Daleko ke hvězdám s pomocí CAD/CAM systému EDGECAM
Astronomické technologické centrum ve Spojeném království pracuje na dvou samostatných vědeckých přístrojích, díky kterým astronomové zjistí o vesmíru mnohem více než je v současnosti známo.
Některé součásti teleskopu jsou vyráběny pomocí programů z CAD/CAM systému EDGECAM a následně jsou díky měřicím přístrojům značky Hexagon s naprostou přesností seřazeny.
Britský vědec Will Taylor z Astronomického technologického centra vysvětluje, že tyto vědecké přístroje budou instalovány do velmi velkého teleskopu (VLT) v observatoři Paranal v Chile, který se řadí mezi jedny z nejlepších pozemních teleskopů na světě.
Pozorování tisíce objektů v infračerveném spektru
Prvním z těchto vědeckých přístrojů je MOONS (multiobjektový optický infračervený spektrograf). Lze s ním pozorovat velké množství astronomických objektů a získávat informace o všech najednou. Od roku 2007 je vše pro MOONS připravováno přímo v sídle Astronomického technologického centra v Edinburghu a dle slov pracovníků se jedná o obzvlášť unikátní a vzrušující projekt. „Umožní astronomům pozorovat v infračerveném spektru tisíc objektů najednou. Je to poprvé, kdy se někomu podařilo zkombinovat možnost pozorování mnoha objektů najednou s pozorováním v infračerveném spektru.“
Pro člověka se jedná o nepředstavitelné vzdálenosti - světlo z hvězd, které pozorujeme nyní, vyrazilo směrem k Zemi ve skutečnosti již před miliony let. Díky spektrografu MOONS budou vědci poprvé schopni pozorovat ještě mnohem vzdálenější objekty, vzdálené možná až 10 miliard světelných let od Země, a umožní jim zmapovat mnohem větší část pozorovatelného vesmíru.
V srdci tohoto přístroje se nachází tisícovka malých robotických polohovadel, která přesně nasměrují optická vlákna na pozorovaný objekt. Světlo je poté přiváděno podél těchto optických vláken do spektrografu, kde se nejdříve rozdělí na tři různé kanály podle vlnové délky a poté je zpět rozptýleno pro přivedení konkrétního spektra do každého kanálu současně.
Vysoká přesnost díky správným nástrojům
EDGECAM a měřicí přístroje Hexagon hrály hlavní roli ve výrobě vysoce složitých komponent, díky kterým dohlédneme ve vesmíru dále než kdy dřív. Výrobní technik Richard Kotlewski byl zodpovědný za výrobu většiny vnitřních komponent použitých v soustavě zařízení obsahující digitální zrcadla. Naprogramovat v EDGECAMu výrobu 75milimetrových čtvercových komponent pro velmi přesný kalibrační systém tvořící podstatnou část přístroje zabralo několik hodin času.
“Nejdříve jsem do EDGECAMu naimportoval 3D model a výkresy a rozhodl se, jaký postup při výrobě součásti zvolím a který CNC stroj pro výrobu použiji. Poté zvolím nulový bod a použiji výkonnou funkci Rozpoznání útvarů v EDGECAMu a nechám EDGECAM, aby sám automaticky vytvořil precizní dráhy nástrojů. Nesmírně důležitá pro nás byla vysoká přesnost, protože ta je při optickém zarovnávání těchto částí naprosto zásadní.“, říká pan Kotlewski.
U komponent používaných pro přidržování optického vlákna byla nezbytná kalibrace, aby se zajistilo, že světlo dopadá na správné místo. Toho bylo dosaženo díky kontrolním měřicím otvorům (pomocí Hexagon Global CMM) a polohovým tolerancím součástí v sestavě.
ERIS pro vysokou kvalitu obrazu
Dalším projektem Astronomického technologického centra určeným pro teleskop VLT je ERIS – zobrazovač a spektrograf s vysokým rozlišením, který bude používat adaptivní optiku hlavního teleskopu k odstranění vlivu atmosféry na zkreslení obrazu při hledání planet mimo naši Sluneční soustavu. Jedním z členů mezinárodního konsorcia zabývajícího se výrobou speciálních vědeckých přístrojů je Will Taylor, který ke spektrografu říká: „ERIS vlastně odstraňuje z pozorovaného obrazu záři u hvězd pomocí zrcadla, kde je tvar povrchu upravován stokrát za sekundu, díky čemuž je kvalita obrazu neuvěřitelně vysoká a nedochází k jeho zkreslení.“
Dále dodává, že úlohou Astronomického technologického centra bylo vyvinout a vyrobit pro ERIS nový pozorovací systém s redukcí difrakce, který se připojí k optice vyráběné v Itálii.
5osé obrábění použitých dílů
Richard Kotlewski říká, že některé z celkem 6082 hliníkových dílů, ze kterých se přístroj skládá, byly vyrobeny na jejich 5osém obráběcím stroji Haas VF5. „Vzhledem k jejich složitosti a faktu, že horní polovina je poměrně tenkostěnná, nám zabralo programování každé součásti zhruba den a obrábění dva dny kvůli množství odebraného materiálu.“ Použil k tomu výkonnou hrubovací strategii Waveform v EDGECAMu, aby mohl obrábět na jeden záběr hlouběji a zároveň udržoval konstantní zatížení nástroje díky dodržení jeho opásání. Pro dodržení konstantního opásání a zatížení nástroje si Waveform řídí rozteč drah automaticky. Strategie Waveform zajišťuje také konstantní objem odebíraného materiálu.
Kontrola přesnosti dílů
Při výrobě těchto komponent byly souřadnicové měřicí přístroje Hexagon použity jinak než obvykle. Přestože pro tuto konkrétní sestavu nevyráběli v Astronomickém technologickém centru úplně všechny komponenty, měli zodpovědnost za hotový přístroj.
„Museli jsme vzít naše vyrobené komponenty a komponenty od ostatních členů konsorcia a zajistit, aby byly vyrobeny a sestaveny naprosto přesně.“ Přesnost vyrobení a sestavení všech komponent přístroje musela být v toleranci do deseti mikronů, což zajistily měřicí přístroje od Hexagonu.
„Tato práce nám trvala více než týden. Každý mechanismus byl umístěn na podložky položené na optickém měřicím přístroji. Provedli jsme měření pro určení středu komponent, aby se ověřilo, že je přesně čtvercový a rovnoběžně zarovnaný. Podložky byly vyrobeny tak, aby zajistily správné polohování komponenty. Poté bylo měření opakováno. Až jsme byli s každou komponentou spokojeni, vše jsme sestavili dohromady a provedli konečné měření. Bez měřicích přístrojů od Hexagonu bychom tuto zásadní část procesu montáže rozhodně nezvládli,“ vysvětluje Richard Kotlewski a dodává: „Je skutečným privilegiem pracovat na takových průlomových astronomických projektech. Vytvářím komponenty, díky kterým jsme schopni studovat formování a vývoj galaxií hluboko v pozorovatelném vesmíru s neuvěřitelnou přesností.“