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EP1062670B1 - Procede d'assemblage d'un ensemble optique comprenant des coquilles coaxiales, notamment pour telescope a rayons x - Google Patents

Procede d'assemblage d'un ensemble optique comprenant des coquilles coaxiales, notamment pour telescope a rayons x Download PDF

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Publication number
EP1062670B1
EP1062670B1 EP99958321A EP99958321A EP1062670B1 EP 1062670 B1 EP1062670 B1 EP 1062670B1 EP 99958321 A EP99958321 A EP 99958321A EP 99958321 A EP99958321 A EP 99958321A EP 1062670 B1 EP1062670 B1 EP 1062670B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shell
support
putting
place
optical assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99958321A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1062670A1 (fr
Inventor
Robert Laine
Daniel Pelletier De Chambure
Claude Jamar
Jean-Paul Collette
Yvan Stockman
Jean-Philippe Tock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Liege
Agence Spatiale Europeenne
Original Assignee
Universite de Liege
Agence Spatiale Europeenne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite de Liege, Agence Spatiale Europeenne filed Critical Universite de Liege
Publication of EP1062670A1 publication Critical patent/EP1062670A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1062670B1 publication Critical patent/EP1062670B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49764—Method of mechanical manufacture with testing or indicating
    • Y10T29/49771—Quantitative measuring or gauging

Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling a optical assembly having first and second longitudinal ends and comprising N coaxial shells, forming as many elementary mirrors, and of which each extends between said first and second ends and present at said first end a first diameter and at said second end a second diameter greater than the first, the shells can be complete cylinders or cylinder segments.
  • Such an optical assembly is in particular known as a mirror WOLTER I type telescope for which each elementary mirror is a mirror for X-rays in grazing incidence and is in the form of a surface of revolution having a parabolic region of revolution (on the side of the second end of larger diameter) and a hyperbolic region of revolution (on the side of the first end of smaller diameter).
  • each shell starting with the one that is the most central, is measured, then positioned by its second end and fixed on a support, integration taking place from the center outwards.
  • optical performances of the individual shells must be optimal before integration, which requires manufacturing according to the highest quality standards.
  • the subject of the present invention is an integration method which allows measurements to be made and possibly corrections to each once a new shell is integrated.
  • the shells being integrated from the outermost one towards the one that is furthest inside, the shells being held on the support at less by their smaller diameter side, their inner surface, which is the surface active reflective, remains accessible until the next shell is brought, and it is therefore possible to carry out any corrective operation on the shell or which could be considered useful.
  • Said method can preferably be characterized in that said topography measurement implements a differential measurement by scanning the internal surface of said shell and of a reference cylinder disposed on the support to a reference position, said differential measurement being carried out without contact at using sensors which are carried by a measuring table whose displacements are marked with respect to said reference cylinder.
  • At least one shell may have, at least one extension to at minus one of its longitudinal ends.
  • the method can be characterized in that at least one shell is consisting of several elements extending between the first and second ends and each of which occupies part of the periphery of said shell and in that these elements have at least one extension arranged at at least one of their longitudinal ends and at least one of their lateral edges.
  • Such extensions constitute fasteners mechanical.
  • At least one said extension arranged at a longitudinal end can constitute a baffle for attenuating stray light.
  • the current trend in space astronomy is to develop optical systems having a large collecting surface with a lower resolution to one second of arc. This generally involves the manufacture of a large number of high quality mirrors, which operate in a plane stabilized environment thermal, with gradients below 0.2 ° C and at temperatures that can reach -80 ° C.
  • One of the problems with these mirrors is their manufacturing cost.
  • the present invention provides a mirror integration method which is particularly, but not exclusively, suitable for an optical system 1 using mirrors of the WOLTER I type, operating in the energy band of between 0.003 keV and 100 keV (c ' i.e. wavelengths between 400 nm and 0.01 nm).
  • Individual mirrors of revolution or shells (M 1 ... M N ), each of which comprises an entry region 2 of parabolic section having an entry end 4 and an exit region 3 of hyperbolic section having an exit end 5, are assembled to form a module 10 of concentric mirrors of the same focus and each of which is capable of receiving X-rays in grazing incidence in the direction of the arrow F.
