阅读说明：本技术 一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置 (Optical fiber positioning unit for spectrum astronomical telescope and limiting device thereof ) 是由 胡红专 *** 刘志刚 周增祥 翟超 褚家如 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置,包括可转动地套设在中心回转轴上的固定套、形成于中心回转轴与固定套之间的环形间隙和套设于环形间隙内且能够在环形间隙内自由转动的中间回转套；中心回转轴上固定设置有动触头,固定套上固定设置有静触头,中间回转套上固定设置有中间触头,动触头、静触头和中间触头均位于环形间隙内,动触头与静触头沿中心回转轴的轴心方向具有预设间隙,动触头与中间触头沿中心回转轴的轴心方向具有重叠部,中间触头转动至预设位置时能够与静触头相抵。该限位装置避免了因为中心回转的电机失控导致光纤折断的问题。(The invention discloses an optical fiber positioning unit for a spectrum astronomical telescope and a limiting device thereof, which comprise a fixed sleeve, an annular gap and a middle rotary sleeve, wherein the fixed sleeve is rotatably sleeved on a central rotating shaft; the central rotating shaft is fixedly provided with a moving contact, the fixed sleeve is fixedly provided with a static contact, the middle rotating sleeve is fixedly provided with a middle contact, the moving contact, the static contact and the middle contact are all positioned in the annular gap, the moving contact and the static contact have a preset gap along the axis direction of the central rotating shaft, the moving contact and the middle contact have an overlapping part along the axis direction of the central rotating shaft, and the middle contact can be abutted against the static contact when rotating to a preset position. The limiting device avoids the problem that the optical fiber is broken due to the fact that the center rotating motor is out of control.)

一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置

技术领域

本发明涉及光谱天文望远镜技术领域，尤其涉及一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置。

背景技术

现在大焦面光谱巡天望远镜(如我国的LAMOST)在焦面上采用的都是焦面分区，每个小区里安装一个双自由度的光纤定位单元，采用的是双回转运动机构，(如专利CN2344786)，如图1所示。它包括转臂等长的中心回转轴1和偏心回转轴2，两回转轴均由步进电机经减速器减速后带动，它们的运动使得光纤端部可以到达直径33mm的圆中的任何位置。两回转轴均由计算机向驱动电路发送步进电机的驱动脉冲来控制其运动。整个LAMOST焦面上共安装4000个同样的光纤单元，这样单元带动光纤端部定位时就是在一个垂直于单元轴线的小圆平面上运动。

双回转运动机构一般由中心回转部、偏心回转部及光纤架等组成，中心回转部通过中心电机驱动中心轴回转；偏心回转部通过偏心电机驱动偏心轴回转，这样通过这样两个回转带动光纤架在一个平面小圆区域给光纤端面定位。根据光纤定位原理要求，单元中心轴需要回转360度，以保证光纤可以在小圆的任何方位定位，但是这个回转必须保证不能失控，否则假如由于某种原因(比如电机缺相)中心回转会不受控的一直转动下去而不及时停下来，就会造成中心回转部分和光纤缠绕在一起，使得光纤折断等严重后果。

综上所述，如何解决光谱天文望远镜的光纤定位单元的中心回转失控时容易折断光纤的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置，以解决光谱天文望远镜的光纤定位单元的中心回转失控时容易折断光纤的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的限位装置，包括可转动地套设在中心回转轴上的固定套、形成于所述中心回转轴与所述固定套之间的环形间隙和套设于所述环形间隙内且能够在所述环形间隙内自由转动的中间回转套；所述中心回转轴上固定设置有动触头，所述固定套上固定设置有静触头，所述中间回转套上固定设置有中间触头，所述动触头、所述静触头和所述中间触头均位于所述环形间隙内，所述动触头与所述静触头沿所述中心回转轴的轴心方向具有预设间隙，所述动触头与所述中间触头沿所述中心回转轴的轴心方向具有重叠部，所述中间触头转动至预设位置时能够与所述静触头相抵；且所述动触头的两端、所述静触头的两端以及所述中间触头的两端相对所述中心回转轴的辐射占用角度之和不超过360°。

