• 正文
  • 相关内容
  • 电子产业图谱
申请入驻 产业图谱

借助FAULHABER电机和系统的精度,绘制宇宙中的恒星、星系和黑洞

11/23 07:55 作者:与非网编辑
阅读需 9 分钟
加入交流群
扫码加入
获取工程师必备礼包
参与热点资讯讨论

该任务为银河维度:在接下来五年里,SDSS V计划观察400万颗恒星和30万个黑洞,分析光谱和物质组成,重构宇宙发展历史,并验证银河系诞生的物理模型。除此之外,北半球和南半球的两台大型光学望远镜将用于这一大型国际项目。利用光纤收集来自天体的光。每根光纤的精密对准由500个小型机器人完成,这些机器人由FAULHABER电机驱动。

SDSS是指“斯隆数字巡天”,是来自世界各地的天体物理学家的合作联盟。在过去的一年里,他们已经展示了最大的宇宙3D地图,这代表了天文学研究的一个里程碑。借助无数望远镜和其他科学仪器,研究人员正致力于众多项目的工作。

最新的是SDSS V,它旨在理解外层空间物理过程方面实现再一次质的飞跃。该项目将使“在光学和红外光谱的不同天文时间维度上对整个天空的首次光谱观测”成为可能。目标总计达600多万。

行星是如何形成的
这项工作的目标之一是重构我们的母星系银河系的历史。此外,研究人员计划追溯化学元素的形成、解密恒星的内部运作、考察行星的形成、并解答许多关于黑洞的悬而未决的疑问。

另一个目标是绘制比以前精确一千倍的银河系星际气体质量地图,以描述“银河生态系统的自我调节机制”。与黑洞和测量银河系有关的数据将由以下两台大型望远镜收集:新墨西哥州的阿帕契点和智利的拉斯坎帕纳斯。瑞士洛桑联邦理工学院的天体物理学教授Jean-Paul Kneib解释说:“通过北半球和南半球的双重视角,我们可以从各个方向观察天空。“我们在之前的SDSS项目中也使用了这两个望远镜。得益于SDSS V项目,我们现在在观测效率和收集的数据量方面取得了实质性飞跃。”

发现超新星
放置在望远镜中的是瞄准宇宙中特定目标的光纤。可以精密观察和分析单个恒星或黑洞的发光吸积盘。“以前,我们必须为每个不同的观察任务制作特殊的板。每个板均需数周时间准备。然后手工将光纤固定在板上,这是一个非常复杂和耗时的过程,”Jean-Paul Kneib报告说。

有了专门为SDSS V项目开发的新技术,光纤的重新排列只需要不到一分钟而非以前的数周。因为现在光纤是通过两台望远镜中的500台小型机器(天文学家称之为“机器人”)来调节。这也能够让研究人员对未预料到的宇宙事件立即做出反应。

例如,如果其他望远镜发现了当前的事件,如超新星,其中一个光学元件可以立即与它对准,几乎无延迟。这使得能够在超新星发展的时间跨度内对物理化学过程进行详细分析,这是以前使用此类仪器无法实现的。

具有微米级精度
每个小机器人都由两个细长的圆柱体组成,圆柱体纵向排列,前端有一个弯曲的延伸部分。后面较厚的圆柱体固定在望远镜的板上。它形成α单元,并转动机器人的中心轴。偏心安装在前面的是测试单元。它同样以圆形路径移动弯曲端的光纤尖端。

通过这两种轴向运动的结合,光纤尖端可以在圆形区域内自由定位。其中一个机器人覆盖的每个圆与相邻单元的圆部分重叠。在望远镜的探测范围内,天空的每个点都可以自动瞄准。

三根光纤在小型机器人中排列。一根是为可见光光谱设计的,另一根是为红外光谱设计。第三根用于校准。在其帮助下,光纤尖端分三步移动到位,精度仅为几微米:在第一次粗略对准中,两个电机转动,直到用于观察的光纤对准目标,平均偏差为50微米。望远镜中的摄像头指向机器人的前端,现在可以检测校准光纤的尖端并测量其位置。在两个进一步的定位步骤中,机器人头部然后以误差小于5微米的精度移动到位。

更快地研究
Jean-Paul Kneib解释道:“因为我们通过自动校准节省了大量的时间,我们可以观察更多的物体,并进行相应的大量单独测量”。“这种效果通过高精度提升到了更好的效果。光纤的直径为100微米。其也与击中望远镜的观测宇宙物体的光斑直径一样大。这两个小表面越精确地对齐,我们测量的光输出就越大,我们获得有效结果的速度就越快。”

FAULHABER的电机和齿轮头以及FAULHABER子公司MPS专门为此应用开发的机械装置提供了这种极高精度的技术先决条件。两个机器人轴由1218的无刷直流伺服电机驱动...α轴和0620的B系列...B代表β轴。型号名称的前两位数字表示微型驱动器的直径:12毫米和6毫米。它们的力通过合适的行星齿轮传递给机器人机构。此处使用的机器人结构由MPS开发建造。集成编码器向控制器报告电机的旋转位置。

无间隙精度
MPS组件设计负责人Stefane Caseiro解释道:“为了达到要求的精度,我们必须消除系统中的反冲”。工程师们通过用夹具连接代替传统的齿轮头轴和机器人机械轴之间的联轴器,并通过安装压缩弹簧使齿轮头无间隙来实现这一点。这位MPS工程师回忆:“仅仅找到合适的弹簧便耗时数月”。

为这项技术开发寻找了合适的合作伙伴,这为Kneib教授团队节省了时间。这位天体物理学家称:“全世界甚至没有几家制造商能够生产出质量和耐用性都符合要求的微电机”。“当然,FAULHABER在我们邀请报价的公司决选名单上。在之前的一个项目中,我们与MPS的合作非常成功。当然,与这些专家离得近也是优势之一——从洛桑的大学到比尔的MPS只有一个半小时的车程。除了卓越的质量和良好的合作经验之外,一个非常有决定性的依据是,FAULHABER及其子公司MPS有能力从单一来源提供我们所需的一切。”

大型望远镜中的小机器人

 

 

企业介绍:来自德国舍奈希的驱动技术专家
FAULHABER 致力于高精度小型和微型驱动系统、伺服组件以及最高输出功率250瓦的驱动电子部件的研发、生产和销售。其中包括客户定制的专用解决方案以及范围齐全的标准化产品,例如无刷电机、直流微电机、编码器和运动控制器。FAULHABER 品牌在全球被公认为复杂和严苛应用领域的高品质和高可靠性的象征,如医疗技术、工厂自动化、精密光学、电信、航空航天和机器人技术。从224 mNm持续扭矩的强大直流电机到外径为1.9mm的精巧微型驱动,FAULHABER标准系列有超过2500万种组合,为特定应用带来最佳驱动系统。与此同时,这种技术上的“构造组合”也是调整解决方案的基础,从而让我们能够设置各种特殊版本来满足客户的具体需求。

更多相关内容

电子产业图谱