ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2001 года по МПК G02B23/16 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для больших телескопов с альт-азимутальной монтировкой.

Известны различные типы монтировок оптических телескопов (Оптические телескопы. Теория и конструкция, Михельсон Н.Н., Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1976, с. 336-358).

Известен оптический телескоп с экваториальной монтировкой по авт.св. N 1195324, МПК⁴ G 02 B 23/16, F 16 G 29/04, 1985 г. Известный телескоп приводится в действие посредством безредукторных приводов наведения с моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения.

Недостатком телескопа с экваториальной монтировкой является изгиб его полярной оси, обуславливающий смещение оптической оси телескопа, которое имеет сложную зависимость от углов наведения телескопа. Кроме того, эта монтировка требует очень точной установки телескопа и предъявляет относительно высокие требования к взаимной перпендикулярности его осей наведения.

Известен полиапертурный телескоп по авт.св. N 717692, МПК² G 02 В 27/00, 1980 г. Известное оптическое устройство содержит параллельные оптические блоки, смонтированные на опорно-поворотном устройстве со взаимно ортогональными осями вращения, приводы вращения относительно этих осей. Опорно-поворотное устройство выполнено в виде установленного на стойках основания полого вала с установленными вдоль него парами оптических блоков, каждый из которых жестко закреплен на полых полуосях, установленных с возможностью вращения на упомянутом полом валу. Геометрическая ось полого вала неподвижна. Полуоси каждой пары оптических блоков соосны между собой, параллельны полуосям остальных оптических блоков и ортогональны оси полого вала. Оптическая схема каждого оптического блока включает плоское зеркало, установленное внутри упомянутого полого вала. Для обеспечения параллельности оптических осей приводы вращения оптических блоков выполнены синхронными. При этом каждое плоское зеркало снабжено корректирующим следящим приводом, что обеспечивает точную коррекцию направления осей всех оптических блоков.

Недостатком известного устройства является то, что оно предполагает консольное закрепление оптического блока на полых полуосях. Такое крепление одновременно с небольшой конструктивной базой опор полых полуосей не обеспечивает достаточную жесткость конструкции и обуславливает развал оптических осей оптических блоков каждой пары и, как следствие, необходимость коррекции направления оптических осей. Вариант исполнения, при котором каждый оптический блок устанавливают на двух полых полуосях, уменьшает развал оптических осей пары оптических блоков, однако требует установки на полом валу противовеса для балансировки системы.

К недостаткам известного устройства относится также то, что оно предполагает применение электромеханических приводов наведения с зубчатыми передачами, которые вносят значительные погрешности в точность наведения телескопа. При этом изготовление подобных зубчатых передач требует прецизионного оборудования и обуславливает высокие затраты на изготовление и обслуживание телескопа.

Отмеченные недостатки ограничивают возможность использования известного устройства в высокоточных оптических устройствах.

Известен телескоп с альт-азимутальной монтировкой по патенту СССР N 1708165, МПК⁵ G 02 B 23/00, 1982 г. Известное устройство содержит основание, выполненную в виде шарового сегмента раму, установленную в основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, сферический корпус с оптическим блоком, установленный в раме с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно упомянутых осей, оптическую аппаратуру, размещенную в упомянутом сферическом корпусе. Сферический корпус опирается на гидростатический упорный подшипник, выполненный внутри рамы. Узлы вращения сферического корпуса с оптическим блоком относительно горизонтальной оси выполнены в виде прикрепленных к сферическому корпусу трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипников опор, закрепленных на упомянутой раме. Вокруг трубчатых полуосей, установленных в подшипниках скольжения или качения в опорах рамы, размещены приводные элементы в виде зубчатых клиноременных или зубчато-ременных передач, служащие для поворота сферического корпуса относительно горизонтальной оси. Рама установлена вертикально с помощью двух концентричных кольцевых рельсов в соответствующих направляющих пазах и с помощью гидростатических скользящих опор, установленных в упомянутом основании. Оба направляющих паза разделены радиально кольцевым направляющим цоколем. Основание с направляющим цоколем выполнено из железобетона. Радиально вне наружного направляющего паза находится зубчатый ходовой рельс, который находится в зацеплении с зубчатой передачей для поворота рамы телескопа на 360^o вокруг ее вертикальной оси. Вся масса рамы и сферического корпуса с оптическим блоком воспринимается двумя кольцевыми рельсами, которые опираются на направляющие пазы основания телескопа. Кольцевые рельсы своевременно поднимаются под давлением масла и без трения скользят по масляной пленке. Аналогично сферический корпус с оптическим блоком опирается на подпорные подушки в раме, поэтому для наклона сферического корпуса приблизительно на 75^o в обе стороны от вертикального положения не требуется больших усилий. Когда телескоп отключен, т.е. сброшено давление масла в гидростатических опорах, все нагрузки воздействуют на полусферу гидростатического упорного подшипника, выполненного в раме и кольцевые рельсы, поэтому сферический корпус с оптическим блоком надежно фиксирован.