  • Each individual mirror (M 1 ... M N ) is a thin mirror, such a mirror being defined as having a ratio between its thickness and its mean radius of curvature, which is less than 1/50.
  • the present invention provides a method for improving the integration and possibly the final correction of elementary mirrors to form a module.
  • the mirrors are integrated on a support 20 in N successive stages, starting with the larger mirror M 1 (see FIG. 2a), that is to say the one which is located the outermost of module 10, and placing it by its first end, or downstream end 5, of smaller diameter, and proceeding step by step (M 1 , M 2 , M 3 , ...) to the Neme mirror which is placed on its downstream end 5 (see Figures 2b and 2c).
  • each shell 1 which has just been integrated on the support 20
  • the internal reflecting surface 6 of each shell 1 which has just been integrated on the support 20 is accessible for carrying out measures of the shell which has just been integrated, using a device (34, 35) which will described below (in conjunction with Figure 3) and make any corrections.
  • Correction on elementary mirrors can be carried out by ionic polishing of each mirror after its integration. This compensates manufacturing defects in mirrors and / or integration-induced faults (restricted glue, mechanical loads, etc.). Ion polishing has the advantage of do not degrade the micro-roughness of the polished surfaces, provided however keep the removal rate and the quantity of material to be removed within limits reasonable. It is also a contactless and non-contact correction method edge.
  • a solution to reduce the deformations generated inside the elementary mirrors is to fix them through a non-active interface region optically, which alleviates the constraints.
  • FIG. 4 shows an elementary mirror of type WOLTER I which is made up of elements 40 constituting cylinder segments occupying a fraction of the perimeter and each of which has a region 42 of section parabolic and a region 43 of hyperbolic section. Edge 44 of region 42 is extends by a lug 46 for attachment to a part which comes to cap all of the mirrors, while the edge 45 of the region 43 is extended by a tab 47 for its attachment to the support 20. Laterally and at least on one side, the regions 42 and 43 are extended by fixing lugs 48 and 49 respectively. These lugs mechanical fasteners constitute ends which are in one piece with the elementary mirrors.
  • Figure 5 represents an elementary mirror of type WOLTER I forming a complete cylinder and having upstream 56 and downstream 57 fixing lugs, connected by upstream 54 and downstream 55 edges to a parabolic section region 52 and to a region of hyperbolic section 53.
  • the legs 46 to 49, 56 and 57 can allow control of the temperature as close as possible to the optics.
  • the legs 46, 47, 56 and 57 can also make it possible to limit the amount of stray light entering the module.
  • baffles or screens co-aligned with mirrors, and their manufacture as well as their co-alignment with mirrors are delicate, expensive and time-consuming.
  • a such an optical baffle can be made in one piece with an elementary mirror, for example example by electroforming. It is then possible after integration to treat the cabinet optical, located on the upstream end side 4, the mirror being placed on the downstream end 5. This machining treatment to give a controlled roughness to the internal surface of baffle can be carried out by ionic machining, during the ionic machining operation of the reflective surface of the mirror.
  • a coating After integration of an elementary mirror, it is possible to coat it a coating, known per se, to give it reflectivity characteristics high over a wide bandwidth.
  • a coating implements the application one or more layers, for example metallic.
  • the support for the mirrors 20 (cf. FIG. 3) has a device 39 for compensating for the deformation induced by the weight of the elementary mirrors which are successively integrated.
  • the support 20 carries a reference cylinder 33 which faces the optical surface 37 'of the mirror 37 which has just been integrated and whose axis 33' is preferably parallel to the optical axis X common to the elementary mirrors (M 1 ... M N ).
  • the mirrors are held at points distributed so possibly even on their edges and they are moved down parallel to the X axis using cylinder 33 as a reference in the horizontal Y axes and Z so as to ensure that the mirror being integrated is deposited by following the required path that allows it to be placed without touching the mirrors previously integrated.
  • the topography of its surface active 37 ' is measured by scanning using non-contact gauges and the reference 33.
  • the measurement of the topography can also be carried out by a test optical.
  • the optimal position of the mirror 37 is calculated and the handling tools reposition it if necessary.
  • the mirror 37 is then fixed in position by gluing or by fixing mechanical for example by screw.
  • the handling tool is then decoupled from the mirror 37.
