一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法技术

本发明专利技术涉及一种Wolter‑I型X射线光学反射镜片性能评价方法，属于空间光学技术领域；步骤一、选取光学反射镜片；步骤二、在光学反射镜片的外壁划分斜率误差测量网格和圆度误差测量网格；步骤三、测量得到斜率误差h

A performance evaluation method of wolter-i type x-ray optical reflector

【技术实现步骤摘要】
一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法
本专利技术属于空间光学
，涉及一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法。
技术介绍
X射线脉冲星导航适用于近地空间、深空探测和星际飞行航天器的完全自主导航，可为大多数空间任务航天器提供位置、速度、姿态和时间等全面的导航信息，实现航天器的完全自主导航，具有可靠性强、稳定性好、精确性高、适用性广等优点，是一项极具发展潜力的新型自主导航技术，具有极其重要的工程实用价值和战略研究意义。X射线脉冲星导航敏感器的核心是X射线光学镜头。作为一种角分辨率高、环境适应性强的X射线光学镜头，多层嵌套Wolter-I型X射线掠入射光学镜头是未来的主要发展趋势。Wolter-I型X射线掠入射光学镜片是研制高性能光学镜头的前提，电铸镍复制工艺加工的整体式金属镜片具有角分辨率高、可多层嵌套、装调难度相对较低等优点，但其整体式结构对反射镜片误差的检测和性能评价带来了困难，需要采用不同的仪器分别检测不同方向的面形误差，然后再把几组数据坐标变换、拟合，形成用于性能评价的三维数据，三维数据同时包含斜率误差、圆度误差和半径误差的综合面形信息。传统的大多数光学性能分析方法针对理想面形，用于验证设计，无法得到镜片的真实光学性能；虽然有的性能分析方法考虑了面形误差，但精度差、效率低，未针对掠入射反射镜片的特点进行优化，不适用于Wolter-I型X射线光学反射镜片性能的高效、准确、客观的评价。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，将面形误差分解为斜率误差和圆度误差；最后进行变换、拟合，得到包含综合面形误差信息的数据用于光线追迹，具有准确度高、计算量小、效率高等优点。本专利技术解决技术的方案是：一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，包括如下步骤：步骤一、选取Wolter-I型X射线光学反射镜片；步骤二、将光学反射镜片的面形误差分解为轴向的斜率误差和周向的圆度误差；在光学反射镜片的外壁划分斜率误差测量网格和圆度误差测量网格；步骤三、对斜率误差测量网格中每一网格节点进行测量，得到斜率误差测量网格中各网格节点的斜率误差hk,i；对圆度误差测量网格进行测量，得到圆度误差Δrj,m；对圆度相同的截面测量，得到实际半径rj；步骤四、将圆度误差Δrj,m与实际半径rj叠加，得到圆度误差测量网格中各网格节点的圆度误差rj,m；计算转换斜率误差数据h'k,i；并根据转换斜率误差数据重构拟合镜面；步骤五、建立一条入射光线从抛物面主镜射入光学反射镜片；建立直角坐标系OXYZ；入射光线经过的一点P在直角坐标系OXYZ的坐标为(xp,yp,zp)，P点沿三个方向的向量分别为cosα，cosβ，cosγ；步骤六、对重构的拟合镜面进行第二次网格划分，将拟合镜面全部划分网格；测量所有网格节点距入射光线的距离，选取距离最小的网格节点作为第一反射点a；根据第一反射点a所在抛物面主镜位置的切线，确定第一反射点a的法向量；根据法向量确定入射光线第一次反射后的出射方向；步骤七、测量所有网格节点距第一次反射后光线的距离，选取距离最小的网格节点作为第二反射点b；根据第二反射点b所在双曲面次镜位置的切线；根据法向量确定入射光线第二次反射后的出射方向；延长第二次反射后的光线直至与光学反射镜片焦平面的交点，即为聚焦点；步骤八、重复步骤五至步骤七不小于100000次，得到不小于100000个聚焦点；根据聚焦点的分布范围，判断光学反射镜片的性能。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤一中，光学反射镜片包括抛物面主镜和双曲面次镜；抛物面主镜和双曲面次镜均为柱状结构；抛物面主镜的侧壁为抛物面形状；双曲面次镜的侧壁为双曲面形状；抛物面主镜和双曲面次镜同轴对接。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤二中，斜率误差测量网格的划分方法为：在光学反射镜片的外壁沿轴向设置四条直线网格线；四条直线网格线沿光学反射镜片周向均匀分布；每条直线网格线中相邻2个网格节点的间距为0.1mm。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤二中，所述圆度误差测量网格的划分方法为：沿光学反射镜片轴向，在光学反射镜片轴向依次设置3条圆形网格线；每条网格线中相邻2个网格节点的圆心夹角为0.5°，间距为140mm；第一条圆形网格线位于抛物面主镜的端面外边缘；第二条圆形网格线位于抛物面主镜与双曲面次镜的对接处外边缘；第二条圆形网格线位于双曲面次镜端面的外边缘。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤三中，各网格节点的斜率误差数据记为(tk,zi,hk,i)；其中，tk为网格节点的周向方位角；zi为网格节点的轴向坐标；hk,i为网格节点的斜率误差；i为该网格节点在对应轴向网格线上的序号；k为对应轴向网格线沿周向均匀分布的序号，k＝1或2或3或4。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤四中，各网格节点的圆度误差数据记为(τm,ζj,rj,m)；其中，τm为网格节点的周向方位角，ζj为网格节点的轴向坐标，rj,m为网格节点的圆度误差；m为该网格节点在对应周向网格线上的序号；j为对应周向网格线在轴向的序号，j＝1或2或3或4。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，转换斜率误差数据h'k,i的计算方法为：采用最小二乘法，将斜率误差数据(tk,zi,hk,i)向圆度误差数据(τm,ζj,rj,m)拟合，得到转换斜率误差数据h'k,i＝akzi+bk+hk,i；ak为用于斜率误差转换的一次项系数；bk为用于斜率误差转换的常数项。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述重构拟合镜面的方法为：将转换斜率误差数据h'k,i＝akzi+bk+hk,i进行圆周方向傅里叶级数展开和轴向多项式展开，即采用最小二乘法求解ci,k和di,k；ci,k为第一傅里叶级数展开系数；di,k为第二傅里叶级数展开系数；得到重构拟合镜面。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤五中，直角坐标系OXYZ的建立方法为：原点O位于抛物面主镜端面的光轴上，X轴竖直向上；Z轴指向双曲面次镜的光轴方向；Y轴由右手定则确定。在上述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，所述步骤八中，判断光学反射镜片的性能的具体方法为：S1、以光学反射镜片的焦点为中心，画半径为d的圆；实现半径为d的圆内分布的聚焦点个数为总聚焦点个数的50％；S2、用d除以焦距f，当d/f小于10″时，认为光学反射镜片性能好；当d/f小于10″时，认为光学反射镜片性能不好。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术提出的性能评价方法将X射线光学反射镜片的实际加工误差考虑在内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、选取Wolter-I型X射线光学反射镜片(1)；/n步骤二、将光学反射镜片(1)的面形误差分解为轴向的斜率误差和周向的圆度误差；在光学反射镜片(1)的外壁划分斜率误差测量网格和圆度误差测量网格；/n步骤三、对斜率误差测量网格中每一网格节点进行测量，得到斜率误差测量网格中各网格节点的斜率误差h

