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等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯

周博文 王楠 祝万钱 薛松 田应仲

周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲. 等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2019-0250
引用本文: 周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲. 等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2019-0250
ZHOU Bo-wen, WANG Nan, ZHU Wan-qian, XUE Song, TIAN Ying-zhong. Variable image distance bending using an elliptical bending mechanism with a constant cross-section mirror[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2019-0250
Citation: ZHOU Bo-wen, WANG Nan, ZHU Wan-qian, XUE Song, TIAN Ying-zhong. Variable image distance bending using an elliptical bending mechanism with a constant cross-section mirror[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2019-0250

等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯

doi: 10.37188/CO.2019-0250
详细信息
    作者简介:

    周博文(1993—),男,内蒙古包头人,2015年于河海大学获得学士学位,现为硕士研究生,主要研究方向为压弯聚焦镜系统分析、测试。E-mail:597538834@qq.com

    薛 松,(1962—),男,吉林长春人,研究员,博士生导师,1984年于东北大学获得学士学位,现任上海光源束线机械工程技术部主任,主要从事同步辐射光学工程、精密机械与光谱仪器的研究。E-mail:xuesong@zjlab.org.cn

    田应仲(1973—),男,贵州安顺人,博士,副教授,博士生导师,2007年于上海大学获得博士学位,现从事移动机器人、软体机器人、图像处理领域的研究。E-mail:troytian@shu.edu.cn

  • 中图分类号: TH744

Variable image distance bending using an elliptical bending mechanism with a constant cross-section mirror

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  • 摘要: 本文针对新设计的等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距(即反射镜在光路中位置不变)的情况下,研究实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时镜面面形误差等问题。通过理论分析并借助有限元分析计算等截面平面镜压弯至不同形状(反射点处像距不同)椭圆柱面时理论的斜率误差,最后对椭圆压弯机构样机进行了实际压弯测试。实验结果与计算分析均表明保持物距、掠入射角不变,压弯镜面与理想椭圆之间的斜率误差会随着像距的减小而增大,并且像距越小镜面斜率误差的增加速度也就越大。实验测得在反射镜面初始斜率误差为0.397 μrad的情况下,全部像距范围(21.5-3.8 m)内压弯镜面的实际斜率误差在0.402 μrad-0.560 μrad之间,重复精度0.051 μrad,均满足上海光源光束线的设计要求。证明了使用等截面反射镜压弯机构进行椭圆柱面压弯,可以实现聚焦镜工作像距在大范围内的连续调节。
  • 图  1  压弯原理

    Figure  1.  the principle of bending

    图  2  椭圆聚焦的几何关系

    Figure  2.  Geometric relationship of elliptical focus

    图  3  压弯机构三维模型

    Figure  3.  3D model of the bending mechanism

    图  4  不同像距时理论斜率误差对比

    Figure  4.  Comparison of slope Error with different image distance

    图  5  理论斜率误差RMS值随像距的变化

    Figure  5.  Variation of RMS value of theoretical slope error with image distance

    图  6  简化三维模型图

    Figure  6.  The simplified 3D model

    图  7  模型网格划分

    Figure  7.  the grids of 3D model

    图  8  镜面变形及斜率误差

    Figure  8.  Deformation and Slope Error of mirror

    图  9  压弯机构与NOM测量仪

    Figure  9.  Mechanical bender and NOM slope profiler

    图  12  斜率误差RMS值随像距变化情况

    Figure  12.  Variation of RMS value of slope error with image distance

    表  1  椭圆压弯反射镜参数及设计指标

    Table  1.   Mirror parameters

    材料聚焦镜尺寸/mm镜面有效尺寸/mm自身斜率误差/μrad
    单晶硅1000×70×50700×200.4
    物距p(m)掠入射θ(mrad)像距q(m)要求压完后
    斜率误差/μrad
    26.53.5 mrad21.5−3.8<0.60
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    表  2  压弯部件材料属性

    Table  2.   The materials property of the bending mechanism`s parts

    材料
    Materials
    泊松比
    Poisson ratio
    杨氏模量
    Yong modulus/GPa
    密度
    Density/kg·m−3
    Si0.31692330
    结构钢 Structural steel (OCr18Ni9)0.332067800
    轴承钢 Beering steel (Gcr15)0.32087800
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    表  3  有限元计算结果

