哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
X射线聚焦镜是采用掠入射式方法聚焦太空外硬X射线的筒状内表面
反射镜。目前的X射线聚焦镜都基于Walter-Ⅰ型反射镜衍生而来，通过内
表面进行光线聚焦，其内反射表面为抛物面和双曲面连接而成的光学自由曲
面，很多常规检测手段并不适用，检测难度大。
本课题针对X射线聚焦镜内反射面检测困难的问题，研制一种非接触
式表面精度检测装置，选择光学三角法为检测装置的原理，此检测装置对被
测表面的角度变化敏感，检测得到的原始数据可以通过简单的数据处理直接
反映聚焦镜内表面角度变化，聚焦镜内反射面的表面角度误差直接影响了聚
焦镜的光学性能。
首先，根据X射线聚焦镜的变形情况来确定检测装置的布局，分析适
合检测装置的总体结构，通过有限元分析确定一种易于检测且引入误差小的
总体结构，再对整体机械系统误差进行分析，在后续实验中减小误差的影
响，确定一种误差分离方案。
其次，检测装置设计的重点为光学系统部分，先根据光学三角法原理
进行初步的光学元件选择和光学系统的设计并利用光线追迹仿真软件进行光
学系统的可行性验证，不断对光学系统进行优化，完成光学系统设计后，对
光学系统进行光路的仿真和光斑的分析，分析光学元件位姿变化对整个光学
系统引入的误差，确定光学扫描头设计方案，通过高精度的安装定位面减小
光学元件的装调误差。
最后，进行机械系统误差分离、检测机构的验证实验和对比实验。确
定机械系统的整体误差，便于后续的误差补偿，分析检测数据和理想数据之
间的差别，判断误差来源；使用检测机构进行被测镜片的抛物面和双曲面的
检测，得到检测结果，再使用白光共焦测头进行对比实验，并辅助聚焦镜点
光源光斑进行分析。
关键词：X射线聚焦镜；非接触检测；光学三角法；表面角度检测
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
TheX-rayfocusingmirrorisacylindricalinnersurfacemirrorthat
focuseshardX-raysinouterspacebygrazingincidencemethod.The
currentX-rayfocusingmirrorsarederivedfromtheWalter-Ireflector,and
thelightisfocusedthroughtheinnersurface.Theinnerreflectionsurfaceis
anopticalfree-formsurfaceconnectedbyparabolicandhyperbolicsurfaces.
Manyconventionaldetectionmethodsarenotapplicableanddifficultto
detect.
Inthisthesis,anon-contactsurfaceprecisiondetectiondeviceis
developedtosolvetheproblemofdifficultdetectionoftheinnerreflection
surfaceoftheX-rayfocusingmirror.Theopticaltriangulationmethodis
selectedastheprincipleofthedetectiondevice.Thedetectiondeviceis
sensitivetotheanglechange