Недостатком известного телескопа с альт-азимутальной монтировкой является то, что он не предполагает обеспечения слежения за быстродвижущимися объектами, что обусловлено массогабаритными характеристиками устройства, а также использованием в приводах вращения зубчатых, клиноременных или зубчато-ременных передач, целевые характеристики которых не отвечают требованиям, предъявляемым к точности наведения и плавности слежения за быстродвижущимися объектами. К недостаткам известного устройства можно отнести также эксплуатационные неудобства, связанные с вращением оптической аппаратуры совместно со сферическим корпусом при эксплуатационных эволюциях телескопа.

Известно оптико-механическое устройство, предназначенное для использования в обзорно-поисковых следящих системах для передачи окружающей обстановки на приемное устройство (авт.св. СССР N 1737395, МПК⁵ G 02 B 23/08, 1992 г.). Известное устройство представляет собой оптический шарнир для осуществления оптической связи между подвижными и неподвижными элементами. Оптический шарнир состоит из шести отражающих элементов, установленных последовательно друг за другом, а их отражающие грани расположены под углом 45^o к входному лучу. Устройство обеспечивает визирование по углу места и азимуту в угловом диапазоне 0-270^o.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает возможность одновременной работы на нескольких каналах.

Также известны квазиоптические устройства с альт-азимутальной монтировкой, оборудованные лучеводными трактами, связанными с приемопередающей аппаратурой, размещенной на поворотных (подвижных) частях монтировки или на неподвижном основании (Лучеводы для двухзеркальных антенн: Обзор/ А.Я. Мирошниченко. - Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 7, с. 28-62: И.Ш. Басилая, Покрас А.М., Поляк В.С., Соколов А.Г. Особенности конструктивных решений антенных систем, оборудованных лучеводом. - В. кн.: Антенны, вып. 24, М. , "Связь", 1976, с. 148-158). Лучеводные тракты таких устройств включают в себя последовательно установленные отражающие элементы, при этом в случае размещения приемопередающей аппаратуры на неподвижном основании ось начального участка лучевода совмещают с азимутальной осью вращения, а ось предпоследнего участка - с горизонтальной (угломестной) осью вращения устройства. Известные устройства обеспечивают возможность одновременной работы на нескольких каналах, что достигается, например, использованием в лучеводе селективных зеркал (см. упомянутый обзор, с. 52-53).

Однако известные схемно-компоновочные решения устройств, оборудованных лучеводными трактами, предназначены для использования в СВЧ-диапазоне и не являются гибкими с точки зрения обеспечения расширения функциональных возможностей в случае использования подобных решений для оптических устройств.