【技术特征摘要】
1.一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、选取Wolter-I型X射线光学反射镜片(1)；
步骤二、将光学反射镜片(1)的面形误差分解为轴向的斜率误差和周向的圆度误差；在光学反射镜片(1)的外壁划分斜率误差测量网格和圆度误差测量网格；
步骤三、对斜率误差测量网格中每一网格节点进行测量，得到斜率误差测量网格中各网格节点的斜率误差hk,i；对圆度误差测量网格进行测量，得到圆度误差Δrj,m；对圆度相同的截面测量，得到实际半径rj；
步骤四、将圆度误差Δrj,m与实际半径rj叠加，得到圆度误差测量网格中各网格节点的圆度误差rj,m；计算转换斜率误差数据h'k,i；并根据转换斜率误差数据重构拟合镜面；
步骤五、建立一条入射光线从抛物面主镜(11)射入光学反射镜片(1)；建立直角坐标系OXYZ；入射光线经过的一点P在直角坐标系OXYZ的坐标为(xp,yp,zp)，P点沿三个方向的向量分别为cosα，cosβ，cosγ；
步骤六、对重构的拟合镜面进行第二次网格划分，将拟合镜面全部划分网格；测量所有网格节点距入射光线的距离，选取距离最小的网格节点作为第一反射点a；根据第一反射点a所在抛物面主镜(11)位置的切线，确定第一反射点a的法向量；根据法向量确定入射光线第一次反射后的出射方向；
步骤七、测量所有网格节点距第一次反射后光线的距离，选取距离最小的网格节点作为第二反射点b；根据第二反射点b所在双曲面次镜(12)位置的切线；确定第二反射点b的法向量；根据法向量确定入射光线第二次反射后的出射方向；延长第二次反射后的光线直至与光学反射镜片(1)焦平面的交点，即为聚焦点；
步骤八、重复步骤五至步骤七不小于100000次，得到不小于100000个聚焦点；根据聚焦点的分布范围，判断光学反射镜片(1)的性能。


2.根据权利要求1所述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，其特征在于：所述步骤一中，光学反射镜片(1)包括抛物面主镜(11)和双曲面次镜(12)；抛物面主镜(11)和双曲面次镜(12)均为柱状结构；抛物面主镜(11)的侧壁为抛物面形状；双曲面次镜(12)的侧壁为双曲面形状；抛物面主镜(11)和双曲面次镜(12)同轴对接。


3.根据权利要求1所述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，其特征在于：所述步骤二中，斜率误差测量网格的划分方法为：在光学反射镜片(1)的外壁沿轴向设置四条直线网格线；四条直线网格线沿光学反射镜片(1)周向均匀分布；每条直线网格线中相邻2个网格节点的间距为0.1mm。


4.根据权利要求3所述的一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法，其特征在于：所述步骤二中，所述圆度误差测量网格的划分方法为：沿光学反射镜片(1)轴向，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：左富昌，梅志武，邓楼楼，周昊，贺盈波，张朋，李连升，王磊，张海力，石永强，田野，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11