一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，包括采集待切割椭球形单毛细管的轮廓数据；根据轮廓数据与预设切割数据，选择多个透镜感兴趣切割区域，并为每个感兴趣切割区域构造轮廓方程；利用改进正余弦乌鸦搜索算法，基于轮廓方程求解每个感兴趣切割区域的面形误差，并在计算时，根据Levy飞行来更新个体位置；直至计算出所有感兴趣切割区域的面形误差，输出最小面形误差值，及其对应的感兴趣切割区域，作为最佳切割区域。本发明专利技术在更新个体位置时，利用Levy飞行取代固定步长，降低正余弦乌鸦搜索算法的盲目性，解决了传统毛细管切割易于陷入局部最优、收敛速度慢的问题，使得对单毛细管面形误差的计算，更加高效与稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学透镜
，尤其是指一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法及装置。

技术介绍

[0002]X射线椭球形单毛细管透镜是X射线聚焦系统中的关键组成部分，具有传输效率高、光通量密度大、聚焦后发散角可控制等特点。因此其被广泛应用于X射线领域，包括X射线衍射成像、X射线吸收光谱、X射线荧光分析等方面。该透镜能够高效地聚焦和集中X射线束，使得X射线在物质内的成像质量和探测灵敏度得到显著提高。此外，该透镜在微纳结构分析、表面形貌测量、材料成分分析等方面也展现出了广泛的应用前景。
[0003]面形误差是影响单毛细管透镜聚焦性能最关键的因素之一，许多机构都正在研究如何降低毛细管面形误差。目前，有两种方法被广泛采用来提高毛细管的光学质量。第一种方法是优化毛细管的设计参数，以增强毛细管的聚焦性能。在2018年，北京师范大学的Sun Xuepeng等人设计了一种适用于铜靶实验室X射线源的两次反射单毛细管，其主要由椭球形和锥形两部分组成；光学测试表明，制造出的毛细管的面形误差为54μrad(Sun X,Zhu Y,Wang Y,et al.13.1 micrometers hard X
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ray focusing by a new type monocapillary X
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ray optic designed for common laboratory X
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ray source[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2018,888:13
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17.)。第二种解决方案是改进毛细管的制造技术以减少毛细管内部得到面形误差；例如，在2017年，Sigray公司的Cordier Mark等人制造出的具有抛物面形状的单毛细管，其面形误差仅为0.07μm(Cordier M,Stripe B,Yun W,et al.Advances toward submicron resolution optics for X
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ray instrumentation and applications[C]//Advances in X
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Ray/EUV Optics and Components XII.SPIE,2017,10386:56
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62.)。
[0004]单毛细管的轮廓数据往往由于制造过程中存在的误差而偏离设计值，为了减少单毛细管透镜的表面形状误差，2019年北京师范大学Zhou Peng等人提出了一种基于粒子群优化算法的有效方法，能够为有效地选择单毛细管透镜切割位置，该方法可以得到毛细管的面形误差为0.83μm。(Zhou P,Ma X,Zhang S,et al.Application of particle swarm optimization in the design of a mono
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capillary X
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ray lens[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2020,953:163077.)。然而，这种方法并没有考虑优化算法常常陷入局部最优的问题，根据分析，该方法的统计结果标准差相对较高，因此存在收敛速度慢、搜索精度不足等问题。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中优化算法常常陷入局部最
优，导致收敛速度慢、搜索精度不足的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，包括：
[0007]采集待切割椭球形单毛细管的轮廓数据；
[0008]根据所述轮廓数据与预设切割数据，选择多个透镜感兴趣切割区域，并为每个感兴趣切割区域构造轮廓方程；
[0009]利用改进正余弦乌鸦搜索算法，基于轮廓方程求解每个感兴趣切割区域的面形误差，并在计算时，根据Levy飞行来更新个体位置；