  • the weight of the mirror 37 is transferred to the support 20, hence a deformation of it.
  • This deformation is measured and the deformation device 39 produces compensating forces to return the support 20 to its initial state.
  • mirror 37 may have generated small angle errors and small local deformations of the mirror, of the order of a few microns, near its anchor points.
  • the system of measure 30 is then moved away, and a machining head is put in place. It includes a positioning device in X, Y and Z to position the machining head relative to to the reference cylinder 33. As a variant, the machining head can be mounted on the scanning measuring device, which allows this machining to be carried out immediately after the topography measurement step.
  • the coating head can be installed on the machining head, in which case, the assembly can be a robot which is capable of carrying out all of the operations (topography measurement, machining, coating) without breaking the vacuum, resulting in cleanliness optimal, which adds to a significant time saving.
  • the support 20 can be tilted by a tilting device 38, for systems, in particular with open surface mirrors, for which two successive mirrors may have different angles between their optical axis and the vertical.
  • the scanning device 30 can be as shown in FIG. Figure 3. It comprises a main table 31 equipped with a sensor 32 for centering the contactless type to identify the position of the table 31 in relation to the cylinder reference 33 placed on the support 20.
  • the table 31 is movable in rotation about an axis parallel to the axis 33 ′ of the reference cylinder 33, which produces a displacement in azimuth of the measuring head.
  • the azimuth angle is measured by an angle sensor.
  • the main table 31 carries at least one arm 34 movable in translation along the longitudinal axis of the table 31.
  • the arm 34 carries a measurement table 35 which is mounted on a bench equipped with two motors and which is movable on the one hand vertically along the longitudinal axis of arm 34, and on the other hand horizontally.
  • the measurement table 35 carries three sensors referenced A, B and C.
  • the sensor A is a short-range sensor, for example of the laser type, of the type magnetic or even of the capacitive type and which faces the optical surface 37 'of the individual mirror 37 being integrated.
  • the displacements of the table 35 are controlled so that the distance d between the sensor A and the surface 37 'remains constant, and therefore that the distance between the table measures 35 and the surface 37 'remains constant.
  • the sensor B for example of the laser type, is used to determine the distance D between the table 35 and the reference cylinder 33.
  • the distance between the optical surface 37 'of the mirror and the axis 33' is therefore equal to the distance d, the greater the distance D 0 (constant) between sensors A and B, the greater the distance D, the smaller the radius r of the reference cylinder 33.
  • Sensor C for example of the laser type, is used to measure the distance vertical between the measurement table 35 and the support 20.
  • the azimuth angle, and the values supplied by sensors B and C are read at regular intervals, which allows find the coordinates (x, y, z) of the corresponding point on the surface 37 'of the mirror 37.
  • the table 35 can carry an arm comprising the machining head, the head coating and sensors B 'and C' similar to sensors B and C.
  • Sensor A is in this case superfluous since at that time the topography of the surface of the mirror is known and that the positioning of the arm only requires the angle values azimuth (provided by table 35) and the data measured by the sensors B 'and C'.
  • the method according to the invention can also be applied in part for non-optical surfaces.

Landscapes

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Description

La présente invention a pour objet un procédé d'assemblage d'un ensemble optique ayant une première et une deuxième extrémités longitudinales et comportant N coquilles coaxiales, formant autant de miroirs élémentaires, et dont chacune s'étend entre lesdites première et deuxième extrémités et présente à ladite première extrémité un premier diamètre et à ladite deuxième extrémité un deuxième diamètre supérieur au premier, les coquilles pouvant être des cylindres complets ou des segments de cylindre.
Un tel ensemble optique est en particulier connu en tant que miroir de télescope de type WOLTER I pour lequel chaque miroir élémentaire est un miroir pour rayons X en incidence rasante et se présente sous forme d'une surface de révolution ayant une région parabolique de révolution (du côté de la deuxième extrémité de plus grand diamètre) et une région hyperbolique de révolution (du côté de la première extrémité de plus petit diamètre).
Un tel ensemble et son procédé d'intégration est décrit dans l'Article de D. de Chambure et Collaborateurs intitulé "Producing the X-Ray Mirrors for ESA's XMM Spacecraft" et paru dans le Bulletin de l'ESA n° 89 de Février 1997, pages 68 à 79.