优选地，所述动触头包括回零动触头和正转动触头，所述回零动触头与所述正转动触头位于所述中间触头的同一侧，且所述静触头接地，所述回零动触头和所述正转动触头分别接各自的高电平信号，所述中间触头为导体，当用于驱动所述中心回转轴的中心电机的驱动电路接收到所述回零动触头或所述正转动触头为低电平信号时，所述驱动电路停止发送驱动信号，所述中心电机停止转动。

优选地，所述中心回转轴上固定设置有固定圈，所述动触头固定在所述固定圈上。

优选地，所述固定圈通过销钉固定在所述中心回转轴上。

优选地，所述静触头为截面半圆环形的柱状体。

优选地，所述静触头通过螺钉固定在所述固定套上。

优选地，所述固定套上固定设置有行星内齿轮，用于驱动所述中心回转轴上的中心电机的电机轴上设置有与所述行星内齿轮啮合的小齿轮。

优选地，所述环形间隙内还设置有轴向布置用于消除齿轮之间间隙的中心消隙弹簧。

优选地，所述中间回转套的一端轴向限位于所述静触头的端面，所述中间回转套的另一端设置有轴向限位部，所述轴向限位部固定于所述中心回转轴上。

相比于背景技术介绍内容，上述用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的限位装置，包括可转动地套设在中心回转轴上的固定套、形成于中心回转轴与固定套之间的环形间隙和套设于环形间隙内且能够在环形间隙内自由转动的中间回转套；中心回转轴上固定设置有动触头，固定套上固定设置有静触头，中间回转套上固定设置有中间触头，动触头、静触头和中间触头均位于环形间隙内，动触头与静触头沿中心回转轴的轴心方向具有预设间隙，动触头与中间触头沿中心回转轴的轴心方向具有重叠部，中间触头转动至预设位置时能够与静触头相抵；且动触头的两端、静触头的两端以及中间触头的两端相对中心回转轴的辐射占用角度之和不超过360°。该限位装置在实际工作过程中，通过中心回转轴上的动触头转动(可以为正转也可以为反转)至与中间触头接触后，由于动触头与静触头沿中心回转轴的轴心方向具有预设间隙，因此二者不会直接相互干涉，而动触头与中间触头沿中心回转轴的轴心方向具有重叠部，因此动触头与中间触头接触后能够带动中间回转套转动，当中间触头与静触头接触后被限位而无法继续转动，从而使得保证了中心回转轴的转动角度始终控制在预定的转动角度内，避免了因为中心回转的电机失控导致光纤折断的问题。此外，由于动触头的两端、静触头的两端以及中间触头的两端相对中心回转轴的辐射占用角度之和不超过360°，从而能够保证了中心回转轴的转动满足至少能够转动360°。

另外，本发明还提供了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元，包括限位装置，该限位装置如上述任一方案所描述的限位装置。由于上述限位装置具有上述技术效果，因此具有上述限位装置的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为现有的双回转运动机构的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的限位装置的剖视结构示意图；