[0010]直至计算出所有感兴趣切割区域的面形误差，输出最小面形误差值，及其对应的感兴趣切割区域，作为待切割椭球形单毛细管的最佳切割区域。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述采集待切割椭球形单毛细管的轮廓数据，包括：
[0012]将所述待切割椭球形单毛细管与三维光学轮廓仪表面洁净；
[0013]将所述待切割椭球形单毛细管置于所述三维光学轮廓仪的测量平台上；
[0014]调整所述待切割椭球形单毛细管位置，直至所述三维光学轮廓仪能够测量到整个待切割椭球形单毛细管的轮廓数据，开始测量，获取并存储所述待切割椭球形单毛细管的轮廓数据。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述轮廓数据与预设切割数据，选择多个透镜感兴趣切割区域，包括：
[0016]将所述轮廓数据映射到二维坐标，X轴对应于待切割椭球形单毛细管的长轴方向，Y轴对应于待切割椭球形单毛细管的短轴方向；
[0017]根据所述轮廓数据与预设切割数据，在所述椭球形单毛细管的长轴方向上选择多对长轴边界点；
[0018]每对长轴边界点对应于短轴上有四个短轴边界点，六个边界点包围的区域构成一个透镜感兴趣切割区域。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，每对长轴边界点在X轴上的横坐标距离与预设切割数据中横坐标距离的差值不大于预设阈值。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述为每个感兴趣切割区域构造轮廓方程包括：
[0021]在感兴趣切割区域的两个长轴边界点x
P
与x
Q
的横坐标之间采集M个点，构建轮廓方程，表示为一个M
×
3的轮廓矩阵，其表达式为：
[0022][0023]其中，x
P
、x
P+1
…
x
Q
表示两个长轴边界点与M个点的横坐标；y
Upper_P
、y
Upper_P+1
…
y
Upper_Q
表示两个长轴边界点与M个点在Y轴上曲线上的纵坐标；y
Lower_P
、y
Lower_P+1
…
y
Lower_Q
表示两个长轴边界点与M个点在Y轴下曲线上的纵坐标。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述利用改进正余弦乌鸦搜索算法，基于轮廓方程求解每个感兴趣切割区域的面形误差，并在计算时，根据Levy本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，包括：采集待切割椭球形单毛细管的轮廓数据；根据所述轮廓数据与预设切割数据，选择多个透镜感兴趣切割区域，并为每个感兴趣切割区域构造轮廓方程；利用改进正余弦乌鸦搜索算法，基于轮廓方程求解每个感兴趣切割区域的面形误差，并在计算时，根据Levy飞行来更新个体位置；直至计算出所有感兴趣切割区域的面形误差，输出最小面形误差值，及其对应的感兴趣切割区域，作为待切割椭球形单毛细管的最佳切割区域。2.根据权利要求1所述的椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，所述采集待切割椭球形单毛细管的轮廓数据，包括：将所述待切割椭球形单毛细管与三维光学轮廓仪表面洁净；将所述待切割椭球形单毛细管置于所述三维光学轮廓仪的测量平台上；调整所述待切割椭球形单毛细管位置，直至所述三维光学轮廓仪能够测量到整个待切割椭球形单毛细管的轮廓数据，开始测量，获取并存储所述待切割椭球形单毛细管的轮廓数据。3.根据权利要求1所述的椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，所述根据所述轮廓数据与预设切割数据，选择多个透镜感兴趣切割区域，包括：将所述轮廓数据映射到二维坐标，X轴对应于待切割椭球形单毛细管的长轴方向，Y轴对应于待切割椭球形单毛细管的短轴方向；根据所述轮廓数据与预设切割数据，在所述椭球形单毛细管的长轴方向上选择多对长轴边界点；每对长轴边界点对应于短轴上有四个短轴边界点，六个边界点包围的区域构成一个透镜感兴趣切割区域。4.根据权利要求3所述的椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，每对长轴边界点在X轴上的横坐标距离与预设切割数据中横坐标距离的差值不大于预设阈值。5.根据权利要求3所述的椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，所述为每个感兴趣切割区域构造轮廓方程包括：在感兴趣切割区域的两个长轴边界点x
P
与x
Q
的横坐标之间采集M个点，构建轮廓方程，表示为一个M
×
3的轮廓矩阵，其表达式为：其中，x
P
、x
P+1
…
x
Q
表示两个长轴边界点与M个点的横坐标；y
Upper_P
、y
Upper_P+1
…
y
Upper_Q
表示两个长轴边界点与M个点在Y轴上曲线上的纵坐标；y
Lower_P
、y
Lower_P+1
…
y
Lower_Q
表示两个长轴边界点与M个点在Y轴下曲线上的纵坐标。6.根据权利要求1所述的椭球形单毛细管透镜切割区域选择方法，其特征在于，所述利用改进正余弦乌鸦搜索算法，基于轮廓方程求解每个感兴趣切割区域的面形误差，并在计算时，根据Levy飞行来更新个体位置，直至计算出所有感兴趣切割区域的面形误差，输出最
小面形误差值，包括：构建优化目标方程；初始化种群大小与最大迭代次数；基于轮廓方程与优化目标方程构建感兴趣切割区域的面形误差计算函数，利用面形误差计算函数作为适应度函数，计算每个个体的适应度，并将该适应度作为初始记忆值；更新随机数系数，并利用Levy飞行更新所有个体的位置；利用适应度函数计算位置更新后个体...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄怿，张钊霏，邓传鲁，王廷云，胡程勇，张小贝，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：