Kompozytowe zwierciadla w technologii SMC

Kompozytowe zwierciadła
w technologii SMC
Michał Karczewski
Zespół: Karol Seweryn, Monika Ciesielska, Jerzy Grygorczuk,
Michał Karczewski, Janusz Nicolau-Kukliński, Marta Mordalska, Łukasz Płatos,
Mirosław Rataj, Karol Stępień, Michał Sidz, Marta Tokarz, Piotr Wawer,
Roman Wawrzaszek, Łukasz Wiśniewski.
1:35
NCBiR, Warszawa 8.05.2012 r.
1
Plan prezentacji
• Zwierciadła w technologii SMC
• Układ testowy zwierciadeł „2f”
• Aktuatory do justowania zwierciadeł
1:35
2
Zwierciadła
1:35
NCBiR, Warszawa 8.05.2012 r.
3
Wymagania stawiane zwierciadłom CTA
• Wymagania projektu co do zwierciadeł
– Ciężar zwierciadła nie większy niż 25 kg
– Maksymalne odkształcenie: 1 mm pod wpływem ciśnienia 200 Pa - wiatr
o prędkości 55km/h
– Musi przetrwać wiatr o prędkości 180 km/h
– Praca w zakresie temperatur: -10 st. C do + 30 st. C
– Zwierciadło musi przetrwać w temperaturze -25 st. C do + 65 st. C
– Kształt sześciokąta foremnego o rozmiarze ~1 m (odległość między
przeciwległymi bokami)
– Promień krzywizny 22 500 ± 200 mm
• Wymagania do powierzchni optycznej zwierciadła:
– RMS chropowatości nie większy niż 10 nm
– Możliwie najmniejsza falistość, najmniejsze błędy kształtu
– Odporność na próżnię (powierzchnia będzie napylana aluminium)
– Odporność na działanie atmosfery.
1:35
4
Rozwijane technologie zwierciadeł CTA
• INAF Brera: glass + aluminum honeycomb
• CEA Saclay: glass + G10 + Al honeycomb
• Sanko, Japan: glass + aluminum honeycomb /
foam
• INFN Padova: all aluminum + diamond milling OR
thin glass / foil
• IFJ PAN Cracow: glass + (Aluminum) + Al tubes
• SRC PAS Warsaw: SMC technology
• Olomouc (Czech Rep.) / Armenia: polished glass
mirrors
1:35
5
Zwierciadła CTA w liczbach
•
•
•
•
•
•
1:35
Czas wykonania zwierciadła szklanego: ~1 dzień
Cena: < 2000 Euro/sztuka
Ilość wszystkich teleskopów: ~100
Ilość wszystkich zwierciadeł: ~ 10 000
Powierzchnia wszystkich zwierciadeł: ~ 12 km2
Masa wszystkich zwierciadeł: ~200 ton
6
Wybór technologii SMC
Zalety:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Technologia sprawdzona w przemyśle samochodowym
Wykonanie struktury zwierciadła w 1 kroku
Szybka – formowanie w ciągu 3-30 min
Opłacalna w produkcji do 80 tyś sztuk
Skórcz materiału podczas formowania – możliwy 0%
Nie używamy szkła – wykorzystujemy warstwy pośrednie
przed nałożeniem warstwy optycznej
Wady:
• uzyskanie powierzchni o jakości optycznej jest trudne
Sheet Moulding Compound
1:35
7
Harmonogram projektu CTA @ CBK
PŁASKA PRÓBKA
PROTOTYP 1:4
PROTOTYP 1:1
lipiec 2011 r.
sierpień 2012 r.
kwiecień 2013 r.
1:35
…
PRODUKCJA
8
Our base concept of
Sheet Moulding Compound process
Wykonanie prototypów 400mm
Stalowa matryca
Wysoka temperatura ~150 st. C
Wysokie ciśnienie ~60 bar
1:35
SMC + z żebrami
9
Alternatywna metoda formowania
•
•
•
1:35
Próbki o dużo większej sztywności niż
SMC: 40-70 GPa (zależy od próbki)
Bardzo dobrej jakości odwzorowanie
wzorcowej powierzchni szklanej
Bardzo szybka metoda formowania jak na
ręczne laminowanie (możliwość
3 zwierciadeł dziennie)
10
Prototypy w Namibii
Rejestracja temperatur na powierzchni zwierciadła i określenie różnic
między powierzchnią a tyłem lustra.
Termometry wraz z DataLogerami
zamontowane na zwierciadle.
1:35
Zwierciadła prototypowe
Zawieszone w sąsiedztwie teleskopu HESS 11
Układ testowy
1:35
NCBiR, Warszawa 8.05.2012 r.
12
Idea pomiaru
1:35
13
Elementy układu testowego
Układ pomiarowy
na regulowanej podstawie
Uchwyt zwierciadła
1:35
14
Układ pomiarowy
1) Dioda laserowa z
zasilaniem
2) Uchwyt światłowodu z
diafragmą
3) Zwierciadło kierujące I
4) Detektor skanujący z
fotodiodą (O1)
5) Zwierciadło kierujące II
6) Matówka z kamerą (O2)
1
6
5
2
3
4
1:35
15
Aktuatory
- aktywny system sterowania
1:35
NCBiR, Warszawa 8.05.2012 r.
16
Budowa aktuatorów
Aktywny System Sterowania:
1) Punkt referencyjny
2) Aktuator z 1 translacją
3) Aktuator z 2 translacjami
1:35
17
Aktuator z 2 translacjami
Zespół kuli
Zintegrowany czujnik Halla
Taśma magnetyczna
Przekładnia śrubowa
Płaszczyzna
1:35
Sprężyna Łożysko
liniowe
Łożysko toczne
Sprzęgło
Oldhama
Silnik
skokowy
18
Aktuator z 1 translacją
Pryzma
1:35
19
Dziękuję za uwagę
Michał Karczewski
tel. 504 208 109
[email protected]
1:35
20