Известны квазиоптические устройства, содержащие неподвижное основание, образованную платформой с двумя стойками вилку с полым штырем, установленную на основании с возможностью поворота вокруг азимутальной оси, качающуюся часть с квазиоптической системой, установленную с возможностью поворота вокруг угломестной оси, узлы вращения и приводы вращения вокруг упомянутых осей, последовательно установленные отражающие элементы и приемопередающую аппаратуру (W. Schonbach, Die Stahlkonstruktionen der verschiedenen Systeme grosser Parabolantennen. Der Stahlban. vol 48, N 10, 1979, с. 296-305, рис. 15). Узлы вращения качающейся части выполнены в виде трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор, закрепленных на стойках вилки. Последовательно установленные отражающие элементы образуют лучевод, ось предпоследнего участка которого совмещена с угломестной осью вращения.

Однако в сравнении с оптическими телескопами известные квазиоптические устройства не требуют обеспечения точного положения азимутальной оси, и в них не предусматриваются средства для регулирования вертикальности азимутальной оси.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявленным изобретением является устройство, используемое в конструкции шестиметрового телескопа БТА (см. упомянутую книгу с. 354-356, 407-408), которое и принято в качестве прототипа. Опорно-поворотное устройство БТА изготовлено по проекту заявителя предлагаемого изобретения.

Известное устройство содержит основание, образованную платформой с двумя стойками вилку с полым штырем, установленную на основании с возможностью поворота вокруг азимутальной оси, причем штырь выполнен со сферической цапфой, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг угломестной оси, узлы вращения и приводы вращения вокруг упомянутых осей, регулировочную радиальную подшипниковую опору штыря, закрепленную на упомянутом основании. Телескоп имеет альт-азимутальную монтировку. Для обеих осей вращения применены гидростатические подшипники. Вращение вокруг азимутальной оси осуществляется посредством сферической цапфы, опирающейся на шесть гидростатических опор. К сферической цапфе штыря прикреплена круглая горизонтальная платформа с двумя стойками, образующими вертикальную вилку. На нижнем конце полого штыря закреплено червячное колесо привода вращения. Нижний конец штыря снабжен также регулировочной подшипниковой радиальной опорой, обеспечивающей точную установку азимутальной оси вращения вилки (эта радиальная опора защищена авт.св. СССР N 164142, G 02 D, 1962 г. ). Регулировочная подшипниковая радиальная опора содержит подшипники качения, наружная обойма которых соединена с основанием оптического устройства посредством трех шарнирных звеньев, два из которых образуют параллелограмм, а третье ограничивает подвижность этого параллелограмма. Радиальная установка штыря осуществляется продольным перемещением звеньев путем поворота посредством самотормозящихся червячных пар эксцентриковых осей, соединяющих звенья с основанием. Узлы вращения вокруг горизонтальной оси, выполненные в виде гидростатических подшипников с двумя самоустанавливающимися подушками, смонтированы на консольных балках вилки, входящих внутрь средника с оптическим блоком. Для этого в противоположных стенках средника в местах опоры на подшипники выполнены сферические поверхности. Вращение вокруг горизонтальной оси осуществляется с помощью червячного колеса, закрепленного на среднике с оптическим блоком. Каждая из двух стоек вилки снабжена кронштейнами для установки на них спектральной и прочей светоприемной аппаратуры. Внутри одной из строек размещен спектрограф "квази-кудэ", участвующий вместе с телескопом в азимутальном вращении. Световой луч к оптической аппаратуре направляется посредством последовательно установленных отражающих элементов.

Однако известное устройство, также как и вышеупомянутый телескоп с альт-азимутальной монтировкой по патенту СССР N 1708165, не предполагает обеспечения слежения за быстродвижущимися объектами, что обусловлено массогабаритными характеристиками устройства, а также использованием в приводах вращения червячных передач, целевые характеристики которых (например, жесткость) не отвечают требованиям, предъявляемым к точности наведения и плавности слежения за быстродвижущимися объектами. Кроме того, изготовление червячных передач, используемых в электромеханических приводах известного устройства, требует прецизионного оборудования и обуславливает относительно высокие затраты на изготовление и обслуживание телескопа. Вместе с этим, вследствие использования гидростатических опор для обоих осей наведения, устройство является достаточно сложным.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности наведения и расширения функциональных возможностей большого по астрономическим меркам оптического устройства с альт-азимутальной монтировкой.

