CN106569254B - 一种x射线掠入射镜头远距离光源对准装置及其对准方法 - Google Patents

一种x射线掠入射镜头远距离光源对准装置及其对准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，包括扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、孔径光阑、四自由度平移旋转台、掠入射镜头和X射线源；扩束激光器安装在双轴姿态调整架上，双轴姿态调整架安装在升降平移三角架上，掠入射镜头安装在四自由度平移旋转台上，孔径光阑安装在扩束激光器和掠入射镜头之间，X射线源安装在扩束激光器和孔径光阑之间；本发明通过设置扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、孔径光阑和四自由度平移旋转台，实现了掠入射镜头和X射线源的高精度对准，解决了传统装置精度较低的问题；通过四自由度平移旋转台微调掠入射镜头位置和姿态，简化了操作过程，弥补了传统装置操作复杂的缺陷。

Description

一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置及其对准方法
技术领域
本发明涉及一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，属于X射线光学技术领域。
背景技术
X射线探测技术在未来的天基天文观测、空间环境监测、深空探测与导航领域都有着广泛的应用前景。X射线掠入射镜头能够对X射线波段实现聚焦成像探测，是X射线探测技术中的关键环节；利用X射线对掠入射镜头进行地面测试标定时，首要的技术难题就是如何远距离快速对准掠入射镜头与光源？
X射线掠入射镜头与光源远距离对准的难点在于：
第一、由于光学掠入射原理限制，掠入射镜头焦距长，视场很小，一般均小于30′，所以对光学对准的精度要求很高。
第二、为了获取具有较高准直度的X射线光束，X射线光源与掠入射镜头距离较远，一般大于10m，对准距离长，而且X射线光束直径小，难以覆盖整个镜头。
第三、由于X射线不可见且对人体有害，无法利用X射线直接进行掠入射镜头与光源的对准，必须寻找辅助手段。
现有的X射线光学对准技术装置复杂，操作困难，对准精度低，所需对准时间较长，然而在X射线掠入射镜头的研制测试过程中，经常需要掠入射镜头与光源对准，现有的对准技术无法满足X射线掠入射技术发展的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，通过设置扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、孔径光阑和四自由度平移旋转台，实现了掠入射镜头和X射线源的高精度对准，解决了传统的对准装置精度较低的问题；通过双轴姿态调整架和升降平移三角架配合调整扩束激光器激光束的位置和方向，大幅缩短了对准周期，克服了传统的对准装置耗时较长的难题；通过四自由度平移旋转台微调掠入射镜头位置和姿态，达到了的简化对准操作过程的技术效果，弥补了传统的对准装置操作复杂的缺陷。
本发明的技术解决方案是：
一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，包括扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、孔径光阑、四自由度平移旋转台、掠入射镜头和X射线源；扩束激光器安装在双轴姿态调整架上，双轴姿态调整架安装在升降平移三角架上，掠入射镜头安装在四自由度平移旋转台上，孔径光阑安装在扩束激光器和掠入射镜头之间，X射线源安装在扩束激光器和孔径光阑之间。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述扩束激光器的激光波长为632.8nm，扩束激光器的光束直径大于30mm，扩束激光器的光束准直度优于3′，扩束激光器的功率小于5mW。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述双轴姿态调整架的俯仰偏转范围是-5°～5°，双轴姿态调整架的角度精度优于30″。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述升降平移三角架的升降范围大于0.5m，升降平移三角架的平移范围大于0.2m。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述孔径光阑为圆形，孔径光阑的直径范围是0～2cm，孔径光阑的厚度大于1mm，孔径光阑采用铜材料。