    Table  3.   The result of FEA

    理论像距(m)斜率误差RMS左右驱动杆位移(mm)
    21.50.0133.964.27
    16.50.0154.535.18
    11.50.0275.577.32
    8.50.0356.107.93
    6.50.0787.428.96
    4.80.1289.0512.83
    3.80.24210.1017.20
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    表  4  实际压弯测试结果

    Table  4.   The result of actual bending experiment

    理论像距(m)斜率误差RMS(urad)重复精度(urad)驱动杆位移(mm)
    21.50.4020.0114.13,4.30
    16.50.4090.0214.65,5.05
    11.50.4150.0135.67,6.30
    8.50.4130.0216.35,7.80
    6.50.4390.0267.70,9.55
    4.80.4780.0239.70,13.10
    3.80.5600.05110.55,17.60
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  • 网络出版日期:  2020-06-29

等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯

doi: 10.37188/CO.2019-0250
    作者简介:

    周博文(1993—),男,内蒙古包头人,2015年于河海大学获得学士学位,现为硕士研究生,主要研究方向为压弯聚焦镜系统分析、测试。E-mail:597538834@qq.com

    薛 松,(1962—),男,吉林长春人,研究员,博士生导师,1984年于东北大学获得学士学位,现任上海光源束线机械工程技术部主任,主要从事同步辐射光学工程、精密机械与光谱仪器的研究。E-mail:xuesong@zjlab.org.cn

    田应仲(1973—),男,贵州安顺人,博士,副教授,博士生导师,2007年于上海大学获得博士学位,现从事移动机器人、软体机器人、图像处理领域的研究。E-mail:troytian@shu.edu.cn

  • 中图分类号: TH744

摘要: 本文针对新设计的等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距(即反射镜在光路中位置不变)的情况下,研究实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时镜面面形误差等问题。通过理论分析并借助有限元分析计算等截面平面镜压弯至不同形状(反射点处像距不同)椭圆柱面时理论的斜率误差,最后对椭圆压弯机构样机进行了实际压弯测试。实验结果与计算分析均表明保持物距、掠入射角不变,压弯镜面与理想椭圆之间的斜率误差会随着像距的减小而增大,并且像距越小镜面斜率误差的增加速度也就越大。实验测得在反射镜面初始斜率误差为0.397 μrad的情况下,全部像距范围(21.5-3.8 m)内压弯镜面的实际斜率误差在0.402 μrad-0.560 μrad之间,重复精度0.051 μrad,均满足上海光源光束线的设计要求。证明了使用等截面反射镜压弯机构进行椭圆柱面压弯,可以实现聚焦镜工作像距在大范围内的连续调节。

English Abstract

周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲. 等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2019-0250
引用本文: 周博文, 王楠, 祝万钱, 薛松, 田应仲. 等截面反射镜椭圆压弯机构变像距压弯[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2019-0250
ZHOU Bo-wen, WANG Nan, ZHU Wan-qian, XUE Song, TIAN Ying-zhong. Variable image distance bending using an elliptical bending mechanism with a constant cross-section mirror[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2019-0250
Citation: ZHOU Bo-wen, WANG Nan, ZHU Wan-qian, XUE Song, TIAN Ying-zhong. Variable image distance bending using an elliptical bending mechanism with a constant cross-section mirror[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2019-0250
    • 光束线是同步辐射装置的重要组成部分,同步辐射光从电子储存环中出来后需要先通过光束线进行分光、偏转、单色、准直、聚焦等一系列处理才能进入实验站用于科学实验[1-4]。反射聚焦镜系统是光束线中核心设备之一,根据反射镜的成形方法可分为直接加工成型和压弯成型,相对于直接加工成型而言压弯成型的反射镜镜面加工难度低并且曲率半径可以调节,所以在同步辐射光束线中,通常使用压弯机构将反射镜压弯至所需面形从而对光束进行偏转聚焦[5-7]

