CN108534720A - 一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，包括：底座(7)，该底座(7)设有用于放置所述大曲率超薄柱面镜片的底槽(5)；可调U型前杠，垂直设置于底座(7)上，所述可调U型前杠上设有用于固定所述大曲率超薄柱面镜片的双面胶粘结处(6)；E型后杠(4)，垂直设置于底座(7)上，并与所述可调U型前杠平行设置。与现有技术相比，本发明克服了大曲率超薄镜片无法自由站立的缺点，对曲率半径不大于60mm的60°扇区柱面镜片进行了有效的固定放置，具有避免外力对镜片测试的影响、提高镜片面形精确度等优点，并且可对超薄镜片起到保护作用，当发生测试意外时，不易损坏。

Description

一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置

技术领域

本发明涉及X射线反射镜的检测领域，尤其是涉及一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置。

背景技术

X射线天文学是研究天体X射线辐射的天文学分支，观测对象的光子能量范围在0.1～100keV之间，通常将0.1～10keV的X射线称为软X射线，10～100keV称为硬X射线。X射线望远镜是X射线天文学中的重要观测仪器，由于X射线本身的性质，仅在掠入射时会发生全反射现象。根据这种现象，目前普遍采用的X射线成像望远镜是由德国科学家Wolter在1952年提出的以他的名字命名的Wolter-I型掠入射式成像望远镜。但是在掠入射情况下，X射线的能量越高，全外反射临界角度越小，所以单层镜片的望远镜集光面积很小。为了有效地增大望远镜集光面积，1972年Van Speybroeck提出了多层嵌套的方案，每层望远镜的口径不同，所用镜片的曲率不同。由于卫星的载荷空间有限，所以在有限的口径下，期望反射镜片越薄越好，同时为了提高镜片对X射线的反射率，需要在镜片表面镀制多层膜。

一种望远镜反射镜装置的制作方法是采用国际上流行的6扇60°柱状超薄镜片拼成圆截面的方法，可以方便镜片的制作与镀膜。当一片超薄镜片通过一整天高温加热、退火成形的方法制作完成后，首先需要对其进行面形测试，以判断制作出的镜片是否合格。现有一种激光扫描法进行样品面形的测试，通过激光扫描装置，使激光器发射出的激光照射在垂直放置的待测超薄柱面镜片上，随后经待测镜片表面反射的光束会被一个位置探测器接收，根据光束位置的变化来表征待测柱面上某点的偏差，最后通过软件将扫描拼接成镜片表面形貌。

由于是扫描拼接成像，所以对待测镜片在测试过程中的稳定性有着非常高的要求，若镜片在测试过程中出现微小的晃动，则会直接影响测试结果的精确度，导致实验的失败。对于小曲率的超薄镜片，由于其曲率半径较大，当60°扇区镜片的弦长大于60mm时，镜片基本可以自由站立。但是当曲率半径小于60mm时，镜片底部与支撑面接触面积变小，并且镜片整体质量变轻，已很难自由站立。即使成功站立，在测试过程中，轻微的外界震动或风动，镜片就有可能倾倒，从而中断测试。同时由于镜片超薄，倾倒后有较高损坏的风险，考虑到镜片的制作周期，若镜片损坏，将造成较大的成本及时间损失。因此需要设计一个固定装置来完成对此类镜片的测试实验，同时如何避免外力使超薄镜片发生面形形变，对测量的表面真实形貌产生影响，在设计固定装置时要加以考虑。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，能够帮助完成对大曲率超薄柱面镜片的精确测量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，包括：

