Ondulador en buit
Abstract
La Llum Sincrotró resulta de la radiació emesa de les partícules carregades quan aquestes es mouen a velocitats relativistes i varien la seva trajectòria. La màquina que caracteritza un laboratori de Llum Sincrotró, és un anell d’emmagatzematge compost per elements magnètics que defineixen una trajectòria circular a seguir per als electrons, que hi circulen en un medi de buit. L’Ondulador en buit com és un element més que es situa a l’anell d’emmagatzematge d’un accelerador de partícules i la seva missió és provocar una oscil·lació de caràcter sinusoïdal als electrons que hi circulen a través d’ell per extreure’n radiació. El principal element de la màquina són dues bigues simètriques amb imants permanents disposats un darrera l’altre dins d’una cambra de buit. Estan sol·licitades longitudinalment amb una càrrega distribuïda linealment de dos tonelades, degut a la força d’atracció magnètica. Aquesta estructura ha de tenir una rigidesa molt elevada perquè en la distància de separació entre ambdós bigues, es permet una deformació màxima de desenes de micrometres per a que el funcionament sigui òptim. Aquesta distància entre bigues ha de poder augmentar i disminuir amb intervals d’aquest ordre i s’ha de dissenyar un mecanisme d’alta precisió basat en la servo operació que desplaci les bigues carregades, simètricament respecte d’un pla d’obertura, el pla sobre el qual es defineix la trajectòria sinusoïdal dels electrons. Els elements que s’instal·len a l’anell d’emmagatzematge i l’Ondulador en buit en particular, han d’estar alineats l’un respecte de l’altre i respecte el centre de l’anell sota toleràncies d’alta precisió. L’anell té 80 metres de diàmetre i el feix de llum extret de l’Ondulador poques dècimes de mil·límetre. S’ha de dissenyar un banc d’alineament, també basat en la servo operació que permeti posicionar l’eix de simetria magnètic, que caracteritza l’ondulador geomètricament sota aquestes toleràncies. S’han d’escollir els elements adequats per resoldre aquests mecanismes de moviment discret. En el disseny de l’Ondulador en buit, l’alta precisió en la fabricació i els petits moviments estan a l’ordre del dia,. La correcta utilització de les toleràncies en el disseny, fa que la màquina tingui altes prestacions, però per altra banda fa que els seus components tinguin un cost de fabricació elevat.
Full text
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 1 Resum La Llum Sincrotró resulta de la radiació emesa de les partícules carregades quan aquestes es mouen a velocitats relativistes i varien la seva trajectòria. La màquina que caracteritza un laboratori de Llum Sincrotró, és un anell d’emmagatzematge compost per elements magnètics que defineixen una trajectòria circular a seguir per als electrons, que hi circulen en un medi de buit. L’Ondulador en buit com és un element més que es situa a l’anell d’emmagatzematge d’un accelerador de partícules i la seva missió és provocar una oscil·lació de caràcter sinusoïdal als electrons que hi circulen a través d’ell per extreure’n radiació. El principal element de la màquina són dues bigues simètriques amb imants permanents disposats un darrera l’altre dins d’una cambra de buit. Estan sol·licitades longitudinalment amb una càrrega distribuïda linealment de dos tonelades, degut a la força d’atracció magnètica. Aquesta estructura ha de tenir una rigidesa molt elevada perquè en la distància de separació entre ambdós bigues, es permet una deformació màxima de desenes de micrometres per a que el funcionament sigui òptim. Aquesta distància entre bigues ha de poder augmentar i disminuir amb intervals d’aquest ordre i s’ha de dissenyar un mecanisme d’alta precisió basat en la servo operació que desplaci les bigues carregades, simètricament respecte d’un pla d’obertura, el pla sobre el qual es defineix la trajectòria sinusoïdal dels electrons. Els elements que s’instal·len a l’anell d’emmagatzematge i l’Ondulador en buit en particular, han d’estar alineats l’un respecte de l’altre i respecte el centre de l’anell sota toleràncies d’alta precisió. L’anell té 80 metres de diàmetre i el feix de llum extret de l’Ondulador poques dècimes de mil·límetre. S’ha de dissenyar un banc d’alineament, també basat en la servo operació que permeti posicionar l’eix de simetria magnètic, que caracteritza l’ondulador geomètricament sota aquestes toleràncies. S’han d’escollir els elements adequats per resoldre aquests mecanismes de moviment discret. En el disseny de l’Ondulador en buit, l’alta precisió en la fabricació i els petits moviments estan a l’ordre del dia,. La correcta utilització de les toleràncies en el disseny, fa que la màquina tingui altes prestacions, però per altra banda fa que els seus components tinguin un cost de fabricació elevat.
Pàg. 2 Memòria
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 3 Sumari RESUM____________________________________________________________ 1 SUMARI___________________________________________________________ 3 1. GLOSSARI ____________________________________________________ 7 2. PREFACI _____________________________________________________ 9 2.2. Llum Sincrotró. Acceleradors de partícules...................................................................9 2.2.1. Que és la llum sincrotró?.........................................................................................9 2.2.2. La necessitat d’una font de Llum Sinctrotro a Barcelona......................................9 2.2.3. Historial i planificacio de futur del Laboratori de Llum sincrotró.......................12 2.2.4. La física dels acceleradors circulars de partícules................................................13 2.2.5. L’accelerador de partícules. Descripció................................................................15 2.3. Els Dispositius D’inserció. L’ondulador en buit..........................................................19 2.3.1. Funcionament.........................................................................................................19 2.3.2. Tipus de dispositiu d’inserció................................................................................20 2.3.3. El dispositiu d’inserció com a element mecànic. .................................................22 2.3.4. IDs al sincrotró ALBA. Especificacions................................................................24 2.4. Motivació.......................................................................................................................25 3. INTRODUCCIÓ_______________________________________________ 26 3.1. Objectius del projecte....................................................................................................26 3.2. Abast del projecte..........................................................................................................26 4. DESCRIPCIO GENERAL DE LES PARTS________________________ 27 5. DIMENSIONAT INICIAL ______________________________________ 30 6. SUBCONJUNT MOBILS _______________________________________ 32 6.1. Deformacions permeses................................................................................................32 6.1.1. Variació màxima permesa en la distancia de separació entre les bigues.............32 6.1.2. Deformació angular permesa ................................................................................33 6.2. El model 1D. Optimització de la geometria.................................................................34 6.2.1. Model amb 5 cilindres de connexió i biga interna d’acer....................................35 6.2.2. Model amb 6 cilindres de connexió i biga interna d’alumini. .............................35 6.3. El model 3D...................................................................................................................36 6.4. El subconjunt mòbil peça a peça. .................................................................................37
Pàg. 4 Memòria 6.4.1. Conjunt biga interna...............................................................................................37 6.4.2. Connexió de la regió en buit amb l’exterior. ........................................................39 6.4.3. Biga externa ...........................................................................................................40 6.5. Sol.licitació sobre el subconjunt mòbil.........................................................................41 6.6. Patins a deformació.......................................................................................................42 7. MECANISME D’OBERTURA___________________________________ 44 7.1. Descripció, funcionalitat i característiques...................................................................44 7.1.1. Descripció. Graus de llibertat i coordenades independents..................................45 7.1.2. Especificacions bàsiques. ......................................................................................45 7.1.3. Funcionament.........................................................................................................47 7.2. Cadena cinemàtica, paràmetres.....................................................................................48 7.3. Fusell amb femella ........................................................................................................49 7.3.1. Decisió. Alternatives..............................................................................................49 7.3.2. Fusell Roscat..........................................................................................................50 7.3.3. Rodaments de suport..............................................................................................51 7.3.4. Velocitat angular, parell necessari. Potència ........................................................51 7.4. Reductor vis sens fí .......................................................................................................54 7.4.1. Funcionalitat...........................................................................................................54 7.4.2. Especificacions. Decisió orientativa i materials...................................................55 7.4.3. Dos possibles tipus de funcionament, dos tamanys a l’hora d’escollir................55 7.5. Sistema motor amb reenviament d’angle.....................................................................57 7.5.1. Joc al sistema motriu depenent del sistema de control.........................................57 7.5.2. Motor. Descripció, Alternatives i funcionalitat....................................................57 7.5.3. Especificacions. Elecció orientativa......................................................................58 7.6. Elecció definitiva dels elements. Comprovacions .......................................................58 7.6.1. Etapes de reducció .................................................................................................58 7.6.2. Resolució................................................................................................................59 7.6.3. Reductor vis sens fí................................................................................................59 7.6.4. Reenviament d’angle.............................................................................................60 7.6.5. Motor pas a pas......................................................................................................61 7.7. Elements auxiliars .........................................................................................................62 7.7.1. Acoblaments...........................................................................................................62 7.8. Control bàsic de l’obertura i fi de cursa........................................................................64 7.8.1. Dispositius per la lectura de la posició..................................................................65 7.8.2. Diagrama de control. Característiques del processador de posicionament .........67
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 5 7.8.3. Condicions de funcionament.................................................................................68 7.9. Conclusions referents al servo mecanisme...................................................................70 8. ESTRUCTURA PRINCIPAL ____________________________________ 71 8.1. Disseny de les columnes. Deformacions......................................................................71 8.2. Despeçament..................................................................................................................73 9. SISTEMA DE BUIT____________________________________________ 74 9.1. Elements del sistema de buit.........................................................................................74 9.1.1. Cambra de buit.......................................................................................................74 9.1.2. Manxes...................................................................................................................75 9.1.3. Sistema de bombejat..............................................................................................76 9.1.4. Instrumentació de lectura ......................................................................................76 10. DISPOSITIUS DE PROTECCIO TERMICA_______________________ 77 10.1.1. Protecció dels imants durant el calentament de la cambra de buit ......................77 10.1.2. Protecció dels imants del calentament degut al feix d’electrons .........................77 10.1.3. Absorció de la radiació provenint del dipol anterior............................................77 11. BANCS D’ALINEAMENT ______________________________________ 80 11.1. Alineament de l’ondulador en buit com a cas particular. ............................................80 11.1.1. Alineament general................................................................................................80 11.1.2. Posicionament final en l’ondulador en buit. Requeriments mínims...................81 11.1.3. Graus de Llibertat ..................................................................................................82 11.2. Criteris previs a disseny. Plànols d’estudi....................................................................83 11.3. Requeriments generals..................................................................................................84 11.4. Centre de gravetat..........................................................................................................85 11.5. Primera opció. Banc manual amb elevador motoritzat................................................86 11.5.1. Segona etapa: Disseny conceptual. Possibles solucions. .....................................86 11.5.2. Elecció de l’esquema i planteig.............................................................................88 11.5.3. Primera etapa: Disseny conceptual. Esquemes i esborranys del disseny............88 11.5.4. Sol.licitacions.........................................................................................................89 11.5.5. Actuador reductor..................................................................................................89 11.5.6. Reenviament d’angle.............................................................................................90 11.5.7. Motor......................................................................................................................90 11.5.8. Parell a l’eix motor. Càlculs..................................................................................91 11.5.9. Resolució................................................................................................................91 11.5.10. Segona etapa. Plàtera corredissa i plàtera terra fixa.............................................92
Pàg. 6 Memòria 11.5.11. Potes. Alternatives .................................................................................................92 11.5.12. Estructura ...............................................................................................................93 11.5.13. Gat ..........................................................................................................................94 11.5.14. Elements auxiliars..................................................................................................95 11.5.15. Aspectes dinàmics de moviment...........................................................................96 11.5.16. Mètode de funcionament.......................................................................................97 11.6. Segona opció: Banc amb actuadors d’excèntriques.....................................................98 11.6.1. Avantatges e inconvenients d’un disseny d’aquest tipus .....................................98 11.6.2. Característiques geomètriques.............................................................................100 11.6.3. L’excèntrica: Característiques cinemàtiques i Posició inicial............................101 11.6.4. Els moviments longitudinals per separat. ...........................................................102 11.6.5. Disseny conceptual. Característiques del banc...................................................103 11.6.6. Esforços................................................................................................................104 11.6.7. Parell motor. Tria elements. ................................................................................104 11.6.8. L’actuador. Despeçament....................................................................................104 11.6.9. Palpadors..............................................................................................................105 11.6.10. Suport i sistema d’anivellació manual. ...............................................................106 11.6.11. Funcionament.......................................................................................................106 12. MUNTATGE, CALIBRATGE I POSADA A PUNT ________________ 108 12.1. Estructures ...................................................................................................................108 12.2. Muntatge de la zona “en buit”. ...................................................................................109 12.3. Calibratge, posada apunt.............................................................................................111 12.4. Fotografies...................................................................................................................113 CONCLUSIONS __________________________________________________ 115 AGRAÏMENTS ___________________________________________________ 118 BIBLIOGRAFIA__________________________________________________ 120
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 7 1. GLOSSARI • Anell d’emmagatzematge: Anell de l’accelerador encarregat d’emmagatzemar els electrons en òrbita durant un període de temps concert. • Àrea experimental: Zona física perifèrica de l’accelerador on arriba la Llum Sincrotró on es duen a terme els experiments. • Booster: Anell de l’accelerador mes petit que el d’emmagatzematge la funció del qual es accelerar els electrons a una velocitat suficient per al funcionament. Pot ser concèntric o no a l’anterior depenent del disseny de l’accelerador. • Eix de simetria magnètic: Eix format per la intersecció entre el pla d’obertura i un pla de simetria que talla verticalment les dues matrius d’imants. • ID: Abreviatura del mot en anglès Insertion Device, correspon a tot tipus de dispositiu d’inserció a l’anell d’emmagatzematge. • IVU: Abreviatura del mot en anglès In Vacuum Undulator, que significa Ondulador en Buit. • Linac: Dispositiu generador d’electrons per ser accelerats. • LS: Abreviatura de Llum Sincrotró: Radiació emesa per una partícula carregada accelerada que emet quan aquesta es mou a velocitats relativistes. • Plà d’obertura: Pla de simetria de les dues matrius d’imants que defineixen un dispositiu d’inserció.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 9 2. PREFACI Es vol introduir els conceptes físics de l’ondulador en buit en un laboratori de llum sincrotró. En aquest apartat s’insinua “que es”, “que fa” i “com es fa” la llum sincrotró, i també es descriu a grans trets la física i les parts d’un accelerador de partícules. Es considera interessant presentar-ho per entendre bé com funcionen els dispositius d’inserció, i l’ondulador en buit com a cas particular. 2.2. Llum Sincrotró. Acceleradors de partícules 2.2.1. Que és la llum sincrotró? S’anomena Llum Sincrotró (LS) a la llum que emeten les partícules carregades que es mouen a velocitats relativistes quan segueixen trajectòries corbes. Aquesta llum, d’alta energia i intensitat, altament focalitzada i que a mes està linealment polaritzada s’utilitza usualment per a l’estudi de la matèria, en aplicacions industrials o d’investigació de caràcter físic, químic, biològic, farmacèutic o mèdic. L’instrument bàsic per produir la Llum Sincrotró és un accelerador circular de partícules [Campmany, 1997] (electrons, en el cas del laboratori ALBA) 2.2.2. La necessitat d’una font de Llum Sinctrotro a Barcelona L’investigacio de l’estat espanyol ha crescut de forma important en els darrers 15 anys, i tot i així falten instal·lacions a gran escala. Ni Catalunya ni l’estat espanyol té cap instal·lació dedicada a l’obtenció de llum sincrotró (LS). La necessitat és molt rellevant en el nostre entorn territorial. L’estat espanyol és membre de la Unió Europea amb major nombre d’usuaris de LS en instal·lacions estrangeres. Així, mentre que els científics postdoctorals que la utilitzaven el 1980 eren dos, el 1995 assolien ja uns 300 i actualment es calcula una demanda potencial a curt termini de 80 grups i més de 600 científics. [Campmany, 1997] A partir d’aquesta realitat, diversos grups de diferents universitats espanyoles es van plantejar el 1992 la necessitat de preveure la construcció d’una font de LS a l’estat. La idea de construir-la a Barcelona va adquirir el rang oficial el 1993 i va ser inclosa en el Pla de recerca de Catalunya de la Generalitat de Catalunya. El març del 1995 es va firmar un conveni entre la Comissió Interdepartamental de Recerca i Innovació Tecnològica (CIRIT) del
Pàg. 16 Memòria (energia irradiada = energia subministrada). Llavors s’extreuen de l’anell propulsor i passen a l’anell d’emmagatzematge. Aquí hi poden girar durant hores o be dies, depenent del disseny de la màquina. La xarxa d’imants es composa, com ja s’ha dit, per dues sub-xarxes, i com a nota característica, tot el circuit de generació, acceleració i emmagatzematge de partícules es realitza a traves de cambres d’ultra-buit, (10-7 Pa) . A la figura 2.5, pag. 18 se’n veu els elements més importants. • Booster (1): és l’anell d’acceleració. És un cercle d’imants corbats dipolars on hi desemboca el generador principal de partícules (Linac (2)) per a que aquestes siguin accelerades. El booster, desemboca a la línia de transferència (3) que porta les partícules accelerades a l’anell d’emmagatzemtage (Storage Ring) • Storage Ring (4): Es l’anell on s’emmagatzema les partícules accelerades. Com en el booster, els electrons circulen dins d’un medi buit format per un anell de cambres i sistemes de bombatge d’ultra-buit, i són conduïts en trajectòries circulars pels següents elements: o Dipols: (5) Son imants amb un cert radi de curvatura. La seva missió és provocar als electrons una trajectòria corba per poder extreure’n radicació en forma de ventall, com es pot veure a la Figura 2.4 Fig. 2.4. Imant dipolar en un banc d’assaig (esquerra) Radiació emesa (dreta)
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 17 o Imants òptics: Son imants quadrupolars (6) o sextupolars (7). La seva missió es guiar els electrons en la seva trajectòria, focalitzant-los en l’espai transversal i longitudinal. o Dispositius d’inserció (8): Son formats per matrius d’imants seguides, que provoquen en el feix una ondulació sinusoïdal d’un cert període que emet llum sincrotró molt més potent que la dels dipols. N’hi ha de varis tipus. L’anell d’emmagatzematge, no es completament circular, sinó que te una forma poligonal. Els dipols són de geometria corba, però les seccions destinades a dispositius d’inserció i als imants focalitzadors, són rectes. Com a elements importants s’hi troben, a més: o cavitats de radio freqüència: Tenen la missió de proporcionar camp elèctric a les partícules accelerades per compensar les pèrdues d’energia a causa de la radiació emesa. Se’n posen a l’anell d’emmagatzematge, vàries a l’anell propulsor i al linac o Front end: (9) formats per un conjunt de dispositius que canalitzen la radiació emesa i la condueixen a les Línies Experimentals (10). Aquestes, són un conjunt d’instruments que adapten la llum sincrotró per poder-la utilitzar en cadascun dels diversos experiments (microscopia, etc.) El conjunt de línies experimentals formen l’àrea experimental, la zona física on es desenvolupen les activitats d’investigació. L’accelerador complet, com a màquina es situa dins d’un túnel blindat. A la següent Figura 2.5 es troba un esquema de l’accelerador ALBA, on es veu les seccions rectes, els dipols i els dispositius d’inserció.