Lors de l'intégration, chaque coquille, en commençant par celle qui est la plus au centre, est mesurée, puis positionnée par sa deuxième extrémité et fixée sur un support, l'intégration s'effectuant du centre vers l'extérieur.
Les performances optiques des coquilles individuelles doivent être optimales avant intégration, ce qui nécessite une fabrication suivant les plus hauts standards de qualité.
Après l'intégration, il est possible de contrôler les performances optiques de chaque coquille formant miroir, mais il n'est pas possible d'apporter des corrections individuelles pour chaque coquille. Or, l'opération d'intégration entraíne une déformation des miroirs individuels, ne serait-ce qu'en raison de la pesanteur.
La présente invention a pour objet un procédé d'intégration qui permet d'effectuer des mesures et éventuellement d'apporter des corrections à chaque fois qu'une nouvelle coquille est intégrée.
L'invention concerne ainsi un procédé d'assemblage d'un ensemble optique ayant une première et une deuxième extrémités longitudinales comprenant N coquilles coaxiales formant des miroirs élémentaires et dont chacune s'étend entre lesdites première et deuxième extrémités et présente à ladite première extrémité un premier diamètre et à ladite deuxième extrémité opposée un deuxième diamètre supérieur au premier, caractérisé en ce qu'il comporte :
  • 1/ la mise en place, sur un support, par sa première extrémité, de la première coquille située le plus à l'extérieur de l'ensemble optique
  • 2/ la mise en place sur le support, par sa première extrémité, à l'intérieur de la première coquille, de la deuxième coquille qui lui est immédiatement adjacente dans l'ensemble optique.
    •    ...
       N/ la mise en place sur le support, par sa première extrémité, de la Nème coquille qui est située le plus à l'intérieur de l'ensemble optique.
    Les coquilles étant intégrées depuis celle qui est le plus à l'extérieur vers celle qui est le plus à l'intérieur, les coquilles étant maintenues sur le support au moins par leur côté de plus faible diamètre, leur surface interne, qui est la surface réfléchissante active, reste accessible tant que la coquille suivante n'est pas apportée, et il est donc possible de procéder sur la coquille à toute opération correctrice ou complémentaire qui pourrait être jugée utile.
    En particulier, le procédé peut être caractérisé en ce qu'au moins une dite mise en place comporte :
  • a) le positionnement de ladite coquille sur le support
  • b) une mesure de topographie de la surface interne de ladite coquille positionnée sur le support
  • c) le cas échéant, un repositionnement de ladite coquille sur le support en fonction du résultat de ladite mesure de topographie, et
  • c') la fixation de sa position sur le support.
    • Selon une variante préférée, il est caractérisé en ce qu'au moins une dite mise en place comporte, après ladite fixation de sa position sur le support :
  • d) une mesure de la topographie de la surface interne de ladite coquille fixée sur le support
  • e) le cas échéant, un usinage ionique de la surface interne de ladite coquille pour corriger les défauts initiaux des coquilles et/ou ceux générés par l'intégration. Il est particulièrement avantageux qu'après e), le procédé comporte :
  • f) l'application d'un revêtement réfléchissant sur la face interne de ladite coquille et éventuellement, après f):
  • g) une vérification optique de ladite coquille.
    • Ledit procédé peut être de préférence caractérisé en ce que ladite mesure de topographie met en oeuvre une mesure différentielle par balayage de la surface interne de ladite coquille et d'un cylindre de référence disposé sur le support à une position de référence, ladite mesure différentielle étant réalisée sans contact à l'aide de capteurs qui sont portés par une table de mesure dont les déplacements sont repérés par rapport audit cylindre de référence.
    Au moins une coquille peut présenter, au moins une extension à au moins une de ses extrémités longitudinales.
    Le procédé peut être caractérisé en ce qu'au moins une coquille est constituée de plusieurs éléments s'étendant entre la première et la deuxième extrémités et dont chacun occupe une partie du pourtour de ladite coquille et en ce que ces éléments présentent au moins une extension disposée à au moins une de leurs extrémités longitudinales et à au moins un de leurs bords latéraux.
    De telles extensions constituent des éléments de fixation mécaniques. Au moins une dite extension disposée à une extrémité longitudinale peut constituer un baffle d'atténuation de lumière parasite.