Эта задача решается благодаря тому, что в оптическом устройстве, содержащем основание, образованную платформой с двумя стойками вилку с полым штырем, установленным на основании с возможностью поворота вокруг азимутальной оси, причем штырь выполнен со сферической цапфой, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг угломестной оси, узлы вращения и приводы вращения вокруг упомянутых осей, регулировочную радиальную подшипниковую опору штыря, закрепленную на основании, последовательно установленные отражающие элементы и оптическую аппаратуру, согласно изобретению последовательно установленные отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, ось которого совмещена с азимутальной осью вращения, при этом ось предпоследнего участка каждого лучевода совмещена с угломестной осью вращения. Каждый привод вращения содержит моментный двигатель, включающий статор и ротор. При этом узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор, закрепленных на стойках вилки. По меньшей мере одна из упомянутых трубчатых полуосей выполнена с образованием свободного конца, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором моментного двигателя, статор которого консольно соединен с соответствующей стойкой вилки. Сферическая цапфа выполнена на нижнем конце штыря с возможностью взаимодействия с подпятником, установленным на основании. Регулировочная радиальная подшипниковая опора штыря расположена в верхней части последнего. Штырь через переходник с помощью разъемного соединения соединен с ротором другого моментного двигателя, статор которого соединен с основанием через упомянутую радиальную подшипниковую опору штыря. Через штырь пропущен кабелепереход с вилки на основание. Кабелепереход выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль азимутальной оси вращения к оптической аппаратуре, размещенной на основании оптического устройства. Между основанием оптического устройства и платформой, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью средника установлены устройства фиксации взаимного положения.

Такая конструкция альт-азимутальной монтировки с безредукторными приводами наведения, снабженными моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения, позволяет существенно повысить общую жесткость устройства и частотные характеристики монтировки до 15-25 Гц, а следовательно, повысить точность наведения. Наличие двух лучеводов позволяет существенно расширить функциональные возможности оптического устройства. Например, подобная конструкция оптического устройства обеспечивает возможность один из лучеводов с соответствующей квантово-оптической аппаратурой использовать в дежурном режиме поиска объекта, а второй лучевод с другой квантово-оптической аппаратурой использовать в режиме сопровождения объекта. Вместе с этим наличие двух лучеводов позволяет при необходимости один из них использовать в качестве резервного, что повышает надежность работы устройства. Особенности выполнения узлов вращения вокруг азимутальной оси позволяют уменьшить момент сопротивления вращению вилки, что дает возможность использовать безредукторный привод наведения с моментным двигателем. При этом вращения вилки, воспринимающий осевые нагрузки, выполнен с минимально возможными размерами по диаметру, благодаря чему уменьшается момент сопротивления вращению вилки и обеспечивается возможность использования для азимутальной оси моментного двигателя сравнительно небольшой мощности. Размещение оптической (квантово-оптической) аппаратуры на основании оптического устройства позволяет уменьшить массогабаритные характеристики поворотных частей последнего, а следовательно, и моменты инерции, что обеспечивает возможность уменьшения деформативности поворотных частей как в статике, так и в динамике, обеспечивает стабильность положения фокуса Кудэ и в конечном счете также обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Благодаря фиксации взаимоподвижных частей монтировки поворотные части устройства на любом рабочем угле удерживаются от поворота при воздействии внешних факторов, например ветра, и в случае обесточивания моментного двигателя.

Кроме того, на торце по меньшей мере одной трубчатой полуоси с образованием консоли может быть закреплен стакан, в котором выполнен вырез с возможностью размещения в нем отражающего элемента, закрепленного на соответствующей стойке вилки.

На стойке вилки упомянутой отражающий элемент может быть закреплен посредством кожуха лучевода. При этом кожух лучевода пропущен через упомянутый вырез в стакане и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой, размещенной внутри стакана.

Отражающий элемент, размещенный в стакане, выполнен в виде селективного зеркала, а на свободном торце стакана размещена приемная оптическая аппаратура.