Pàg. 18 Memòria Fig. 2.5. ALBA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LS extreta De l’IVU
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 19 2.3. Els Dispositius D’inserció. L’ondulador en buit. 2.3.1. Funcionament Els dispositius d’inserció (IDs, del mot anglès Insertion Device) es basen en matrius d’imants que provoquen una trajectòria ondulada als electrons que hi circulen. Els IDs s’ubiquen a les seccions rectes de l’anell d’emmagatzematge de les quals se’n vol extreure radiació d’alta energia. Un ID és un conjunt d’imants dipolars disposats consecutivament. Es forma una estructura magnètica, mitjançant blocs imanats NÆS amb una periodicitat λ (mm) i N períodes, separats una distancia d i situats com es pot veure a la Figura 2.6 S N S N N S N S λID (mm) d Fig. 2.6. Esquema d’una matriu d’imants Ona sinusoidal. Es defineix γ θ K = max
Pàg. 20 Memòria Per crear una ondulació sinusoïdal, es pot utilitzar una matriu d’imants permanents. Cada període λID és format per un bloc de quatre parelles d’imants, enlloc de dues, ja que s’aconsegueix un millor efecte sinusoïdal si es gira 90 graus cadascun dels imants intermitjos (veure Figura 2.5) . Els blocs amb el camp vertical s’anomenen imants i els que tenen el camp en direcció horitzontal, blocs. El rendiment magnètic, depèn del quocient λID/d. Es pot tenir un camp magnètic elevat, si λID és suficientment alt, o be d suficientment petita. El camp magnètic i en conseqüència la força d’atracció, depèn directament de la distància de separació entre les dues matrius d’imants. L’expressió que segueix es veu a (Eq. 2.5) D I d oeBB λ − ⋅= (E q. 2.5) Es defineix també K com el paràmetre de deflecció de l’ona sinusoïdal, i es un paràmetre fonamental per definir els diferents tipus de IDs . Ve donat per l’equació (Eq 2.6): ID BK λ ⋅⋅= 943,0 (Eq. 2.6) B (T) és el camp magnètic màxim generat pel dispositiu. En el disseny d’un dispositiu d’inserció, el paràmetre λID és escollit d’acord amb cada aplicació i queda fixat pel gruix dels imants. El paràmetre K es pot ajustar variant la distància d que separa les dues matrius d’imants. Per un valor fix de λID el flux de radiació depèn només del valor de K. 2.3.2. Tipus de dispositiu d’inserció Hi ha tres tipus de dispositius d’inserció. Aquests, es dissenyen segons les necessitats que ha de cobrir la linea de llum corresponent a l’àrea experimental. La magnitud física que defineix el tipus de ID és el paràmetre K. • K>10 ÆS’observa un espectre de llum emesa continu en la gràfica que relaciona el flux de fotons (fotons/s) amb l’energia (eV) (figura 2.7) El resultat de la radiació és equivalent a un seguit d’imants dipolars seguits. El ID com a dispositiu mecànic corresponent s’anomena Wiggler (oscil.lador). • K≈1 ÆL’oscil·lació te una amplitud baixa, i l’angle θ de cada ondulació (figura 2.7) coincideix amb el con d’emissió de la llum emesa. Es crea una interferència entre la llum emesa pel mateix electró a cada ondulació. S’observa un espectre discret en la
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 21 gràfica que relaciona el flux fotònic (fotons/s) amb l’energia (eV). El flux fotònic s’agrupa entorn de segons quines energies, i l’escombrat de les diferents energies s’obté a base de variar la distància d entre ambdós matrius d’imants, cosa que fa canviar la K La següent Figura 2.8 mostra els diferents aspectes del ventall de flux de radiació sincrotró per un dipol, un oscil.lador i un ondulador. S’observa que en aquest últim el feix esta molt més concentrat 0E+00 1E+14 2E+14 3E+14 4E+14 5E+14 6E+14 0 100 200 300 400 500 600 Energy (eV) Flux (ph/s*0.1%BW*mA) Fig. 2.7. Espectre energètic per K=1 Fig. 2.8. Ventall de radiació per un dipol (esquerra) oscil.lador (mig) ondulador (dreta)
Pàg. 22 Memòria 2.3.3. El dispositiu d’inserció com a element mecànic. Es vol presentar i justificar l’aspecte mecànic dels dispositius d’inserció bàsics que es poden ubicar en l’anell d’emmagatzematge per obtenir llum sincrotró Oscil.lador No te més que dues bigues d’imants a una certa distancia fixa, per fora de la cambra de buit, en una secció recta de l’anell d’emmagatzematge. Ondulador fora de Buit És com un oscil.lador, però es necessita variar la distància d per tal d’escombrar les energies i trobar aquelles en que hi ha flux. La distancia d mínima entre les matrius d’imants de l’ondulador fora de buit ve determinada per el gruix de la cambra de buit de l’anell d’emmagatzematge. D’aquest, en deriva l’ondulador “Apple” que és un mecanisme molt bonic que combina el moviment de quatre matrius d’imants disposades de dues en dues. El moviment relatiu entre elles i absolut respecte l’estructura provoca que els electrons descriguin una ondulació helicoïdal Ondulador en Buit Com l’ondulador fora de buit, amb l’avantage que les matrius d’imants, en estar situades dins de la cambra de buit, poden minimitzar al màxim la distancia d , amb un valor de K més elevat per un període λID fixat. Permet obtenir radiació fotònica d’alta energia. Per altra banda, el disseny de l’ondulador en buit, té més complicació que el de fora de buit, perquè s’ha d’aconseguir transmetre el moviment de les matrius d’imants a dins la cambra de buit, ja que la distancia d ha de poder ser variable, segons les mateixes raons que a l’ondulador “fora de buit” per obtenir la llum a l’energia desitjada. Apart, les matrius d’imants lluiten contra una força considerable provocada per l’atracció magnètica Aquesta força magnètica, és màxima com més petita és d i tendeix a zero a d elevada, com es pot veure a Eq. 2.5.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 23 A la Figura 2.9, s’esquematitza els dos tipus d’ondulador. Es pot classificar també els onduladors, segons el tipus de matriu d’imants. Aquests poden ser: • Híbrids (HYB) Es substitueixen els imants per làmines d’un material fèrric tipus permendur que augmenta considerablement l’inducció magnètica. Els blocs resten igual. L’ondulació resulta amb els pics més accentuats. • D’imants permanents (PPM) Tots els imants i els blocs son del mateix material magnètic. CAMBRA DE BUIT d Matriu inferior Matriu superior Cambra de buit Fig. 2.9. Ondulador fora de buit (esquerra) Ondulador en buit (dreta)
Pàg. 24 Memòria 2.3.4. IDs al sincrotró ALBA. Especificacions L’equip de físics interactua amb l’equip d’experimentadors per decidir les prestacions que han de tenir els dispositius d’inserció. Es decideix sobre la taula: • grandària i tipus de matriu (HYB o PPM) • període λID , factor K i material dels elements magnètics • distancia d mínima entre matrius d’imants • La deformació màxima que es permet a les matrius d’imants, l’amplitud de moviment d’aquestes la resolució enenergies (ample de banda dels pics d’interferència de la Figura 2.7), es decideixen a partir dels tres primers punts. L’equip d’enginyers és l’encarregat de decidir sobre la resta, interactuant amb els físics, mentre es compleixin les especificacions. L’estratègia que se segueix a CELLS per definir els dispositius d’inserció que aniran instal.lats a ALBA, és: muntar tres IVU construïts “a casa”, dos onduladors tipus Apple i un oscil.lador, externitzats mitjançant concurs a traves d’un plec de condicions. Per construir els onduladors a casa es necessita dissenyar paral.lelament un laboratori que s’ha d’equipar amb la instrumentació adequada per el muntatge i posada apunt, i un dels objectius és preparar enginyers per dissenyar, muntar i calibrar els IDs. Es necessita un ondulador en buit amb les següents característiques: • Tipus PPM, matriu de 2000 mm. • Període (λID): T = 25 mm. • Distancia entre matrius (d) Ha de poder variar entre Lob,min = 5 mm i Lob,max =25 mm amb una resolució de ∆Lob = 2 µm. • L’eix de simetria magnètic es situa a la mateixa altura de l’òrbita nominal: 1400 mm
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 25 2.4. Motivació El projectista ha estat contractat des del 12 de Juliol del 2004 per CELLS com a delineant/projectista mentre finalitza els estudis universitaris (PFC). El Consorci per l’Elaboració i Equipament del Laboratori de Llum Sincrotró disposa d’un disseny conceptual d’un Ondulador en buit, realitzat l’any anterior. El Consorci necessita familiaritzar personal en el tema de IDs, per crear un equip d’enginyeria que treballi constantment en el disseny conceptual, detall i despeçament, encàrrec de les peces, seguiment i ensamblatge. Un bon motiu per a que l’alumne i projectista en persona es familiaritzi amb aquest camp, és realitzar el projecte final de carrera, treballant sobre el disseny conceptual d’un ID, concretament l’ondulador en buit. La motivació principal per la realització del disseny d’un ondulador en buit és adquirir una certa experiència i una visió general del disseny detallat d’una ID, per poder-hi treballar posteriorment, com a enginyer superior sota contracte. No s’utilitzen hores laborals per la realització del PFC, però la quantitat i la informació que es té a l’abast fàcilment és motiu suficient com per dedicar les hores requerides a emprendre aquest projecte. Apart s’ha tingut la oportunitat de visitar la instal·lació ESRF (Grenoble, França), en motiu de qüestionar aspectes mecànics dels IDs. El resultat d’aquesta visita ha estat molt fructífer a nivell d’aprenentatge, i es pot veure en un informe realitzat pel mateix projectista i dirigit a la divisió d’enginyeria, adjuntat com a Annex E.