    D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en liaison avec les dessins dans lesquels :
    • la Figure 1 représente un module pour télescope XMM;
    • les Figures 2a à 2c illustrent le procédé d'intégration selon l'invention ;
    • la Figure 3 représente un dispositif de mesure adapté au procédé selon l'invention ;
    • la Figure 4 représente un mode de réalisation d'une partie d'un miroir élémentaire ;
    • la Figure 5 représente un mode de réalisation d'un miroir élémentaire.
    La tendance actuelle en astronomie spatiale est de développer des systèmes optiques ayant une grande surface collectrice avec une résolution inférieure à une seconde d'arc. Ceci implique en général la fabrication d'un grand nombre de miroirs de haute qualité, qui fonctionnent dans un environnement stabilisé sur le plan thermique, avec des gradients inférieurs à 0,2°C et à des températures qui peuvent atteindre -80°C. Un des problèmes que posent ces miroirs est leur coût de fabrication.
    La présente invention propose un procédé d'intégration de miroirs qui convient particulièrement, mais non exclusivement, à une optique 1 mettant en oeuvre des miroirs de type WOLTER I, fonctionnant dans la bande d'énergie comprise entre 0,003 keV et 100 keV (c'est-à-dire des longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 0,01 nm). Des miroirs individuels de révolution ou coquilles (M1 ... MN), dont chacun comporte une région d'entrée 2 de section parabolique présentant une extrémité d'entrée 4 et une région de sortie 3 de section hyperbolique présentant une extrémité de sortie 5, sont assemblés pour former un module 10 de miroirs concentriques de même foyer et dont chacun est susceptible de recevoir des rayons X en incidence rasante dans le sens de la flèche F. Chaque miroir individuel (M1 ... MN) est un miroir mince, un tel miroir étant défini comme ayant un rapport entre son épaisseur et son rayon de courbure moyen, qui est inférieur à 1/50.
    En aval du module 10, est disposé un réseau dispersif 11 et deux capteurs à couplage de charge CCD 12 et 14 pour recueillir les rayons X respectivement non dispersés et dispersés.
    Une technique de fabrication et d'intégration de tels miroirs est décrite dans l'Article précité de D. de Chambure.
    Les problèmes que posent l'intégration de tels miroirs sont les suivants :
    • il est difficile de réaliser in situ des mesures sur les optiques mises en place,
    • des déformations de l'optique sont générées lors de l'intégration des miroirs, alors que ceux-ci doivent être fabriqués aux spécifications finales, qui sont très sévères, d'où un coût élévé,
    • des déformations différentielles dues aux coefficients thermiques différents se produisent entre les miroirs et le support lors des différentes étapes : fabrication, intégration, test et utilisation,
    • il est difficile de bien aligner des miroirs individuels et de faire coïncider leurs foyers.
    La présente invention propose un procédé qui permet d'améliorer l'intégration et éventuellement la correction finale de miroirs élémentaires pour former un module.
    Selon ce procédé, les miroirs sont intégrés sur un support 20 en N étapes successives en commençant par le miroir de plus grandes dimensions M1 (voir Figure 2a), c'est-à-dire celui qui est situé le plus à l'extérieur du module 10, et en le posant par sa première extrémité, ou extrémité aval 5, de plus petit diamètre, et en procédant de proche en proche (M1, M2, M3, ...) jusqu'au Nème miroir qui est posé sur son extrémité aval 5 (voir Figures 2b et 2c).
    De la sorte, la surface interne réfléchissante 6 de chaque coquille 1 qui vient d'être intégrée sur le support 20, est accessible en vue d'effectuer des mesures de la coquille qui vient d'être intégrée, à l'aide d'un dispositif (34, 35) qui sera décrit plus loin (en liaison avec la Figure 3) et d'apporter d'éventuelles corrections.
    Il est possible d'appliquer une déformation au support 20 pour compenser la charge supplémentaire due au poids des miroirs élémentaires au fur et à mesure de leur intégration, ou bien encore en faisant tourner le support 20 de manière à tenir compte d'une différence éventuelle entre l'axe optique d'un miroir à intégrer et l'axe vertical.