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述四自由度平移旋转台的俯仰偏转范围是-5°～5°，四自由度平移旋转台的角度精度优于10″，四自由度平移旋转台的升降平移范围是-200～200mm，四自由度平移旋转台的平移精度优于10um。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述掠入射镜头的直径大于100mm，掠入射镜头的视场小于30′。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中，所述X射线源为X射线光管，X射线源的光子能量范围是0.5～10keV。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置中：
第一步，分别安装扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、四自由度平移旋转台和掠入射镜头；
第二步，利用双轴姿态调整架和升降平移三角架调整扩束激光器激光束位置和方向，使所述激光束射入掠入射镜头并在掠入射镜头的焦面聚焦，形成聚焦斑；
第三步，利用四自由度平移旋转台微调掠入射镜头位置和姿态，使所述聚焦斑为双扇形，规则且对称，边长相等；
第四步，将孔径光阑安装在扩束激光器和掠入射镜头之间，使孔径光阑中心与所述激光束中心重合；
第五步，将X射线源安装在扩束激光器和孔径光阑之间，使X射线源中心与所述激光束中心重合。
在上述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置及其对准方法中，所述对准装置的对准周期小于30分钟，所述对准装置的适用范围是0～100m。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明通过设置扩束激光器、双轴姿态调整架、升降平移三角架、孔径光阑和四自由度平移旋转台，实现了掠入射镜头和X射线源的高精度对准，解决了传统的对准装置精度较低的问题。
2、本发明通过双轴姿态调整架和升降平移三角架配合调整扩束激光器激光束的位置和方向，大幅缩短了对准周期，克服了传统的对准装置耗时较长的难题。
3、本发明通过四自由度平移旋转台微调掠入射镜头位置和姿态，达到了的简化对准操作过程的技术效果，弥补了传统的对准装置操作复杂的缺陷。
4、本发明步骤精简、方式多样、易于实施，并不涉及图像处理等复杂技术，具有广阔的应用前景。
5、本发明逻辑通顺、思路清晰、设计合理，本领域技术人员按照本发明的步骤进行实验，能够快速实现掠入射镜头与光源的远距离对准，相比于传统的对准方式，大幅压缩了对准周期，仅需要30min即可完成对准工作，显著提升了工作效率。
6、本发明的对准过程安全可靠，适用范围较广，减轻了工作人员的操作负担。
7、本发明具有对准精度高、适用距离远的特点，光轴对准精度优于20″，适用距离范围是0～100m。
附图说明
图1为本发明示意图
图2为本发明流程图
图3为本发明对准方法步骤三的判别标准图案
其中：1扩束激光器；2双轴姿态调整架；3升降平移三角架；4孔径光阑；5四自由度平移旋转台；6掠入射镜头；7X射线源；
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～3所示，一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，包括扩束激光器1、双轴姿态调整架2、升降平移三角架3、孔径光阑4、四自由度平移旋转台5、掠入射镜头6和X射线源7；扩束激光器1安装在用于调整扩束激光器1俯仰和偏转的双轴姿态调整架2上，作为掠入射镜头6与X射线源7光轴远距离对准的基准；双轴姿态调整架2安装在用于支撑并调整扩束激光器1竖直和水平移动的升降平移三角架3上，掠入射镜头6安装在四自由度平移旋转台5上，利用四自由度平移旋转台5实现掠入射镜头6竖直水平两自由度移动以及俯仰偏转两自由度转动，孔径光阑4安装在扩束激光器1和掠入射镜头6之间，用于实现X射线源7光路与扩束激光器1光路同轴传输，X射线源7安装在扩束激光器1和孔径光阑4之间。
优选的，所述扩束激光器1的激光波长为632.8nm，扩束激光器1的光束直径为30mm，扩束激光器1的功率为5mW。
所述双轴姿态调整架2的俯仰偏转范围是-5°～5°，双轴姿态调整架2的角度精度优于30″。
优选的，所述升降平移三角架3的升降范围是0.5m，升降平移三角架3的平移范围是0.2m。
所述孔径光阑4为圆形，孔径光阑4的直径范围是0～2cm，孔径光阑4的厚度大于1mm，孔径光阑4采用铜材料。
