CN108375453A - 一种x射线聚焦镜垂直装调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线聚焦镜垂直装调系统及方法，解决了聚焦镜筒在装配过程中引入重力对面型产生的影响以及装调精度较低的问题。该系统包括平行光管、聚焦镜筒、聚焦镜装调系统、半透半反镜、反射镜、接收屏幕、CCD相机和计算机；聚焦镜装调系统包括固定盘、微分头、吊绳及滑轮，滑轮固定设置在固定盘上，吊绳的一端与微分头连接，另一端与聚焦镜筒连接；平行光管的出射光垂直进入聚焦镜筒，经聚焦镜筒的出射光通过半透半反镜分为两束，一束直接入射至接收屏幕，另一束通过反射镜后反射至接收屏幕，两束光在形成焦前、焦后的焦斑质心，CCD相机将焦斑质心记录传递至计算机。同时，本发明还提供了一种基于上述系统的装调方法。

Description

一种X射线聚焦镜垂直装调系统及方法

技术领域

本发明涉及X射线光学领域，具体涉及一种X射线聚焦镜垂直装调系统及方法。

背景技术

X射线聚焦镜是一种基于X射线掠入射原理、使一定圆环面积上X射线光子聚焦在焦平面探测器上，进行探测的一种X射线光学器件。一直以来，X射线聚焦镜是限制X射线观测领域的技术瓶颈，特别是将X射线观测定位为未来空间观测的重要方向后，其关键技术攻关显得尤为重要。多年来，科学家通过多种方法来提高X射线聚焦镜筒的装调精度，但由于X射线聚焦镜筒的厚度一般在1mm以下，若将聚焦镜水平放置并直接在焦平面对聚焦镜焦斑进行测量，会带入由于重力影响而产生的面型误差，而且在只对焦平面光斑进行探测时，由于装调精度较低，远远不能满足X射线光学的需求。

发明内容

本发明为了避免在聚焦镜筒装配过程中引入重力对聚焦镜筒面型产生的影响，同时为了提高聚焦镜筒的装配精度，提供了一种X射线聚焦镜垂直装调方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种X射线聚焦镜垂直装调系统，包括平行光管、聚焦镜装调系统、半透半反镜、反射镜、接收屏幕、CCD相机和计算机；所述聚焦镜装调系统用于对聚焦镜筒的姿态进行调整，所述聚焦镜装调系统包括固定盘、多个微分头、多个吊绳及多个滑轮，所述滑轮固定设置在固定盘上，所述吊绳的一端与微分头连接，另一端穿过滑轮与聚焦镜筒连接，所述聚焦镜筒的姿态调整完成后安装在固定座上；所述平行光管的出射光垂直进入聚焦镜筒，经聚焦镜筒的出射光通过半透半反镜分为两束，一束直接入射至接收屏幕，另一束通过反射镜后反射至接收屏幕，两束光在接收屏幕上形成焦前、焦后的焦斑质心，CCD相机将焦斑质心记录传递至计算机，计算机用于质心坐标的对比处理。

进一步地，为了保证调节结果的准确性，经半透半反镜的一束光通过矫正器后直接入射至接收屏幕。

进一步地，为了适应垂直系统的装调需求，平行光管水平放置时，水平出射光通过平面反射镜将水平平行光转换为垂直出射光。

进一步地，所述固定座为蛛型轮毂，所述蛛型轮毂的多个筋条上设置有呈圆周排列的插槽。

进一步地，所述微分头、吊绳及滑轮均为八组，均呈圆周均布。

进一步地，所述吊绳采用碳纤维制作。

进一步地，所述微分头为电动微分头，所述计算机通过控制电动微分头的电机来调节聚焦镜筒的姿态。

同时，本发明还提供一种基于上述X射线聚焦镜垂直装调系统的装调方法，包括以下步骤：

1)安装X射线聚焦镜垂直装调系统；

2)将聚焦镜装调系统的吊绳与聚焦镜筒连接，并使聚焦镜筒自然下垂；

3)通过CCD相机记录平行光管的出射光经聚焦镜反射后焦前、焦后的焦斑质心，计算两个焦斑质心的坐标，若两个焦斑质心重合，则聚焦镜姿态调节完毕，若焦斑质心不重合，则通过聚焦镜装调系统的微分头来调整聚焦镜筒的吊装姿态；

4)当聚焦镜的焦前、焦后焦斑质心重合时，将聚焦镜筒下降至蛛型轮毂的插槽中，并固定聚焦镜筒。

进一步地，步骤4)中通过点胶方式将聚焦镜筒固定至蛛型轮毂。

进一步地，步骤4)中的胶为环氧树脂胶。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明X射线聚焦镜是基于Wolter透镜原理，将抛物面反射镜和双曲面反射镜复制于同一段聚焦镜镜筒上，并通过聚焦镜装调系统装调聚焦镜的焦前、焦后光斑质心的方法，从而快速、准确的完成X射线聚焦镜的装调。

