X射线聚焦镜模具全频段误差评价及车削低频误差分析

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宇宙中的暂现源和爆发天体只能通过X射线进行观测,大面积X光聚焦成像技术的实现和X射线聚焦镜的研制成功使得X射线天文学在近几十年间快速发展。X射线聚焦镜的制造采用电铸复制工艺,镜片的精度由模具直接决定。本文先从X射线聚焦镜模具低频、中高频误差入手,通过理论分析和仿真计算研究了模具低频、中高频误差对镜片光学性能的影响。之后通过对超精密车削低频误差的分析,研究了机床几何误差到模具母线精度的映射关系。研究可为模具加工工艺链的误差分配、误差指标制定和聚焦镜的光学质量可控制造提供理论指导。首先,针对模具低频误差,研究了模具在位反转法测量母线误差的方法并分析了测量误差。建立了基于几何光学的Wolter-I型聚焦镜光线追迹模型,使用该模型研究了模具车削低频误差对光学性能的影响。基于点列图法和线扩散函数对模具成像质量进行了预测和分析。其次,针对模具中高频误差,研究了基于Harvey-Shark散射理论对光线在Wolter-I型聚焦镜上二次反射时的表面散射效应,建立了表面中高频误差评价指标到散射光强分布的映射模型,分析了散射斑形状的影响因素。最后根据线性系统理论,综合光线追迹模型和表面散射点扩散函数建立了考虑全频段误差的综合光学性能预测模型。最后,进行了模具车削低频误差分析。基于多体系统误差分析理论建立辊模超精密加工机床的几何误差模型。根据机床几何误差模型和精度标定实验结果分析了X和Z轴几何误差单独和共同作用下对模具母线精度的影响。结果说明对模具精度影响最大的几何误差是Z轴扭转角、侧摆直线度和X轴定位精度。最后验证了误差模型的有效性,并通过仿真计算得出超精密车削对角分辨率劣化的贡献约为10~20角秒。
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