Old Home Pages Contents - Dario Mancini, inventore, ingegnere ed astronomo

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2002-2003

Questa foto mi ritrae, nel laboratorio di tecnologia del TWG da me attivato nel 1987,  accando all'hexapode del telescopio VST, uno dei tanti dispositivi a bordo del telescopio da me progettati e realizzati in paralleo al training sul campo di tutti i miei collaboratori. L'hexapode visibile in figura può raggiungere una ripetibilità di circa 1 micron se controllato in modo adeguato, ossia se il modello matematico è riproposto correttamente e se il dispositivo viene assemblato coscenziosamente (con competenza...). Il modello rappresentato può agevolmente muovere in ripetibilità e sicurezza una massa di circa 700kg, ma può supportare carichi di un paio di tonnellate in sicurezza in ogni posizione spaziale assunta dal dispositivo e quindi dal carico. Ho poi studiato una versione nuova e più light del dispositivo con elettronica a bordo e con una differente trasmissione del moto da parte dei sei trasduttori lineari. Nella nuova versione, che sarà presentata nel mese di aprile, il dispositivo, con controllo (HW e SW) innovativo e necessariamente refurbished rispetto al precedente, consente di raggiungere ripetibilità migliori di un decimo di micron ed è più "corto" ci circa 20cm il che lo rende applicabile in campo spaziale.  ll sistema di controllo è realizzato sulla base di algoritmi innovativi che conferiscono al dispositivo velocità e precisione, a differenza della precedente versione molto lenta. Sarà quindi utilizzabile anche per quelle applicazioni che richiedono rigidezza, precisione ma anche velocità. In parallelo sto disegnando un modello in lega leggera provvisto di ottica adattiva integrata, per uso terrestre e spaziale. Il sistema di controllo, anche in questo caso, è integrato nel dispositivo.



Marzo 2003

Questa foto mostra il sistema idrostatico del VST mentre Guido, mio fratello, coprogettista e realizzatore, effettua gli ultimi controlli del flusso ed impurità. Mezz'ora dopo abbiamo caricato sui pattini circa 50 tonnellate di acciaio; il blocco di Azimuth, gli Arm e il Center Piece, preventivamente assemblati. La  storia di questo sistema è abbastanza interessante. Qui solo alcune parole. Gli accordi con ESO, in fase iniziale, prevedevano che il sistema doveva essere realizzato da ditte che lo avevano già costruito precedentemente. ESO non poteva fornirci dettagli in quanto come ormai si sa, ESO non progetta e non costruisce, ma pensa e gestisce. Anzi meglio dire che alcuni elementi di ESO, per esempio Bernard Delabre, sono dei progettisti eccezionali, ma nello specifico nel settore dell'ottica. Come lui ce ne sono veramente pochi nel mondo. Si pensi che Delabre ha progettato l'ottica di VIMOS (è lui che l'ha progettata e non altri come si dice in giro) e le immagini, come si sa, sono perfette. Tornando all'idrostatica delle due ditte indicate da ESO una era fallita (INNSE) e l'altra aveva costruito su indicazioni della prima (che aveva passato la commessa) ma non aveva in pratica ed esperienza in merito da fornirci. Dopo un tempo di attesa piuttosto lungo (circa 7 mesi) nell'attesa di quindi una risposta da ESO in merito decisi di progettarlo personalmente. Per il progetto della parte di pompaggio chiesi supporto un altro mio fratello, Paolo, esperto di oleodinamica. Lui ha impostato il progetto. Il fatto che non sia nemmeno stato ringraziato è solo un dettaglio, la normalità.  Il sistema da me trattato e descritto nei report di VST (consegnati ufficialmente ad INAF) ha delle note di particolarità. Solo un fine strutturista/sistemista può capire alcune finezze. Non altri. Infatti il mio rammarico è che nessuno dei miei collaboratori, Guido a parte ovviamente, ha avuto il coraggio di avvicinarsi al sistema, al fine di disporre di una conoscenza ridondante sul sistema. D'altronde il mio gruppo di lavoro del VST è stato costruito sulla base di neolaureati e/o giovani del gruppo comunque in fase di crescita. Fondamentale è stato quindi il lavoro di Guido, mio fratello, che non solo ha realizzato tutto il progetto esecutivo (dell'intero sistema e come del resto di tutte le parti fondamentali e strutturali del VST), ma che ha anche lavorato tutti i pezzi personalmente singolarmente con la precisione necessaria. Il sistema opera con un precarico di circa 50 tonnellate realizzato per mezzo di un cuscinetto assiale centrale che è integrato nell'azimut box e fa riferimento all'asse centrale del sistema rappresentato in figura. Ciò è necessario per rendere il sistema più rigido assialmente, in modo comparabile con la rigidezza di un cuscinetto di uguali dimensioni. Il cuscinetto centrale determina ovviamente anche il vincolo radiale per l'intero sistema. Il sistema idrostatico dispone anche di un tank (marrone)  disposto attorno al fixing ring che fa da polmone in caso di blocco del deflusso di olio verso la centrale di pompaggio, dando il tempo utile per l'arresto in sicurezza del telescopio. In caso di blocco delle pompe un accumulatore fornisce olio con portata e pressione tali da consentire un arresto controllato in circa 15-20 secondi (in sicurezza). La filosofia di funzionamento dell'idrostatica è abbastanza complessa concettualmente se vista nella sua globalità. E' un discorso di sistema che sembra anche semplice da spiegare. Il dire, come fanno un po' tutti che il telescopio ruota in azimut su un velo d'olio di 50 micron è come dire "ho comprato una Ferrari". La progettazione, realizzazione e la messa in opera senza alcun errore o incertezza è invece l'equivalente di "ho costruito una Ferrari e funziona". Il sistema funziona con un film di olio di 50 micron. Per le attività in officina lo avevo tarato a 100 micron invece che 50, per compensare e salvaguardare il sistema durante i test effettuati sul sistema di movimentazione dai miei collaboratori e per compensare eventuali cedimenti del piano di appoggio del telescopio, data la particolare situazione del sottosuolo. Il sistema è unico e solo e come per il resto del VST ne detengo la proprietà intellettuale. Il sistema ha funzionato per alcuni anni con un mio SW che attivava e gestiva le funzioni principali dell'idrostatica, Il progetto della centrale è anche molto interessante a livello di segnali, emergenze, previsione guasti. Ho realizzato quindi le specifiche per lo sviluppo del SW di controllo da realizzare in ambiente SW ESO. Potete contattarmi per i dettagli.


