Strutturati
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
• 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
David Vetturi
Gruppo di Misure Meccaniche e Termiche
Convegno DIMI - 2 aprile 2009
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 è una missione preliminare volta a
verificare l’effettiva fattibilità dell’esperimento LISA
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.
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
posizione < 30 mm
rotazione < 600 mrad
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
applicando la procedura di integrazione
attese
4. Caratterizzazione meccanica dei singoli componenti
5. Integrazione del dispositivo
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 configuration of a mechanical
assembly according to tolerance specifications 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
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
4
y
3
yA4 yL4
yA3 yL3
xL4
xA4
zA4 zL4
yA2 yL2
xL3
xA3
zA3 zL3
ML3
MA3
ML4
MA4

V PC1
V x1 
V 
  y1 
V z1 
 
1 

V PC
V x 
V 
  y
V z 
 
1

1
VPCx1L1
xL2
xA2
zA2 zL2
x
2 y y
A1
L1
xA1
zA1 zL1
ML2
MA2
z
 Position vector of the
VPC 1
PC in the L1 ref. frame
ML1 PC 
V PC
MA1
Position vector of the PC
in the absolute ref. frame



VPC  M L1  M A1  M L2  M A2  M L3  M A3  M L4  M A4  VPC1  M  VPC1
Position of the PC (x,y,z)
M
FH orientation
(angles given following any
chosen rule)
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
Pyramid Vertex Projection
(Xp0, Yp0, Zp0)
Z
Y
Cone Vertex
(Xc, Yc, Zc)
X
Cone Vertex Projection
(Xc0, Yc0, Zc0)
Pyramid Vertex
(Xp, Yp, Zp)
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
Approccio probabilistico
Simulazione Montecarlo
Alignment Procedure (GPRM - GPRM) - X position
0.03
0.025
Distribution
0.02
Traslation
Y
[mm]
-43.7
54.6
0.1
16.0
-10.4
0.4
11.2
Z (*)
[mm]
-3.3
3.4
0.0
1.2
-0.8
0.0
0.8
Rz
[mrad]
-739
884
9
228
-143
7
167
Rotation
Ry
[mrad]
-853
744
1
264
-163
3
181
0.01
Rx
[mrad]
-737
583
-2
214
-144
-9
138
0.005
0
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
1000
1200
Position [mm]
Histogram
Mean Value
Normal Distribution
Box Plot
Six Sigma
Alignment Procedure (GPRM - GPRM) - Ry Rotation
0.003
0.0025
0.002
Distribution
Min
Max
Mean value
Stand. Deviation
1st Quart.
2nd Quart.
3th Quart.
X
[mm]
-80.3
82.0
0.0
23.7
-15.7
-0.3
17.2
0.015
0.0015
0.001
0.0005
0
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Rotation [mrad]
Histogram
Mean Value
Normal Distribution
Box Plot
Six Sigma
E’ necessario verificare le prestazioni e le caratteristiche
meccaniche degli oggetti fisici che devono essere
integrati
Piramyd vertex Y position
0.000
-0.010
Traslazioni
Position [mm]
-0.020
-0.030
-0.040
-0.050
-0.060
-0.070
-0.080
-0.090
0
1
2
3
4
5
6
7
8
run
9
run
10
11
mean value
C1 - Angle between pyramid axis and X-Z plane
0.003200
0.002800
Rotazioni
angle [rad]
0.002400
0.002000
0.001600
0.001200
0.000800
0.000400
0.000000
0
1
2
3
4
5
6
run
7
8
run
9
10
mean value
11
Autocollimatore
CMM
GPRM
diametro 1 mm
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
Le attività si svolgono in
Clean Room ISO 5
(classe 100)
Esapode per la
movimentazione in fase
di allineamento
• 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