    La correction sur les miroirs élémentaires peut être réalisée par polissage ionique de chaque miroir après son intégration. Ceci permet de compenser les défauts de fabrication des miroirs et/ou les défauts induits par l'intégration (rétreint de la colle, charges mécaniques, etc....). Le polissage ionique présente l'avantage de ne pas dégrader la micro-rugosité des surfaces polies, à condition toutefois de maintenir le taux d'enlèvement et la quantité de matière à enlever dans des limites raisonnables. C'est également une méthode de correction sans contact et sans effet de bord.
    Une solution pour réduire les déformations générées à l'intérieur des miroirs élémentaires est de les fixer grâce à une région d'interface non active optiquement, qui permet d'atténuer les contraintes.
    Par exemple, on a représenté à la Figure 4 un miroir élémentaire de type WOLTER I qui est formé d'éléments 40 constituant des segments de cylindre occupant une fraction du pourtour et dont chacun présente une région 42 de section parabolique et une région 43 de section hyperbolique. Le bord 44 de la région 42 se prolonge par une patte 46 en vue de sa fixation sur une pièce qui vient coiffer l'ensemble des miroirs, alors que le bord 45 de la région 43 se prolonge par une patte 47 pour sa fixation sur le support 20. Latéralement et au moins d'un côté, les régions 42 et 43 se prolongent par des pattes de fixation respectivement 48 et 49. Ces pattes de fixation mécaniques constituent des extrémités qui sont d'une seule pièce avec les miroirs élémentaires.
    La Figure 5 représente un miroir élémentaire de type WOLTER I formant un cylindre complet et présentant des pattes de fixation amont 56 et aval 57, raccordées par des bords amont 54 et aval 55 à une région de section parabolique 52 et à une région de section hyperbolique 53.
    Les pattes 46 à 49, 56 et 57 peuvent permettre une commande de la température au plus près de l'optique.
    Les pattes 46, 47, 56 et 57 peuvent permettre également de limiter la quantité de lumière parasite qui pénètre le module.
    La présence de lumière parasite est inhérente aux télescopes à angle d'incidence rasante. Il est connu pour atténuer cette lumière parasite de disposer des baffles ou écrans co-alignés avec les miroirs, et leur fabrication ainsi que leur co-alignement avec les miroirs sont délicats, coûteux et prennent beaucoup de temps. Un tel baffle optique peut être réalisé d'une seule pièce avec un miroir élémentaire, par exemple par électroformage. Il est alors possible après intégration de traiter le baffle optique, situé du côté de l'extrémité amont 4, le miroir étant posé sur l'extrémité aval 5. Ce traitement d'usinage pour conférer une rugosité contrôlée à la surface interne de baffle peut s'effectuer par usinage ionique, lors de l'opération d'usinage ionique de la surface réfléchissante du miroir.
    Après intégration d'un miroir élémentaire, il est possible de le revêtir d'un revêtement, connu en soi, pour lui conférer des caractéristiques de réflectivité élevée sur une large bande passante. Un tel revêtement met en oeuvre l'application d'une ou plusieurs couches, par exemple métalliques.
    Le support des miroirs 20 (cf. Figure 3) présente un dispositif 39 de compensation de la déformation induite par le poids des miroirs élémentaires qui sont successivement intégrés. Le support 20 porte un cylindre de référence 33 qui fait face à la surface optique 37' du miroir 37 qui vient d'être intégré et dont l'axe 33' est de préférence parallèle à l'axe optique X commun aux miroirs élémentaires (M1 ... MN).
    Les miroirs sont maintenus en des points répartis de manière éventuellement égale sur leurs bords et ils sont déplacés vers le bas parallèlement à l'axe X en utilisant le cylindre 33 comme une référence dans les axes horizontaux Y et Z de manière à assurer que le miroir en cours d'intégration soit déposé en suivant la trajectoire requise qui permet de le poser sans qu'il ne touche les miroirs précédemment intégrés. On peut utiliser l'outil de manutention des miroirs décrit dans l'Article de D. de Chambure et Collaborateurs intitulé "The Status of the X-ray Mirror Production for the XMM Spacecraft" paru dans SPIE Proceedings n° 2808, page 362-375 (1996).
    Une fois que le miroir est en place, la topographie de sa surface active 37' est mesurée par balayage à l'aide de jauges sans contact et du cylindre de référence 33. La mesure de la topographie peut être également réalisée par un test optique.