Pàg. 32 Memòria 6. SUBCONJUNT MOBILS El disseny de l’ondulador comença en el disseny del subconjunt mòbil, encarregat de suportar la matriu d’imants i que es pugui desplaçar dins de la cambra de buit. Aquest ha de ser el suficientment rígid per a que es deformi sota tolerància quan la força magnètica hi es aplicada. 6.1. Deformacions permeses 6.1.1. Variació màxima permesa en la distancia de separació entre les bigues. L’elevada força magnètica d’atracció que actua entre les dos bigues internes que suporten les fileres d’imants fa que aquestes deformin a curvatura, i com a conseqüència, ajuda a que la distància entre les bigues internes variï al llarg de la longitud d’aquestes. Suposant que tot el sistema d’imants està ajustat a la seva posició corresponent, aquesta deformació “extra”, causa una variació del camp magnètic. Es permet una deformació fins un cert valor. Cal assegurar que a nivell de disseny, aquesta variació ha estat reduïda fins a un marge permès. La variació permesa de la distància d’obertura depèn del tipus de matriu d’imants (PPM o HYB, veure apartat 2.3.3) Es presenten valors màxims permesos per dos tipus de IVU com a especificacions per part de l’equip de físics. També la força magnètica per unitat de longitud de la biga. • Per un IVU-PPM, la variació màxima és de 75 µm • Per un IVU-HYB, la variació màxima és de 40 µm • Força que actua a la biga interna amb direcció vertical descendent: 9 kN/m2 en el pitjor dels casos (mínima distància d’obertura) S’agafa el valor més petit, per tenir un disseny on es pugui instal·lar qualsevol dels dos tipus de matrius d’imants (PPM o HYB). 40 µm és el total permès en variació en la distancia entre bigues i es “separa” de la següent manera: • Es permet una variació de la distancia entre bigues de 30 µm per la fabricació i muntatge d’aquestes.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 33 • Condició de deformació: Es permet una variació ≤10 µm per la màxima fletxa de la biga interna sol·licitada amb els apoiaments corresponents (cilindres de connexió). A la figura 6.1 s’esquematitza la condició de deformació 6.1.2. Deformació angular permesa Cadascun dels subconjunts mòbils ha d’estar suportat a l’estructura en un punt d’apoiament situat a una distancia l (braç) del punt d’aplicació de la força magnètica. En aquest punt, s’hi crea un parell que deformarà en part tot el subconjunt mòbil respecte el pla d’obertura. S’esquematitza a la figura 6.2 L’angle φ format entre la matriu d’imants sol·licitada i el pla d’obertura (veure plànol PFC- C00) S’ha de complir que aquest angle sigui menor a 0,1 mrad per un funcionament òptim de l’IVU. Es important tenir en compte i com s’explicarà mes endavant, que la deformació del subconjunt mòbil influeix en part a aquesta deformació angular, doncs també hi intervé la deformació en els patins, i la de l’estructura principal. 10 2,≤++= estpatsub ϕ ϕ ϕ ϕ mrad (Eq. 6.1) Biga interna superior deformada Biga interna inferior deformada ∆min ∆max ∆min - ∆max ≤10 µm Fig. 6.1. Esquema de condició de deformació
Pàg. 34 Memòria 6.2. El model 1D. Optimització de la geometria. En aquest apartat, s’explica breument el procediment que s’ha seguit per realitzar la optimització de les coordenades de la graella formada per la biga externa, la biga interna i els cilindres de connexió. Per analitzar la rigidesa del sistema, s’ha desenvolupat un model d’elements finits (FEM) amb el software de disseny I-DEAS. Com que l’estructura que forma el subconjunt mòbil (biga interna, biga externa i cilindres de connexió) es simètrica en pla horitzontal (pla d’obertura), es tindran en compte sols les deformacions una meitat d’un subconjunt mòbil. A l’annex A “càlculs” s’explica detalladament les simulacions realitzades. S’han estudiat dos casos: • Biga interna i externa d’acer amb baix contingut de carboni. La condició de deformació es compleix amb 5 cilindres de connexió. l F l φ φ ≤ 0,1 mrad Fig. 6.2. Deformació angular permesa
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 35 • Biga interna d’alumini i l’externa d’acer amb baix carboni. La condició de deformació es compleix per 6 cilindres de connexió. Aquesta serà la solució amb la que es procedirà . 6.2.1. Model amb 5 cilindres de connexió i biga interna d’acer La fletxa de la biga interna depèn de quina és la posició dels cilindres de connexió i els punts on van les femelles dels fusells. A partir d’unes seccions de partida determinades per la biga interna i la biga externa, i les condicions de contorn exposades a l’apartat anterior, a partir de vàries iteracions la posició òptima dels 5 cilindres i les femelles es veu a l’annex A “càlculs” (Figura A.2, pag. 7) i correspon a la distribució on la fletxa màxima de deformació és mínima. Respecte els resultats obtinguts al executar el model FEM, s’arriba a una variació total de la distancia entre bigues d’uns 10 µm. A pag. 8 de l’annex A es veu com la fletxa mínima es dona a la vora del punt on va la femella, i la màxima entremig dels cilindres. 6.2.2. Model amb 6 cilindres de connexió i biga interna d’alumini. El model anterior, es vàlid per al disseny. Tot i així, s’ha considerat més interessant que la biga interna sigui d’alumini pels següents motius: • L’alumini es un material no magnètic. Apart, actua be com a dissipador de calor i ajudarà a tenir els imants refrigerats durant el procés de calentament de la cambra de buit. • Si els cilindres de connexió interns estan directament connectats a la biga interna, hi ha risc de soldadura freda si ambdós son d’acer. L’únic inconvenient que té l’ús de l’alumini es que el seu mòdul elàstic és considerablement més petit que el de l’acer al baix carboni. Per això que s’ha vist convenient d’entrada en plantejar la graella amb un cilindre de connexió intern de més. Amb l’ultima secció provada pel model anterior, es fa córrer la simulació i s’arriba a un valor de variació de la distancia d’uns 8 µm. per tota l’estructura com es pot contemplar a la pag. 10 de l’annex A. La fletxa màxima, ara es dona a la punta del voladiu, i la mínima molt a prop del cilindre més proper a la femella. A partir d’aquí tots els assaigs s’han realitzat a partir d’aquesta configuració.
Pàg. 36 Memòria S’ha observat com afecta el pes propi a la deformació del subconjunt mòbil superior. Els efectes d’aquest, son el desplaçament del pla d’obertura en sentit descendent. 6.3. El model 3D Els càlculs realitzats fins ara, estan basats en la modelització de l’estructura del subconjunt mòbil com una graella d’elements finits 1D, aptes per a un dimensionat inicial, i implica uns certs aspectes que per ara no s’han tingut en compte: • En els models 1D, es representen les femelles dels fusells com un acoblament al mateix pla de deformació, però respecte el parell creat per la força a la aplicada biga interna i el braç l, no se n’avaluen les conseqüències. En el model 3D es podrà avaluar part de la deformació angular que trenca el paral·lelisme entre el pla de la biga interna i el pla d’obertura. • El carro que uneix els subconjunts mòbils i l’estructura no és infinitament rígid. La deformació d’aquest s’ha de considerar, doncs contribuirà especialment en la deformació angular, i també amb la variació de la distancia entre bigues. • Com es pot veure a l’annex A “càlculs”, pag 12 s’ha dissenyat una aproximació en 3D de la meitat dels elements estructurals del subconjunt mòbil, a partir de les seccions ja trobades, els materials definits, la distribució òptima i dels valors decidits en el dimensionat 1D. S’ha tingut en compte en el disseny, que el braç l fos mínim. Els cilindres de connexió son barres simples de 30 mm de diàmetre. Es comprova que el dimensionat es vàlid de moment. Es pot veure a les pag.13-14 de l’annex A que la variació de la distància entre bigues internes és d’uns 9 µm. Respecte la condició de deformació angular permesa, la component φsub s’estima de 0,03 mrad i correspon a la deformació angular lateral dels imants considerant que el pla de la femella és fix i contribuirà en la deformació angular total segons (Eq. 6.1).
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 37 6.4. El subconjunt mòbil peça a peça. 6.4.1. Conjunt biga interna El grup magnètic: imant i el seu contenidors Existeixen dues alternatives per escollir el material per la fabricació dels imants per l’ondulador. Per una banda, el NdFeB amb un camp magnètic romanent de Br=1,35 T, no te tanta resistència a la radiació i a l’alta temperatura com el Sm2Co17. Per altra banda en aquest últim, el camp magnètic romanent és més baix, amb un valor de Br=1,03 T. Aquesta diferencia de camp, equival a efectes pràctics a un mil·límetre menys en la distància d’obertura. (Eq. 2.6) Els imants per aquest ondulador estaran fabricats a partir de sinteritzat de Sm2Co17 recobert de titani, per eliminar les porositats característiques del procés de fabricació. El període magnètic en mm ve donat per les especificacions, i aquest és de T =25 mm. Cal un gruix per imant de 6,25 mm. En aquest disseny, es convenient deixar una llum suficient entre imant e imant per assegurar el muntatge correcte dels contenidors i ajudar a realitzar el buit a tots els intersticis mecànics de l’ensamblatge de la biga interna (es veu al plànol PFC-CA0) . El gruix del grup format per l’imant i els accessoris per el seu ajust (contenidor i grapes), serà de 6 mm deixant 0,25 mm de llum entre dos grups consecutius. Els suports contenidors, (veure plànol PFC-CA2) es dissenyen una geometria completament funcional, doncs son un element crític de l’IVU. Aquests tenen la funció de suportar l’imant, actuar com a element dissipador de calor i ajustar el camp magnètic en la direcció de l’imant. Per això són els forats travessers al contenidor, en la mateixa direcció que la del camp magnètic de l’imant que hi ha d’anar muntat. Es distingeix així (plànol PFC-CA0) el contenidor-H i el contenidor-V doncs el camp s’ajusta mitjançant pastilles cilíndriques de material magnètic, en el calibratge com es veurà més endavant. Les grapes de centrat (veure plànol PFC-CA3) fixen l’imant al contenidor i el centren. El material per la fabricació del grup de suport magnètic (contenidor i grapes) ha d’ésser un dissipador de calor excel·lent, doncs com es veurà més endavant, aquests estan sotmesos a càrregues tèrmiques importants, i a partir de certes temperatures l’imant perd les seves propietats. Tant les grapes com els suports contenidors es fabriquen amb Coure lliure d’oxigen (Cu- FRHC, UNE C-1100) per que es un material amb una altíssima conductivitat tèrmica, i d’adquisició relativament fàcil.
Pàg. 38 Memòria La funcionalitat dels forats petits travessers i l’exagerada amplària de les llums és per ajudar a disminuir el fenomen d’aparició de gas provenint dels intersticis mecànics quan s’arriba al buit extrem. L’imant queda centrat respecte el seu suport contenidor. Es mecanitzen els carrils “T” la llum dels quals també és necessària per assegurar el contacte entre de les dos superfícies. Permeten el centrat horitzontal respecte la biga i a la vegada absorbeixen també part de l’esforç vertical creat per la força d’atracció magnètica. El carril “T” ajusta les distàncies de separació entre els grups magnètics o períodes en intervals de 25 mm. (plànol PFC-CA0) Biga interna A partir de la secció decidida, es mecanitza com està indicat al plànol PFC-CA1 sobre un bloc d’alumini UNE L-3140 [Riba, 1998b, p18] . Per collar dels cilindres de connexió interns, hi ha una entrada cilíndrica que predomina sobre el roscat. Aquesta assegura el centrat i la perpendicularitat d’aquests. La biga, no és d’una fabricació complicada, doncs l’alumini es mecanitza molt bé a nivell de toleràncies molt reduïdes. Conjunt Els 320 ensamblatges van muntats sobre la biga interna. Per les puntes, s’ha dissenyat una tapa amb el perfil de l’ensamblatge sencer, la missió de la qual es fixar a les dos puntes una cinta de Cupro-Níquel (UNE C-9215) que tapa tot el conjunt magnètic, i permet la conducció del corrent altern. Ha de ser el suficientment gruixuda per protegir els imants de l’efecte skin. Al voltant de la biga interna, hi va un serpentí de coure UNE L-6820 la funció del qual es mantenir refrigerats els imants sota una temperatura de 120°C. (s’explica més endavant) Aquest, es colla mitjançant grapes. Tots els cargols de dins la cambra de buit estan recoberts d’un platejat de 5 µm de gruix, per segellar les possibles porositats que puguin tenir. A la figura 6.3, s’aprecia el detall del perfil de muntatge dels contenidors aquests a la biga interna a l’IVU de la Swiss Light Source. Noti’s la llum existent entre les unitats, la cinta de Cu-Ni (part superior de la foto) i el serpentí de refrigeració.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 39 Es necessari que totes les peces que van dins al buit, no tinguin defectes superficials, i estiguin recobertes amb una pel·lícula de material segellant aquelles que presenten mes porositats (imants sinteritzats, cargols, etc.). Fer net a totes les superfícies un cop mecanitzades ha de formar part del plec d’especificacions per la fabricació de les peces del plànol PFC-CA0. 6.4.2. Connexió de la regió en buit amb l’exterior. Es l’encarregat de connectar els elements de l’exterior de la cambra de buit amb l’interior, i transmetre’n el moviment. Esta format principalment per dos cossos, l’intern al buit i l’extern, collats entre ells mitjançant una unió cargolada. El cilindre de connexió intern es mecanitza com indica al plànol PFC-C20. L’entrada hexagonal es normalitzada per clau plana. El cilindre de connexió extern (plànol PFC-C30) rosca amb l’intern (també s’hi observa l’entrada per clau plana) i la seva funció es assegurar el contacte superficial amb la peça de connexió superior, on van aguantats a pressió mitjançant una grapa que els fixa amb parelles. En aquest ensamblatge, s’hi deixa una llum per assegurar l’apretament entre el cilindre de connexió extern amb la peça de connexió superior. Ambdós es mecanitzen amb acer de bonificació (UNE F-1250) i els roscats son fins. Les toleràncies geomètriques han d’assegurar fins aquí el paral·lelisme entre el pla inferior de la biga interna i el pla superior del cilindre de connexió extern. La secció de l’ensamblatge es pot veure al plànol PFC-C00 El cilindre de connexió extern, porta soldat amb TIG una brida rotativa CF40DN preparada per aplicacions d’ultra-buit on s’hi cargola la manxa. Aquesta delimita la zona de dins del buit Fig. 6.3. Ensamblatge biga interna a SLS
Pàg. 40 Memòria amb la de fora i es solda a muntatge, perquè abans s’ha de passar la grapa que el colla a les plates de connexió. Aquestes tipus de brida, té una entalla mecanitzada on s’hi situa una junta de coure que desprès de l’apretament queda completament hermètica. El serpentí exterior refrigera els cilindres de connexió en cas que sigui necessari quan hi ha altes temperatures dins la cambra de buit. 6.4.3. Biga externa Amb secció de tipus H decidida anteriorment, aquesta es fa a partir de peces d’acer d’us general amb baix contingut de carboni UNE-S235 doncs es necessita un acer barat amb alta capacitat per a ser soldat [Riba, 1998a, p86] S’hi ha afegit carteles als punts on s’ha previst màxima deformació a partir del model FEM, i també als carros, tres per cada conjunt de patins (veure plànols PFC-C00 i PFC-C10). Tenir una estructura extremadament rígida n’és l’objectiu. Existeix la possibilitat de que la H fos de perfil normalitzat, (HEB o bé IPN) però es necessitaria un perfil de grans dimensions per igualar el moment d’inèrcia que ofereix l’actual. Respecte les soldadures de les carteles dels carros, son factibles de fer tot i semblar el contrari a primera vista, doncs s’ha exposat la situació prèviament a un experimentat cap de taller. El procés de fabricació es tractaria en soldar tota l’estructura amb un posterior relaxat de tensions. Constarà en recalentar [Niemann, 1981, p.114] l’estructura soldada durant varies hores entre 400 i 500°C i deixar-la refredar durant dies seguits per eliminar tensions internes de soldadura. Posteriorment, es realitzarien els mecanitzats i es tornaria a fer un relaxat de tensions superficials post-mecanitzat. El zincat galvànic [Riba, 1998a, p.52] sobre els mecanitzats es realitza per protegir les superfícies de la corrosió. Ja es conta el seu gruix en els valors de les toleràncies. Les toleràncies geomètriques asseguren el paral·lelisme entre la superfície on es colla la femella del fusell i la superfície on van els rails que connecten amb els cilindres, i la perpendicularitat amb les superfícies on es collen els patins a l’estructura. Com es pot veure amb les toleràncies, s’ha d’assegurar un posicionat molt precís de les matrius d’imants. La biga externa va connectada amb els parells de cilindres mitjançant un sistema de patins IKO LRX 25 que s’han elegit precarregats per assegurar precisió matant tot tipus de joc. El motiu d’aquests patins es permetre a la biga interna i als cilindres de connexió el desplaçament longitudinal. Així es permet la dilatació de la biga interna quan està sotmesa a altes
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 41 temperatures sense deformar els elements estructurals. Es restringeix al punt mig (veure plànol PFC-C00) perquè aquesta elongació sigui simètrica en ambdós meitats. Totes les unions cargolades dels subconjunt mòbil son de tipus allen (CHC NF E 27-161) sense cap unió crítica a destacar. 6.5. Sol.licitació sobre el subconjunt mòbil. En aquest punt del disseny on alguns dels elements ja estan presentats és interessant el càlcul de la força total que actua sobre el subconjunt mòbil doncs a partir d’ara importa saber aquest valor per continuar amb el disseny. El diagrama de forces està representat a l’annex A “càlculs” a la Figura A.7 pag 16 on s’arriba a la conclusió, que les forces que actuen sobre un subconjunt mòbil depèn bàsicament de Fmag (la força produïda per l’atracció magnètica entre les barres), Fbuit (la força que exerceix la depressió del buit sobre les brides rotatives dels cilindres de connexió ) i P , el pes de tot el subconjunt, que independentment de si es el subconjunt superior o inferior, sempre actuarà en la mateixa direcció. (veure Figura 6.4). Aquesta força es calcula per obertura mínima (5mm) que és quan la component predominant Fmag és màxima. A mesura que incrementa l’obertura aquesta decreix considerablement. Es dissenyarà per FT en el seu valor és màxim de 25 kN.
