压弯镜系统重力补偿方法的研究

• 作 者: 孙福权
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 同步辐射光 自重平衡多点调节方法 压弯镜 面形精度 有限元分析模型

同步辐射光具有辐射功率高、光谱广阔连续、准直性高、亮度高、偏振性好等特点，广泛应用于许多学科的前沿研究。　　
作为同步辐射光束线的核心部件，准直镜和聚焦镜的作用主要是完成光束偏转、准直、聚焦及光子能量截止，其面形精度直接影响系统成像质量和分辨率。由于光源发出的X射线反射需要非常小的掠入射角，镜面在光束方向的长度达到甚至超过1m，面形直接加工困难，因此普遍采用机械弯曲方法来获得所需形状的压弯镜。　　
对于垂直偏置的大尺寸压弯镜，由于受到自重影响，镜子的理想面形遭到破坏，产生面形误差。本文结合上海光源XAFS线站准直镜压弯系统，根据梁的变形理论，推导论证了水平偏置压弯镜可以忽略自重对其面形的影响。在分析垂直偏置压弯镜自重引起的面形误差的基础上，提出了自重平衡多点调节方法，并对自重平衡三点、四点调节方法进行了具体地研究，通过MATLAB编程进行优化计算，找出了最佳平衡力的作用点和大小，与自重平衡两点调节方法的结果相比较，压弯镜的面形误差和所受载荷都有了明显地降低；考虑到压弯机构本身及镜面局部变形和摩擦等对压弯镜的影响，采用有限元方法，结合接触非线性分析，在ANSYS中构建了从驱动机构、夹持机构、压弯力矩作用机构到压弯光学元件的整体有限元分析模型，系统地模拟了两点、四点调节重力补偿机构的自重平衡效果，结果与理论计算相符合，进一步验证了理论计算的正确性。　　
本文使用MATLAB编译的压弯镜自重平衡多点调节方法的计算程序和压弯机构的有限元模拟分析结果已作为后期光束线工程设计的相关理论参考，在高精度压弯机构的设计和压弯镜面形检测设备的研制中得到使用。