图4为图3的A-A剖视结构示意图(所示位置动触头与中间触头未接触)；

图5为本发明实施例提供的中心回转轴正转至极限位置时动触头的位置示意图；

图6为本发明实施例提供的中心回转轴回零过程中，动触头脱离中间触头的位置示意图；

图7为本发明实施例提供的中心回转轴回零过程中，动触头与中间触头的另一面接触的位置示意图；

图8为本发明实施例提供的中心回转轴回零过程中，动触头带动中间触头回零到位的示意图。

上图1-图8中，

中心回转轴1、偏心回转轴2、固定套3、环形间隙4、中间回转套5、动触头6、静触头7、中间触头8、回零动触头9、正转动触头10、中心电机11、固定圈12、中心消隙弹簧13、轴向限位部14、中心回转部15、偏心回转部16、光纤架17、限位装置18、偏心电机19、偏心消隙弹簧20、螺钉21。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置，以解决光谱天文望远镜的光纤定位单元的中心回转失控时容易折断光纤的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图2-图8所示，本发明实施例提供的一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的限位装置，包括可转动地套设在中心回转轴1上的固定套3、形成于中心回转轴1与固定套3之间的环形间隙4和套设于环形间隙4内且能够在环形间隙4内自由转动的中间回转套5；中心回转轴1上固定设置有动触头6，固定套3上固定设置有静触头7，中间回转套5上固定设置有中间触头8，动触头6、静触头7和中间触头8均位于环形间隙内，动触头6与静触头7沿中心回转轴1的轴心方向具有预设间隙(这里需要说明的是，一般来说，该预设间隙需要设计成一个较小的预设间隙值，比如0.1mm。因为动触头与静触头沿中心回转轴的轴线方向的间隙足够小时，动触头通过中间触头与静触头接触时，它们接触的点几乎在一条直线上，从而能够基本满足“阿贝原则”，大大减小了回零原理误差)，动触头6与中间触头8沿中心回转轴1的轴心方向具有重叠部，中间触头8转动至预设位置时能够与静触头7相抵；且动触头6、静触头7以及中间触头8相对中心回转轴1的辐射占用角度之和不超过360°。

该限位装置在实际工作过程中，通过中心回转轴上的动触头转动(可以为正转也可以为反转)至与中间触头接触后，由于动触头与静触头沿中心回转轴的轴心方向具有预设间隙，因此二者不会直接相互干涉，而动触头与中间触头沿中心回转轴的轴心方向具有重叠部，因此动触头与中间触头接触后能够带动中间回转套转动，当中间触头与静触头接触后被限位而无法继续转动，从而使得保证了中心回转轴的转动角度始终控制在预定的转动角度内，正反转的具体过程为：反向(回零)运转时，动触头与中心回转轴一起转动，转动过程中，它会首先碰到空套在中心回转轴上的中间回转套上设置的中间触头，随即带动中间回转套一起转动，然后继续转动，直到动触头推动中间回转套及中间触头碰到静触头后，此时电机收到相应的信号停止运转；正向运转，动触头首先被中心回转轴带动正转与中间回转套上的中间触头脱离，动触头可以一直转动下去直到它在另一边碰到中间回转套上的中间触头，然后就推动中间回转套一起正转，最后中间触头碰到静触头的另一边后向电机发出相应的信号，电机停转；其中，中间回转套的作用即是补偿动触头由于自身以及静触头的几何尺寸限制不能转整圈的缺憾。从上述限位装置的工作过程可以看出，该限位装置避免了因为中心回转的电机失控导致光纤折断的问题。此外，由于动触头的两端、静触头的两端以及中间触头的两端相对中心回转轴的辐射占用角度之和不超过360°，从而能够保证了中心回转轴的转动满足至少能够转动360°。

在一些具体的实施方案中，上述动触头6具体可以包括回零动触头9和正转动触头10，回零动触头9与正转动触头10位于中间触头8的同一侧，且静触头7接地，回零动触头9和正转动触头10分别接各自的高电平信号，中间触头8为导体，当用于驱动中心回转轴1的中心电机11的驱动电路接收到回零动触头9或正转动触头10为低电平信号时，驱动电路停止发送驱动信号，此时中心电机11停止转动。通过检测回零动触头和正转动触头的电平信号，能够方便获知中心电机停止时，中心回转轴是处于回零状态，还是正转至最大角度的状态。当然可以理解的是，如果中心电机及驱动力矩较小时，也可不设置电零位，当中心回转轴及其上的动触头带动中间触头碰到静触头后，中心电机堵转，驱动电路检测到中心电机堵转后立即停止转动。