2.本发明将聚焦镜筒通过多条吊绳垂直吊装，从而减少聚焦镜镜筒面型变化在装调过程中引入的装调误差，并且通过调节焦前、焦后光斑质心来提高聚焦镜镜筒的装调精度；装调过程中，装调系统的微分头根据焦斑质心对比的反馈结果调节吊绳的长度，进而调节聚焦镜镜筒的装调姿态。

附图说明

图1为本发明X射线聚焦镜垂直装调系统的原理图；

图2为本发明焦前、焦后光斑示意图；

图3为本发明聚焦镜装调系统与聚焦镜筒安装结构图；

图4为本发明聚焦镜装调系统的结构图；

图5为本发明聚焦镜装调系统的局部放大图；

图6为本发明蛛型轮毂的结构图。

附图标记：1‐平行光管，2‐平面反射镜，3‐聚焦镜筒，4‐半透半反镜，5‐矫正器，6‐反射镜，7‐接收屏幕，8‐CCD相机，9‐固定座，10‐固定盘，11‐聚焦镜装调系统，12‐吊绳，13‐微分头，14‐滑轮。

具体实施方式

如图1所示，本发明X射线聚焦镜垂直装调系统包括平行光管1、平面反射镜2、固定座9、聚焦镜装调系统11、半透半反镜4、矫正器5、反射镜6、接收屏幕7、CCD相机8和计算机；平行光管1水平放置于操作台上，平行光管1出射的水平平行光经平面反射镜2转换为垂直平行光，平行光管1为整个装调系统提供垂直装调光源；高精度平面反射2镜置于平行光管1左侧，并位于聚焦镜装调系统11下方，其表面精度对装调结果的影响非常显著，所以必须保证其表面面型精度以获得较好的装调结果，同时满足垂直装调系统需求；半透半反镜4位于聚焦镜装调系统11上方，其作用是将聚焦镜筒3反射的光束分束并进行焦前、焦后光斑测量；矫正器5位于半透半反镜4上方，其作用是消除半透半反镜4带入的像差，从而保证调节结果的准确性；反射镜6位于聚焦镜装调系统11右方，其作用是将焦后光斑反射到接收屏幕7上并进行探测；接收屏幕7位于矫正器5上方，其作用是接收焦前、焦后光斑，并反馈至CCD相机8；CCD相机8位于接收屏幕7上方，其作用是将焦前、焦后光斑图像传输到计算机软件并计算光斑中心，并由计算机处理完成质心坐标对比，由对比结果对微分头13调节直至聚焦镜筒3姿态调节准确为止。

如图3至图6所示，聚焦镜装调系统11对聚焦镜筒3的姿态进行调整，聚焦镜装调系统11包括固定盘10、八组电动微分头13、八组吊绳12和八组滑轮14，滑轮14固定设置在固定盘10上，吊绳12的一端与微分头13连接，另一端穿过滑轮14与聚焦镜筒3连接，微分头13通过吊绳12可调节聚焦镜筒3的装调姿态，聚焦镜筒3的姿态调整完成后安装在固定座9上，固定座9可为蛛型轮毂，蛛型轮毂的多个筋条上设置有呈圆周排列的插槽，可对聚焦镜筒3采用多层嵌套式结构，这里的吊绳12须采用伸缩率极小的材料制备，具体为可采用碳纤维。

平行光管1的出射光垂直进入聚焦镜筒3，经聚焦镜筒3的出射光通过半透半反镜4分为两束，一束直接入射至接收屏幕7，另一束通过反射镜6后反射至接收屏幕7，两束光在接收屏幕7上形成焦前、焦后的焦斑质心，CCD相机8将焦斑质心记录传递至计算机，计算机对质心坐标的对比处理，当焦前、焦后的焦斑质心坐标不重合时，八个自动微分头13可根据质心比对结果对吊绳12长度进行控制，从而对聚焦镜筒的姿态进行调整，滑轮14可保证整个调节过程中吊绳12受到极小摩擦。通过半透半反镜4将聚焦镜筒3的出射光分为两束光路，分别进行焦前、焦后光斑的质心测量，从而提高整个系统的装调精度。

聚焦镜筒3通过吊绳12垂直吊装，可最小限度上较少聚焦镜筒3的变形。连接聚焦镜筒3的吊绳12可通过末端的微分头13调节吊绳12的长短，当八根吊绳12协同工作时，可对聚焦镜筒3的姿态进行任意调节，微分头13可为电动微分头，计算机通过控制电动微分头的电机来自动调节聚焦镜筒的姿态，当不设置微分头时，可以手动调节。

同时，本发明还提供一种利用上述X射线聚焦镜垂直装调系统对聚焦镜筒的装调方法，方法步骤如下：

1)将平行光管1、平面反射镜2、聚焦镜筒3、聚焦镜装调系统11、半透半反镜4、矫正器5、反射镜6、接收屏幕7及CCD相机8按既定位置固定于装调平台上；

2)将聚焦镜装调系统11上的吊绳12与聚焦镜筒3相连，并使聚焦镜筒3自然下垂；

3)通过CCD相机8记录平行光管1的出射光经聚焦镜反射后焦前、焦后的焦斑，计算两个焦斑质心的坐标，若两个焦斑质心重合，则表明聚焦镜筒3姿态调节完毕，若焦斑质心不重合，则需通过聚焦镜装调系统的微分头13来调整聚焦镜筒3的吊装姿态；

