技术摘要：
用于光谱仪目标切换的光纤自动对接和夹紧机构及其方法，设有入射科学目标光纤、高分辨光谱仪光纤以及CCD相机，其特征在于，还设有一个精密三维运动机构和光纤定位平台；所述入射目标光纤和强力电磁铁安装于光纤定位平台上，该光纤定位平台下端和精密三维运动机构连接一  全部
背景技术：
天文望远镜光谱仪作为天文望远镜终端设备，用于对星光进行处理获取星光光 谱，在天文领域应该极为广泛。光谱仪是用CCD作为光探测器测量谱线不同波长位置强度的 装置。其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和像差矫正系统组成。以色散 元件将星光分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）成像在 CCD靶面上，用于后续的数据处理。 对于不同科学观测目标的改变，较为常用的使用两种方法实现，其一是对望远镜 进行指向控制，让光谱仪的光纤对准科学目标；其二是切换科学目标光纤，让光谱仪光纤切 换至现已经对准的目标光纤。第二种方法的优点是不会影响其他光纤目标改变，最大可能 减少对其他观测目标的影响；同时为了满足切换后精度需求，在实际使用中使用目标光纤 自动切换和夹紧机构装置，实际使用过程中方便快捷。 目标光纤自动切换和夹紧机构通常作为一个整体使用，在设计中需要设计成一个 整体自动对接、定位和夹紧装置，可根据实际需求调整灵活、实用和便捷。
技术实现要素：
为了解决现有技术中不同科学目标光纤手动切换时效率低和切换后定位精度不 高和定位后不稳定的问题，本发明提供一种用于高分辨光谱仪目标切换的光纤自动对接和 夹紧机构以及这种设备的工作方法。本发明是一种高精密自动切换机构，能够克服传统转 动手动切换时效率低、易出错和切换时和其他光纤切换时产生干涉等不足。本发明能够实 现无人值守，并获得高的切换效率和高的精度。本发明结构简单可靠性高，在保证精度要求 前提下，减少光纤切换后定位和夹紧装置体积，降低狭小空间内机械结构干涉风险。 完成上述发明任务的技术方案是， 一种用于高分辨光谱仪目标切换的光纤自动对接和夹紧机构，设有入射科学目标光纤 （简称目标光纤）、高分辨光谱仪光纤（简称光谱仪光纤）以及CCD相机，其特征在于，还设有 一个精密三维运动机构和光纤定位平台；所述入射目标光纤和强力电磁铁安装于光纤定位 平台上，该光纤定位平台下端和精密三维运动机构连接一起；所述高分辨光谱仪光纤和CCD 定位相机安装在该三维运动机构的光纤平台上，该高分辨光谱仪光纤和CCD定位相机的间 距与光纤定位平台上两相邻目标光纤间距相同且方向相同。 本发明所述的精密三维运动机构，用于精密定位光谱仪光纤X、Y、Z轴三个自由度 空间坐标，采用三个高精度滚动导轨智能组合单元、步进电机和减速器光栅尺组成，每个滚 4 CN 111595440 A 说　明　书 2/4 页 动导轨智能组合单元安装有光栅尺；为了保证定位精度采用光栅尺实时反馈光谱仪光纤X、 Y、Z轴数据，通过形成闭环控制获得最大的精度。 闭环控制系统由光栅尺、数据采集卡和上位机软件组成，光栅尺将位置信号转化 成脉冲信号，通过数据采集卡传输给上位机软件，上位机软件通过脉冲数可精确获取X、Y、Z 轴数据值。 本发明所述的三维运动机构上的光纤平台安装光谱仪光纤和CCD定位相机，其间 距和相邻目标光纤间距和方向相同，当光谱仪光纤移动到目标光纤位置时，切好CCD相机镜 头正对与相邻目标光纤，通过CCD图像实时在线处理进一步判断光纤是否对准。该CCD实时 图像处理可在线检测由于外来载荷冲击或者螺丝松动等原因引起光谱仪光纤空间位置误 差，有效保证光纤自动切换过程可靠性。 换言之，本发明包括光纤自动对接和夹紧系统；光纤自动对接系统包括滚动导轨 智能组合单元、电机、减速器、光栅尺和CCD相机组合机构；自动夹紧系统包括光纤对接平 台、电控电磁铁、预紧弹簧、安装平板和档环组成。 所述切换和定位方式是：采用三个垂直安装的滚动导轨智能组合单元，该运动机 构可以通过光栅尺精确定位每一个目标光纤安装对应的光谱仪光纤空间位置坐标，为防止 外来载荷和螺钉松动引起光谱仪光纤空间坐标变化，通过CCD相机在线检测和校核光纤位 置。