所述四自由度平移旋转台5的俯仰偏转范围是-5°～5°，四自由度平移旋转台5的角度精度优于10″，四自由度平移旋转台5的升降平移范围是-200～200mm，四自由度平移旋转台5的平移精度优于10um。
优选的，所述掠入射镜头6的直径为100mm，掠入射镜头6的视场为15′。
所述X射线源7为X射线光管，X射线源7的光子能量范围是0.5～10keV。
对准方法如下：
第一步，分别安装扩束激光器1、双轴姿态调整架2、升降平移三角架3、四自由度平移旋转台5和掠入射镜头6；
第二步，利用双轴姿态调整架2和升降平移三角架3调整扩束激光器1激光束位置和方向，使所述激光束射入掠入射镜头6并在掠入射镜头6的焦面聚焦，形成聚焦斑；
第三步，利用四自由度平移旋转台5微调掠入射镜头6位置和姿态，使所述聚焦斑为双扇形，规则且对称，边长相等即为调整到位；
第四步，将孔径光阑4安装在扩束激光器1和掠入射镜头6之间，使孔径光阑4中心与所述激光束中心重合；
第五步，记录激光束中心位置，将X射线源7安装在扩束激光器1和孔径光阑4之间，使X射线源7中心与记录激光束中心位置重合。
所述对转装置的光轴对准精度优于20″，所述对准装置的对准周期小于30分钟，所述对准装置的适用范围是0～100m。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：包括扩束激光器(1)、双轴姿态调整架(2)、升降平移三角架(3)、孔径光阑(4)、四自由度平移旋转台(5)、掠入射镜头(6)和X射线源(7)；扩束激光器(1)安装在双轴姿态调整架(2)上，双轴姿态调整架(2)安装在升降平移三角架(3)上，掠入射镜头(6)安装在四自由度平移旋转台(5)上，孔径光阑(4)安装在扩束激光器(1)和掠入射镜头(6)之间，X射线源(7)安装在扩束激光器(1)和孔径光阑(4)之间。
2.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述扩束激光器(1)的激光波长为632.8nm，扩束激光器(1)的光束直径大于30mm，扩束激光器(1)的光束准直度优于3′，扩束激光器(1)的功率小于5mW。
3.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述双轴姿态调整架(2)的俯仰偏转范围是-5°～5°，双轴姿态调整架(2)的角度精度优于30″。
4.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述升降平移三角架(3)的升降范围大于0.5m，升降平移三角架(3)的平移范围大于0.2m。
5.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述孔径光阑(4)为圆形，孔径光阑(4)的直径范围是0～2cm，孔径光阑(4)的厚度大于1mm，孔径光阑(4)采用铜材料。
6.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述四自由度平移旋转台(5)的俯仰偏转范围是-5°～5°，四自由度平移旋转台(5)的角度精度优于10″，四自由度平移旋转台(5)的升降平移范围是-200～200mm，四自由度平移旋转台(5)的平移精度优于10um。
7.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述掠入射镜头(6)的直径大于100mm，掠入射镜头(6)的视场小于30′。
8.根据权利要求1所述的一种X射线掠入射镜头远距离光源对准装置，其特征在于：所述X射线源(7)为X射线光管，X射线源(7)的光子能量范围是0.5～10keV。
9.一种利用权利要求1～8任一项所述的X射线掠入射镜头远距离光源对准装置的对准方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，分别安装扩束激光器(1)、双轴姿态调整架(2)、升降平移三角架(3)、四自由度平移旋转台(5)和掠入射镜头(6)；
第二步，利用双轴姿态调整架(2)和升降平移三角架(3)调整扩束激光器(1)激光束位置和方向，使所述激光束射入掠入射镜头(6)并在掠入射镜头(6)的焦面聚焦，形成聚焦斑；
第三步，利用四自由度平移旋转台(5)微调掠入射镜头(6)位置和姿态，使所述聚焦斑为双扇形，规则且对称，边长相等；
第四步，将孔径光阑(4)安装在扩束激光器(1)和掠入射镜头(6)之间，使孔径光阑(4)中心与所述激光束中心重合；
第五步，将X射线源(7)安装在扩束激光器(1)和孔径光阑(4)之间，使X射线源(7)中心与所述激光束中心重合。
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