    Suite à un balayage, la position optimale du miroir 37 est calculée et les outils de manutention le repositionnent si nécessaire.
    Le miroir 37 est ensuite fixé en position par collage ou par fixation mécanique par exemple par vis. L'outil de manutention est alors découplé du miroir 37. A ce moment, le poids du miroir 37 est transféré au support 20, d'où une déformation de celui-ci. Cette déformation est mesurée et le dispositif de déformation 39 produit des forces de compensation pour ramener le support 20 à son état initial.
    Il se peut cependant que l'intégration du miroir 37 ait généré des petites erreurs d'angle et des petites déformations locales du miroir, de l'ordre de quelques microns, au voisinage de ses points d'ancrage.
    Ces erreurs peuvent être compensées en mesurant de nouveau par balayage la topographie de miroir 37. La différence entre la topographie mesurée et la topographie souhaitée permet de déterminer la quantité de matière à enlever par usinage ionique, et donc d'ajuster les paramètres d'usinage ionique. Le système de mesure 30 est alors éloigné, et une tête d'usinage est mise en place. Elle comporte un dispositif de positionnement en X, Y et Z pour positionner la tête d'usinage par rapport au cylindre de référence 33. En variante, la tête d'usinage peut être montée sur le dispositif de mesure par balayage, ce qui permet de réaliser cet usinage immédiatement après l'étape de mesure de topographie.
    Il est également possible de réaliser un revêtement ultérieur, comme mentionné plus haut, à l'aide d'une ou plusieurs couches, notamment métalliques ou organiques. La tête de revêtement peut être installée sur la tête d'usinage, auquel cas, l'ensemble peut être un robot qui est susceptible de réaliser l'ensemble des opérations (mesure de topographie, usinage, revêtement) sans casser le vide, d'où une propreté optimale, qui s'ajoute à un gain de temps important.
    Il est également possible de tester à tout moment un miroir ou l'ensemble des miroirs, sur le plan optique, suivant un axe vertical minimisant la déformation due à la gravité et à différentes longueurs d'ondes suivant la procédure exposée dans l'Article de J.P. COLLETTE et Collaborateurs "Performance of XMM Optics and Vertical Test Facility", SPIE Proceedings, Denver, 1996.
    Une fois un miroir intégré, il est possible d'intégrer le miroir suivant en répétant l'ensemble de la séquence.
    Le support 20 peut être incliné par un dispositif d'inclinaison 38, pour le cas des systèmes, notamment à miroirs à surface ouverte, pour lesquels deux miroirs successifs peuvent présenter des angles différents entre leur axe optique et la verticale.
    Le dispositif de balayage 30 peut être tel que représenté à la Figure 3. Il comporte une table principale 31 équipée d'un capteur 32 de centrage du type sans contact pour repérer la position de la table 31 par rapport au cylindre de référence 33 posé sur le support 20. La table 31 est mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe 33' du cylindre de référence 33, ce qui produit un déplacement en azimuth de la tête de mesure. L'angle d'azimuth est mesuré par un capteur angulaire. La table principale 31 porte au moins un bras 34 déplaçable en translation le long de l'axe longitudinal de la table 31. Le bras 34 porte une table de mesure 35 qui est montée sur un banc équipé de deux moteurs et qui est déplaçable d'une part verticalement le long de l'axe longitudinal de bras 34, et d'autre part horizontalement.
    La table de mesure 35 porte trois capteurs référencés A, B et C. Le capteur A est un capteur à faible portée, par exemple du type laser, du type magnétique ou bien encore du type capacitif et qui fait face à la surface optique 37' du miroir individuel 37 en cours d'intégration. Au cours de balayage de la surface optique 37', les déplacements de la table 35 sont asservis de sorte que la distance d entre le capteur A et la surface 37' reste constante, et donc que la distance entre la table de mesure 35 et la surface 37' reste constante.
    Le capteur B, par exemple du type à laser, sert à déterminer la distance D entre la table 35 et le cylindre de référence 33. La distance entre la surface optique 37' du miroir et l'axe 33' est donc égale à la distance d, plus la distance D0 (constante) entre les capteurs A et B, plus la distance D, plus le rayon r du cylindre de référence 33.