      使用压弯机构可以将反射镜沿子午方向压弯成圆型、椭圆型等不同形状,即对于平面反射镜可以压弯成圆柱面或椭圆柱面。相对于圆柱面而言椭圆柱面有两个焦点,是实现一个方向点对点聚焦的理想反射镜面形状。目前椭圆压弯有两种方法,一是对等截面平面镜进行压弯,二是对变截面平面镜(即根据所需理想椭圆形状设计加工一块横截面沿长度方向变化的特殊形状的反射镜)进行压弯。相对于等截面平面镜而言,压弯变截面镜子至特定椭圆柱面时可以获得更高精度的面形,但是当所需聚焦参数(像距、物距、掠入射角)相较设计值变化较大时,其所需理想椭圆形状也就发生较大变化,按特定面形需要而优化形状的变截面镜子就难以满足不同聚焦参数要求[8]。相对而言等截面反射镜压弯比变截面反射镜压弯能在更大的聚焦参数范围内满足面形要求。

      目前压弯技术是获取同步辐射光束线大尺寸反射镜所需面形的重要手段,国内外对于椭圆柱面反射镜压弯的相关研究主要针对研究某一组特定参数下(物距、像距、掠入射角不变)或者参数小幅度变化时压弯镜面的面形精度等问题。Padmore等人使用单驱动压弯机构将一个梯形宽度的反射镜压弯成特定参数的椭圆柱面[9]。英国钻石光源(Diamond Light Source)使用双驱动压弯机构将1 m长的变截面镜子压弯成特定椭圆柱面,面形精度达到200 nard[10]。国内长春光机所在光学加工、光学面形拟合等方面也做了许多研究[11-12]。上海光源使用双驱动压弯机构将等截面平面镜压弯至特定椭圆柱面,面形误差为0.483 μrad[13],本文在此基础上,针对上海光源等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距(即反射镜在光路中位置不变的情况下),研究实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时椭圆反射镜形状(椭圆方程)、面形误差的变化情况。通过理论分析并借助有限元分析计算等截面平面镜压弯至不同形状(像距不同)椭圆柱面时的斜率误差。然后对椭圆压弯机构样机进行了实际压弯测试,测量了不同像距下的实际压弯镜面与其对应的理想椭圆柱面之间的面形误差再根据测量结果调整驱动机构优化面形,最终得到了一系列具有不同像距并且面形精度符合要求的椭圆柱面,并对像距的可调范围进行了评估。

    • 由于平面反射镜的长度远远大于镜子宽度,并且各点弯曲半径远远大于镜子厚度,因此可以将平面镜的弯曲简化成细长梁的弯曲,建立如图1所示以梁(聚焦镜)中心为原点的坐标系,对镜子两端施加不同的弯矩,此时弯曲方程[14]为:

      $$EI\frac{{{d^2}y}}{{d{x^2}}} = \frac{{EI}}{{\rho (x)}} = \frac{{{M_1} + {M_2}}}{2} + \frac{{{M_2} - {M_1}}}{l}x,$$ (1)

      式中,y是镜子轮廓高度,E是镜子的弹性模量,I是镜子截面对中性轴的惯性矩,ρ(x)是镜子压弯后各点的曲率半径,对于式(1)积分,可以得到镜子各点斜率与所施加力矩的关系为:

      $$\frac{{dy}}{{dx}} = \frac{{{M_1} + {M_2}}}{{2EI}}x + \frac{{{M_2} - {M_1}}}{{2EIl}}{x^2} + C,$$ (2)

      按此方法压弯等截面镜子得到的镜面各点斜率是理想椭圆各点斜率的2阶近似。

      图  1  压弯原理

      Figure 1.  the principle of bending

    • 在实际工程中,椭圆的像距p、物距q、掠入射角θ,以镜子反射点为中心建立坐标系,如图2所示,根据成像原理以及几何关系,以聚焦的源点和像点为椭圆的两个焦点,可以建立理想椭圆的方程为:

      $$\begin{split} &\sqrt {{{{\rm{(}}x + p{\rm{cos}}\theta {\rm{)}}}^{\rm{2}}} + {{(y - p\sin \theta )}^2}} + \\ &\sqrt {{{(x - q\cos \theta )}^2} + {{(y - q\sin \theta )}^2}} \\ &= p + q \end{split}, $$ (3)

