一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，将陶瓷垫片与物镜的背面贴合，在望远镜系统的聚焦像面处放置X射线CCD图像传感器，打开X射线光源，观察CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度，通过调节压电陶瓷来对物镜的位置与面形进行精密控制，在线实时观测CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度变化，当光斑最小且强度最大时，此时物镜位置最佳，通过环氧树脂使物镜之间固化完成一层物镜的装配，然后由内而外，装配每一层的望远镜物镜。与现有技术相比，本发明专利技术以X射线CCD图像传感器检测系统焦斑大小和强度，使用压电陶瓷调节望远镜物镜的位置与面形，减小了传统气压方式造成的物镜面形误差，以此提高望远镜系统的光学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，具体是指一种通过X射线CCD在线检测的方法，使用压电陶瓷装调望远镜物镜，实现嵌套式X射线天文望远镜系统的装配方法，属于成像系统的装调领域。
技术介绍
X射线天文望远镜是观测宇宙中辐射X射线的天体的重要设备，探测目标主要包括X射线双星、脉冲星、超新星遗迹和太阳活动区等。X射线天文望远镜系统光学结构原理如图1所示，两块物镜(M1)和(M2)反射镜两次反射以实现对X射线的聚焦，通常称M1为主镜，M2为副镜。在望远镜装配中，嵌套的每一层物镜之间是通过石墨垫片与环氧树脂固定每一层物镜的位置。X射线天文望远镜系统为共轴掠入射反射式结构，嵌套的每一层反射镜的间隙非常小，可见光衍射效应非常严重，因此X射线天文望远镜系统装调无法通过可见光直接成像的方式完成，X射线天文望远镜系统的装调必须基于X射线成像实验完成。X射线天文望远镜系统掠入射角度、焦距和口径的关系可表示为：tan4θN=RNf]]>θN为第N层镜面掠入射角度，主镜和副镜具有相同的掠入射角度；RN则为第N层副镜中点的曲率半径，f指焦距。由上式可知，嵌套的每一层的掠入射角度，曲率半径满足一定的公式关系。X射线天文望远镜系统的装配难度主要体现在物镜的装配上，嵌套式X射线天文望远镜系统如图2、图3所示，当主镜和副镜的掠入射角度相同时，此时X射线天文望远镜系统成像质量最佳。影响X射线天文望远镜系统成像质量的主要因素是同一组反射的两块物镜工作掠入射角是否相同，这也是X射线天文望远镜物镜装配的关键问题，目前主要采用精密光学机械车床的手段研磨石墨垫片，采用气压的方式装调望远镜物镜，进行装配X射线天文望远镜。嵌套式X射线天文望远镜系统结构分为六个扇区，结构示意如图2、图3所示，每一个扇区都使用5个石墨垫片来装配望远镜系统物镜。中心轴固定，涂抹一层环氧树脂，使用1.6mm×1.2mm的尺寸石墨垫片，与环氧树脂层粘合，待环氧树脂固化后，使用精密车床对石墨垫片进行研磨，使其厚度满足光学设计的层间隔大小，再在每一个石墨垫片的上面涂抹一层环氧树脂，物镜与其粘合。在这个过程中，现有的通过气压方式调节望远镜物镜，使物镜与研磨好的石墨垫片贴合，望远镜物镜背面受到压力大小的均匀性很难控制，会对环氧树脂层的均匀性造成影响，显著影响了望远镜系统的力学性能。由于气压难以控制，与物镜粘合的环氧树脂层的厚度也难以有效控制，影响每一层的望远镜物镜的掠入射角度，造成望远镜系统的有效集光面积和分辨率的下降。
技术实现思路
本专利技术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嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，该装配方法能够更好地提高望远镜系统的光学性能。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，将陶瓷垫片与物镜的背面贴合，在望远镜系统的聚焦像面处放置X射线CCD图像传感器，打开X射线光源，观察CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度，通过调节压电陶瓷来对物镜的位置与面形进行精密控制，在线实时观测CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度变化，当光斑最小且强度最大时，此时物镜位置最佳，通过环氧树脂使物镜之间固化完成一层物镜的装配，然后由内而外，装配每一层的望远镜物镜。