Между основанием оптического устройства и платформой вилки, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью средника, могут быть установлены буферные устройства. Такое выполнение обеспечивает безударное торможение и остановку поворотных частей устройства на предельных углах наведения в случае аварийной ситуации при несрабатывании концевых выключателей приводов вращения.

На фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого оптического устройства; на фиг. 2 - оптическое устройство, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство крепления регулировочной радиальной подшипниковой опоры на основании, разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - устройство узла вращения средника относительно угломестной оси с моментным двигателем привода вращения, элемент В на фиг. 1; на фиг. 5 - устройство узла вращения средника относительно угломестной оси с датчиками положения по углу места и скорости, элемент Г на фиг. 1; на фиг. 6 - устройство верхнего подшипникового узла вращения вилки относительно азимутальной оси с моментным двигателем привода вращения, элемент Д на фиг. 1; на фиг. 7 - устройство нижнего подшипникового узла вращения вилки относительно азимутной оси с датчиками положения по углу азимута и скорости, элемент E на фиг. 1; на фиг. 8 - схематично показана оптическая схема предлагаемого устройства.

Оптическое устройство содержит основание 1, вилку 2 с полым штырем 3. Вилка 2 включает в себя платформу 4 с двумя стойками 5, 6. В вилке с возможностью поворота вокруг угломестной оси 7 установлен средник 8 с оптическим блоком 9. Вилка установлена в основании 1 с возможностью поворота вокруг азимутальной оси 10. Средник с оптическим блоком и вилка соответственно снабжены безредукторными приводами вращения относительно осей 7, 10. Наведение по осям 7, 10 обеспечивается соответственно моментными двигателями 11, 12, датчиками положения по углу 13, 14 и датчиками скорости 15, 16.

Узлы вращения вилки 2 вокруг азимутальной оси 10 выполнены в виде верхнего и нижнего подшипниковых узлов 17, 18. В варианте осуществления изобретения верхний подшипниковый узел 17 воспринимает радиальные нагрузки и включает два радиальных подшипника 19, а нижний подшипниковый узел 18 воспринимает осевые и радиальные нагрузки и включает три подшипника: радиальный 20, упорно-радиальный 21 и подшипник скольжения, образованный концевой цапфой (пятой) 22 штыря и подпятником 23, установленным на основании 1. В варианте выполнения нижнего подшипникового узла наружные обоймы подшипников 20 и 21 установлены в корпусе пяты 22. Подшипниковый узел 17 расположен в верхней части штыря 3 и является составной частью регулировочной радиальной подшипниковой опоры 24 штыря 3, обеспечивающей точную установку азимутальной оси 10. В варианте выполнения регулировочная радиальная подшипниковая опора включает горизонтальную платформу 25, на которой закреплены наружные обоймы подшипников 19 верхнего подшипникового узла 17. Платформа 25 удерживается от радиальных и угловых перемещений с помощью беззазорного механизма, включающего четыре пары соосных горизонтально расположенных упорных винтов 26, контактирующих с платформой 25. Упорные винты 26 попарно установлены в корпусах 27, закрепленных на основании 1, при этом корпуса 27 с упорными винтами расположены равномерно по окружности платформы 25.

Узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей 28, 29, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор 30, 31, закрепленных соответственно на стойках 5, 6. В варианте выполнения изобретения трубчатая полуось 28 выполнена с образованием свободного конца, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором 32 моментного двигателя 11, статор 33 которого консольно соединен со стойкой 5 вилки 2.

Через штырь 3 пропущен кабелепереход 34 с вилки 2 на основание 1. Кабелепереход выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль азимутальной (вертикальной) оси 10 к оптической (квантово-оптической) аппаратуре 35, размещенной на неподвижном основании 1. Размещение аппаратуры 35 на неподвижном основании, наряду с обеспечением уменьшения массогабаритных характеристик поворотных частей оптического устройства, существенно облегчает ее обслуживание при эксплуатации.