-> 2005
Questo mosaico riporta  alcune fasi del lavoro effettuato sulla sezione ottica attiva del telescopio VST. L'attività si è svolta molto rapidamente nonostante le continue difficoltà gestionali del progetto. L'ottica attiva del VST ha attraversato infatti fasi abbastanza critiche soprattutto per l'eccessivo ed indiscriminato turnover di personale. Il VST è stato realizzato infatti, contrariamente agli accordi iniziali (VST Day) che prevedevano su mia rrichiesta personale tecnico con esperienza soprattutto nell'ambito delle funzioni di program management e come mio supporto, con neolaureati in formazione, il che ha aggravato le attiività da svolgere. Oltre a progettare e gestire il progetto ho formato le persone sul campo, cercando di limitare al massimo i danni. Il sistema di attuatori sia radiali che assiali è stato da me progettato e realizzato in varie fasi. Gli attuatori assiali erano inizialmente disposti su tre anelli ed erano di tipo statico, con la sola possibilità di variare in modo remoto l'offset dei vari pesi di balancing in fase di setup. Un sistema di tipo astatico è infatti di base sufficiente per questo tipo di sistema ottico. La mancanza di previsioni degli errori di forma di M1 e M2 da parte della ditta costruttrice (primo specchio di questo tipo realizzato), il tipo di cella con la quale sarebbe stato lavorato M1 presso la LZOS, la cui precisione si basava sulla sensiblità di chi l'avrebbe utilizzata, portarono alla conseguente necessità di aumentare la densità della correzione di forma di M1, aumentando di conseguenza il numero di attuatori assiali e quindi il numero di anelli dagli iniziali  3 a 4. Gli errori comunicati dalla ditta LZOS erano eccessivamente conservativi, e con tre soli anelli la correzione di forma sarebbe stata limitante per le performance del telescopio. Nell'ambito della gestione del rischio di sistema ritenemmo quindi necessario aumentare in fase di studio e progettazione il numero di attuatori assiali a 84, decisione sposata in pieno da ESO. Il problema principale, a quel punto, era causato dalla mancanza di spazio  intorno agli attuatori. Non era più possibile lasciarli della tipologia astatica, in quanto non c'era più spazio per il sistema di pesi. Fui quindi costretto a riprogettare da zero nuovi attuatori completamemnte attivi il tutto estremamente rapidamente, in pratica in circa un mese. Funzionavano molto bene e alcuni filmati del periodo mostrano la sensibilità di 5 grammi degli attuatori con ripetibilità di 2 grammi e la piena funzionalità del sistema. L'aspetto essenziale degli attuatori sia assiali che radiali era che pur essendo attivi potevano restare sempre spenti (sezione di potenza) lasciando attiva la sola sezione di lettura della reazione vincolare, questo una volta regolati in forza. Infatti il sistema attuatore consentiva allo specchio di muoversi assialmente e radialmente entro una certa percentuale della tolleranza ottica stabilita appunto nell'ambito dell'error budget per il treno ottico. I tre punti fissi erano a 120 gradi sull'anello più esterno. I punti fissi differivano dagi altri per il solo fatto che, a parte un differente sistema di supporto elastico (10 volte più rigido degli altri attuatori),  una volta determinata  la posizione dello specchio mediante il sistema di lettori di posizione lineare assoociati ai punti fissi (che nella fase si regolazione di posizione dello specchio potevano essere movimentati) si spegnevano per tutta la fase successiva, fino alla eventuale necessità di manutenzione (sempre lasciando attiva la sezione di lettura per il sistena di diagnostica).  Un'altra nota importante era determinata dalla possibilità di rendere un attuatore punto fisso (il sistema assiale era basato sul concetto di tre punti ficci a 120 gradi) semplicemente inserendo un cono nell'attuatore stabilito (non era più del tipo elastico a rigidezza più elevata sempre controllata ma consentiva di raggiungere una sensibilità elevattissima nel computo del diagramma delle forze di reazione vincolare). In ogni caso dal momento che gli attuatori assiali astatici furono sostituiti da attuatori attivi, anche quelli radiali furono sostituiti da attuatori radiali attivi, dotati dello stesso controllore montato negli assiali, che però negli attuatori radiali era dotato anche di una importante funzione di gestione dello spostamento dello specchio a controllo di forza (per garantire le condizioni di sicurezza durante lo spostamento stesso). Anche nella sezione radiale erano determinati alcuni attuatori fissi che  insieme a sensori di posizione lineare radiali consentivano di posizionare lo specchio fino al punto in cui poi si doveva poi effettuare il controllo ed eventualmente la regolazione dinamica delle reazioni vincolari. La sezione radiale era comunque più semplice di quella assiale.  