Pàg. 48 Memòria 7.2. Cadena cinemàtica, paràmetres. La cadena cinemàtica que descriu aquest mecanisme es pot representar tal com està indicat a la Figura 7.3 S’indica els paràmetres de moviment que aniran apareixent en aquest apartat. En el següent apartat es van escollint els elements mecànics que formen el mecanisme a la vegada que es va desenvolupant la cadena cinemàtica. Per això, s’ha desenvolupat una fulla de càlcul en la que es relacionen tots els paràmetres indicats anteriorment El desenvolupament d’aquests càlculs també es troba al mateix annex A “càlculs”. Els paràmetres que s’entren a aquest full són els característics de cada element i s’agafen dels catàlegs, com les eficiències, les relacions de reducció, pas de rosca... L’ús del full de càlcul complert permet dissenyar la cadena cinemàtica per tempteig i d’una forma efectiva i ràpida El mecanisme ha d’ésser capaç de transmetre una força de 25 kN a cada un dels subconjunts mòbils. La velocitat màxima de 1 mm/s i el recorregut de cada subconjunt 10 mm. Es permet passar de la posició d’obertura màxima a la d’obertura mínima o viceversa en 10 s. Per dimensionar, es considera que s’ha de produir la màxima força a velocitat màxima, tot i que es sap que quan es tingui la màxima força el moviment ha d’estar desaccelerant per realitzar la parada a una obertura de Lob,min= 5 mm. Motor Pmot ηmot Distribució Pdist, Tdist ηdist ωmot idist ωred 2xReductor Pred, Tred ηred 2xFusell Tfus, Pfus, ηfus Ph ird ωfus Desplaçament Lob Fig. 7.3. Obertura màxima i mínima
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 49 • potència neta necessària per moure linealment dos subconjunts mòbils a una velocitat de 1 mm/s cadascun d’ells i lluitant amb 25 kN de força és de 50 W Per l’elecció dels elements principals que composen el mecanisme d’obertura (cal tenir a la vista plànol PFC-B00) es segueix el moviment des de la translació dels subconjunts mòbils fins a la rotació del motor. Els criteris que es seguiran per al disseny d’aquest mecanisme i la tria dels components que el composen són: precisió, resolució e irreversibilitat 7.3. Fusell amb femella Segons DIN 69 051 Un fusell es un mecanisme que permet el canvi de moviment de rotació al de translació i viceversa. Poden ser de rosca trapezoïdal o be poden contenir corrons o boles com a elements de rodadura. Els fusells: • Són els encarregats de convertir la rotació en desplaçament longitudinal. Per aconseguir un moviment simètric d’ambdós subconjunts mòbils, es requereix que les dos femelles solidàries al subconjunt mòbil superior tinguin el mateix sentit de gir, i les dues solidàries al subconjunt mòbil inferior sentit contrari a les anteriors. les dues superiors han de girar a dretes i les dues inferiors a esquerres. • Absorbeixen la càrrega axial provocada pel pes d’ambdós subconjunts mòbils, doncs la força magnètica i la força del buit aplicada als fusells es cancel·la en el diagrama del fusell com a sòlid lliure. Si existeix càrrega radial, es que aquesta es deu a desalineament. No es considera en el cas que ens ocupa. 7.3.1. Decisió. Alternatives. Hi ha molts tipus de fusells cadascun òptim per un tipus de funcionament. A l’annex B “mecanisme” es justifica perquè s’ha escollit un fusell amb femelles de corrons planetaris per l’aplicació. Els fusells amb elements de rodadura son els mes aptes per una aplicació de precisió. Quan la precisió de posicionat és important sota carrega, es requereix que la femella estigui precarregada per eliminar el tot el possible joc que es pugui donar. L’escollida serà amb el parell de precàrrega màxima dins del rang possible. També es necessita que la carcassa presenti una brida per cargolar-la al subconjunt mòbil.
Pàg. 50 Memòria La femella pertany a la sèrie PRK que compleix amb els requisits anteriors, del fabricant SKF. Es vol que el pas sigui mínim, doncs així s’obté la màxima resolució en el moviment i el diàmetre del fusell màxim, perquè la deformació deguda a la càrrega axial sigui mínima. La femella que presenta aquestes característiques és la SKF PRK 48x5. Es veu un extracte del catàleg a l’annex B “mecanisme” .Té un diàmetre nominal, pas i parell de precarrega de do = 48 mm, Ph = 5 mm, Tpr = 2,47 N·m respectivament 7.3.2. Fusell Roscat El fusell ha d’ésser una peça de disseny propi. (es pot veure al plànol PFC-B20) Apart de roscar en ambdós direccions, ha de suportar a l’estructura mitjançant rodaments. Apart, l’extrem superior d’aquest requereix ser acoblat a la resta de la cadena cinemàtica. Es faran els salts de secció corresponents, necessaris i mínims, S’entrega el plànol PFC-B20 al proveïdor de SKF per obtenir pressupost de la seva mecanització a mida. No resulta ser barat. Els eixos del fusells estàndard estan mecanitzats amb acer UNE F-1252 el qual es endurit superficialment. Aquest acer de bonificació [Riba, 1998a, p.92-94] es destinat per la fabricació de peces resistents. Es troba fàcilment en el mercat i es usat per a peces altament sol·licitades, doncs presenta una resistència molt gran, i en estat de bonificat, es mecanitza bé. Es un material amb capacitat de tremp i reveniment en tota la massa. En aquest cas, el tremp superficial es fa per inducció o corrent d’alta freqüència. Les femelles estàndard, estan mecanitzades amb acer UNE F-3130 totalment endurit. Amb els tractaments d’enduriment superficial en el fusell i d’enduriment total a la femella s’aconsegueix una duresa a la superfície de contacte de 56 HRc a 60 HRc. El fusell s’acobla directament a l’eix buit del reductor.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 51 7.3.3. Rodaments de suport Per fixar els fusells a l’estructura principal, es fa mitjançant un conjunt de rodaments amb carcassa tant per la part superior com inferior. Cada un dels fusells, com a sòlid rígid sols està sotmès a carrega axial, i aquesta es deu al pes dels subconjunts mòbils. Les forces magnètiques i de buit es cancel·len elles mateixes. SKF prepara unitats de rodaments amb carcassa, lubrificats de per vida per poder subjectar els fusells. S’ubicarà sobre el roscat superior del fusell un rodament de dues fileres de boles amb contacte angular. L’elegit és el SKF-PLBU50 amb un diàmetre interior de 35 mm. Aquest absorbeix tota la carrega axial i s’elegeix amb lleugera precàrrega, (no quantificada al catàleg) per eliminar el possible joc. El fusell es fixa al rodament amb una femella autoblocant d’alta precisió. S’ubicarà un rodament d’una filera de boles de contacte radial a la part inferior del fusell. L’única funció que farà aquest es guiar l’arbre. L’elegit és el SKF-BUF50 també amb carcassa, i diàmetre interior de 30 mm. Aquest permet el moviment en l’eix del fusell degut a la deformació d’aquest i la seva responsabilitat és mínima. 7.3.4. Velocitat angular, parell necessari. Potència Velocitat angular Per avançar 1 mm/s amb un pas de 5 mm, es té que la rotació del fusell es de ωfus = 12 min-1
Pàg. 52 Memòria Parell resultant necessari Es tracta quin es el parell que cal per moure un dels fusells sol·licitat amb les forces que actuen a cadascun dels subconjunts mòbils (no es considera per ara precàrrega ni fricció). Ambdós roscats són en sentits diferents, i com es pot veure a la Figura 7.4 el sentit del pes es el mateix. A cadascuna de les femelles, el parell que es crea degut al pes es cancel·la en el comptatge. Es considera interessant sobredimensionar aquest mecanisme doncs ha d’oferir la precisió necessària amb un període molt llarg de vida. Es pren com a valor de la força que produeix Plà d’obertura P=4,1kN (Fmag+Fbuit)/2 = 10,5 kN (Fmag+Fbuit)/2 = 10,5kN Rosca a dretes Rosca a esquerres T F ma g + F buit T F ma g + F buit TP/2 TP/2 Fig. 7.4. Parell resultant al fusell
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 53 parell a cada femella de FT/2 (veure (Eq. A.1) a l’annex A, pag.20) actuant en sentits contraris per a cadascuna per tal de sobredimensionar d’entrada aquest parell. El parell Tfus que s’ha d’aplicar a cadascun dels fusells ha de ser el necessari per superar: el parell produït per FT/2 aplicat a cada femella, el parell de precàrrega per cada femella i el de fricció que es doni a les unitats de rodaments precarregades que aguanten un fusell a l’estructura. En l’annex A “càlculs” es realitza un càlcul precís d’aquest i s’obté que Tfus = 32 N·m Potencia a l’entrada. Potència neta. Rendiment. En l’annex A “càlculs” es troba el desenvolupament d’aquest balanç. S’arriba a les següents conclusions: • La potència “bruta” que s’aplica a l’entrada de cada fusell per poder dur aquest moviment és al voltant de 40 W i que correspon a 80 W per ambdós fusells. • La potència total que s’aplica als fusells es perd en part al fusell per superar la precàrrega de les dues femelles i la fricció en les unitats de suport, La resta de potència és absorbida per les femelles, per donar el moviment i dissipar-se en forma de calor, segons l’eficàcia del fusell. La potència neta total per moure els dos subconjunts mòbils equival a 50W. • Es perd la totalitat de 30W de potència en: friccions als suports, precàrrega al fusell i als patins, i a la femella. El rendiment d’aquest conjunt és del 62%. Verificació dels components Sol.licitacións estàtiques. Deformació. Les femelles dels fusells treballen aguantant durant llargs períodes de temps aguantant càrrega axial. El fusell es veu sol·licitat amb una força de compressió simètrica respecte plà d’obertura i una càrrega axial. Pel que fà a la deformació de compressió varia la distància d’obertura teòrica. No s’avalua el seu valor, doncs es calibrarà el mecanisme mitjançant lectura directa de l’obertura.
Pàg. 54 Memòria El pes, també donarà lloc a una deformació axial que desplaçarà el pla d’obertura. Aquesta tampoc es tindrà en compte, doncs es a l’hora d’alinear l’IVU quan es corregeix aquest desplaçament. No hi ha perill de vinclament, amb un diàmetre de 48 mm i una longitud entre femelles de 750 mm Verificació del fusell i els rodaments Es fan les verificacions a l’annex A i es veu com el fusell compleix sobradament les condicions de càrrega estàtica. Respecte als rodaments, s’obté una vida infinita en cicles. Sol.licitacions dinàmiques. La sol.licitació dinàmica a la que es veu sotmesa aquest fusell és mínima, doncs per una variació d’obertura màxima (10 mm) cada femella ha de donar dos voltes completes, i el pas d’obertura màxima a mínima sols es dona en el cas de posada a punt de tot el sistema. Les acceleracions i desacceleracions a l’engegada i parada també són mínimes, doncs els moviments es donen a velocitats angulars del fusell molt lentes. En aquest cas no té sentit fer cap càlcul de comprovació dinàmica. (vida en hores o cicles) 7.4. Reductor vis sens fí 7.4.1. Funcionalitat • Reduïr la velocitat angular d’entrada a la de sortida, que serà la velocitat de gir del fusell. tot girant la direcció de la rotació 90º • Assegurar la irreversibilitat del mecanisme, doncs aquest s’ha de bloquejar a la posició que sigui necessària durant un llarg periode de temps. • Transmetre el parell que vindrà del sistema motor, multiplicant-lo considerablement per tal que superi el parell resistent que ofereixen els fusells sol·licitats Es per satisfer aquestes condicions, que es proposa la utilització d’un reductor vis sens fí de 90º, doncs es una trasmissió d’eixos que es creuen irreversible i a la vegada assequible. Per aplicacions d’aquest tipus, es típica la seva utilització, doncs com que és necessari que l’obertura es mantingui constant durant un periode de temps.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 55 7.4.2. Especificacions. Decisió orientativa i materials. S’escull un reductor de precisió del catàleg d’ATLANTA. La justificació es troba a l’annex B “mecanisme”. Els requeriments que tindrà aquest es presenten a continuació: • Tots els reductors compleixen amb la condició de irreversibilitat • Respecte la precisió, ATLANTA ofereix uns reductors amb un joc de 0,6 mrad, donat per un alt recobriment del dentat en el vis sens fi glòbic. Aquest joc reduït al pas del fusell equival a un increment en la distància d’obertura d’1 µm . El joc 0 és convenient a partir del moment en el que la cadena cinemàtica es desdobla per aconseguir un moviment igual en ambdós branques. En el cas del reductor, el joc quedarà matat tant en funcionament com en repos, perquè FT sempre és existent i en el mateix sentit. Llavors atracarà el dentat del vis sens fi sempre per la mateixa cara. Cal especificar que ambdos reductors tinguin exactament el mateix joc. • Per una bona resolució s’ha de pensar en una relació de transmissió alta. • Per al càlcul pràctic d’un reductor, ja es sap que el parell resistent serà Tfus = 32 N·m La relació de reducció que serà alta per complir amb el criteri de resolució, però per ara no es sap doncs s’ha d’orientar abans l’elecció dels següents elements. En conseqüència no es coneix tampoc el rendiment. Segons ATLANTA el càrter del servoreductor està fet d’alumini per la seva bona dissipació de calor i poc pes, amb possibilitat de tenir-lo d’acer. El vis és d’acer endurit i la roda de bronze, encastada a un eix buit. El conjunt està lubricat internament amb oli sintètic. A l’eix d’entrada ATLANTA instal.la als reductors de precisió dos rodaments de contacte angular per eliminar el joc axial al vis, i uns rodaments robustos de corrons a l’eix de sortida per absorvir amb èxit la carrega axial i radial aplicada a aquest. 7.4.3. Dos possibles tipus de funcionament, dos tamanys a l’hora d’escollir Es clar que l’eix de sortida del reductor està sol·licitat amb un parell i el reductor com a element mecànic irreversible és capaç de que aquest no es transmeti cap a l’eix d’entrada, independentment si aquest transmet parell o no. Aquest parell farà que les dents de la corona apliquin una força a la serp del vis.