所述光谱仪光纤上设有V型面；所述光纤定位平台上设有V型槽；光谱仪光纤的V型面和 光纤定位平台的V型槽配合可获取高精度定位值。 在优化方案中，所述目标光纤和光纤定位板固定连接，同时电磁铁安装于下端光 纤定位板内部，光谱仪光纤在滚动导轨智能组合单元（由滚珠丝杆、精密导轨和支撑架等组 成）三维移动下，光谱仪光纤移动至目标光纤上方位置时，通过电磁铁作用将光谱仪光纤和 目标光纤紧紧连接在一起。即，为了保证切换后光谱仪光纤和目标光纤位置稳定性，光谱仪 光纤切换到指定位置后电磁铁吸住光谱仪光纤头，使光谱仪光纤和目标光纤连接成整体， 保证相对位置的稳定。 所述光谱仪光纤安装在三个垂直安装的滚动导轨智能组合单元上，每个滚动导轨 智能组合单元安装有光栅尺，实时反馈运动位置信息。该结构保证光纤切换精度。 所述CCD相机和光谱仪光纤安装在同一个安装平板上，用于在线检测和校核光纤 对接后的精度和稳定性。 所述两光纤位置分离，光谱仪光纤安装有预紧弹簧和档环，通过高精度间隙配合 安装于安装平台上，可实现Y方向精确移动和预计。 光纤切换采用全自动和无人值守，切换效率和精度高，同时可避免人工切换需要 进入设备现场对设备性能产生影响。 更具体和更详细地说，本发明的光纤自动对接和夹紧系统参照图1，图2为光纤自 动夹紧和释放的结构图，采用三个垂直安装的滚动导轨智能组合单元，该运动机构可以通 过光栅尺精确定位每一个目标光纤安装对应的光谱仪光纤空间位置坐标，为防止外来载荷 和螺钉松动引起光谱仪光纤空间坐标变化，通过CCD相机在线检测和校核光纤位置，最后通 过夹紧机构完成设备定位和夹紧。 夹紧和光纤脱离系统：在高分辨光谱仪光纤的轴向，安装有分离弹簧。为了保证切 换后光谱仪光纤和目标光纤位置稳定性，光谱仪光纤移动到目标光纤上方指定位置时，电 5 CN 111595440 A 说　明　书 3/4 页 磁铁吸住光谱仪光纤头，使光谱仪光纤和目标光纤连接成整体，保证相对位置的稳定。当电 磁铁失电后磁性吸力消失，光谱仪光纤由于分离弹簧预紧力作用反向运动，光谱仪光纤和 目标光纤分开。 完成本申请第二个发明任务的技术方案是：上述用于高分辨光谱仪目标切换的光 纤自动对接和夹紧机构的工作方法，其特征在于，步骤如下： ⑴.选定观测目标及确定已经对准该观测目标的光纤位置； ⑵.启动三维运动机构，使安装其上的光纤平台安装光谱仪光纤和CCD定位相机对准已 经对准观测目标的光纤； ⑶.采用光栅尺实时反馈光谱仪光纤X、Y、Z轴数据，通过形成闭环控制获得最大的精 度； ⑷.通过CCD图像实时在线处理进一步判断光纤是否对准；并进行必要的纠正； ⑸ .确认已经对准后，电磁铁吸住光谱仪光纤头，使光谱仪光纤和目标光纤连接成整 体，保证相对位置的稳定； ⑹.观测结束后，电磁铁失电后磁性吸力消失，光谱仪光纤由于弹簧预紧力作用反向运 动，光谱仪光纤和目标光纤分开。 本发明的夹紧机构，采用电磁铁将光纤位置固定，整体结构简洁，不存在破坏风 险。 根据本发明的设计，由于安装、拆卸和调试方便，不存在任何阻碍，定位和夹紧机 构由具有一定预紧力的弹簧和柔性档环组成；同时，切换平稳且定位精度高。 本发明特色创造之一为：在线检测和校准机构。光纤安装平台安装有光谱仪光纤 和CCD定位相机，其间距和相邻目标光纤间距和方向相同，当光纤移动到目标位置时，CCD相 机镜头正好对准相邻的光纤，通过CCD图像实时在线处理进一步判断光纤是否对准。该CCD 实时图像处理可在线检测由于外来载荷冲击或者螺丝松动等原因引起光谱仪光纤空间位 置误差，有效保证光纤自动切换过程可靠性。 本发明特色创造之二为：简单定位和夹紧机构。本发明中设计夹紧机构定位和夹 紧机构，电磁铁吸住光谱仪光纤头，使光谱仪光纤和目标光纤连接成整体。在保证精度要求 前提下，减少光纤切换后定位和夹紧装置体积，降低狭小空间内机械结构干涉风险。 本发明特色创造之三为：简单光纤自动释放机构。本发明设计了观测结束后光谱 仪光纤和目标光纤自动脱开机构，在观测结束后电磁铁失电后磁性吸力消失，光谱仪光纤 由于弹簧预紧力作用反向运动，光谱仪光纤和目标光纤分开，档环的材料选择柔性材料，可 避免光谱仪光纤反弹作用力对光纤产生损伤。 附图说明 图1-1、图1-2、图1-3分别为本发明的总体结构图； 图2为本发明的光纤自动夹紧和释放的结构图。