      对椭圆方程(3)求导可以得到理论椭圆的斜率曲线为:

      $${\frac{{dy}}{{dx}} = \frac{{{\rm{ - 2}}(p + q)\sin \theta \left( {\left. {(p + q)\cos \theta - \frac{{\sqrt {pq} \left( {(p - q)\cos \theta + 2x} \right)}}{{\sqrt {pq} - x(p - q)\cos \theta - {x^2}}}} \right)} \right.}}{{{p^2} + 6pq + {q^2} - {{(p - q)}^2}\sin 2\theta }}},$$ (4)

      我们由(2)式可知,对等截面镜子两端施加不对称的压弯弯矩得到的镜面斜率曲线是对理论曲面斜率的二阶近似,因此我们对式(4)表示的理论椭圆斜率用最小二乘法进行二次多项式拟合得出拟合曲线,用理论斜率曲线(4)减去所得的拟合曲线即可求得镜面各点的理论斜率误差。

      面形斜率误差均方根值的计算公式[15]为:

      $$\Delta {\theta _{RMS}} = \sqrt {\frac{{\displaystyle\int_{-l/2}^{l/2} {\Delta {\theta ^2}(x)dx} }}{l}} ,$$ (5)

      式中Δθ(x)是理论计算面形和理想面形各点斜率的差值,在束线光学中一般用所求区域内各点斜率差值的均方根(RMS)值来表征反射镜的面形误差,x∈[−2/l,2/l]为误差所求区域。

      图  2  椭圆聚焦的几何关系

      Figure 2.  Geometric relationship of elliptical focus

      本文中所用的压弯机构是双驱动式U型机械压弯机构[16],可以将1 m长的平面镜压弯,其三维模型图如下图3所示,两个夹持机构夹持在平面镜的左右两端,压弯时两个步进电机通过传动机构分别拉动左右两组驱动杆转动,带动夹持机构绕轴转动,对镜子两端施加弯曲力矩。通过控制了两个电机产生不同输出可以对镜子两端施加不同弯矩从而使镜子产生左右两端不对称的弯曲变形,配合补偿机构可以获得接近椭圆柱面的面形[17]。压弯后的椭圆柱面反射镜的指标见表1

      图  3  压弯机构三维模型

      Figure 3.  3D model of the bending mechanism

      在实际工程中物距p与掠入射角θ通常会保持不变,相距q由于不同样品与实验的要求需要有一定的变化。根据上海光源二期光束线线站要求:设计物距p=26.5 m,入射角θ=3.5 mrad,在不考虑镜子本身加工误差及压弯机构、重力等引入的其它误差的情况下,计算像距q从21.5 m—3.8 m变化时理论斜率误差变化。不同像距时,镜子午方向中心线各点的理论斜率误差如图4所示。横坐标表示反射镜子午面中心线上各点,纵坐标是镜子各点的理论斜率误差。理论像距越小,镜子各点的斜率误差就越大,镜子斜率误差的最大值在镜子两端。

      表 1  椭圆压弯反射镜参数及设计指标

      Table 1.  Mirror parameters

      材料聚焦镜尺寸/mm镜面有效尺寸/mm自身斜率误差/μrad
      单晶硅1000×70×50700×200.4
      物距p(m)掠入射θ(mrad)像距q(m)要求压完后
      斜率误差/μrad
      26.53.5 mrad21.5−3.8<0.60

      图  4  不同像距时理论斜率误差对比

      Figure 4.  Comparison of slope Error with different image distance

      图5是压弯后反射镜面理论斜率误差的RMS值随像距的变化情况,随着像距减小理论斜率误差的RMS值在增大并且误差的增加幅度也在增大。当像距在21.5 m−8.5 m左右范围内时,斜率误差随像距变化幅度很小,仅从0.001 μrad增加至0.017 μrad;而当像距减小到大概8.5 m以内时,斜率误差随像距变化幅度明显增加,其理论误差RMS值从0.017(8.5 m)增大到0.211 μrad(3.8 m)。

      图  5  理论斜率误差RMS值随像距的变化

      Figure 5.  Variation of RMS value of theoretical slope error with image distance

    • 借助有限元方法分析模拟双驱动式椭圆柱面压弯机构的工作情况,首先进行三维建模及结构简化,简化后的三维模型如图6所示。

      图  6  简化三维模型图

      Figure 6.  The simplified 3D model

      对该模型进行网格划分,如图7所示反射镜划分为六面体单元网格尺寸0.5 mm,夹持部件及驱动杆划分为四面体单元网格尺寸0.5 mm。模型中反射镜材料为晶体硅,驱动杆材料为轴承钢,其余部件材料为不锈钢,材料属性如表2所示。