Pàg. 56 Memòria BROTOMATIC (Distribuïdor d’ATLANTA). per servo-aplicació recomana la utilització d’un reductor que simplement compleix amb el parell, (tamany a = 50 mm) estant el servo sempre connectat, i transmetent parell a l’eix d’entrada, per equilibrar. El parell aplicat fa que la serp del vis transmeti una força en la mateixa direcció, valor i sentit contrari a les dents de la corona. Així s’aconsegueix que el vis sens fi estigui equilibrat, a canvi de que el servomecanisme estigui obligatòriament transmetent parell contínuament. Per altra banda, es considera que no és un cas de “fatiga en cicles” per aquest funcionament, doncs els canvis de posició son molt poc freqüents. La sol.licitació no canvia d’una manera continuada i es pensa que la serp del vis en aquest tipus de funcionament pot aguantar perfectament l’esforç provocat pel parell resistent. Aquestes són les raons per les quals es pensa que, en el funcionament, un cop el sistema esta a la posició adequada es pot parar el servo i serà la serp qui absorbirà tot l’esforç. S’elegeix un reductor sobredimensionat (tamany a = 63mm). Sempre es podrà mantenir el servo connectat per equilibrar l’esforç, tot i que es pensa que no es necessari. En el disseny d’aquest mecanisme es lluita contra la pèrdua de precisió degut a l’esforç constant del dentat. Es aquest el motiu del sobredimensionament, per fer que l’esforç suportat pel carter, el dentat i els eixos sigui mínim. Es creu necessari especificar que el càrter sigui d’acer.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 57 7.5. Sistema motor amb reenviament d’angle El reenviament d’angle és l’element que distribueix la potència de sortida als dos reductors. Es basa en un sistema d’eixos concurrents amb engranatges cònics de dentat recte que permet la transmissió del moviment en la direcció necessària. Es vol un reenviament d’angle del catàleg de PFAFF SILBERBLAU, per que proporcionarà també més endavant elements per al banc d’alineament. A l’hora d’escollir una gamma de reenviaments es vol que els diàmetres dels eixos de sortida tinguin una certa relació de tamanys amb els del reductor, i també que tingui un sistema d’embridament per al motor. Aquest te forma de “tarrina de gelat” i s’hi haurà de mecanitzar una peça addicional per adaptar-hi el motor escollit. Per la gamma de PFAFF-SILBERBLAU en la que es vol escollir, aquesta ofereix reduccions de 1:1, 1:2 i 1:3 i joc molt reduït. 7.5.1. Joc al sistema motriu depenent del sistema de control • Si el sistema de control és en llaç tancat, (lectura constant de l’obertura) l’existència de joc en aquest punt de la cadena no es un factor important, doncs el motor donarà els passos necessaris fins que els encoders arribin a la posició calculada. Es important es que el joc sigui el mateix als dos arbres de transmissió i amb el corresponent eix del reenviament, per a que el sincronisme entre els dos conjunts eix-reenviament- acoblament-arbre-acoblament-reductor-fusell sigui perfecte. • Si el sistema de control fos en llaç obert (numero de passos calculat anteriorment es important que el sistema motriu sigui precís per assegurar “l’ús” de tots els passos de motor. Es vol que tota la cadena cinemàtica sigui de precisió (joc 0) incloent-hi l’arbre motriu. (eix motor-acoblament-reenviament) 7.5.2. Motor. Descripció, Alternatives i funcionalitat El motor és l’encarregat de moure tota la cadena cinemàtica a partir del gir del seu eix i a la vegada transmetre un parell. Es presenten varies alternatives dins del grup d’elements motors d’accionament electromecànic a l’annex B “mecanisme”. Per un servosistema de precisió de petits moviments sota control, un motor pas a pas n’és la millor alternativa.
Pàg. 64 Memòria 7.8. Control bàsic de l’obertura i fi de cursa Es pretén exposar els criteris bàsics de disseny d’un llaç de control per al mecanisme d’obertura. En aquesta aplicació, per la necessitat d’obtenir una alta exactitud de posicionament, s’ha de dissenyar un sistema de llaç tancat, amb lectura directa a l’obertura, l’esquema general del qual esta representat a la Figura 7.6 [Balcells, 1997] El control dels eixos és farà per medi de procreadors de posicionament i targes de control electrònic especialitzat. El control és construirà amb un regulador estàndard del tipus PID. • L’acció proporcional P intentarà corregir la sortida: a més error ε (t)=|Lob,OBTINGUT- Lob,DESITJAT| més senyal de correcció. La situació de error nul només s’aconseguiria en règim permanent ideal. • L’acció integral I modifica la senyal de sortida fins que la variable controlada arriba al valor de la consigna. Elimina l’error en règim permanent, però necessita un cert temps per aconseguir-ho. • L’acció derivativa D te un efecte anticipatiu, intentarà compensar possibles errors que només intenten aparèixer i compensar les inestabilitats. El senyal de sortida del regulador vindrà donat per l’equació (Eq 7.3): Fig. 7.6. Esquema de llaç tancat per l’aplicació PID Amplificador de polsos Mecanisme D’obertura Lectura posició Consigna : Lob,DESITJAT Lob,OBTINGUT ε(t) s(t)
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 65 dt td kdttktkts DIP )( )()()( ε εε ++= ∫ (Eq. 7.3) Per evitar oscil·lacions al voltant del punt de consigna degudes a les toleràncies mecàniques, és disposa d’una funció de zona morta al voltant de ε (t)=0 perquè el regulador no treballi, és a dir, s’acceptarà un error mínim en el posicionament. 7.8.1. Dispositius per la lectura de la posició Els elements que interactuen amb el processador de control son els següents. La seva tria esta justificada a l’annex B “mecanisme” Mesura de desplaçaments angulars. El disseny del mecanisme d’obertura pretén que la transmissió del fusell (moviment angular) a la femella (moviment lineal) sigui el màxim de precisa possible. Per això es creu convenient en utilitzar traductors de posició angular (encoders) per la mesura dels desplaçaments lineals dels subconjunts mòbils. A l’annex B “mecanisme” es justifica la necessitat d’encoders absoluts la raó principal es que, al contrari dels encoders incrementals no necessiten un procés d’inicialització . El fusell necessita donar dos voltes senceres per recórrer la distancia des de Lob,MIN a Lob,MAX . Per poder realitzar la lectura, l’encoder ha d’ésser capaç de llegir més d’una volta. KUBLER 9081 amb l’eix buit és un encoder multivolta. Tenint aquest n=13 bits per volta, la resolució possible en graus ve donada per l’expressió (Eq. 7.5) La resolució desitjada en la distancia d’obertura és de ∆Lob,MIN = 2 µm i correspon a un gir del fusell de фMIN=0,7° (Eq. 7.4) L’elecció es bona a nivell de resolució. La lectura directa de l’obertura es vol fer amb l’encoder absolut a l’eix del fusell. Ambdós, actuen simultàniament, però se’n llegeix sols un i l’altre, resta per supervisar. En cas de discrepància saltaria l’alarma del sistema. фPOS = n 2 360° = 0,044° (Eq. 7.4) Mesura de desplaçaments lineals En general durant l’engegada i posada a punt és necessari executar un procediment per tal de buscar la posició inicial de l’encoder. A mes, aquests poden presentar problemes mecànics ja
Pàg. 66 Memòria que la seva fabricació és molt precisa. També són molt sensibles als cops i a les vibracions. Per aquests dos motius, es decideix disposar d’un sistema de mesura lineal redundant a la lectura angular. Es fica un lector de posició lineal que actuarà com a dispositiu de suport per exemple a l’hora de calibrar el control del mecanisme d’obertura, i per monitoritzar si es creu necessari. Per aquest cas, es vàlid un traductor LVDT que serà calibrat per llegir posicions concretes, com per exemple els extrems de cursa. La seva resolució depèn del sistema electrònic que l’acompanya, poden tenir bona repetitivitat per alguna posició en concret. El problema del LVDT és bàsicament la sensibilitat al soroll que mostren. Es podria millorar aquesta instal·lació de suport a nivell resolució amb un dispositiu Eddy Current per a la mesura lineal (veure annex B “mecanisme”). Fi de cursa Té la missió de parar el funcionament del mecanisme d’obertura just després de que aquest sobrepassi els límits de moviment (5 mm i 25mm). Son tres els dispositius que actuen consecutivament, separats per un δLob que es decideix a calibratge. 1. La mateixa lectura angular dels encoders, dona la senyal de límit de moviment. 2. A una posició d’obertura mes extrema, actuen uns interruptors de precisió que donen la senyal d’interrompre el llaç de funcionament. 3. En cas de que falli el sistema electrònic, uns topalls mecànics s’instal·len a l’estructura principal i s’ajusten per parar el moviment d’obertura. Es considera un cas límit arribar a aquesta situació, doncs un sistema full tolerance ja s’ha desenvolupat electrònicament. Conjunt de mesura longitudinal i fi de cursa. Descripció mecànica . El fi de cursa es munta mitjançant un sistema redundant d’interruptors de precisió OMRON M8 DA 3200 sobre un conjunt de lleves que es mouen linealment, on l’interruptor es simbolitza com un palpador puntual. Com es pot veure al plànol PFC-BB0, el xassís que suporta els interruptors i el LVDT es solidari a l’estructura, i la que porta els palpadors es mou amb el subconjunt mòbil. Per al calibratge, la posició d’aquests palpadors s’ajusta amb micròmetres d’alta precisió, MITUTOYO MHC 148-351 solidaris al xassís del conjunt.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 67 7.8.2. Diagrama de control. Característiques del processador de posicionament Es pot veure un diagrama mes complet del control a la Figura 7.7. El programa carregat al processador és un algoritme de control PID. El programa inclou al processador les característiques del motor pas a pas: Tipus, nombre de fases, freqüència de la commutació, CPU Memoria de Programa Processador de Posicionament Amplificador de Pulsos Motor pas a pas Cade n a ci n e m à tica LVDT ENCODERS ESTATS CONSIGNA Font de corrent continua FI DE CURSA Fig. 7.7. Esquema complet de llaç tancat per l’aplicació
Pàg. 68 Memòria passos per volta i les característiques mecàniques del sistema: relacions de transmissió, punts límits del moviment, valors màxims de velocitat i acceleració, longitud, sentit del desplaçament... El funcionament del processador pot funcionar de les següents maneres: En mode manual rebrà ordres especifiques des de la unitat de programació. Per exemple, quan l’usari entra una nova consigna. En mode automàtic rebrà les consignes indicades pel programa principal. Per exemple, quan es fa la realimenatació Característiques del processador: • Tres llaços de control: encoders, final de cursa, i transductor lineal • Entrada/Sortida (I/O) binàries pròpies pel control lògic del moviments: engegada, parada i límits de seguretat. • Memoria RAM/ EPROM per magatzem del programa. • Visualització d’estats: diodes LED, Monitor... 7.8.3. Condicions de funcionament. En el posicionament amb motors pas a pas s’hi troben implicades tres variables: • Nombre de polsos que defineixen la longitud del desplaçament. • La freqüència del polsos que definiran la velocitat del moviment. • L’encoder absolut, indicarà al processador l’espai recorregut. Segons l’error de posició real el processador genera els trens de polsos, amb velocitat i acceleració programades i les al mòdul de potència del accionament del motor pas a pas: amb un pols, el motor gira 1,8°, amb un tren de polsos el moviment discret és transforma en continu. El programa de moviments carregat al processador, serà el responsable d’assegurar la posició dels eixos i transmetre els senyals de desplaçament, velocitat i acceleració. El programa tindrà tres blocs:
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 69 • Programa del moviment: desplaçament en funció del nombre de passos i del sentit de gir. • Condicions de control: Error ε(t) imposat en regim permanent, temps de resposta (freqüència de polsos) . • Paràmetres de l’aplicació: resolució, velocitat màxima, constants del regulador PID. El processador mitjançant una tarja controladora tindrà les següents connexions d’entrada/sortida: • Entrada de les lectures de l’encoder absolut (nombre de voltes i posició angular). • Entrades de senyals no proporcionals procedents dels finals de cursa. • Entrades analògiques procedents del LVDT. Internament farà la conversió A/D. • Sortida per la indicació de successos. • Informació d’estats a la CPU principal. L’usuari ha de poder definir les trajectòries mitjançant un conjunt d’instruccions senzilles i orientades a l’aplicació: Desplaçaments amb o sense parada, desplaçament fins que verifiqui una condició o una posició absoluta. La CPU principal és l’encarregada de seleccionar, modificar els paràmetres i visualitzar-los, i si convé el programa, i observar els desplaçaments en temps real.
Pàg. 70 Memòria 7.9. Conclusions referents al servo mecanisme Arribat a aquest punt s’han trobat elements mecànics de diversos fabricants per elaborar aquest mecanisme. Aquest es capaç d’incrementar l’obertura amb intervals inferiors a 1 µm , doncs com es pot comprovar amb el full de càlcul, amb un pas de motor l’increment a la distància d’obertura serà de 0,5 µm,. Amb aquest disseny cal realitzar 4 passos de motor per poder incrementar 2 µm la distància d’obertura. El fusell es troba sobredimensionat a càrregues axials, doncs s’ha tingut en compte que actua constantment en tota la vida útil del fusell. El mateix es pot dir per les unitats de rodaments que subjectaran els fusells a l’estructura principal. Tot i així, es sap que hi haurà una deformació degut a la força axial que ara no es té en compte, però es notarà quan es faci el calibratge de la màquina. El reductor vis sens fi té la missió de convertir el parell que transmet el motor pas a pas amb un parell capaç d’arrossegar mitjançant fusells un pes de 25 kN, durant el temps que sigui convenient. Per això s’ha dubtat a l’hora d’escollir entre un que compleixi numèricament amb parell i potència nominal o bé un de sobredimensionat. El joc queda matat per la força magnètica a ambdós reductors. A l’hora de demanar-los cal especificar que aquests tinguin el mateix joc. Tal com s’ha pensat, mantenir els fusells fixos es deu al reductor. Son les dents de l’engranament del reductor vis sens fi qui aguanta contínuament el parell que es crea a la sortida, i no es creu necessari cap parell per equilibrar. Per això és convenient el sobredimensionat d’aquest, perquè tant les dents, com els eixos i el carter aguantin sense esforç aquesta sol.licitació. El problema no es centra en la vida del reductor, sinó en la possible pèrdua de precisió durant la vida. El reenviament d’angle i el motor pas a pas s’han sobredimensionat per que es doni una certa relació de proporcionalitat amb els dos reductors. Durant el funcionament de la màquina, el motor pas a pas podria estar sempre està connectat, depenent de com es vulgui realitzar l’operació. Durant el funcionament, si s’utilitza el fre com a element de seguretat, aquest bloquejarà l’eix del motor, mentre aquest està connectat i transmetent parell. Posteriorment es desconnecta el motor i el fre roman actuant.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 71 8. ESTRUCTURA PRINCIPAL La funció d’aquesta es guiar el desplaçament vertical dels subconjunts mòbils tot suportant-los així com suportar també el mecanisme d’obertura per al moviment d’aquests, els corresponents finals de cursa (mecànics i electrònics) i tot el sistema de buit. El plànol de conjunt PFC-B00 representa l’estructura, el mecanisme, i els altres elements que hi van muntats. 8.1. Disseny de les columnes. Deformacions La força FT i el parell TT creat per aquesta, son absorbits pels següents elements i de la següent manera, tal com es pot veure a la Figura 8.1 • Els patins i la columna absorbeixen el parell TT a canvi de deformació angular que s’ha d’avaluar per complir amb la condició de deformació angular exposada a • El fusell absorbeix tota la carrega axial FT mitjançant uns rodaments que el suporten a la columna. El disseny conceptual de l’estructura comença i acaba en escollir quina serà la secció de les columnes per a que la deformació angular no sobrepassi un cert valor. S’ha de preveure FT Patins Fusell Columna a dimensionar Subconjunt mobil TT Fig. 8.1. Esquema estructural
Pàg. 72 Memòria que hi ha d’haver un mínim d’espai a l’interior per a que el carro que porta la femella del fusell hi circuli. Tenint en compte que s’aplica un parell Test a cadascuna de les columnes és TT/2, la secció de tall de la columna es deformarà segons la Hipòtesi de Navier (Eq. 8.1) I E LT estest est ⋅ ⋅ = ϕ (Eq. 8.1) Considerant que la columna es fixa i simètrica a la meitat de la seva longitud. Es pot calcular, per aquesta secció a decidir, mitjançant el Teorema de Steiner la inèrcia a l’eix on s’aplica el parell per a que la deformació angular φest no sobrepassi els 0,02 mrad que queden “a disposar” per complir amb la condició de deformació exposada a l’apartat 6.1.2 a l’equació (Eq 6.1) La distancia entre l’encastament de la columna Lcol (veure Figura 9.1) i el punt on s’aplica el parell s’agafa de 450 mm com a valor orientatiu. S’obté el valor de I ≥ 2,7·10-4 m4 per a que la deformació angular sigui la permesa. Dues alternatives son estudiades a l’annex A “càlculs” , pag. 39 a l’hora d’obtenir aquesta secció, tenint en compte que a cada meitat de la U, aniran soldades dues orelles per collar els carrils dels patins LRX35. • Secció a base de calaix a base de perfil normalitzat UPN . Un calaix format per dos perfils UPN d’una mida entre 260 mm i 300 mm soldats entre ells, compleixen perfectament amb la condició de deformació • Un perfil en U construït a partir de plaques de 20 mm d’acer al baix carboni. Ofereix una estructura rígida, d’uns 300 mm de profunditat S’ha estudiat les configuracions possibles per realitzar-ho amb calaix (primera opció) però es mes interessant la segona a nivell de rigidesa, i menys risc de deformació en soldadura, doncs el perfil UPN utilitzat seria de 10 mm de gruix com a màxim, i s’ha de tenir en compte que les soldadures de les orelles per als patins han de ser generoses en tamany. L’opció escollida és mes cara i pesant, però més adient per l’aplicació. Amb el perfil escollit, l’angle de deformació φU de la U queda de 0,0072 mrad. Per l’orella dissnyada se’n calcula també la deformació angular a l’annex A “càlculs” i resulta de 0,0065 mrad respecte la paret de la columna suposada ara fixa. Es te que la suma d’ambdós és ≤ 0,02. El dimensionat compleix amb la condició de deformació angular.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 73 8.2. Despeçament Es soldarà una base inferior per collar l’IVU a un banc d’alineament i una superior per muntarhi els reductors. S’han d’ubicar suports per als rodaments i les dos columnes s’uneixen entre elles mitjançant calaixos de perfil UPN, sense responsabilitat. La fabricació de l’estructura soldada, es molt cara, degut a la precisió dels mecanitzats i el seu gran tamany, doncs s’ha de ficar a una maquina de grans dimensions per la realització dels mecanitzats. Per fer l’estructura soldada, es segueix el mateix procediment de fabricació i material que s’ha seguit per la biga externa. El plànol de l’estructura és el PFC-B10 on s’indica les superfícies de referència i els mecanitzats necessaris. L’objectiu de les toleràncies funcionals es aconseguir la planitut dels reductors respecte la base, que es per on es colla l’estructura a l’hora de fer els mecanitzats i la perpendicularitat amb les superfícies on hi van els patins. A cadascuna de les columnes, hi van soldades unes orelles simètriques. Aquestes permeten collar la cambra de buit a l’estructura mitjançant els ajustos necessaris, com es pot veure al (plànol PFC-BA0) i grapar-ho un cop es a la posició correcta. La cambra de buit es pot desplaçar en el seu eix longitudinal, gràcies als patins que s’escolleixen del catàleg d’IKO. Els LRK15 amb precàrrega normal son adients. El conjunt cambra de buit + patins + suport es guiat amb un sistema de clavetes i les mateixes grapes, que apreten tot el conjunt a les orelles soldades. En l’estructura principal s’hi desplacen linealment els subconjunts mòbils amb els patins IKO LRK35 calculats anteriorment a deformació. La unió cargolada dels carrils d’aquests amb l’estructura principal, es comprova a l’annex A “càlculs” pag. 43, perquè es sospita que la unió de placa contra placa (carril-estructura) sigui critica i s’arriba a la conclusió de que s’han d’adquirir els carrils amb la meitat de la distancia estàndard entre cargols. Això permet collar amb 12 cargols tipus CHC NF E 27-161 (allen) fent la juntura segura. El sistema electrònic i el mecànic de final de cursa del mecanisme d’obertura son fixats a l’estructura principal.