4)待聚焦镜的焦前、焦后焦斑质心重合时，将聚焦镜筒3下降至蛛型轮毂的插槽中，并通过点胶方式固定蛛型轮毂上，直至胶干为止，上述胶可为环氧树脂胶；

5)X射线聚焦镜筒3的装调过程一般采用多层嵌套式结构，所以采用同样方法可进行下一层聚焦镜筒3的装调，并要注意所有聚焦镜筒3的焦斑质心均要重合。

本发明的基本原理是：平行光管1出射的水平平行光经平面反射镜2转换为垂直平行光后，垂直平行光经聚焦镜筒3出射，半透半反镜4将聚焦镜筒3的出射光分为两束，一束直接入射至接收屏幕7，另一束反射后入射至接收屏幕7，在接收屏幕7形成焦前、焦后的焦斑质心，所得焦斑图如图2所示，用计算机软件分别计算焦前光斑和焦后光斑的的质心坐标，通过比对其质心坐标值判断镜筒的姿态调整结果，判断聚焦镜的焦前、焦后焦斑质心是否重合，若不重合，对聚焦镜进行垂直调整，聚焦镜的焦前、焦后焦斑质心重合时，聚焦镜调平完成。

本发明将聚焦镜筒3通过八条吊绳12垂直吊装，从而减少聚焦镜筒面型变化在装调过程中引入的装调误差，并且采用焦前、焦后光斑质心测量来提高聚焦镜镜筒的装调精度。装调过程中，聚焦镜装调系统的微分头13根据焦斑质心对比的反馈结果自动调节吊绳12的长度，进而调节聚焦镜镜筒的装调姿态，当整个聚焦镜镜筒姿态准确调节完成后，采用环氧树脂胶将聚焦镜筒3与蛛型轮毂固定并且进行多层嵌套结构的装调。

Claims (10)

1.一种X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：包括平行光管(1)、固定座(9)、聚焦镜装调系统(11)、半透半反镜(4)、反射镜(6)、接收屏幕(7)、CCD相机(8)和计算机；

所述聚焦镜装调系统(11)用于对聚焦镜筒(3)的姿态进行调整，所述聚焦镜装调系统(11)包括固定盘(10)、多个微分头(13)、多个吊绳(12)及多个滑轮(14)，所述滑轮(14)固定设置在固定盘(10)上，所述吊绳(12)的一端与微分头(13)连接，另一端穿过滑轮(14)与聚焦镜筒(3)连接，所述聚焦镜筒(3)的姿态调整完成后安装在固定座(9)上；

所述平行光管(1)的出射光垂直进入聚焦镜筒(3)，经聚焦镜筒(3)的出射光通过半透半反镜(4)分为两束，一束直接入射至接收屏幕(7)，另一束通过反射镜(6)后反射至接收屏幕(7)，两束光在接收屏幕(7)上形成焦前、焦后的焦斑质心，CCD相机(8)将焦斑质心记录传递至计算机，计算机用于质心坐标的对比处理。

2.根据权利要求1所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：经半透半反镜(4)的一束光通过矫正器(5)后直接入射至接收屏幕(7)。

3.根据权利要求2所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：所述平行光管(1)水平放置，水平出射光通过平面反射镜(2)将水平平行光转换为垂直出射光。

4.根据权利要求1或2或3所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：所述固定座(9)为蛛型轮毂，所述蛛型轮毂的多个筋条上设置有呈圆周排列的插槽。

5.根据权利要求4所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：所述微分头(13)、吊绳(12)及滑轮(14)均为八组，均呈圆周均布。

6.根据权利要求5所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：所述吊绳(12)采用碳纤维制作。

7.根据权利要求6所述的X射线聚焦镜垂直装调系统，其特征在于：所述微分头(13)为电动微分头，所述计算机通过控制电动微分头的电机来调节聚焦镜筒(3)的姿态。

8.基于权利要求1至7任一所述X射线聚焦镜垂直装调系统的装调方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装X射线聚焦镜垂直装调系统；

2)将聚焦镜装调系统的吊绳与聚焦镜筒连接，并使聚焦镜筒自然下垂；

3)通过CCD相机记录平行光管的出射光经聚焦镜筒反射后焦前、焦后的焦斑质心，计算两个焦斑质心的坐标，若两个焦斑质心重合，则聚焦镜姿态调节完毕，若焦斑质心不重合，则通过聚焦镜装调系统的微分头来调整聚焦镜筒的吊装姿态；

4)当聚焦镜的焦前、焦后的焦斑质心重合时，将聚焦镜筒下降至蛛型轮毂的插槽中，并固定聚焦镜筒。

9.根据权利要求8所述的X射线聚焦镜垂直装调系统的装调方法，其特征在于：步骤4)中通过点胶方式将聚焦镜筒固定至蛛型轮毂。

10.根据权利要求9所述的X射线聚焦镜垂直装调系统的装调方法，其特征在于：步骤4)中的胶为环氧树脂胶。