      图  7  模型网格划分

      Figure 7.  the grids of 3D model

      表 2  压弯部件材料属性

      Table 2.  The materials property of the bending mechanism`s parts

      材料
      Materials
      泊松比
      Poisson ratio
      杨氏模量
      Yong modulus/GPa
      密度
      Density/kg·m−3
      Si0.31692330
      结构钢 Structural steel (OCr18Ni9)0.332067800
      轴承钢 Beering steel (Gcr15)0.32087800

      分析时将驱动杆与夹持部件之间的滑动轴承简化设置为摩擦系数0.01的摩擦接触,夹持部件与机架(固定挡板)设置为摩擦系数0.1的摩擦接触,反射镜两端与夹持部件的接触设置为摩擦系数0.1的摩擦接触,四个挡板设置固定支撑约束,通过给左右两组驱动杆前端分别设置不同的位移来仿真压弯机构的压弯过程,分析计算不同位移下所得反射镜仿真曲面与理想椭圆之间的面形误差。

    • 首先对于物距为p=26.5 m,掠入射角3.5 mrad,像距q=3.8 m的理想椭圆柱面进行仿真压弯,给两边驱动杆设置不对称位移,有限元计算得到镜面变形,将数据用matlab处理,得到仿真镜面与理想椭圆柱面的斜率误差,根据误差曲线不断调整左右驱动杆拉动位移直至面形误差符合要求。当左右驱动杆拉动位移分别为10.28 mm,17.20 mm时,反射镜面变形结果如图8a所示,对镜面中心线的位移变形求导再与理想椭圆的斜率相比较就可以得到仿真压弯曲面与理论椭圆柱面的各点斜率误差如图8b所示,各点斜率误差RMS值为0.242 μrad,对比之前理论计算的得到的原理误差,有限元结果与理论计算结果相吻合。

      图  8  镜面变形及斜率误差

      Figure 8.  Deformation and Slope Error of mirror

      取理论像距如表3所示,按照同样方法仿真分析不同像距时压弯镜面与理想椭圆柱面间的斜率误差。通过不断调整左右驱动杆的位移量,最终得到每种椭圆仿真面形的斜率误差,表3是不同像距下镜面斜率误差RMS值的有限元分析计算结果。可以看到随着椭圆像距的减小,镜面斜率误差的有限元计算结果也在增大。当像距q从21.5 m减小到第4组(即表中8.5 m)时,仿真面形误差RMS值仅增加了0.022 μrad,当像距q从第4组(8.5 m)继续减小到第7组(3.8 m)时,斜率误差从0.035 μrad增加至0.242 μrad,增加了0.207 μrad,与理论计算结果相近。

      表 3  有限元计算结果

      Table 3.  The result of FEA

      理论像距(m)斜率误差RMS左右驱动杆位移(mm)
      21.50.0133.964.27
      16.50.0154.535.18
      11.50.0275.577.32
      8.50.0356.107.93
      6.50.0787.428.96
      4.80.1289.0512.83
      3.80.24210.1017.20
    • 使用上海光源自主研制的纳弧度长程面型仪(NOM)检测反射镜弯曲时的面型,并根据测量数据调整驱动杆位移从而对压弯面形进行优化。

      图9所示,测量时将压弯反射镜放置于测量台上。由于所用聚焦反射镜的有效工作长度是700 mm,所以取镜子中间740 mm作为测量扫描范围,每隔10 mm取一个点共测量75个点。通过一维顺序扫描获得每个采样点的斜率,将之连成斜率曲线,然后将斜率曲线积分得到镜面面形曲线,使用matlab软件将测量得到的镜面各点斜率与理论曲线对应各点相对比,计算斜率残差。

      图  9  压弯机构与NOM测量仪

      Figure 9.  Mechanical bender and NOM slope profiler

    • 由于压弯反射镜水平状态工作,镜子会因此产生重力变形,根据参考文献[18]的分析结论,通过三点重力补偿可以将重力产生的面形误差降至0.07 μrad。测量时首先通过重力补偿机构将镜子调平,用NOM测得其面形补偿后的结果(未压弯时)如图10所示,图10a是镜子与平面相比的各点斜率误差,图10b是镜子与平面的高度误差,可以看到重力补偿后,镜面与平面的斜率误差RMS值为0.397 μrad,这个误差是重力、补偿力及镜子自身的加工误差共同作用的结果,是压弯镜面的初始面形误差。