Pàg. 80 Memòria 11. BANCS D’ALINEAMENT L’alineament en els elements de l’accelerador és bàsic per optimitzar al màxim les prestacions d’aquest i les de l’anell. (Es recomana mirar l’annex C “Banc d’alineament”, doncs complementa necessàriament les explicacions següents) 11.1. Alineament de l’ondulador en buit com a cas particular. 11.1.1. Alineament general Per l’alineament d’un ID primerament es defineix l’eix de simetria magnètic. Aquest, és definit per l’intersecció entre el pla d’obertura i el pla que defineix la simetria de les matrius d’imants. L’eix de simetria magnètic (indicat al plànol PFC-C00) es pot representar amb dos punts P1 i P2 de tres coordenades respecte el centre de l’anell d’emmagatzematge. L’òrbita nominal es un conjunt de coordenades absolutes que defineixen respecte el centre de l’anell d’emmagatzematge la trajectòria que segueixen els electrons. Per a un segment recte on hi ha instal·lada una ID, es defineix una recta posicionada mitjançant un punt d’aplicació i un vector. (PNV) Com indica a la figura 11.1 Geomètricament parlant, s’ha de fer que els punts P1 i P2 que corresponen a l’eix de simetria magnètic, formin part de la recta (PN,V), P1 P1 (PN,V). Fig. 11.1.Eix de simetria magnètic i òrbita nominal
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 81 l’eix de simetria magnètic, a la realitat mai formarà part de l’òrbita nominal. Els motius principals perquè inicialment no es doni aquesta coincidència són la tolerància mecànica i les deformacions per pes propi i en funcionament. Ambdós es corregeixen durant el calibratge inicial de la màquina o be en el primer alineament, però els moviments del terra faran que una ID (com qualsevol element de l’anell d’emmagatzematge) s’hagi d’alinear periòdicament. Els punts P1 i P2 pertanyen al plà d’obertura i corresponen als extrems de les matrius d’imants. Es referencien a l’estructura de la ID sobre la biga externa mitjançant monuments de referència, instal·lats pel grup de treball que es dedica a l’alineament. (no estan inclosos en els plànols). La posició desitjada de l’eix de simetria magnètic (recta PN,,V ) es sap gràcies referències interiors ubicades a la paret del túnel complementades amb punts de control i es mesura amb la instrumentació adequada des dels pilars interiors a l’edifici. L’alineament de l’ondulador relatiu a la resta dels elements de l’anell d’emmagatzematge es complementa amb instrumentació de precisió, presentada a l’annex C “banc d’alineament” 11.1.2. Posicionament final en l’ondulador en buit. Requeriments mínims. El feix d’electrons en el plà té un perfil aproximable a una Campana Gaussiana, on el radi teòric equival a la desviació típica σ. Hi ha un punt òptim de funcionament µ, on el feix te la màxima intensitat i aquest coincideix amb el centre (mitjana) d’aquesta campana. En el cas de l’ondulador en buit, quan l’eix de simetria magnètic esta ja alineat amb el segment d’òrbita nominal que li correspon, s’ha de desplaçar paral·lelament i en direcció vertical fins que coincideixi amb aquest punt de mínima pèrdua d’intensitat µ. Aquest és el requeriment mínim de posicionament final que necessita l’ondulador en buit. Aquesta operació es duu a terme fent un escombrat mecànic en direcció vertical de l’eix de simetria magnètic amb una resolució desitjada de l’ordre d’1 µm tot avaluant la intensitat al punts P1 i P2. Es deixarà ubicat allí on la diferencia d’intensitat entre aquests sigui mínima. La desviació típica es de l’ordre de 10-1 mm. La pèrdua d’intensitat de l’ordre de mA. La raó d’aquest posicionament vertical, és en el cas de l’Ondulador en buit que el feix de radiació està en contacte directe amb les matrius d’imants. Si el feix es troba en una posició asimètrica, el desgast seria desigual en una filera que en l’altra.En el pla horitzontal, no es considera crític aquest posicionament a nivell de desgast. Aquest escombrat, és necessari realitzar-lo des de fora del túnel de l’accelerador, doncs s’ha de realitzar amb el sincrotró en funcionament.
Pàg. 82 Memòria 11.1.3. Graus de Llibertat Un cop sabent les necessitats que requereix l’alineament i els paràmetres que hi intervenen, es pot comptabilitzar els mínims graus de llibertat que es necessita donar a l’ondulador en buit per al seu alineament correcte. Es representa a la Figura 11.2. Es defineix globalment 6 GL per alinear correctament un ondulador en buit. 5 GL per l’alineament general i 1 GL per al posicionament final. • Per l’alineament general, es necessita la translació horitzontal X, i la vertical Y dels dos punts P1 i P2 L’orientació d’aquests dos PN definirà les rotacions corresponents al capcineig γ, la guinyada ψ. • El balanceig α, (gir sobre l’eix de simetria magnètic) també s’ajusta sota una tolerància, i es el que defineix el paral·lelisme del pla d’obertura respecte el terra. • Per poder desplaçar verticalment i paral·lelament l’eix de simetria magnètic respecte l’òrbita nominal es necessita 1 GL (Y’) Fig. 11.2. Triedre. GL per l’alineament γ α ψ Y’ P1 P2
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 83 • La translació Z al llarg de l’eix de simetria magnètic en principi no es considera com a grau de llibertat d’alineament, tot i que també s’ajusta per emplaçar l’ondulador a l’anell. 11.2. Criteris previs a disseny. Plànols d’estudi. En l’evolució del projecte del sincrotró ALBA a dates d’avui no es sap quin sistema es vol per alinear i posicionar els ID’s. (diferents sistemes son explicats als primers apartats de l’annex C “Banc d’alineament”). Es saben quines son les toleràncies d’alineament general per als elements d’emmagatzematge, doncs aquestes venen determinades pel feix d’electrons, però de cara al posicionament particular de l’IVU, no es coneixen les necessitats. Opció 1 La simplicitat de disseny i funcionament i a la vegada cost reduït, a l’hora de presentar un banc d’alineament per aquest ondulador, la solució decanta cap a un banc d’alineament general totalment manual i posicionament final motoritzat mitjançant gats que cobreixi els requeriments mínims de posicionament de l’eix de simetria magnètic sota la tolerància necessària definits a l’apartat 11.1 . Es descriurà com a opció 1 el disseny i funcionament d’un banc d’alineament d’aquest tipus. Es contempla l’ondulador instal·lat a aquest en el plànol PFC-000, on també s’indiquen els rangs de moviment per a de cadascuna de les etapes. Opció 2 Es pot tenir la necessitat de realitzar alineaments periòdics amb la màquina en funcionament. Apart, depenent de l’experiment que es realitzi a la linea experimental on vagi instal·lat l’ondulador, pot sorgir la necessitat puntual d’obtenir una tolerància en l’alineament en tots els graus de llibertat més precisa (al nivell de la de posicionament). El disseny d’un banc que permeti 5 graus de llibertat motoritzats d’alta precisió es presenta com a segona opció, degut a que segons com, Es defineix com a opció 2 un banc que permet posicionar, tots els graus de llibertat motoritzats amb alta resolució, l’ondulador en buit. Es basa en un sistema d’excèntriques. Es presenta a l’annex C “banc d’alineament”, pag 12. Es plantejaran els principis cinemàtics de moviment i el funcionament .
Pàg. 84 Memòria La motivació principal n’és la bellesa dels seus moviments rotatius i el planteig geomètric per poder controlar informàticament els moviments de l’eix de simetria magnètic. El plànol PFC- 000_2 indica com va muntat l’ondulador sobre un banc d’aquest tipus, i les constants geomètriques necessàries per poder raonar geomètricament la posició dels punts P1 i P2 de l’eix de simetria magnètic en funció dels angles girats per les excèntriques. També s’indiquen quin son els rangs de moviment per les etapes d’alineament manual i motoritzat. 11.3. Requeriments generals. • Graus de llibertat: l’eix de simetria magnètic s’ha d’orientar amb 5 GLL:(X, Y, α, γ, φ). Un cop orientat, aquest s’ha de poder posicionar amb 1GLL (Y’) • Tolerància d’alineament: Per ara, les especificacions generals que es tenen per l’alineament d’ ALBA són les següents: o Desviació estàndard de ± 0,1 mm en l’alineament relatiu entre els elements de l’accelerador, en les direccions X,Y. o Desviació estàndard de ± 0,1 mrad en inclinació horitzontal. o Precisió submilimètrica per l’alineament absolut. • Resolució general: S’ha de poder donar moviments al banc amb una resolució més petita de 0,1 mm. (degut a les especificacions anteriors) • Moviment precís: ∆Lel,MIN = 1 µm Æ es necessita poder proporcionar un moviment vertical Y’ lent, precís i motoritzat, (apart del possible moviment Y manual) amb una resolució desitjada que acostuma a ser per realitzar el posicionament final de l’eix de simetria magnètic.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 85 11.4. Centre de gravetat. Considerant tota la màquina com un sòlid rígid, es creu convenient que les potes que l’han de suportar es centrin simètricament respecte el CG. Així tots els elements que actuen de suport estaran sol·licitats amb la mateixa carrega axial, i ajuda a que les característiques de funcionament siguin les mateixes per cada pota. El centre de gravetat de l’ondulador en buit amb tots els seus components sense comptabilitzar el banc d’alineament es calcula amb una fulla de càlcul i es presenten els resultats a l’annex A “càlculs” pag.57 on s’aplica el teorema de Pappus-Guldin a tots els seus components. Per a calcular el CG de cada component, es fà mitjançant el mateix programa de disseny 3D amb el que es treballa (I-DEAS). Com a origen de coordenades (0,0,0) s’agafa el punt mig de l’eix de simetria magnètic. L’ondulador es una màquina aproximadament simètrica. Sols els finals de cursa situats a la seva dreta trenquen aquesta simetria. Això es reflexa en els resultats de càlcul del seu centre de gravetat, on apareixen els següents valors XCG = -129 mm, YCG = -77 mm, ZCG = -0.5 mm La massa total de l’ondulador també resulta calculada amb el valor de 3101,3 kg i l’aproximarem tenint ara en compte el pes de tots els elements que no s’han comptabilitzat i sumant una estimació el pes que tindrà el mateix banc d’alineament mT = 3200 kg Els signes negatius indiquen que el sentit de les coordenades es l’invers al que s’ha definit a l’origen. Ens interessa la projecció horitzontal d’aquest centre i no es considerarà la coordenada ZCG. Es tindrà en compte sols la coordenada XCG i el banc es dissenyarà simètricament a la projecció vertical d’aquest CG, doncs no afectarà a la coordenada XCG
Pàg. 86 Memòria 11.5. Primera opció. Banc manual amb elevador motoritzat. Si les necessitats son les bàsiques, s’aposta per aquest Aquest banc (veure plànol PFC-A00) cobreix a baix cost a nivell de control l’alineament d’un element sota tolerància de ±10-1 mm Generalment, es manual i es necessita l’accelerador aturat per realitzar tot l’alineament. Disposa, però, d’un servo que permet elevar amb molta precisió (µm). Es defineix: • Primera etapa: Tots els graus de llibertat es proporcionaran manualment a base de potes amb rosca sobre un terra lliscant. Els elements roscats d’ajust han de ser capaços de proporcionar moviments de dècimes de mil·límetre. • Segona etapa: El posicionament precís es basaria amb un esquema d’elevació format per actuadors i un sistema motor per a tots ells amb la reducció necessària per obtenir la resolució requerida. Amb la mateixa justificació que al mecanisme d’obertura s’utilitza un motor pas a pas 11.5.1. Segona etapa: Disseny conceptual. Possibles solucions. Es comença a dissenyar el banc d’alineament per la segona etapa, que es tracta bàsicament d’una distribució d’actuador-reductors, on es convertirà el moviment rotacional amb longitudinal, i etapes de reducció per poder ser accionades en principi amb un mateix motor. Aquest, pels mateixos motius exposats en el disseny del mecanisme d’obertura, ha d’ésser un motor pas a pas. Varies solucions han estat plantejades com a possibles en aquest inici del disseny: (NOTA: en els esquemes plantejats, l’elevació es donaria en un vector perpendicular al paper) ESQUEMA 1. Un sol motor i esquema amb un eix de simetria. Aquesta es una solució similar a la aplicada a ESRF on un sol motor pas a pas i una caixa de distribució transmeten la rotació als 4 actuadors que situats als extrems. Dos d’aquests (1,2) son reductors amb una relació de reducció determinada que tenen un eix conductor i dos conduïts: Un dels dos eixos conduïts és un roscat amb un determinat pas que converteix la rotació en un moviment de translació. Els altres eixos conduïts transmeten el moviment als actuadors (3,4). L’actuador en aquest esquema està dissenyat a partir d’un reductor de precisió amb engranatges de tipus cònic la qual cosa facilita que el gir es pugui transmetre en 90°. La
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 87 irreversibilitat al mecanisme, o es pot donar amb el motor pas a pas convenientment sobredimensionat connectat constantment transmetent el parell necessari per que els actuadors romanguin a la mateixa posició sota carrega axial, amb algun sistema de bloqueig incorporat al reductor, amb un sistema de bloqueig a l’eix conductor del motor, o combinacions d’aquestes possibles solucions. L’esquema es veu a la Figura C.7, annex C, pag 13. ESQUEMA 2.Un sol motor, esquema asimètric. Es similar a l’anterior, però la irreversibilitat s’aconsegueix en el tipus de reductor utilitzat en l’actuador. Ara enlloc de tenir un reductor d’engranatges cònics es te un vis sens fi (1,2,3,4). que pot donar la irreversibilitat al mecanisme d’una forma eficient i segura malgrat el seu baix rendiment. L’esquema es veu a la Figura C.8, annex C, pag. 14 Per poder transmetre el moviment a partir d’un sol motor pas a pas, cal recórrer a dos arbres exactament iguals on l’asimetria es dona a l’arbre conductor. Per transmetre el moviment als dos arbres elevadors es faria amb dues caixes de reenviament d’engranatges cònics, i a una d’elles connectada el motor. El principal inconvenient que es veu a primera vista d’aquest mecanisme és que un gir molt petit s’ha de poder transmetre a través d’arbres de llarga longitud. ESQUEMA 3. Mecanisme amb dos motors i dos eixos de simetria Tot i que de bon principi la idea és controlar tot el mecanisme amb un sol grup motor, també es contempla la possibilitat de separar-lo en dos sub-mecanismes iguals Aquests són completament simètrics segons l’eix de simetria 1, (veure annex) i a cadascun d’ells, el gir es transmet a traves d’un reenviament d’angle. Al funcionar simultàniament, aquesta configuració separada també permet un grau addicional de llibertat de gir α en l’eix de simetria 2, (veure annex) L’esquema es veu la Figura C.9, annex C, pag 14. L’avantatja principal, es la simetria doble que es dona als quatre punts d’accionament, podent aproximar igual el rendiment de cada branca de transmissió i la potencia neta que arriba a cada actuador-reductor serà la mateixa. Caldrà tenir en compte a nivell de control que d’angle gir proporcionat per cada un dels motors pas a pas sigui exactament el mateix, quan es vulgui donar Y’
