雷尼紹RESOLUTE?光柵升級(jí)科研級(jí)天文望遠(yuǎn)鏡的位置反饋性能
2021-11-17 來(lái)源：雷尼紹 作者：-
背景
Wise天文臺(tái)是由以色列特拉維夫大學(xué) (Tel Aviv University) 擁有并運(yùn)營(yíng)的天文研究機(jī)構(gòu)。四十多年以來(lái)，該天文臺(tái)始終致力于支持天文學(xué)領(lǐng)域的前沿研究。它位于以色列的內(nèi)蓋夫 (Negev) 沙漠中，距離最近的城鎮(zhèn)也有五公里；這種獨(dú)特的地理位置意味著，這里的夜空全年大多數(shù)時(shí)間晴朗無(wú)云，并且遠(yuǎn)離光污染的影響。憑借這些優(yōu)勢(shì)，該天文臺(tái)的一米口徑天文望遠(yuǎn)鏡可以拍攝出高質(zhì)量的天文照片，為全世界各大天文學(xué)和天體物理學(xué)研究機(jī)構(gòu)提供理想的研究素材。
特拉維夫大學(xué)的天文望遠(yuǎn)鏡是全自動(dòng)操作的，并且配有超高分辨率的光譜儀，用于發(fā)現(xiàn)已知恒星周?chē)男滦行?。該望遠(yuǎn)鏡安裝于1971年，自安裝之后，它的結(jié)構(gòu)基本保持不變。但是其中的一些內(nèi)部組件，例如電機(jī)和軸承，尤其是位置反饋光柵，已經(jīng)逐漸接近設(shè)計(jì)使用壽命，而且研究人員也開(kāi)始注意到一些性能問(wèn)題。
望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)動(dòng)軸上裝有光柵，用于測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的移動(dòng)位置。天文臺(tái)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的光柵有時(shí)會(huì)提供錯(cuò)誤的信息，導(dǎo)致軟件毫無(wú)預(yù)警地停止運(yùn)行。因此，現(xiàn)場(chǎng)工程師最終決定更換光柵，并且開(kāi)始聯(lián)系光柵供應(yīng)商報(bào)價(jià)。
該研究團(tuán)隊(duì)咨詢(xún)了其他天文臺(tái)的同行，并且對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行了在線審核，最終選擇與一家以色列的運(yùn)動(dòng)技術(shù)供應(yīng)商Soulutions合作，這家公司同時(shí)還是雷尼紹光柵產(chǎn)品的授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)商。
挑戰(zhàn)
“由于天體沿著軌道不停運(yùn)行，研究人員只有很小的機(jī)會(huì)窗口能拍攝特定星座的高質(zhì)量照片，所以我們必須快速完成升級(jí)工作，從而將停機(jī)時(shí)間降至最短，”Soulutions公司的雷尼紹光柵業(yè)務(wù)經(jīng)理Benny Naim解釋道。
Naim先生繼續(xù)說(shuō)道：“我們?cè)敿?xì)了解了天文望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)動(dòng)方式，包括它的精度和速度要求，以確定新光柵的最佳安裝位置。綜合考慮以上因素，我們認(rèn)為必須進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。”
“在為研究團(tuán)隊(duì)提供解決方案建議時(shí)，我們還考慮了天文臺(tái)的地理位置，”Naim先生補(bǔ)充道。“在沙漠中，氣溫日變化劇烈，白天仿佛盛夏，到了夜晚溫度卻降到零度以下。溫度變化會(huì)導(dǎo)致熱脹冷縮，進(jìn)而對(duì)金屬物體產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計(jì)用于將新光柵安裝到望遠(yuǎn)鏡上的定制安裝支架時(shí)，我們必須考慮熱膨脹效應(yīng)，以確保氣候狀況不會(huì)影響望遠(yuǎn)鏡的精度。”
解決方案
Soulutions團(tuán)隊(duì)建議在望遠(yuǎn)鏡上安裝兩個(gè)雷尼紹RESOLUTE™絕對(duì)式光柵。RESOLUTE系列能夠使直線光柵系統(tǒng)在高達(dá)100 m/s的速度下實(shí)現(xiàn)1 nm分辨率，使圓光柵系統(tǒng)在高達(dá)36,000轉(zhuǎn)/分的速度下實(shí)現(xiàn)32位分辨率，這是世界上首款做到這一點(diǎn)的絕對(duì)式光柵。而且，RESOLUTE直線光柵系統(tǒng)的超低電子細(xì)分誤差 (SDE) 和抖動(dòng)使其從同類(lèi)光柵中脫穎而出。
