图4所示，示例性地，方位轴系12还包括设置在转台121与基座13之间的密封组件124，密封组件124位于圆弧导轨122的外侧，密封组件124包括相互配合的方位密封外环1241和方位密封内环1242，方位密封外环1241与转台121连接，且方位密封外环1241设置有倒F形卡接部，方位密封内环1242与基座13连接，且方位密封内环1242设置有与倒F形卡接部配合的F形卡接部，通过设置密封组件124可以避免灰尘进入圆弧导轨122和轴承滑块123内，使圆弧导轨122和轴承滑块123具有更长的寿命。

可以理解地，方位密封外环1241和方位密封内环1242均可以设置成分段式结构。

请参阅图1-图4所示，示例性地，俯仰轴系11包括俯仰轴安装座111、第一滑轨组件112、第二滑轨组件113和驱动组件114，俯仰轴安装座111设置在转台121上，第一滑轨组件112和第二滑轨组件113分别设置在望远镜主体20的支撑结构22的两侧，第一滑轨组件112的结构和第二滑轨组件113的结构一样，第一滑轨组件112包括滑轨座1121和弧形滑轨1122，滑轨座1121设置在俯仰轴安装座111上，滑轨座1121设置有圆弧滑槽1123，弧形滑轨1122滑动安装在圆弧滑槽1123中，且弧形滑轨1122与望远镜主体20的支撑结构22连接，驱动组件114用于驱动第一滑轨组件112的弧形滑轨1122绕水平轴(平行于图1中X轴方向)旋转，以带动望远镜主体20相对基座13做俯仰运动，本发明实施例的俯仰轴系11比传统的方位俯仰结构更加紧凑，质量更轻，在满足更大口径动基座13望远镜的高精度指向和平稳跟踪要求的同时，降低方位轴系12和俯仰轴系11的加工制造成本，具有紧凑性和易于维护的特点。

可选地，弧形滑轨1122为R型圆弧滑轨。

可以理解地，滑轨座1121可以为长圆弧形滑轨座，也可以为短圆弧形滑轨座，多个短圆弧形滑轨座间隔设置在弧形滑轨1122的滑动路径上。

可以理解地，第一滑轨组件112作为主动运动结构，第二滑轨组件113可以作为被动结构，也可以和第一滑轨组件112一起作为主动运动结构，当第二滑轨组件113也作为主动运动结构时，第二滑轨组件113一侧也需要设置驱动组件114。

请参阅图1-图4所示，示例性地，驱动组件114包括安装在驱动电机1141和圆弧形摩擦鼓轮1142，驱动电机1141安装在俯仰轴安装座111上，圆弧形摩擦鼓轮1142设置在弧形滑轨1122背离滑轨座1121的一侧，且圆弧形摩擦鼓轮1142与驱动电机1141的输出轴接触，圆弧形摩擦鼓轮1142随着驱动电机1141的输出轴的正反转沿圆弧滑槽1123顺时针滑动或逆时针滑动，驱动方式简单可靠。

请参阅图1-图4所示，示例性地，俯仰轴安装座111包括底框1111和设置在底框1111两侧的竖板1112，底框1111设置在转台121上，滑轨座1121设置在竖板1112上，望远镜主体20底部位于两块竖板1112之间，这样设置使得望远镜整体结构更加紧凑。

请参阅图1-图4所示，本发明实施例还提供一种大口径望远镜，其可应用于在车载、舰载和机载等动基座13平台，大口径望远镜包括跟踪架10和望远镜主体20，跟踪架10采用如上所述跟踪架10，望远镜主体20包括主镜21、次镜或终端组件、以及支撑结构22，支撑结构22包括多个螺栓球和多个桁架杆，多个螺栓球和多个桁架杆拼接形成空间桁架结构，主镜21安装在支撑结构22的底部，次镜或终端组件安装在支撑结构22的顶部，支撑结构22安装在俯仰轴系11上。

为了使望远镜整体结构更加紧凑，竖板1112顶部凹陷形成弧形安装槽1113，支撑结构22越过圆弧形安装槽1113与圆弧形摩擦鼓轮1142连接，即弧形滑轨1122通过圆弧形摩擦鼓轮1142与望远镜主体20的支撑结构22连接。

本发明实施例大口径望远镜的支撑结构22取消四通，通过桁架结构实现主镜21和终端的相互位置固定和保持，实现绕俯仰轴系11的转动，两条弧形滑轨1122之间的短跨度有利于更加紧凑的方位轴系12设计，利于方位轴系12的承载和望远镜的轻量化。