Pàg. 88 Memòria 11.5.2. Elecció de l’esquema i planteig. La possibilitat de poder tenir la irreversibilitat incorporada al mecanisme fa descartar l’ESQUEMA 1, on aquesta s’aconsegueix a partir de mecanismes addicionals. S’opta per l’ESQUEMA 3 ja que es una millora considerable de l’ESQUEMA 2. Un mecanisme simètric assegura el funcionament per igual dels quatre actuadors-reductors a nivell de càrrega, eficiència i potència que hi arriba. En l’ESQUEMA 3 s’obre la possibilitat d’afegir un GL-α’, que correspondria a un balanceig motoritzat i d’alta resolució, sobre l’eix de simetria 2. L’ús o no d’aquest grau de llibertat amb resolució es presenta com a possibilitat, i es tindrà en compte depenent de les necessitat, ja que encareix el sistema de control. El centre de gravetat de l’ondulador es situarà a la intersecció entre els dos eixos de simetria S’escolliran els elements d’aquest mecanisme tenint en compte el parell necessari que s’ha de transmetre per aixecar el pes de l’ondulador i la resolució que es requereix en el moviment vertical. El recorregut establert per aquest moviment, però no serà superior a ±5mm. La velocitat de moviment màxima per anar d’un extrem a l’altre no serà superior a v=1mm/s. 11.5.3. Primera etapa: Disseny conceptual. Esquemes i esborranys del disseny. La primera etapa del banc es basarà en quatre potes amb cargol fixades a una placa que es desplaça sobre un pla horitzontal fixa al terra. El moviment de tot el conjunt respecte el pla horitzontal s’aconsegueix a base de roscar els cargols d’ajust. El gir de les quatre potes roscades sobre la maquina que s’ha d’alinear, permet l’elevació d’aquesta respecte el terra. • Moviment vertical Y: actuant les quatre potes per igual • Balanceig: actuant sobre les potes • Capcineig: actuant sobre les potes • Moviment horitzontal X: actuant sobre els cargols • Moviment horitzontal Z: Es pot donar d’una forma anàloga a l’anterior, pero no es considera un grau de llibertat per l’alineament, doncs la posició sobre Z va determinada per el muntatge de la cambra de buit en la seva respectiva anterior i posterior
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 89 • Guinyada: actuant sobre els cargols. Es representa en el dibuix ¼ d’aquest esquema, doncs és simètric a dos eixos. L’esquema es veu a l’annex “C” Banc d’alineament, a la Figura C.10 , pag 15 La resolució que es necessita per fer aquests moviments es de l’ordre d’uns 0,1 mm. En les rotacions, vindrà definida per la donada en els cargols de les potes. Pel que fa al recorregut total de les potes, es deixaran uns centímetres de marge per fer una primera aproximació de l’eix de simetria magnètic a l’òrbita nominal, 11.5.4. Sol.licitacions Cadascuna dels 4 punts d’apoiament ha d’ésser capaç d’aguantar i elevar sota una càrrega de F=4 32000 = 8000 N a una velocitat màxima de v = 1 mm/s. Es prepara un full de càlcul on es pot avaluar a partir de les característiques dels elements que es van escollint i etapes de reducció la resolució possible, els passos de motor necessaris per obtenir la resolució desitjada, els parells necessaris i potències als eixos de distribució i als motors. Cada meitat del grup elevador esta formada per dos unitats d’actuador-reductor, un grup motor format per un motor i un reenviament i les transmissions i acoblaments necessaris, com a elements de transmissió de moviment. La disposició dels elements es contempla en el plànol PFC-A00 11.5.5. Actuador reductor La funció d’aquests ha de ser contribuir en elevar el conjunt a partir de la rotació del seu eix d’entrada. El tipus de transmissió es de vis sens fi i la sortida te un roscat amb femella La femella anirà fixa al terra relatiu a la segona etapa i l’actuador-reductor haurà de ser solidari a l’ondulador perquè al girar es doni el desplaçament vertical. S’escull un actuador-reductor vis sens fi del catàleg de PFAFF-SILBERBLAU, una firma especialitzada en mecanismes d’elevació. Aquesta ofereix molts accessoris per a aquests components, com femelles amb boles per a l’eix roscat, sistemes d’autoblocatge, i també encoders per la lectura directa del desplaçament Y’ adaptats a l’eix de sortida. Es d’interès que aquest superi àmpliament la força màxima d’elevació a canvi d’un pas de rosca mínim i una reducció raonable.
Pàg. 96 Memòria desalineaments petits en muntatge. el tipus MSTS 40k-16x16 amb claveter, farà correctament la seva funció. • reenviament-motor: El diàmetre de l’eix motor es de 20 mm, s’ha dissenyat una peça d’adaptació amb acer F-1140, (apte per a petits eixos poc sol·licitats) que converteix la punta de l’eix d’entrada al reenviament de 16mm a 20 mm. Es convenient que el claveter en aquesta peça vagi apretat per matar el joc. S’utilitzarà l’acoblament MSTS 50k-20x20 suport pel motor Ni mes ni menys que un perfil normalitzat L120x10 mecanitzat i amb quatre colius que permetran fixar el motor a una posició determinada. unions cargolades. Cargols de cap allen (tipus CHC) excepte els que serveixen d’ajust en la plàtera corredissa. No es troben cargols compromesos excepte els que suporten els gats a l’estructura, quatre CHC M12x35 que suporten a cisalla la força de 2 kN cadascun d’ells. 11.5.15. Aspectes dinàmics de moviment. Es veu clar com es poden donar les translacions a aquest mecanisme. Respecte a les rotacions, es raona que suposant una rotació θ qualsevol en un dels dos eixos horitzontals que passin pel centre del banc, cinemàticament són dos els moviments que s’han de donar al gat (veure figura C.11 annex C “Banc d’alineament” pag 16) • Variacions de les longituds Y per igual de cadascun dels gats. • Desplaçament del peu en direcció horitzontal (el gat i l’estructura del banc formen un angle rígid de 90º). Per donar aquest desplaçament, es necessari vèncer la força de fricció que es crea degut al pes que suporta cada un dels gats. aquesta força de fricció es supera gràcies a la força que s’oposa a la deformació del gat que es donaria al executar els ∆Y (definits anteriorment) a cada gat si el desplaçament horitzontal X fos restringit. El desplaçament horitzontal dels gats es donarà a partir del moment en que Fdef > Fr . Pot ser que per desplaçaments verticals molt petits, el valor d’aquesta força de deformació no superi
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 97 el valor indicat de fricció, doncs no es produirà el moviment horitzontal. S’arriba a la conclusió que durant tot el procés d’alineament manual, quan es donin les rotacions α i ψ la plàtera corredissa ha d’estar lliure per permetre aquesta translació. 11.5.16. Mètode de funcionament. Amb el sincrotró en parat i partir de les referències interiors, els pilars interiors, els punts de control i l’instrumentaria adequada per les mesures relatives i la inclinació, es troben els desplaçaments que s’han de realitzar al punts P1 i P2 per tenir l’ondulador alineat. Per l’alineament general, s’opera manualment i per separat en ambdós costats del banc: 1. Afluixar les grapes i ajustar els moviments sobre el pla XZ. A posteriori, afluixar els cargols d’ajust XZ. 2. Ajustar les posicions i les inclinacions amb els gats. Permetre el desplaçament de la plàtera corredissa si convé. 3. Tornar a ajustar XZ si es creu convenient i collar les grapes de fixació 4. Es presenta la possibilitat d’ajustar la inclinació α si es necessita fer-ho amb més resolució mitjançant el sistema motoritzat d’elevació. 5. S’apreten les contrafemelles dels gats. Ara el conjunt format per l’ondulador, el cos cilíndric del gat la contrafemella, la tija de la pota i les plateres formen un sòlid rígid apoiat al terra. 6. El posicionament final, es dona amb amb el sincrotró en funcionament i des de l’àrea experimental. El sistema de control anirà proporcionant polsos als dos motors per igual fins que les pèrdues d’intensitat entre el punt P1 i P2 sigui mínimes. El sistema pot romandre apagat un cop realitzat l’ajust, o be si es tanca el llaç de realimentació el posicionat final pot ser constant.
Pàg. 98 Memòria 11.6. Segona opció: Banc amb actuadors d’excèntriques • Independentment de quina sigui la tolerància d’alineament, de l’anell d’emmagatzematge pot ser que determinats experiments necessitin una linea de llum en la que els dispositius que la condueixen necessiten ser alineats amb un marge molt més restringit (pocs µm). • Pot ser que es tingui la necessitat d’alinear els elements contínuament, i la parada de l’accelerador es una pèrdua de “beneficis”. La solució a les dos qüestions anteriors juntes o per separat està amb un banc d’alineament d’altíssima precisió, (no essent aquesta una solució particularment barata a nivell de control) Aquest banc d’alineament està inspirat en el disseny que hi ha a SLAC (Canadà) [Bowden, 1995] per solucionar el problema de l’alineament. Es tracta d’un conjunt d’actuadors compostos per eixos amb una excèntriques que giren mitjançant motors pas a pas i reductors. (Veure plànol PFC-E00) A base de combinacions d’aquests moviments, permet a l’ondulador, d’una forma molt precisa, les translacions (X,Y) i les rotacions (α; γ; φ) El posicionament amb excèntriques va complementat amb un banc senzill i manual (amb potes roscades i cargols) Tal que: • El banc manual corregeix desviacions importants degudes, als desviaments deguts a les toleràncies mecàniques de fabricació i muntatge i deformacions degudes a pes propi. • El banc d’excèntriques motoritzat serveix per: o Sempre que sigui necessari, corregir els moviments del terra que afecten a l’alineament de l’anell d’emmagatzematge amb l’accelerador funcionant o Augmentar la resolució en l’alineament si l’experiment ho requereix. 11.6.1. Avantatges e inconvenients d’un disseny d’aquest tipus L’avantatge principal d’aquest tipus de mecanisme es que permet 5 graus de llibertat d’una forma molt compacta amb una resolució de l’ordre de µm. Si es vol implementar un algoritme de control automàtic que romangui iterant, l’alineament i el posicionament final es poden realitzar contínuament.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 99 En aquest tipus de muntatge, l’IVU i el banc són peces independents, i el nexe d’unió són uns palpadors solidaris a l’estructura principal. L’única força que fa que l’ondulador romangui restringit es la gravetat, i no son necessaris limitadors de recorregut per protegir el fi de cursa, doncs aquest ve donat per les característiques cinemàtiques del mecanisme. L’ondulador es pot treure del banc i tornar-lo a apoiar i aquest quedarà sempre a la mateixa posició, doncs quan aquest està sobre el banc, queda completament sota restricció cinemàtica i sense cap enllaç redundant. (sistema estàtic). La seva geometria es molt compacta i segueix el principi de la Restricció de Kelvin . S’explica a l’apartat següent. En el moviment dels palpadors i les excèntriques no es produeix lliscament, i com que es basa tot moviments de rodadura, tot el joc queda reduït al mínim. El principal inconvenient es cost per controlar 5 servomotors a la vegada i es necessita obligatòriament més instrumentació. Aquest banc es dissenya, es construeix i es calibra si l’aplicació ho requereix, no s’usa com una solució sistemàtica. S’ha de tenir la necessitat per que sigui rentable dissenyar, construir i controlar bancs d’aquest tipus per tots els elements de l’anell d’emmagatzematge.
Pàg. 100 Memòria 11.6.2. Característiques geomètriques. Els palpadors es basen en superfícies que formen un angle de 45° respecte el pla horitzontal. Així, en els moviments de translació dels palpadors, l’angle de gir θ de l’excèntrica te el mateix efecte tant per X com per Y. El disseny té la següent geometria, representada a la Figura 11.4 • El palpador davanter se l’anomena “palpador UV”. el palpador posterior se l’anomena “palpador VV”. El palpador UV, el palpador VV i l’eix de simetria magnètic forma un sòlid rígid. • Els angles de posició de les excèntriques s’anomenen θ1, θ2, θ3, θ4, θ5 . Els angles de moviment de les excèntriques s’anomenen ∆θ1, ∆θ2, ∆θ3, ∆θ4, ∆θ5. e n’és l’excentricitat i R el radi. Totes les excèntriques del banc tenen la mateixa geometria. • La geometria segueix el principi de la Restricció de Kelvin, “la restricció mínima i suficient per immobilitzar un sòlid sobre un altre es pot donar a partir d’un canal rectilini, un plà i una punta cònica”: El palpador U, representa la superfície plana, el U el UV, la punta cònica i el V del VV, el canal rectilini. [J E Furse, 1981] Fig. 11.4. Banc d’alineament, segona opció. Esquema general Eix de simetria magnètic Excèntirica 1 Excèntrica 2 Excèntrica 3 Excèntrica 5 Excèntrica 4 Palpador UV Palpador VV
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 101 11.6.3. L’excèntrica: Característiques cinemàtiques i Posició inicial. Es vol realitzar un estudi dels moviments de l’IVU a partir dels angles girats per les excèntriques. Cinemàticament, es poden donar els 5 graus de llibertat amb aquest sistema, de la següent manera. Per entendre-ho be, cal tenir clar que la lleva excèntrica, per si sola té tres graus de llibertat (veure Figura 11.5) L’eix excèntric de gir, te una coberta que és bàsicament un rodament de dos fileres de corrons cònics amb rotula a l’anell exterior (tipus SC) i aquest te dos eixos lliures de gir (Cal veure la Figura 11.5 juntament amb el plànol PFC-EE0) Mecànicament el rodament pot girar lliurement (Ω1) respecte el centre el de la circumferència que la defineix. i també (Ω2) respecte qualsevol eix perpendicular a l’axial. Això transforma els lliscaments en moviments de rodadura. Moviments angulars θ sobre l’eix d’excentricitat. Es defineix posició inicial de moviment quan (θ1,0 θ2,0 θ3,0 θ4,0 θ5,0)=(0, 45°, 135°, 45°, 135°) Ω2 Rodament Centre de gir Eix excentric Ω1 θ Fig. 11.5. Graus de llibertat de l’excèntrica.