    • 压弯时需要调整压弯机构左右驱动杆的位移,将镜面压弯至与理想曲面斜率残差值最小的最佳曲面,不断优化压弯镜面直至像距及面形精度满足要求。

      图11是物距26.5 m、掠入射角3.5 mrad、像距21.5 m情况下,压弯镜面优化及测量的结果,其中图11a为镜面子午方向中心线各点实际曲率与理想曲率对比,图中黑色虚线表示各点曲率的测量值,黑色实线表示各点曲率测量值的拟合曲线,红色虚线表示各点理论曲率,图11b为压弯镜面子午方向中心线各点与理想椭圆之间的斜率误差,其RMS值为0.405 μrad,此时左右驱动杆位移为4.13 mm,4.30 mm。然后控制左右驱动杆回0点后再位移至该位置并测量此时的面形误差,重复三次共测得该像距时的3组面形误差RMS值,对其求平均值作为该像距时镜面面形误差测量值,3组误差的均方根值为该点的重复精度。

      保持物距p、掠入射角θ不变,取理论像距与表3一致,按照此上文方法将反射镜压弯至对应曲面并测量镜面与理想曲面之间的斜率误差,表4是不同像距时的面形误差的测量结果和驱动杆位置。

      表 4  实际压弯测试结果

      Table 4.  The result of actual bending experiment

      理论像距(m)斜率误差RMS(urad)重复精度(urad)驱动杆位移(mm)
      21.50.4020.0114.13,4.30
      16.50.4090.0214.65,5.05
      11.50.4150.0135.67,6.30
      8.50.4130.0216.35,7.80
      6.50.4390.0267.70,9.55
      4.80.4780.0239.70,13.10
      3.80.5600.05110.55,17.60

      前四组像距时,测量得到实际面形误差RMS都在0.41 μrad(±20 nrad)以内,误差变化很小,这是因为像距在此范围内时压弯方法的原理误差极小,比镜子的初始误差小两个数量级,也小于NOM的测量精度,所以实际压弯误差基本由镜面的初始误差引起的。而当像距q从第四组(8.5 m)减小到第七组(3.8 m)时,实际误差RMS值从0.413 μrad增加到0.560 μrad增加了0.147 μrad,与理论计算及有限元结果相吻合。

      图12是理论计算、有限元计算及实际测试得到的镜面斜率误差RMS值随像距的变化情况。因为测试是在保持镜子夹持方式不变、放置姿态不变、重力与重力补偿不变的情况下进行的,测试过程中加工误差、机构夹持的误差、重力与补偿力对面形的影响基本不变。图12中3条曲线的变化趋势和幅度是吻合的,表明像距改变时面形误差的变化主要由压弯原理误差的变化所引起的,在压弯过程中压弯机构几乎没有引入额外误差。

      图  12  斜率误差RMS值随像距变化情况

      Figure 12.  Variation of RMS value of slope error with image distance

    • 本文针对等截面反射镜椭圆压弯机构在固定物距的情况下(即反射镜在光路中位置不变),研究实现大范围像距调整(即样品位置发生改变)时面形误差的变化情况。本文深入分析了像距变化时影响面形精度的原理因素,并通过有限元仿真分析以及使用压弯机构样机进行实际压弯测试对理论分析结果进行验证,实验结果与计算分析均表明保持物距、掠入射角不变,压弯镜面与理想椭圆之间的斜率误差会随着像距的减小而增大,并且像距越小镜面斜率误差的增加幅度也就越大。实验测得在反射镜面初始斜率误差为0.397 μrad的情况下,全部像距范围(21.5−3.8 m)内压弯镜面的实际斜率误差RMS值在0.402 μrad—0.560 μrad之间,重复精度为0.051 μrad,均满足上海光源光束线的设计要求。实验结果与计算分析均证明了使用等截面反射镜压弯机构进行椭圆柱面压弯,可以实现聚焦镜工作像距在大范围内的连续调节。

参考文献 (18)

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