具体而言，该装配方法具体包括以下步骤：(1)将CCD图像传感器在望远镜系统的聚焦像面处进行标定，所述的CCD图像传感器使用电动位移台进行控制，且在控制位移台的电脑中记录位移台的位置；(2)在望远镜系统的中心轴线上设置一中心轴，以中心轴由内而外，装配每一层的望远镜物镜；(3)望远镜系统的每一层物镜装配时分扇区进行装配，每一层物镜分成6个中心轴角度为60度的扇区；(4)在第一层物镜的在每个扇区中，以中心轴角度间隔15度进行标记，分别通过环氧树脂将石墨垫片粘结在中心轴上按照光学设计结构的参数，使用精密研磨机床，对石墨垫片进行研磨，然后在其表面涂抹一层环氧树脂，在圆柱形望远镜物镜背面贴6个压电陶瓷，将圆柱形的望远镜物镜放置到涂抹环氧树脂的石墨垫片上；(5)打开X射线光源，观察X射线CCD图像传感器上的光斑大小和强度，调节压电陶瓷，在线实时观测CCD图像传感器上的光斑大小和强度变化，当光斑最小且强度最大时，此时物镜的位置最佳，固定物镜位置，并记录下数据；(6)对第一层物镜的其他扇区进行步骤(4)与步骤(5)，装配完一个扇区后，进行另一个扇区的装配时，根据上一个扇区的数据调节这个扇区的装配，在保证望远镜装配精度的同时，还可以重复性，提高了望远镜的装配效率；(7)第一层物镜装配完成后，由内而外，装配其余每一层的望远镜物镜。装配过程是在光学防振动平台上实施的。本专利技术以X射线CCD图像传感器检测系统焦斑大小和强度，使用压电陶瓷调节望远镜物镜的位置与面形，减小了传统气压方式造成的物镜面形误差。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：1、本专利技术嵌套式X射线天文望远镜系统的物镜装配方法能精确调节望远镜物镜的位置，可以有效控制环氧树脂厚度的厚度，保证环氧树脂层的均匀性，保证每一层的望远镜物镜的掠入射角与望远镜光学设计的理论值相同。2、本专利技术嵌套式X射线天文望远镜系统的物镜装配方法可以保证环氧树脂层厚度的均匀性，提高望远镜系统的力学性能，同时由于保证了每一层的望远镜物镜的掠入射角度相同，因此望远镜系统的有效集光面积和分辨率不会下降，使其更好地达到光学设计指标。3、本专利技术嵌套式X射线天文望远镜系统的物镜装配方法通过X射线CCD图像传感器在线检测经过望远镜物镜反射聚焦到焦面上的X射线焦斑大小和强度，在环氧树脂固化过程中，使用压电陶瓷改进望远镜物镜的面形，可以弥补望远镜物镜的面形误差，以此提高望远镜系统的光学性能。附图说明图1为X射线天文望远镜系统的光路原理示意图；图2为嵌套式X射线天文望远镜系统的立体结构示意图；图3为嵌套式X射线天文望远镜系统的侧视结构示意图。具体实施方式为了使上述的本专利技术的结构及作用更加清楚，下面结合附图举例说明本专利技术的实施方式。实施例本实施例用于完成如表1所示初始结构参数的嵌套式X射线天文望远镜系统的物镜装配。其中L1、L2为物镜(M1)-(M2)沿光轴方向上的镜长。为了降低成本，本实施例所用的物镜(M1)-(M2)完全相同，其具体尺寸如下，长度和厚度分别为200mm和0.2mm，表面粗糙度为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，其特征在于，将陶瓷垫片与物镜的背面贴合，在望远镜系统的聚焦像面处放置X射线CCD图像传感器，打开X射线光源，观察CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度，通过调节压电陶瓷来对物镜的位置与面形进行精密控制，在线实时观测CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度变化，当光斑最小且强度最大时，此时物镜位置最佳，通过环氧树脂使物镜之间固化完成一层物镜的装配，然后由内而外，装配每一层的望远镜物镜。

【技术特征摘要】
1.一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方法，其特征在于，将陶
瓷垫片与物镜的背面贴合，在望远镜系统的聚焦像面处放置X射线CCD图像传感
器，打开X射线光源，观察CCD图像传感器上的聚焦斑大小和强度，通过调节压
电陶瓷来对物镜的位置与面形进行精密控制，在线实时观测CCD图像传感器上的
聚焦斑大小和强度变化，当光斑最小且强度最大时，此时物镜位置最佳，通过环氧
树脂使物镜之间固化完成一层物镜的装配，然后由内而外，装配每一层的望远镜物
镜。
2.根据权利要求1所述的一种嵌套式X射线天文望远镜系统在线精密装配方
法，其特征在于，该装配方法具体包括以下步骤：
(1)将CCD图像传感器在望远镜系统的聚焦像面处进行标定；
(2)在望远镜系统的中心轴线上设置一中心轴，以中心轴由内而外，装配每
一层的望远镜物镜；
(3)望远镜系统的每一层物镜装配时分扇区进行装配，每一层物镜分成6个
中心轴角度为60度的扇区；
(4)在第一层物镜的一个扇区将石墨垫片粘结在中心轴上，按照光学设计结
构的参数，使用精密研磨机床，对石墨垫片进行研磨，然后在其表面涂抹一层环氧
树脂，在圆柱形望远镜物镜背面贴压电陶瓷，将圆柱形的望远镜物镜放置到涂抹环
氧树脂的石墨垫片上；
(5)打开X射线光源，观察X射线CCD图像传感器上的光斑大小和强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赛，穆宝忠，伊圣振，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31