Pàg. 102 Memòria 11.6.4. Els moviments longitudinals per separat. Equacions de moviment A l’annex C “banc d’alineament” pag. 17-27 s’ha realitzat un estudi cinemàtic dels moviments dels palpadors solidaris a l’eix de simetria magnètic en funció de els angles de gir de les excèntriques. Les equacions d’enllaç geomètriques relacionen les coordenades de posicionament (x, ,y, α) dels punts P1 i P2 respecte la seva posició inicial amb la posició final de les excèntriques donades per els angles (θ1, θ2, θ3, θ4, θ5,) de gir respecte el pla horitzontal. La conclusió d’aquest es que els moviments d’aquest mecanisme son possibles, i que per qualsevol posició al voltant de la inicial definida anteriorment i dins del rang de moviment. Es compleix per aquest sòlid que: • Un desplaçament ∆x es dona girant en el mateix sentit les excèntriques 2,3,4,5 el mateix angle. L’excèntrica 1 roman immòbil i el palpador UV roda sobre ella. • Un desplaçament ∆y es dona girant totes les excèntriques el mateix angle amb la 2,4 i 3,5 en sentits oposats respectivament. L’excèntrica 1 corregeix la verticalitat • Un balanceig α es dona a partir de moviments combinats de totes les excèntriques. • Els moviments angulars ψ, φ venen donats per les combinacions de moviments longitudinals per separat d’ambdós palpadors guiant els punts P1 i P2 per separat. • La translació en l’eix Z roman restringida per l’emplaçament A l’annex C “banc d’alineament” es troba un esquema que permet veure a per inspecció visual que el sistema funciona. També s’hi troba el raonament geomètric i les equacions d’enllaç que s’han deduït per descriure aquests moviments. Rang de moviments L’Excentricitat e i la geometria del palpador determinarà el rang de moviment X i Y de l’eix de simetria magnètic. Es considera que les excèntriques sempre estaran en contacte amb la superfície del palpador i els límits del moviment sempre vindran donats per els següents angles de posició d’aquestes
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 103 • Límits de moviment vertical: venen donats per θ1.......5=±90° • Moviments horitzontals: o Màxim a dretes:θ2,4=+135°, θ3,5=-45° o Màxim a esquerres:θ2,4=-45°, θ3,5=+135° Aixi doncs, els límits de moviment ens els dona (Eq. 11.3) XMAX=± 2e, YMAX = ± e (Eq. 11.3) 11.6.5. Disseny conceptual. Característiques del banc. Es planteja la construcció i funcionament d’un banc d’alineament d’aquest tipus. L’aspecte final que s’obté, es pot veure al plànol PFC-E00 i l’acoblament de l’IVU al banc mitjançant palpadors UV i UU. Excentricitat i diàmetre S’escull una excentricitat de e = 2 mm. Això permet un rang de moviment YMAX = ±2 mm, XMAX = ±2,828 mm, segons Eq. (11.3) suficient per posicionar l’eix de simetria magnètic, segons els desplaçaments provocats per la vibració del terra. Resolució, i velocitat de moviment. Cadascuna de les excèntriques ha d’ésser capaç de proporcionar desplaçaments de horitzontals i verticals al voltant de 1 µm al seu corresponent palpador. Segons l’equació de l’excèntrica, aquest desplaçament correspon a 0.03° en l’angle de gir. Es vol una velocitat de rotació de ω= 1 min-1, que permetrà moure’s entre posicions extremes en un temps inferior a 30 s. Etapes de reducció en l’actuador Per complir amb la resolució indicada a l’apartat anterior, s’escull per a cada acuador: una ired=39 al reductor vis sens fi (rendiment al voltant del 40%) i un motor pas a pas de Np = 200 pas/volta amb possibilitat de treballar amb mitjos passos, i amb una caixa de reducció de dues etapes (rendiment a voltes del 85%) que proporciona imot = 25.
Pàg. 104 Memòria Amb aquestes etapes de reducció, la resolució possible serà donada per (Eq 11.4) ∆θN,POS = p N °360 motred ii ⋅ ⋅1 (Eq. 11.4) • ∆θN,POS = 1,84·10-3 °/pas amb el motor treballant a pas sencer. • ∆θN,POS = 0,92·10-3 °/pas amb el motor treballant a mig pas. 11.6.6. Esforços Les sol.licitacions als palpadors es representen a l’annex A “càlculs” .Es considera els palpadors estan en posició horitzontal. La força màxima aplicada en una de les excèntriques és d’uns 11 kN. El parell que s’ha d’aplicar a cadascuna de les excèntriques és d’uns 22 N·m. 11.6.7. Parell motor. Tria elements. Segons les reduccions aplicades i la ω que es vol a l’excèntrica, correspon a una velocitat del motor de ωmot=975 min-1, que esta dins del rang òptim per als motors de la marca PHYTRON. El parell que ha de proporcionar l’eix de sortida del reductor és el calculat anteriorment, Tred= 22 kN. No es te en compte la fricció en els rodaments de l’actuador. El parell a l’eix del motor es calcula a l’annex A “càlculs” i val 0,07 N.m Qualsevol motor de la sèrie ZSH de PHYTRON és capaç d’operar en aquestes condicions. Com es pot veure a les fotos exposades a l’annex C “Banc d’alineament” els motors aplicats a aquests casos no son exclusivament grans, doncs com que es necessiten reduccions molt elevades, el parell resulta desmultiplicat a l’eix del motor. El motor pas a pas PHYTRON ZSH 57/1 amb reducció de 1:25 és l’escollit per l’aplicació així com el reductor vis sens fi ATLANTA 59 01 039 aquest amb brida, així el motor pas a pas hi pot anar instal·lat directament. 11.6.8. L’actuador. Despeçament L’elevada rigidesa n’és la principal característica d’aquest actuador, perquè com tot mecanisme d’aquesta màquina, no es lluita contra la fatiga, sinó contra la pèrdua de precisió deguda a l’ús. Els seus components principals es contemplen al plànol PFC-EE0.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 105 Aquest esta format per un bloc de qualsevol acer estructural mecanitzat on hi entra l’eix amb excèntrica collat amb rodaments de corrons, del tipus 30KB22 en disposició “O”.Les càrregues divergeixen cap a l’eix del rodament, augmenta la rigidesa del conjunt i és una disposició en un tipus de rodament ideal per aguantar la carrega radial necessària. [Niemann, 1981, p.294] Una brida centradora proporciona el centrat i posicionat d’aquest eix al bloc, amb una mica de llum per assegurar el falcament del rodament. Sobre l’excèntrica, s’hi munta un rodament de ròtula oscil.lant tipus 45SC22 que es el que permet la rodadura en els moviments al mecanisme. Aquest es de doble filera de corrons cònics, molt adequat per absorbir càrrega radial. La coberta d’aquest, te el gir permès respecte l’eix axial i el vertical per no deformar els palpadors a l’hora de realitzar moviments ψ, φ . L’eix excèntric ha d’estar fabricat d’un material rígid per fabricar arbres i a la vegada amb la suficient mecanitzabilitat per poder donar els acabats superficials sota tolerància necessaris. Per exemple, F-1270 és vàlid. La coberta defineix un diàmetre exterior per l’excèntrica, i mitjançant la teoria de superfícies en contacte de Hertz, a l’annex A “càlculs” s’arriba a la conclusió de que per un diàmetre de 120mm qualsevol material es vàlid per la construcció del sistema lleva-palpador. Es construiran també d’acer F-1270 que permet la fabricació peces dures gràcies a la seva trempabilitat. [Riba, 1998, p.103] El reductor va centrat sobre el bloc de l’actuador i te una campana que fa de brida per a la instal·lació del motor pas a pas. A l’altra punta de l’eix, per raons anàlogues al sistema de control de l’obertura, s’hi fica un encoder absolut d’una sola volta KUBLER 5876 per a fer mesures directes de les posicions angulars. La resolució d’aquest és de 14 bits, que correspon a una lectura mínima possible de 0,02°, amb el que compleix amb la resolució desitjada (∆θN,MIN = 0,03°). En aquest disseny hi ha tres actuadors simples i un de doble. L’actuador doble, segueix la mateixa filosofia que el simple, amb la diferència que el bloc suport de ferro es més ample i conte tots els elements per duplicat. 11.6.9. Palpadors Aquests serien d’acer de bonificació també de F-1270 i es cargolen a un calaix de perfil normalitzat solidari a l’estructura. Es fabriquen sota tolerància ±0,01 en planituts i paral·lelismes. Els palpadors son completament rígids, i s’han de collar a un calaix de perfil normalitzat solidari a l’estructura.
Pàg. 112 Memòria nits, amb la cambra escalfant-se i realitzant el buit amb el sistema de bombejat instal·lat a l’ondulador. Tots els processos indicats fins ara, es realitzen al Laboratori de IDs. Ara, aquest ja està llest per ser instal·lat a l’anell d’emmagatzematge, i continuar fent les proves pertinents. El procés següent es basa en calibrar el banc d’alineament, per situar l’eix de simetria magnètic a una distància de 1400 mm ± 5 mm respecte del terra, i el pla d’obertura completament paral·lel en el pla horitzontal. Un cop tot l’accelerador esta alineat, l’ondulador en buit ja esta llest per funcionar. Cal engegar l’acceleardor de partícules, quan estiguin tots els elements preparats, i un cop aquest estigui funcionant, es calibrarà l’IVU fent un escombrat al llarg de tota la distancia d’obertura, per trobar els punts discrets d’obertura entre imants on apareix el flux fotònic altament concentrat, característic de l’ondulador en buit. A la linea experimental on s’operi amb la Llum Sincrotró d’aquest ondulador, hi haurà un paper penjat a la paret amb les diferents distancies d’obertura que treballa el dispositiu d’inserció.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 113 12.4. Fotografies Es pot veure a la Figura 12.2 un recull de les fotografies més representatives del muntatge de l’ondulador en buit al laboratori de IDs a la Swiss Light Source Fig. 12.2. Muntatge de l’ondulador en buit al laboratori de IDs a SLS
Pàg. 114 Memòria
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 115 Conclusions La comprensió del problema físic que es planteja ha estat el primer pas per entendre la necessitat d’aquests mecanismes ultra-precisos amb peces fabricades sota toleràncies poc generoses. Respecte en disseny estructural, s’arriba a un resultat bo de dimensionat que compleix amb el rang de deformacions permès. Les toleràncies decidides als plànols s’han ubicat de tal manera que la peça compleixi i resulti el més barata possible. Tot i així, a nivell econòmic és comprova que no resulta barat. Els mecanismes compleixen sobre paper. Tot i que les sol.licitacions no són exagerades i no es presenta en cap element un cas de fatiga en cicles, s’ha previst qüestions la com pèrdua de precisió, deguda al desgast i augment del joc i per això s’han fet les comprovacions, i si cal, s’ha sobredimensionat en molts casos sota justificació. Un cop muntat, com en qualsevol servo de precisió s’haurà d’avaluar la repetitivitat d’aquest, i si és necessari s’haurà d’introduïr alguna millora, però aquí hi entra en joc el sistema de control. No s’ha avaluat el cost d’aquest a l’estudi econòmic, però si s’han estimat els elements muntats a l’ondulador. Un objectiu seria poder estandaritzar aquesta estructura per tots els dispositius d’inserció en la mateixa instal·lació. Respecte el sistema de buit, no s’ha realitzat cap càlcul sobre ella. S’ha limitat a una descripció dels elements que el composen. S’ha plantejat el disseny de dos bancs d’alineament diferents, tots dos vàlids per al funcionament a la realitat, doncs son sistemes que estan funcionant. Cal avaluar molt bé quines són les especificacions necessàries per l’alineament de l’ondulador en buit, doncs es tractaria d’estandaritzar al màxim els bancs d’alineament de tots Dispositius d’Inserció.
Pàg. 116 Memòria Monitorització frontal de la Llum Sincrotró emesa per un Ondulador en buit
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 117
Pàg. 118 Memòria Agraïments • S’agraeix principalment l’ajuda aportada per Pep Campmany, físic responsable i client intern del projecte d’IDs a CELLS. • Divisió d’enginyeria de CELLS, en particular a: Barbara Calcagno, Maripaz Casas, Marcos Quispe, Jose Ferrer, Eshraq Al-Dmour i Lluís Miralles, cap de divisió. • Julio Lucas, pels aclariments i explicacions donades sobre el disseny conceptual. • Com no, al tutor d’aquest PFC, Mateu Martín i Batlle • Gràcies a tu si has llegit el document.
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 119
Pàg. 120 Memòria Bibliografia Referències bibliogràfiques BALCELLS, J., Autòmats programables, Marcombo Ed 1997. BOWDEN, G. [et al.] Precision magnet movers fort he final focus test beam. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 1995 CAMPMANY, J., El sincrotró de Barcelona, Revista de Física, 1r semestre de 1997 CARDONA, S., CLOS, D. Teoria de màquines. Barcelona, Edicions UPC, 2000, p. 38-42 CHAMBERS, A., FITCH, R. HALLIDAY, B. Basic Vacuum Technology. IOP Publishing Ltd 1998 FENOLLOSA, J. Unions cargolades. Edicions UPC, 2000. FENOLLOSA, J., MARTINEZ, J., Quadern CM1. Fallada, unions, pressions de Hertz, CPDA, 2002, p-56-63 FURSE J. Kinematic design of fine mechanisms in instruments J.Phys. E: Sci. Instrum.,Vol.14, 1981. INCROPERA, F.,DeWITT, D. Fundamentos de transferencia de calor. Prentice Hall hispanoamericana, S.A. 1996 p. 420-455 RIBA, C, Disseny de màquines IV, Selecció de materials 1, Edicions UPC, 1998a, p.51-53, 81-111, RIBA, C, Disseny de màquines IV, Selecció de materials 2, Edicions UPC, 1998b, p.18-31. RIBA, C, Selecció de motors i transmissions en el projecte mecànic, CPDA, 1999, p.148
ONDULADOR EN BUIT Pàg. 121 Bibliografia complementària CANADIAN LIGHT SOURCE. Mechanical and Vacuum aspects [http://www.lightsource.ca/machine/pdf/5.8.25.2.Rev.0-In- Vacuum_Undulator_Support_Structure_and_Vacuum_Chamber-Blomqvist.pdf] CHEVALIER, A. Dibujo industrial Mèxic, Ed. Limusa S.A, 2002 CONSORCI PER LA CONSTRUCCIO I ELABORACIO DE LLUM SINCROTRÓ [http://www.cells.es/AboutUs] MARGHITU D. Mechanical Engineer’s Handbook. Academic Press, 2001