Между аппаратурой 35 и оптическим блоком 9 установлены отражающие элементы 36-42, образующие два лучевода (лучеводных тракта) с общим начальным участком "ж", ось которого совмещена с азимутальной осью 10, а оси предпоследних участков "и" и "к" совмещены с угломестной осью 7. При этом общий участок лучеводов пропущен через штырь 3, а предпоследний участок каждого из лучеводов пропущен через соответствующий узел вращения средника с оптическим блоком относительно угломестной оси 7.

Первый лучевод образуют последовательно установление отражающие элементы 36-40, второй - отражающие элементы 36, 37, 41, 42, 40. В каждом лучеводе отражающие грани упомянутых элементов расположены под углом 45^o к оптическому под углом 45^o к оптическому лучу. Отражающий элемент 36 установлен неподвижно на основании 1, при этом его отражающая грань расположена под углом 45^o к азумутальной оси 10. Отражающий элемент 37 установлен на платформе 4 вилки 2 с возможностью поворота на 180^o относительно азимутальной оси 10 в два фиксируемых положения. В одном из положений отражающая грань элемента 37 располагается параллельно отражающей грани элемента 36, а в другом - под углом 90^o к отражающей грани элемента 36. Отражающие элементы 38, 39 неподвижно закреплены посредством кожуха 43 лучевода на стойке 5 вилки 2 и образуют оптический блок, отражающие грани которого располагаются под углом 90^o друг к другу. Отражающий элемент 39 располагается под углом 45^o к угломестной оси 7 и вынесен за узел вращения средника с оптическим блоком. На торце трубчатой полуоси 29 с образованием консоли жестко закреплен стакан 44, в котором выполнен вырез "л" с возможностью размещения в нем отражающего элемента 42, закрепленного посредством кожуха 45 лучевода на стойке 6 вилки 2. Кожух 45 лучевода пропущен через вырез в стакане 44 и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой 46, размещенной с радиальным зазором внутри стакана 44. На свободном торце стакана 44 размещена приемная оптическая аппаратура 47, представляющая собой телевизионную камеру, работающую в режиме приема.

В варианте осуществления изобретения отражающий элемент 40 установлен на корпусе оптического блока 9 с возможностью поворота на 180^o относительно оптической оси последнего в два фиксируемых положения. При этом отражающая грань элемента 40 располагается под углом 45^o к угломестной оси 7 так, что направляет световой пучок от оптического блока 9 вдоль угломестной оси в сторону отражающего элемента 39 или 42. Отражающий элемент 42 вынесен за узел вращения средника с оптическим блоком и образует оптический блок с отражающим элементом 41, отражающая грань которого располагается параллельно отражающей грани элемента 37 в одном из фиксируемых положений последнего.

Кроме упомянутых лучеводных трактов в оптическом устройстве в варианте выполнения реализуется еще один путь следования оптических лучей. Благодаря выполнению отражающего элемента 42 в виде селективного (дихроичного) зеркала световой пучок, направленный отражающим элементом 40 вдоль угломестной оси 7, частично проходит через селективного зеркало 42 к телевизионной аппаратуре 47, которая поворачивается относительно оси 7 совместно с оптическим блоком 9.

Штырь 3 через переходник 48 с помощью разъемного соединения соединен с ротором 49 моментного двигателя 12, статор 50 которого соединен с основанием 1 через платформу 25 регулировочной радиальной подшипниковой опоры 24.

В варианте выполнения штырь 3 со стороны пяты (цапфы) 22 выполнен с переходником 51 для ротора 52 датчика 16 скорости, статор 53 которого через корпус пяты 22 соединен с основанием 1. На свободном конце штыря 3 размещен ротор 54 датчика 14 положения по углу азимута. Статор 55 датчика 14 посредством соответствующего переходника через корпус с пяты 22 соединен с основанием 1. Трубчатая полуось 29 со стороны средника 8 выполнена с переходником 56 для ротора 57 датчика 15 скорости, статор 58 которого соединен со стойкой 6 вилки 2. На трубчатой полуоси 28 с внешней стороны вилки размещен ротор 59 датчика 13 положения по углу места. Статор 60 датчика 13 через соответствующий переходник закреплен на стойке 6 вилки.