La posizione dello specchio ed il setup degli attuattori venivano effettuati con specchio allo zenit. La regolazione dinamica step by step a partire da pochi gradi di inclinazione finoo a 90°. Anche gli attuatori radiali potevano essere spenti lasciando attiva la sola sezione di lettura. L'elemento comune era il sistema di controllo, molto semplice ma efficace. La sezione di lettura sempre attiva garantiva nel caso di problemi di extraforza sulle interfacce tra sistema di supporto assiale e radiale e specchio.  Nelle foto:
1) il prototipo di attuatori assiale. La foto mostra la parte inferiore ed in particolare il microcontrollore, a loop chiuso su cella di carico. Gli attuatori dialogavano con la CPU di sistema per mezzo di CAN Bus. All'epoca ESO doveva ancora inserire il CAN bus nella tipologia di sistemi di comunicazione. Noi fummo i primi ad utilizzare questo tipo di sistema di comunicazione, semplice, non eccessivamente rapido ma efficace,  ottimale per il sistema edi attuatori distribuiti che non richiedono rapidità eccessiva nella risposta. Un solo chip per attuatore per gestire la comunicazione, semplice ed efficace.
2) l'attuatore assiale in versione finale codificato;
3) gli attuatori installati nella cella del VST (84 attuatori assiali oltre 4 spares di differente altezza ma di identico contenuto e performance);
4) gli attuatori assiali prima di essere caricati dallo specchio M1 (dummy);
5) la prima versione dell'attuatore radiale astatico. Nella parte bassa è visibile il sistema di gestione dell'offset tra i vari attuatori;
6) lo stesso attuatore radiale astatico (prima versione) in 3D;
7) la seconda versione dedll'attuatore radiale, in formato attivo. Questa seconda versione è cambiata dalla precedente anche per il sistema di fissaggio allo specchio primario, che nel frattempo era andato distrutto. La prima versione si ancorava in sporgenze in Sital incollate allo specchio. Nella seconda versione ho invece optato per ancoraggi in INVAR incollati alla superficie dello specchio lavorata di macchina;
8) questa immagine mostra uno degli attuatori radiali fissato all'interfaccia in INVAR sullo specchio M1;
9) questa immagine mostra una vista 3D dello specchio M1 nella cella ed alcuni degli attuatori radiali, ognuno dei quali era dotato di una certa inclinazione secondo quanto deifinito nel FDR del progetto. Tutti gli attuatori radiali sono stati realizzati identici tra loro. Le basi assemblabili consentivano di variare l'angolo di attuazione della forza;
10 ) gli attuatori radiali (24 oltre gli spare) pronti per ii test al banco. Sullo sfondo Giancarmine Castiello, architetto e progettista meccanico, la cui opera è stata fondamentale sia per il progetto VST che per il progetto TT1.
Chi è interessato ai dettagli del progetto tecnici, economici, ai plan economici, alla storia vera del progetto e alla gestione può contattarmi al mio indirizzo mail (pagina contatti).  Hanno collaborato con me a questa sezione del progetto: Fausto Cortecchia e Gabriella Marra per ottica attiva e 'ottica, Giancarmine Castiello per la meccanica. Hanno lavorato come disegnatori 2D in fase di training i neolaureati: Michele Valentino e Giovanni Sciarretta. Lavorato alla modellazione di M1 in fase di training: Francesco Perrotta. L'analisi FEA era a carico del sottoscritto. Lavorato alla prima versione del SW di controllo non funzionante degli attuatori: Germana Mazzola, ripresa e completata poi da Cesare Molfese. Lavorato alla versione  SW funzionante della Worklstation per il controllo del sistema di attuatori: Laurent Marty. Ho lasciato l'ultima versione della documentazione tecnica e di sistema nonchè le ultime modifiche da apportare agli attuatori assiali (viti di precarico realizzate non nel materiale di specifica e con un errore nella fase di realizzazione, sostituzione del connettore di alimentazione dei controllori, della modifica degli alimentatori e del SW di controllo) a Giorgio Sedmak (PM) e a Davide Fierro.

 
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