    Le capteur C, par exemple du type à laser, sert à mesurer la distance verticale entre la table de mesure 35 et le support 20. L'angle d'azimuth, et les valeurs fournies par les capteurs B et C sont lus à intervalles réguliers, ce qui permet de retrouver les coordonnées (x, y, z) du point correspondant de la surface 37' du miroir 37.
    Comme indiqué précédemment, plusieurs bras peuvent être portés par la table 35 de manière à ce que l'ensemble constitue un robot de mesure, d'usinage et de revêtement.
    La table 35 pourra porter un bras comportant la tête d'usinage, la tête de revêtement et des capteurs B' et C' analogues aux capteurs B et C. Le capteur A est dans ce cas superflu étant donné qu'à ce moment la topographie de la surface du miroir est connue et que le positionnement du bras ne nécessite que les valeurs d'angle d'azimuth (fournis par la table 35) et les données mesurées par les capteurs B' et C'.
    Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer en partie pour des surfaces non optiques.

    Claims (9)

    1. Procédé d'assemblage d'un ensemble optique ayant une première et une deuxième extrémités longitudinales comprenant N coquilles coaxiales formant des miroirs élémentaires et dont chacune s'étend entre lesdites première et deuxième extrémités et présente à ladite première extrémité un premier diamètre et à ladite deuxième extrémité opposée un deuxième diamètre supérieur au premier, caractérisé en ce qu'il comporte :
      1/ la mise en place, sur un support (20), par sa première extrémité (5), de la première coquille (M1) située le plus à l'extérieur de l'ensemble optique (10),
      2/ la mise en place sur le support (20), par sa première extrémité (5), à l'intérieur de la première coquille, de la deuxième coquille (M2) qui lui est immédiatement adjacente dans l'ensemble optique (10).
         ...
         N/ la mise en place sur le support (20), par sa première extrémité (5), de la Nème coquille (MN) qui est située le plus à l'intérieur de l'ensemble optique (10).
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une dite mise en place comporte:
      a) le positionnement d'une dite coquille (37) sur le support (20)
      b) une mesure de topographie de la surface interne (6, 37') de ladite coquille (37) positionnée sur le support (20)
      c) le cas échéant, un repositionnement de ladite coquille (37) sur le support (20) en fonction du résultat de ladite mesure de topographie, et
      c') la fixation de la position de ladite coquille (37) sur le support (20).
    3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une dite mise en place comporte, après ladite fixation sur le support (20) :
      d) une mesure de la topographie de la surface interne (37') de ladite coquille (37) fixée sur le support (20)
      e) le cas échéant, un usinage ionique de la surface interne (37') de ladite coquille (37).
    4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte après e) :
      f) l'application d'un revêtement réfléchissant sur la face interne (37') de ladite coquille (37).
    5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte après f):
      g) une vérification optique de ladite coquille.
    6. Procédé selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite mesure de topographie met en oeuvre une mesure différentielle par balayage de la surface interne (37') de ladite coquille (37) et d'un cylindre (33) de référence disposé sur le support (20) à une position de référence, ladite mesure différentielle étant réalisée sans contact à l'aide de capteurs (A, B, C, D) qui sont portés par une table de mesure (31, 34, 35) dont les déplacements sont repérés par rapport audit cylindre de référence (33).
    7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une coquille (40) présente au moins une extension (46, 47) constituant un élément de fixation mécanique, qui est disposée à au moins une de ses extrémités longitudinales.
    8. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une coquille est constituée de plusieurs éléments (50) s'étendant entre la première (44) et la deuxième (45) extrémités et dont chacun occupe une partie du pourtour de ladite coquille et en ce que ces éléments présentent au moins une extension (46, 47, 56, 57) constituant un élément de fixation mécanique, qui est disposée à au moins une de leurs extrémités longitudinales (44, 45) et à au moins un de leurs bords latéraux.
    9. Procédé selon une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'au moins une dite extension (46, 47) disposée à une dite extrémité longitudinale constitue un baffle d'atténuation de lumière parasite.
    EP99958321A 1999-01-07 1999-12-14 Procede d'assemblage d'un ensemble optique comprenant des coquilles coaxiales, notamment pour telescope a rayons x Expired - Lifetime EP1062670B1 (fr)

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