Между основанием 1 и платформой 4 вилки 2, а также между вилкой и трубчатой полуосью 29 средника 8 установлены устройства фиксации 61, 62 взаимного положения. В варианте выполнения изобретения устройства фиксации выполнены в виде фрикционных механизмов. Устройство фиксации 61 положения вилки 2 относительно основания 1 включает тормозной диск 63, закрепленный снизу платформы 4 вилки, а устройство фиксации 62 положения средника 8 относительно вилки 2 включает тормозной сектор 64, закрепленный на трубчатой полуоси 29 средника 8. Упомянутые тормозной сектор взаимодействуют с тормозными устройствами, установленными соответственно на закрепленной на основании 1 платформе 25 и на корпусе стойки 6 вилки 2 (на чертеже не показаны). В качестве тормозных устройств могут быть использованы, например, электромагнитные устройства, работающие на принципе создания момента сил трения в месте контакта с тормозным диском или сектором.

Благодаря устройству фиксации соответствующая поворотная часть оптического устройства на любом рабочем угле наведения удерживается от поворота при воздействии внешних факторов, например ветра, в случае обесточивания моментного двигателя. Принцип работы устройства фиксации заключается в том, что при отсутствии напряжения на электромагнитном приводе тормозного устройства осуществляется постоянное торможение тормозного диска (сектора) и соответственно кинематически связанной с ним поворотной части. При подаче питания на электромагнитный привод тормозного устройства тормозной диск (сектор) растормаживается, чем обеспечивается возможность поворота соответствующей поворотной части оптического устройства.

Вместе с этим между основанием 1 и вилкой 2, а также между вилкой и трубчатой полуосью 29 средника 8 установлены буферные устройства 65, 66 для безударного торможения и остановки поворотных частей оптического устройства на предельных углах наведения в случае аварийной ситуации при несрабатывании концевых выключателей приводов вращения. В варианте осуществления изобретения буферные устройства выполнены в виде пружинно-гидравлических устройств.

Оптическое устройство работает следующим образом.

Для обеспечения заданного положения азимутальной оси вращения вилки со штырем посредством упорных винтов 26 производят поворот вилки со штырем относительно центра сферической поверхности подпятника 23, после чего положение упорных винтов фиксируют.

Наведение (слежение) оптического блока 9 на наблюдаемый объект может производиться раздельно или одновременно по осям 7, 10. Моментные двигатели 11, 12 безредукторных приводов вращения обеспечивают поворот подвижных частей монтировки, а также их удержание на любом угле наведения при включенном питании двигателей. При этом одновременно подаются питание на электромагнитные приводы тормозных устройств фиксации взаимного положения платформы 4 вилки 2 относительно основания 1 и трубчатой полуоси 28 средника 8 относительно вилки 2. При подаче питания на электромагнитный привод тормозного устройства тормозной диск (сектор) растормаживается и обеспечивает возможность поворота соответствующей поворотной части монтировки.

При наведении оптического устройства датчики обратной связи положения по углу и датчики скорости, соответственно связанные непосредственно с трубчатой полуосью 29 и со штырем 3, обеспечивают выдачу сигналов о фактических углах поворота, а также скорости вращения относительно соответствующих осей наведения, в управляющую ЭВМ (на чертеже не показана), которая формирует сигналы управления приводами наведения.

При обеспечении моментного двигателя одновременно обесточивается электромагнитный привод соответствующего тормозного устройства и осуществляется постоянное торможение тормозного диска (сектора) и соответственно связанной с ним поворотной части монтировки.

В случае аварийной ситуации при несрабатывании на предельных углах наведения концевых выключателей приводов вращения соответствующие буферные устройства 65, 66 обеспечивают безударное торможение и остановку поворотных частей монтировки.