此外，跟踪架10的方位轴系12包括转台121、圆弧导轨122和与圆弧导轨122配合的轴承滑块123，圆弧导轨122和轴承滑块123相互配合，形成圆弧导轨副，圆弧导轨副连接转台121和基座13，既可以实现高精度圆弧运动，又可以承载所有方向的负荷，组装、拆卸、重组容易。在保证高刚度、高精度、低摩擦以及摩擦力矩的均匀等条件的基础上，使轴系更加紧凑、轻量化，易于维护，并且降低轴系的制造和维护成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，包括俯仰轴系、方位轴系和基座，所述俯仰轴系用于驱动望远镜主体相对基座做俯仰运动，所述方位轴系包括转台、圆弧导轨和轴承滑块，所述俯仰轴系安装在转台上，所述转台设置在所述基座上，所述转台绕竖直轴旋转，并带动所述俯仰轴系以及望远镜主体相对基座做方位旋转运动，所述圆弧导轨设置在所述基座上，所述轴承滑块设置有至少两个，两个或两个以上所述轴承滑块设置在所述转台的底部，并与所述圆弧导轨滑动连接，所述圆弧导轨包括多个圆弧导轨部，多个所述圆弧导轨部同心拼接形成所述圆弧导轨。

2.如权利要求1所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述轴承滑块内置有钢球，所述轴承滑块上设有与所述圆弧导轨的截面形状相适配的凹槽，所述凹槽的两侧和所述圆弧导轨的两侧均设有相互配合的滚道，所述钢球设置在所述滚道内，所述轴承滑块通过所述钢球设置在所述圆弧导轨上并沿所述圆弧导轨移动。

3.如权利要求1所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述轴承滑块与所述转台螺丝连接。

4.如权利要求1所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述方位轴系还包括设置在所述转台与所述基座之间的密封组件，所述密封组件位于所述圆弧导轨的外侧，所述密封组件包括相互配合的方位密封外环和方位密封内环，所述方位密封外环与所述转台连接，且所述方位密封外环设置有倒F形卡接部，所述方位密封内环与所述基座连接，且所述方位密封内环设置有与所述倒F形卡接部配合的F形卡接部。

5.如权利要求1所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述俯仰轴系包括俯仰轴安装座、第一滑轨组件、第二滑轨组件和驱动组件，所述俯仰轴安装座设置在所述转台上，所述第一滑轨组件和所述第二滑轨组件分别设置在望远镜主体的支撑结构的两侧，所述第一滑轨组件的结构和所述第二滑轨组件的结构一样，所述第一滑轨组件包括滑轨座和弧形滑轨，所述滑轨座设置在所述俯仰轴安装座上，所述滑轨座设置有圆弧滑槽，所述弧形滑轨滑动安装在所述圆弧滑槽中，且所述弧形滑轨与望远镜主体的支撑结构连接，所述驱动组件用于驱动所述第一滑轨组件的所述弧形滑轨绕水平轴旋转，以带动望远镜主体相对所述基座做俯仰运动。

6.如权利要求5所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述驱动组件包括安装在驱动电机和圆弧形摩擦鼓轮，所述驱动电机安装在所述俯仰轴安装座上，所述圆弧形摩擦鼓轮设置在所述弧形滑轨背离所述滑轨座的一侧，且所述圆弧形摩擦鼓轮与所述驱动电机的输出轴接触，所述圆弧形摩擦鼓轮随着所述驱动电机的输出轴的正反转沿所述圆弧滑槽顺时针滑动或逆时针滑动。

7.如权利要求5所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述俯仰轴安装座包括底框和设置在所述底框两侧的竖板，所述底框设置在转台上，所述滑轨座设置在所述竖板上。

8.如权利要求7所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述竖板顶部凹陷形成弧形安装槽。

9.如权利要求6所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，其特征在于，所述弧形滑轨为R型圆弧滑轨。

10.一种大口径望远镜，其特征在于，包括跟踪架和望远镜主体，所述跟踪架采用如权利要求1-9任一项所述的适用于大口径望远镜的跟踪架，所述望远镜主体包括主镜、次镜或终端组件、以及支撑结构，所述支撑结构包括多个螺栓球和多个桁架杆，多个所述螺栓球和多个所述桁架杆拼接形成空间桁架结构，所述主镜安装在支撑结构的底部，所述次镜或终端组件安装在所述支撑结构的顶部，所述支撑结构安装在所述俯仰轴系上。

Images