PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO MECÁNICOS (OP 003)

Transcripción

1 Resumen del curso: Se estudian los conceptos necesarios para acometer un proyecto optomecánico. Los fundamentos teóricos, las estrategias adecuadas de diseño, los aspectos de fabricación, montaje y pruebas son también ilustrados con varios casos de estudio de sistemas reales, explicados con detalle de principio a fin. Resumen del contenido de los módulos Módulo 1: Introducción a los sistemas opto mecánicos. El primer módulo es una introducción a la opto mecánica. Se describen sus rasgos característicos, su relación con otras disciplinas y sus aplicaciones en la industria actual. Módulo 2: Conocimientos previos. La opto mecánica es una tarea multidisciplinar. En este módulo se repasan algunos conceptos importantes de la Ingeniería Mecánica, la Física y la Óptica que serán la base para el proceso de diseño opto mecánico. Módulo 3: Principales estrategias y aspectos importantes del diseño. En este módulo se estudian las distintas aproximaciones y las tipologías que se han probado más eficaces para acometer diseños de sistemas opto mecánicos; los modos de lograr un diseño seguro y repetible, inmune a cambios de temperatura y a vibraciones. También se estudia la influencia de distintos métodos de fabricación, la elección de las tolerancias adecuadas y otros aspectos a tener en cuenta para lograr un buen diseño opto mecánico. Módulo 4: Desarrollo de ejemplos prácticos. En este módulo se desarrolla el diseño de varios sistemas opto mecánicos usuales, estudiando las particularidades de cada uno y su ejecución detallada, desde la idea inicial hasta su fabricación y montaje. Se aplican, pues, los conceptos estudiados previamente y constituyen una buena base para acometer diseños similares. 1

2 Módulo 1: Introducción a los sistemas opto mecánicos El primer módulo es una introducción a la opto mecánica. Se describen sus rasgos característicos, su relación con otras disciplinas y sus aplicaciones en la industria actual Qué es la opto mecánica? 1.2. Aplicaciones en la industria actual Módulo 2: Conocimientos previos La opto mecánica es una tarea multidisciplinar. En este módulo se repasan algunos conceptos importantes de la Ingeniería Mecánica, la Física y la Óptica que serán la base para el proceso de diseño opto mecánico Mecánica de materiales y estructuras - El equilibrio estático - Nociones de Elasticidad y resistencia de materiales o Definición y tipo de flexión o Flexión pura. Ley de Navier o Flexión simple o Análisis de deformaciones. Línea elástica o Flexión lateral: pandeo o Tensiones y deformaciones de origen térmico o Torsión o Resistencia de la solicitación compuesta - Método de elementos finitos o Introducción o Discretización o Aplicación al cálculo estructural o Modelización o Formulación matricial o Matriz de funciones de forma (N) o Matriz de deformación (B) o Matriz constitutiva (D) o Expresión del principio de los trabajos virtuales o Matriz de rigidez y vector de fuerzas nodales equivalentes o Resumen de las etapas del análisis de una estructura por el método de elementos finitos o Implementación del método en software o Notas adicionales 2.2. Métodos de unión - Uniones atornilladas o Seguros para tornillos o Algunas recomendaciones para el diseño de una unión atornillada - Unión mediante soldadura 2

3 - Uso de adhesivos o Cementos ópticos o Adhesivos estructurales - Normas, tolerancias y ajustes 2.3. Materiales - Metálicos. Metales de características especiales - Materiales compuestos avanzados - Tratamientos superficiales y pinturas o Tratamientos superficiales o Uso adecuado de pinturas 2.4. Elementos ópticos - El espectro electromagnético - Vidrios ópticos - Interferencia y difracción - Resolución de sistemas ópticos - Leyes de la óptica geométrica - Diafragmas y pupilas - Descripción de elementos o Lentes o Prismas o Redes de difracción o Grismas o o VPHs Espejos Espejos planos Espejos con potencia - Efectos sobre la óptica o Aberraciones o Coeficiente elasto óptico y birrefringencia Módulo 3: Principales estrategias y aspectos importantes del diseño En este módulo se estudian las distintas aproximaciones y las tipologías que se han probado más eficaces para acometer diseños de sistemas opto mecánicos; los modos de lograr un diseño seguro y repetible, inmune a cambios de temperatura y a vibraciones. También se estudia la influencia de distintos métodos de fabricación, la elección de las tolerancias adecuadas y otros aspectos a tener en cuenta para lograr un buen diseño opto mecánico Introducción 3.2. El control de la flexión - Control de deformaciones gravitatorias - Estructuras Rígidas o Estructuras triangulares 3

4 3.3. El diseño cinemático - Introducción - Aplicaciones y tipologías usuales 3.4. Diseño atermal - Los efectos de la temperatura - Elección de materiales - Uso de ballestas y muelles 3.5. Control de vibraciones - La frecuencia natural y el amortiguamiento - Control de vibraciones - Dispositivos aislantes de vibraciones 3.6. Ajustes en el montaje - Movimiento lineal y tip/tilt - Movimiento rotacional Módulo 4: Desarrollo de ejemplos prácticos En este módulo se desarrolla el diseño de varios sistemas opto mecánicos usuales, estudiando las particularidades de cada uno y su ejecución detallada, desde la idea inicial hasta su fabricación y montaje. Se aplican, pues, los conceptos estudiados previamente y constituyen una buena base para acometer diseños similares El proyecto de un sistema opto mecánico 4.2. Diseño del barril de una cámara con varias lentes - Descripción - Análisis de movimiento de imagen - Cálculo del juego radial - Cálculo de la tensión en las lentes - Búsqueda del diseño atermal - Cálculo del desplazamiento radial en la junta de adhesivo - Esfuerzos en dirección axial - Esfuerzos en el ajuste en el barril - Análisis térmico de la ventana del criostato - Distorsiones en el frente de onda o Distorsión debida a la variación del índice con la temperatura o Distorsión debida a las tensiones en el interior de la lente o Distorsión debida al cambio de forma de la lente - Descripción del diseño final y la fabricación 4

5 4.3. Diseño de monturas de ventanas y filtros - Particularidades y condicionantes previos - Ejemplo: montura de un filtro de tamaño mediano o Descripción del diseño 4.4. Diseño de monturas de elementos en reflexión - Particularidades y condicionantes previos al diseño - Ejemplo: Montura de dos espejos planos de empaquetamiento - Particularidades y condicionantes previos - Determinación de los puntos óptimos de soporte del espejo Cálculo analítico Modelo de elementos finitos Cálculo de las dimensiones de la zona de pegado Modelo del espejo y la montura o Diseño de las ballestas o Comprobación a pandeo de las ballestas o Diseño de la montura Ensayo de la unión adhesiva o Determinación de la fuerza a soportar por la unión o Preparación y aplicación del adhesivo o Configuración del ensayo Análisis de las estructuras de soporte de las monturas Diseño final y fabricación 4.5. Diseño de monturas de elementos de dispersión espectral Particularidades y condicionantes previos Parámetros de partida - Ejemplo: Prisma con varios elementos - Ejemplo: Grisma (prisma+red de difracción en transmisión) - Ejemplo: Hologramas volumétricos para dispersión espectral (VPH) 4.6. Bibliografía recomendada 5