該團(tuán)隊(duì)還搭配了RTLA30-S直線柵尺。這是一款輕薄小巧的不銹鋼鋼帶柵尺，其安裝選項(xiàng)考慮到了基體熱膨脹的影響，又兼具鋼帶柵尺的便利性。雷尼紹光柵技術(shù)提供了無(wú)與倫比的堅(jiān)固性、優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)控制性能、寬松的安裝公差、更高的位置穩(wěn)定性，以及低至±40 nm的電子細(xì)分誤差，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的速度
控制。
“在首次造訪天文臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查之后，我們決定不從望遠(yuǎn)鏡上拆下原來(lái)的光柵，因?yàn)檫@樣需要拆解整個(gè)望遠(yuǎn)鏡，從而增加研究團(tuán)隊(duì)的停工時(shí)間，”Naim先生說(shuō)道。“相反，我們建議先斷開(kāi)舊光柵的連接，然后使用定制加工的機(jī)械支架安裝新光柵，這樣就能快速而高效地完成整個(gè)升級(jí)工作。”
Soulutions團(tuán)隊(duì)在天文臺(tái)進(jìn)行了兩次現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn)，并且在望遠(yuǎn)鏡的每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上都安裝了RESOLUTE直線光柵。橫滾軸控制望遠(yuǎn)鏡的方向，用于觀測(cè)不同的天區(qū)；而俯仰軸控制物鏡和攝像機(jī)的左右運(yùn)動(dòng)。
“將光柵連接至望遠(yuǎn)鏡的控制器之前，我們先使用雷尼紹的高級(jí)診斷工具 (ADTa-100) 測(cè)試了光柵的安裝效果，”Naim先生說(shuō)道。
“我們使用軟件驗(yàn)證了兩個(gè)光柵均可提供良好反饋，并且檢查了整個(gè)軸行程上的信號(hào)強(qiáng)度，從而確保了光柵能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)控制性能。在確定安裝成功后，我們才將光柵系統(tǒng)與控制器相連。”
ADTa-100可從RESOLUTE絕對(duì)式光柵中獲取全面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將這些信息顯示在ADT View軟件的用戶(hù)友好型界面上。它不僅可以在復(fù)雜安裝條件下報(bào)告光柵的性能，亦可輔助系統(tǒng)查錯(cuò)，從而避免機(jī)器發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。
結(jié)果
“雷尼紹的先進(jìn)技術(shù)與Soulutions經(jīng)驗(yàn)豐富的本地專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，幫助我們快速找到了最適合的解決方案，”Wise天文臺(tái)的Arie Blumenzweig表示。
“望遠(yuǎn)鏡的位置反饋?zhàn)酉到y(tǒng)的精度、分辨率和可靠性均顯著提升，性能煥然一新。現(xiàn)在，我們正在研究如何進(jìn)一步改進(jìn)觀測(cè)方式，以充分利用新光柵系統(tǒng)的諸多功能。”
Naim先生繼續(xù)說(shuō)道：“對(duì)于我們團(tuán)隊(duì)而言，這個(gè)項(xiàng)目既特別又充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，但同時(shí)也收獲頗豐。在運(yùn)行了一個(gè)月之后，Wise天文臺(tái)的研究人員向我們反饋說(shuō)，新光柵系統(tǒng)的位置測(cè)量性能優(yōu)異，并且希望我們繼續(xù)升級(jí)天文臺(tái)的其他望遠(yuǎn)鏡。看到雷尼紹技術(shù)在天文學(xué)研究領(lǐng)域施展身手，我們感到非常激動(dòng)。”
Wise天文臺(tái)簡(jiǎn)介
Wise天文臺(tái)是專(zhuān)業(yè)的天文研究機(jī)構(gòu)，由特拉維夫大學(xué)擁有并運(yùn)營(yíng)。它位于內(nèi)蓋夫沙漠的米茨佩拉蒙鎮(zhèn) (Mitzpe Ramon) 附近，在特拉維夫以南約200 km的位置。這里部署有一架一米口徑的Ritchey-Chrétien天文望遠(yuǎn)鏡，多臺(tái)小型自動(dòng)天文望遠(yuǎn)鏡，以及多種用于地質(zhì)與大氣科學(xué)研究的專(zhuān)業(yè)儀器。
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