底座，该底座设有用于放置所述大曲率超薄柱面镜片的底槽；

可调U型前杠，垂直设置于底座上，所述可调U型前杠上设有用于固定所述大曲率超薄柱面镜片的双面胶粘结处；

E型后杠，垂直设置于底座上，并与所述可调U型前杠平行设置。

进一步地，所述底槽为与所述大曲率超薄柱面镜片曲率相匹配的圆弧形底槽。

进一步地，所述可调U型前杠包括一横杠和支撑所述横杠的两个竖杆，所述竖杆通过所述横杠上的螺纹连接处可调节地与所述横杠连接，所述双面胶粘结处设于横杠上。

进一步地，所述E型后杠的高度至少为所述大曲率超薄柱面镜片的一半。

进一步地，所述双面胶粘结处为可调U型前杠上与所述大曲率超薄柱面镜片接触的两个点。

进一步地，所述E型后杠与所述圆弧形底槽的圆弧外切设置。

进一步地，所述大曲率超薄柱面镜片为曲率半径≤60mm，测试高度≤200mm，厚度≤0.3mm的60°扇区。

本发明还提供一种激光扫描测试系统，包括所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明设计的固定装置，克服了大曲率超薄镜片无法自由站立的缺点，对曲率半径不大于60mm的60°扇区柱面镜片进行了有效的固定放置，同时避免了外力对镜片测试的影响，能够得到精确的镜片面形；

2、本发明通过前、后杠以及圆弧形底槽的设计，对超薄镜片起到保护作用，当发生测试意外时，不易损坏。

附图说明

图1为激光扫描测试系统示意图；

图2为待测样品控制平台示意图；

图3为超薄柱面镜片固定装置示意图；

图4为超薄柱面镜片面形测试结果。

图中标号：S1、激光器光源，S2、控制平台组，S3、线性位移台组，S201、旋转镜，S202、载物平台，S203、旋转器，S204、控制器，1、横杠，2、竖杠，3、螺纹连接处，4、E型后杠，5、弧形底槽，6、双面胶粘结处，7、底座，S205和8、待测超薄柱面镜片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实现一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，可应用于激光扫描系统中。如图1所述，激光扫描系统主要由激光器光源S1、调节镜片位置的控制平台组S2和线性位移台组S3三大部分组成。其测试原理为：激光器发出的光束通过两个旋转镜后入射到S3，经过五棱镜使该光束偏转向上90°到一个分光镜，将激光分为向上和向左两束，向左的光束被遮挡，向上光束被45°镜反射，入射到S2中的旋转镜S201，如图2所示，最后到达垂直自由放置的待测柱面超薄镜片，镜片与旋转镜S201的距离即为柱面镜片的曲率半径；由于镜片表面存在高度起伏，经表面反射的光束与入射光束之间存在偏离；从衬底反射的光束被反射回旋转镜S201以及S3中的45°镜和分光镜，并由S3中的位置探测器(PSD)探测，从PSD的位置测量中，我们可以计算出激光束的偏移角。通过S3扫描镜片母线高度，通过S2扫描镜片弧度，最后将扫描得到的信息拼接表征出待测柱面镜片(即大曲率超薄柱面镜片)的面形。

本发明所述的固定装置应用在如图2所示的控制平台组部分，图2中S201为旋转镜，可将测试光束入射至待测镜片表面；S202为载物平台；S203为控制旋转镜的旋转器；S204为控制平台倾斜的控制器；S205为待测超薄柱面镜片。为了精确测量，需在激光扫描测试前将经S205表面反射后的光斑与稳定入射的测试光斑在旋转镜上调节至重合。控制平台组的具体操作方案为：

(1)对系统的测试光斑进行校准，启动S203，使S201旋转至入射光垂直方向，并进行垂直扫描，微调光路至旋转镜的反射光斑在位置探测器的中心位置不变为止；

(2)通过旋转S203，固定S201与入射光夹角为45°，启动移动线性位移台，使扫描光斑在待测柱面镜片的垂直方向上移动，通过S204，调节S202的倾角，从而改变待测超薄柱面镜片S205的位置，调节到经过S205反射的光斑与入射光斑在旋转镜上平行移动为止；

(3)之后固定线性位移台，启动S203，旋转S201，旋转角度视需要测试的角度而定，扫描光斑在S205的圆弧方向上移动，通过手动调节S205在S202上的位置，调节到经S205反射的光斑与入射光斑重合为止。

上述过程中，待测柱面镜片的位置需要反复进行调节，所以就需要其在载物平台上能够立稳，对于大曲率超薄60°扇区柱面镜片在调节过程中是很难站立，无法独立完成测试。本发明设计了激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，所述大曲率超薄柱面镜片为曲率半径≤60mm，测试高度≤200mm，厚度≤0.3mm的60°扇区。如图3所示，固定装置包括：底座7，该底座7设有用于放置所述大曲率超薄柱面镜片的底槽5；可调U型前杠，垂直设置于底座7上，所述可调U型前杠上设有用于固定所述大曲率超薄柱面镜片的双面胶粘结处6；E型后杠4，垂直设置于底座7上，并与所述可调U型前杠平行设置。

