[发明专利]一种反射镜零重力面形测试方法

说明书

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种反射镜面形的测试方法，可用于空间望远镜反射镜的加工、检测过程中反射镜零重力面形的获取。

背景技术

空间望远镜需要在地面重力环境下加工、检测，而在轨工作环境为微重力环境。如何在重力环境下，准确检测反射镜的无重力面形是空间反射镜测试的难题。

针对反射镜无重力测试的问题，国内学者提出卸载的方法，通过特殊支撑结构对其重力进行卸裁，严格控制支撑力引入的反射镜变形，满足反射镜高精度面形检测的要求，具体可参考2011年06期《应用光学》的《大口径空间反射镜高精度面形检测的支撑技术研究》一文，或者2003年《中国空间科学学会空间探测专业委员会第十六次学术会议论文集》中的《轻型高分辨率相机卸载技术研究》一文。通过其测试方法可以看出，这些方法的不足之处在于测试精度受制于卸载结构，而卸载结构的设计依赖于力学计算，力学计算残余误差大，因此导致零重力面形测试的精度较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于支撑变形测试及分离的反射镜零重力面形测试方法，可以显著提高反射镜零重力面形测试的精度。

本发明的技术解决方案是：一种反射镜零重力面形测试方法，步骤如下：

（A）利用反射镜支撑装置（3）将反射镜（2）支撑起来，然后测量此时反射镜（2）在重力方向的面形数据；

（B）保持反射镜支撑装置（3）不动，将反射镜（2）旋转一个角度，改变反射镜（2）边缘与反射镜支撑装置（3）的接触位置，再次测量反射镜（2）在重力方向的面形数据；

（C）重复步骤（B），直至反射镜（2）旋转过一周，由此得到反射镜（2）在重力方向的面形数据序列P_i,i=1,2,3......,n，其中n表示反射镜（2）在旋转一周的过程中所处的不同测量位置的总数；

（D）通过公式计算得到由于反射镜支撑装置（3）的支撑所引起的支撑变形G；

（E）通过公式M_i=P_i-G计算获得反射镜（2）在n个不同测试位置时所对应的零重力面形M_i；

（F）选取一个测量位置对应的方向作为基准方向，依次旋转其余n-1个测试位置下测量得到的零重力面形，由此得到统一在基准方向下的零重力面形序列M′_i，求取M′_i的均值得到反射镜（2）的最终零重力面形

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明方法利用旋转镜面测试时支撑变形不变的特点（测试面形微分与零重力面形微分相同，支撑变形为常数项），通过微分积分原理推导得出支撑变形的求解公式，利用常规的数据处理方法即可获取准确的零重力变形；

（2）常规方法零重力面形测试高度依赖仿真计算，当仿真计算与实测结果差别较大时难以给出准确的零重力面形；同时计算及测试过程较为复杂，最终测试精度较低。本发明方法测试原理及数据处理过程简单，不包含仿真分析及计算误差，测试精度较高；数据处理方面多次测量可以互相检验避免粗大误差，通过数据平均处理可以进一步减小测试误差；

（3）常规方法零重力面形测试仿真计算存在主观因素，采用不同的计算方法结果存在明显差异，同时支撑卸载机构往往采用调节机构的形式，调整结果对测试结果影响很大；本发明方法采用客观的测试设备、流程及数据处理方法，没有主观以及调整因素，并且多次测量可以相互印证，符合空间应用对可靠性的要求；

（4）常规方法支撑变形作为误差存在，与零重力面形混叠导致精度较低；本发明方法通过客观的测试得到支撑变形并从测试结果中剔除，从而能够实现高精度测量；

（5）常规方法对支撑结构设计及加工精度要求很高，研制成本很高；本发明方法对支撑变形要求较低，支撑卸载机构设计简单，研制成本低。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为本发明方法的测试原理图。

具体实施方式

本发明方法的流程如图1所示，测试原理如图2所示。本发明保持反射镜支撑状态一致，进行不同重力方向的面形测试，获得重力支撑变形与零重力面形叠加的面形规律变化，通过数据处理分解得到支撑变形，进而得出反射镜零重力面形。具体的方法流程如下：