Таким образом, благодаря особенностям выполнения оптического устройства, изобретение обеспечивает возможность создания большого по астрономическим меркам оптического устройства с альт-азимутальной монтировкой с бездукторными приводами наведения, снабженными моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения, что позволяет существенно повысить общую жесткость устройства и частотные характеристики до 15-25 Гц, а следовательно, и повысить точность наведения. Особенности выполнения лучеводной системы обеспечивают расширение функциональных возможностей оптического устройства и одновременно, благодаря размещению наиболее громоздкой части оптической аппаратуры на неподвижном основании оптического устройства, позволяют уменьшить массогабаритные характеристики поворотных частей последнего, а следовательно, и моменты инерции, что обеспечивает возможность уменьшения деформативности поворотных частей как в статике, так и в динамике, обеспечивает стабильность фокуса Кудэ и в конечном счете также обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Вместе с этим существенно повысить точность наведения позволяет установка датчиков обратной связи положения по углу и датчиков скорости непосредственно на исполнительных осях. Кроме того, точность наведения оптического устройства обеспечивается благодаря возможности регулировки вертикальности азимутальной оси вращения вилки.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для больших телескопов с альт-азимутальной монтировкой. Оптическое устройство содержит основание, вилку с полым штырем, установленную на основании с возможностью поворота вокруг азимутальной оси, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг угломестной оси, узлы вращения и приводы вращения, содержащие моментные двигатели, включающие статор и ротор, регулировочную радиальную подшипниковую опору, отражающие элементы и оптическую аппаратуру. Отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, его ось совмещена с азимутальной осью. Ось предпоследнего участка совмещена с угломестной осью. Узлы вращения средника выполнены в виде трубчатых полуосей. Одна из них выполнена с образованием свободного конца, соединенного с ротором. На нижнем конце штыря выполнена сферическая цапфа с возможностью взаимодействия с подпятником. Через штырь пропущен кабелепереход с вилки на основание. Технический результат - повышение точности наведения и расширение функциональных возможностей оптического устройства. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Оптическое устройство, содержащее основание, образованную платформой с двумя стойками вилку с полым штырем, установленную на основании с возможностью поворота вокруг азимутальной оси, причем штырь выполнен со сферической цапфой, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг угломестной оси, узлы вращения и приводы вращения вокруг упомянутых осей, регулировочную радиальную подшипниковую опору штыря, закрепленную на основании, последовательно установленные отражающие элементы и оптическую аппаратуру, отличающееся тем, что последовательно установленные отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, ось которого совмещена с азимутальной осью вращения, при этом ось предпоследнего участка каждого лучевода совмещена с угломестной осью вращения, каждый привод вращения содержит моментный двигатель, включающий статор и ротор, при этом узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор, закрепленных на стойках вилки, по меньшей мере одна из упомянутых трубчатых полуосей
имеет свободный конец, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором моментного двигателя, статор которого консольно соединен с соответствующей стойкой вилки, сферическая цапфа выполнена на нижнем конце штыря с возможностью взаимодействия с подпятником, установленным на основании, а регулировочная радиальная подшипниковая опора штыря расположена в верхней части последнего, штырь через переходник с помощью разъемного соединения соединен с ротором другого моментного двигателя, статор которого соединен с основанием через упомянутую радиальную подшипниковую опору штыря, через штырь пропущен кабелепереход с вилки на основание, последний выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль азимутальной оси вращения к оптической аппаратуре, размещенной на основании оптического устройства, а между основанием оптического устройства и платформой вилки, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью средника установлены устройства фиксации взаимного положения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на торце по меньшей мере одной трубчатой полуоси с образованием консоли жестко закреплен стакан, в котором выполнен вырез с возможностью размещения в нем отражающего элемента, закрепленного на соответствующей стойке вилки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на стойке вилки отражающий элемент закреплен посредством кожуха лучевода, последний пропущен через упомянутый вырез в стакане и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой, размещенной внутри стакана. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что отражающий элемент, размещенный в стакане, выполнен в виде селективного зеркала, а на свободном торце стакана размещена приемная оптическая аппаратура. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что между основанием оптического устройства и платформой вилки, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью средника установлены буферные устройства.