所述底槽5为与所述大曲率超薄柱面镜片曲率相匹配的圆弧形底槽，可以保护待测镜片并更稳的固定。根据测试镜片的曲率半径不大于60mm，可将圆弧曲率半径设为60mm，圆弧与前杠在底槽投影的最大距离为

式中t≤0.3mm，为镜片厚度，表示向上取整。当镜片曲率半径小于60mm时，其弧长的最高点到端点的垂直距离都小于9mm，均可使用本发明的固定装置，底槽开口宽度设为65mm。

所述可调U型前杠包括一横杠1和支撑所述横杠1的两个竖杆2，所述竖杆2通过所述横杠1上的螺纹连接处3可调节地与所述横杠1连接，所述双面胶粘结处6设于横杠1上。针对测试镜片不同的高度，可通过竖杠2进行调节，使镜片的上端可以搭在横杠1上，用以防止测试时超薄柱面镜片向前倾倒。本实施例中，横杠长度为80mm。

所述E型后杠4的高度至少为所述大曲率超薄柱面镜片的一半，用以保护在测试过程中，若超薄柱面镜片向后倾倒，不会因倾倒角度过大造成镜片损坏。E型后杠4可与所述圆弧形底槽的圆弧外切设置。

所述双面胶粘结处6为可调U型前杠上与所述大曲率超薄柱面镜片接触的两个点，用于保证在激光扫描仪自检测试过程中超薄柱面镜片的稳定性，同时由于除粘结的两端点外及底槽支撑外，镜片不受其它外力作用，能够测试出镜片表面的真实形貌。

所述底座7的设计尺寸的大小要满足于测试装置的需求。本实施例中的底座尺寸为：宽130mm*长100mm*厚5mm。

利用带有上述固定装置的激光扫描系统进行测试时，将X射线望远镜用的60°扇区超薄柱面镜片面形进行固定，再通过激光扫描系统对镜片进行面形测试，使激光器发射出的激光照射在待测柱面上，随后光束会被位置探测器接收，根据光束位置的变化表征待测柱面的表面偏差，得到待测镜片的真实表面形貌。

通过本发明固定装置固定后的镜片，经过激光扫描测试，扫描范围为高度85mm、角度52°，得到的镜片面形结果如图4，PV值约为0.15μm，换算成望远镜角分辨率的表示方法，其半能宽(HPD)值仅为23”，证明本发明能很好地辅助了激光扫描对大曲率超薄镜片的面形测试。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，包括：底座(7)，该底座(7)设有用于放置所述大曲率超薄柱面镜片的底槽(5)；可调U型前杠，垂直设置于底座(7)上，所述可调U型前杠上设有用于固定所述大曲率超薄柱面镜片的双面胶粘结处(6)；E型后杠(4)，垂直设置于底座(7)上，并与所述可调U型前杠平行设置。

2.根据权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述底槽(5)为与所述大曲率超薄柱面镜片曲率相匹配的圆弧形底槽。

3.根据权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述可调U型前杠包括一横杠(1)和支撑所述横杠(1)的两个竖杆(2)，所述竖杆(2)通过所述横杠(1)上的螺纹连接处(3)可调节与所述横杠(1)连接，所述双面胶粘结处(6)设于横杠(1)上。

4.根据权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述E型后杠(4)的高度至少为所述大曲率超薄柱面镜片的一半。

5.根据权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述双面胶粘结处(6)为可调U型前杠上与所述大曲率超薄柱面镜片接触的两个点。

6.根据权利要求2所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述E型后杠(4)与所述圆弧形底槽的圆弧外切设置。

7.根据权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置，其特征在于，所述大曲率超薄柱面镜片为曲率半径≤60mm，测试高度≤200mm，厚度≤0.3mm的60°扇区。

8.一种激光扫描测试系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的激光扫描测试用大曲率超薄柱面镜片的固定装置。