雷尼紹RESOLUTE?光柵升級科研級天文望遠鏡的位置反饋性能
2021-11-17 來源：雷尼紹 作者：-
背景
Wise天文臺是由以色列特拉維夫大學 (Tel Aviv University) 擁有并運營的天文研究機構(gòu)。四十多年以來，該天文臺始終致力于支持天文學領(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；這種獨特的地理位置意味著，這里的夜空全年大多數(shù)時間晴朗無云，并且遠離光污染的影響。憑借這些優(yōu)勢，該天文臺的一米口徑天文望遠鏡可以拍攝出高質(zhì)量的天文照片，為全世界各大天文學和天體物理學研究機構(gòu)提供理想的研究素材。
特拉維夫大學的天文望遠鏡是全自動操作的，并且配有超高分辨率的光譜儀，用于發(fā)現(xiàn)已知恒星周圍的新行星。該望遠鏡安裝于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，例如電機和軸承，尤其是位置反饋光柵，已經(jīng)逐漸接近設(shè)計使用壽命，而且研究人員也開始注意到一些性能問題。
望遠鏡的運動軸上裝有光柵，用于測量望遠鏡的移動位置。天文臺的研究團隊發(fā)現(xiàn)，原來的光柵有時會提供錯誤的信息，導致軟件毫無預警地停止運行。因此，現(xiàn)場工程師最終決定更換光柵，并且開始聯(lián)系光柵供應商報價。
該研究團隊咨詢了其他天文臺的同行，并且對供應商進行了在線審核，最終選擇與一家以色列的運動技術(shù)供應商Soulutions合作，這家公司同時還是雷尼紹光柵產(chǎn)品的授權(quán)經(jīng)銷商。
挑戰(zhàn)
“由于天體沿著軌道不停運行，研究人員只有很小的機會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工作，從而將停機時間降至最短，”Soulutions公司的雷尼紹光柵業(yè)務經(jīng)理Benny Naim解釋道。
Naim先生繼續(xù)說道：“我們詳細了解了天文望遠鏡的運動方式，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，我們認為必須進行定制設(shè)計。”
“在為研究團隊提供解決方案建議時，我們還考慮了天文臺的地理位置，”Naim先生補充道。“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。溫度變化會導致熱脹冷縮，進而對金屬物體產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計用于將新光柵安裝到望遠鏡上的定制安裝支架時，我們必須考慮熱膨脹效應，以確保氣候狀況不會影響望遠鏡的精度。”
解決方案
Soulutions團隊建議在望遠鏡上安裝兩個雷尼紹RESOLUTE™絕對式光柵。RESOLUTE系列能夠使直線光柵系統(tǒng)在高達100 m/s的速度下實現(xiàn)1 nm分辨率，使圓光柵系統(tǒng)在高達36,000轉(zhuǎn)/分的速度下實現(xiàn)32位分辨率，這是世界上首款做到這一點的絕對式光柵。而且，RESOLUTE直線光柵系統(tǒng)的超低電子細分誤差 (SDE) 和抖動使其從同類光柵中脫穎而出。
該團隊還搭配了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)提供了無與倫比的堅固性、優(yōu)異的運動控制性能、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。
“在首次造訪天文臺進行現(xiàn)場調(diào)查之后，我們決定不從望遠鏡上拆下原來的光柵，因為這樣需要拆解整個望遠鏡，從而增加研究團隊的停工時間，”Naim先生說道。“相反，我們建議先斷開舊光柵的連接，然后使用定制加工的機械支架安裝新光柵，這樣就能快速而高效地完成整個升級工作。”
Soulutions團隊在天文臺進行了兩次現(xiàn)場訪問，并且在望遠鏡的每個運動軸上都安裝了RESOLUTE直線光柵。橫滾軸控制望遠鏡的方向，用于觀測不同的天區(qū)；而俯仰軸控制物鏡和攝像機的左右運動。
“將光柵連接至望遠鏡的控制器之前，我們先使用雷尼紹的高級診斷工具 (ADTa-100) 測試了光柵的安裝效果，”Naim先生說道。
“我們使用軟件驗證了兩個光柵均可提供良好反饋，并且檢查了整個軸行程上的信號強度，從而確保了光柵能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的運動控制性能。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絕對式光柵中獲取全面的實時數(shù)據(jù)，并將這些信息顯示在ADT View軟件的用戶友好型界面上。它不僅可以在復雜安裝條件下報告光柵的性能，亦可輔助系統(tǒng)查錯，從而避免機器發(fā)生長時間停機。
結(jié)果
“雷尼紹的先進技術(shù)與Soulutions經(jīng)驗豐富的本地專家團隊強強聯(lián)手，幫助我們快速找到了最適合的解決方案，”Wise天文臺的Arie Blumenzweig表示。
“望遠鏡的位置反饋子系統(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一步改進觀測方式，以充分利用新光柵系統(tǒng)的諸多功能。”
Naim先生繼續(xù)說道：“對于我們團隊而言，這個項目既特別又充滿挑戰(zhàn)，但同時也收獲頗豐。在運行了一個月之后，Wise天文臺的研究人員向我們反饋說，新光柵系統(tǒng)的位置測量性能優(yōu)異，并且希望我們繼續(xù)升級天文臺的其他望遠鏡。看到雷尼紹技術(shù)在天文學研究領(lǐng)域施展身手，我們感到非常激動。”
Wise天文臺簡介
Wise天文臺是專業(yè)的天文研究機構(gòu)，由特拉維夫大學擁有并運營。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天文望遠鏡，多臺小型自動天文望遠鏡，以及多種用于地質(zhì)與大氣科學研究的專業(yè)儀器。
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/wiseobservatory
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