具体结构及工作过程为：静触头接地，中间回转套上的中间触头悬浮于中心回转部内的环形间隙内及焦面电绝缘，但是中间触头与静触头及动触头同时接触时，可以将静触头与动触头电导通，正转及回零动触头分别接各自的高电平信号；回零时，回零动触头首先碰到悬浮的中间触头，此时电位不会被拉低，直到推动中间触头碰到静触头后，接地的静触头通过中间触头将高电平的回零动触头拉低成低电平，从而让驱动电路停止驱动；同理，正转时正转动触头首先碰到中间触头并推动中间回转套正转，这个时候正转动触头悬浮，电机不会停止运转，直到推动中间触头正转从另一个方向碰到静触头后，接地的静触头通过中间触头将高电平的正转动触头拉低成低电平，从而让驱动电路停止驱动，从而达到对中心回转部的中心回转轴的限位作用。

在一些更具体的实施方案中，上述中心回转轴1上固定设置有固定圈12，动触头6固定在固定圈12上。优选地动触头固定在固定圈的端面上，当然也可以固定在固定圈的其他位置，比如固定圈的圆周上。通过在中心回转轴上设置固定圈来固定动触头的方式，使得动触头的设置和固定更加方便和易于实现。

进一步的实施方案中，上述固定圈12一般可以通过销钉固定在中心回转轴1上。当然可以理解的是，上述采用销钉固定的方式仅仅是本发明实施例对于固定圈固定方式的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是采用本领域技术人员常用的其他固定方式，比如键连接的方式等。

在一些更具体的实施方案中，上述静触头7的结构具体可以为截面半圆环形的柱状体，该柱状体可以通过螺钉21固定在固定套3上，也可以采用其他固定方式固定在固定套上。当然需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，上述半圆环形的柱状体仅仅是本发明实施例对于静触头的结构形状的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是根据实际需求选择设计成其他结构形状的静触头结构，比如直接在固定套上装一个固定销作为静触头。

更进一步的实施方案中，上述固定套3上固定设置有行星内齿轮，安装在中心回转轴1上的中心电机11的电机轴上设置有与行星内齿轮啮合的小齿轮。通过不动的行星内齿轮与电机小齿轮的配合方式，从而驱动中心回转轴1转动及中心电机11回转。这样使得电机及齿轮布置位置的设置更加方便，并且能够实现减速器的目的。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是齿轮配合其他类型的减速器的方式来实现。当然也可以反过来，行星内齿轮与中心回转轴固定在一起，中心电机固定在固定套上，这时中心电机原地转动，行星内齿轮带动中心回转轴转动。

进一步的实施方案中，上述环形间隙4内还设置有轴向布置用于消除齿轮之间间隙的中心消隙弹簧13。通过中心消隙弹簧13的布置，使得齿轮之间的配合更加紧密，避免了出现间隙影响转动传动的准确性。需要说明的是，一般来说，不仅仅中心回转部15的内部传动需要布置消隙弹簧，对于偏心回转部16来说，其内部一般也会布置偏心消隙弹簧20，同样是为了提升传动的准确度。

另外需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，上述中间回转套5需要保持仅能够在环形间隙4内自由转动，但是不能够出现轴向移动，因此需要对其进行轴向限位，而轴向限位结构的具体方式，可以为中间回转套5的一端轴向限位于静触头7的端面，中间回转套5的另一端设置有轴向限位部14，轴向限位部14固定于中心回转轴1上。这里需要说明的是，轴向限位部14可以是额外的设置套件通过螺纹固定在中心回转轴上，也可以是直接在中心回转轴1上设置轴肩来实现限位，实际应用过程中，可以根据实际加工的便捷性和实际需求进行选择设置。

另外，本发明还提供了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元，包括限位装置18，该限位装置18如上述任一方案所描述的限位装置。由于上述限位装置具有上述技术效果，因此具有上述限位装置的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

除此之外，需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，用于光谱天文望远镜的光纤定位单元，其一般包括中心回转部15、偏心回转部16、和光纤架17，其中限位装置18设置在中心回转部15的最底端，当然也可以设置在中心回转部的其他位置，比如中心回转部的前端，其顶端连接偏心回转部16，偏心回转部16的最顶端连接光纤架17，光纤固定在光纤架17上。其中，偏心回转部16通过偏转电机19驱动偏心回转轴2转动。

以上对本发明所提供的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元及其限位装置进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。