Gruppo di Misure
Meccaniche e Termiche
ING-IND/12
Strutturat David Vetturi
Professore Associato
Matteo Lancini
Ricercatore
Dottorandi Ileana Bodini
Misure Meccaniche per l’Ingegneria e per lo Spazio - PD
Arnaldo Delli Carri
Meccanica Applicata - BS
Attività di ricerca
• Provincia di Brescia – DICATA – DIMI
o FAP
o Qualità/comfort TPL: interazione veicolo infrastruttura viaria
• Misure di vibrazione in edifici residenziali (Metrobus )
• Progetto CIVITAS – Comune di Brescia – UE
• Diagnostica non distruttiva (materiali lapidei)
• Attività di laboratorio verso l’esterno/territorio
• Collaborazione trasversale con numerosi gruppi di ricerca del DIMI e DICATA -> metrologia
http://archimedes.ing.unibs.it
Analisi teorico-preliminare e sperimentale del sistema di riposizionamento delle testng
mass nell’esperimento L.I.S.A.
David Vetturi
Gruppo di Misure Meccaniche e Termiche Convegno DIMI - 2 aprile 2009
L’esperimento LISA
L’esperimento LISA, acronimo di Laser Interferometer Space Antenna è un progetto europeo nato dalla collaborazione ESA-NASA con lo scopo di indagare la trasmissione delle onde gravitazionali nello spazio.
LISA Pathfinder
LISA Pathfinder è una missione preliminare volta a verificare l’effettiva fattibilità dell’esperimento LISA
Sonda inerziale
Il componente fondamentale della sonda LISA è il sensore inerziale studiato e progettato dalla Thales Alenia Space Italia.
Una volta raggiunta l’orbita stabilita un sistema elettromeccanico libera una Testing Mass che viene utilizzata come sistema di riferimento relativo per il satellite.
Sonda inerziale
L’obbiettivo del dispositivo meccanico è quello di rilasciare in assenza di gravità una Testing Mass (TM) all’interno di una Electro Housing (EH) con requisiti di posizionamento estremamente ridotti
Sonda inerziale
posizione < 30 mm rotazione < 600 mrad
Attività svolta
1. Analisi preliminare del progetto meccanico del dispositivo finalizzato alla verifica delle prestazioni di accuratezza di posizionamento
2. Definizione di una procedura di integrazione e di verifica del dispositivo
3. Analisi preliminare delle prestazioni attese applicando la procedura di integrazione
4. Caratterizzazione meccanica dei singoli componenti
5. Integrazione del dispositivo
Esperienze precedent
L’attività su LISA svolta dal 2007 ad oggi è stata preceduta da una ricerca precedente nell’ambito della missione PLANCK di ESA fra il 2004 e 2005 che ha condotto ad alcune pubblicazioni fra cui:
D. Vetturi, A. Magalini, L. Pagan
Uncertainty assessment on the configuraton of a mechanical assembly according to tolerance specificatons in design
1st International Conference on Design Engineering and Science - ICDES 2005, 29 October – 1 November 2005. Vienna (Austria), Anno 2005
PLANCK avrebbe dovuto essere lanciato il 16 aprile ‘09
Analisi delle tolleranze di progetto
L’obbiettivo è quello di trasformare le singole informazioni di tolleranze geometriche di un singolo progetto in termine di informazioni di tipo statistico sulle prestazioni funzionali di un manufatto
Analisi delle tolleranze di progetto
x y
z
4
3
2
xL2 1
yL2
zL2
xL1 yL1
zL1 xL3
yL3
zL3 xL4
yL4
zL4 xA4 yA4
zA4 xA3
yA3
zA3 xA2
yA2
zA2 xA1
yA1
zA1
ML1 PC MA1 ML2
MA2 ML3
MA3 ML4
MA4
PC1
V
PC1
V Position vector of the PC in the L1 ref. frame
VPC Position vector of the PC in the absolute ref. frame
1
1 1 1
1
z y x
PC V
V V
V VPC ML1 MA1 ML2 MA2 ML3 MA3 ML4 MA4 VPC1 M VPC1
1
z y x
PC V
V V V
Position of the PC (x,y,z)
FH orientation
(angles given following any chosen rule)
M
Definizione di una
procedura di integrazione
Poiché non è possibile assicurare i requisiti di accuratezza di posizionamento finale affidandosi alle sole tolleranze geometriche è stato necessario definire una procedura di integrazione che prevedesse l’allineamento di alcuni oggi del meccanismo finale rispetto ad altri
Definizione di una
procedura di integrazione
Analisi preliminare della procedura di integrazione
E’ necessario verificare preliminarmente quali prestazioni in termini di allineamento si possono raggiungere utilizzando la procedura di integrazione definita su oggetti fisici con ben determinate caratteristiche di tolleranze geometriche
Analisi preliminare della procedura di integrazione
Approccio probabilistico Simulazione Montecarlo
Analisi preliminare della procedura di integrazione
Traslation Rotation
X Y Z (*) Rz Ry Rx
[mm] [mm] [mm] [mrad] [mrad] [mrad]
Min -80.3 -43.7 -3.3 -739 -853 -737
Max 82.0 54.6 3.4 884 744 583
Mean value 0.0 0.1 0.0 9 1 -2
Stand. Deviation 23.7 16.0 1.2 228 264 214
1st Quart. -15.7 -10.4 -0.8 -143 -163 -144
2nd Quart. -0.3 0.4 0.0 7 3 -9
3th Quart. 17.2 11.2 0.8 167 181 138
Caratterizzazione meccanica dei singoli component
E’ necessario verificare le prestazioni e le caratteristiche meccaniche degli oggetti fisici che devono essere integrati
Rotazioni Traslazioni
Caratterizzazione meccanica dei singoli component
Autocollimatore
GPRM
CMM
Caratterizzazione meccanica dei singoli component
diametro 1 mm
Integrazione e allineamento
Terminate tutte le attività preliminari si è passati alla vera e propria attività di integrazione e allineamento dell’intero dispositivo
L’attività è stata eseguita presso i laboratori di Thales Alenia Space Italia di Vimodronone
Ad oggi è in fase di conclusione l’attività sul QM (Modello di Qualifica)
Entro l’estate saranno integrati i due modelli di volo FM1 e FM2
Integrazione e allineamento
Le attività si svolgono in Clean Room ISO 5
(classe 100)
Integrazione e allineamento
Esapode per la
movimentazione in fase di allineamento
Integrazione e allineamento
Conclusioni
• L’attività svolta ha permesso di definire modalità di analisi delle prestazioni meccaniche di manufatti a partire dalla definizione delle tolleranze geometriche dei componenti;
• L’attività sperimentale svolta in fase di integrazione ed allineamento ha confermato le previsioni fatte in fase di analisi preliminare
• La definizione di requisiti estremamente rigidi è in forte contrasto con l’effettiva possibilità di misurare effettivamente tali obbiettivi.
PROGETTARE PER MISURARE
