Compensación APQ
Para garantizar invariancia térmica, ausencia de holgura y elevada precisión de centrado, desarrollamos una celda óptica con compensación térmica (celda de compensación) para nuestros Fluorite Quadruplet Polychromats.
La nueva celda de compensación está diseñada para un rango de temperatura de funcionamiento de -20 °C a 40 °C (intervalo de temperatura de trabajo ≥ 60 K) y un rango de almacenamiento y transporte de -40 °C a 60 °C.
El diseño del conjunto de celda se describe a continuación. Fue desarrollado por Frank Dionies, Dipl.-Ing. (FH), con asesoramiento técnico del Prof. Dr.-Ing. Manfred Steinbach (véase también la solicitud de patente relacionada).
- Requisitos
- Objetivos
- Celda de compensación
En la fabricación de instrumentos de precisión —por ejemplo, para astronomía o aplicaciones espaciales— determinados componentes deben conservar su posición y forma dentro de límites definidos incluso bajo condiciones de funcionamiento exigentes.
Un objetivo refractor consta de varios componentes: elementos ópticos fabricados con distintos materiales y con propiedades ópticas, radios y espesores definidos, junto con elementos de retención y la celda de lentes. Las celdas para objetivos policromáticos son conjuntos de precisión.
Seguir leyendoCada material tiene su propio coeficiente de dilatación térmica (CTE). En un conjunto formado por materiales diferentes, los componentes individuales se expanden y contraen, por tanto, en distinta medida al cambiar la temperatura.
Dentro del conjunto, estas diferencias pueden producir desplazamientos y tensiones que degradan la calidad de imagen del sistema óptico.
El objetivo del desarrollo era una celda de lentes que permaneciera térmicamente invariable, sin holgura y centrada con precisión ante cambios importantes de temperatura, sin restringir indebidamente la elección de materiales.
Para nuestros Fluorite Quadruplet Polychromats, esto significaba especificar una celda capaz de alojar un grupo de cuatro o más elementos ópticos fabricados con materiales de distintos coeficientes de dilatación térmica.
Los elementos pueden acoplarse mediante un fluido ópticamente transparente interpuesto (aceite) y deben ser posicionados y retenidos por la celda en ubicaciones definidas con precisión entre sí.
Debe evitarse cualquier holgura radial y axial. Ni las tensiones térmicas durante un intervalo de temperatura de trabajo de al menos 60 K (rango de funcionamiento -20 °C a 40 °C) ni las cargas gravitatorias cambiantes sobre los elementos deben producir efectos funcionalmente significativos, en particular una degradación del rendimiento óptico global.
Seguir leyendoLa dilatación diferencial durante el transporte y el almacenamiento no debe provocar descentrado irreversible ni daños. Durante el funcionamiento, los elementos deben permanecer centrados y libres de tensiones perjudiciales pese a la dilatación diferencial dentro del rango de tolerancias especificado.
Los elementos ópticos deben permanecer centrados en todo el rango de temperatura de funcionamiento con la precisión definida por el análisis de tolerancias.
Después de exponerse a cualquier temperatura dentro del rango ampliado de almacenamiento y transporte (-40 °C a 60 °C), los elementos deben volver a sus posiciones originales con la precisión requerida cuando el objetivo regrese a su rango de temperatura de funcionamiento.
Un requisito esencial fue determinar con precisión los coeficientes de dilatación térmica de todos los materiales implicados, ya que los valores de catálogo de los fabricantes no son suficientemente precisos para el cálculo de compensación.
Por ello hicimos medir los coeficientes de dilatación por un instituto de ensayos independiente en un rango de -100 °C a 100 °C con una resolución de 0,125 nm, cubriendo el rango de temperaturas terrestres y atmosféricas relevante.
La nueva celda de compensación ofrece las siguientes ventajas frente a las celdas clásicas:
Cada elemento óptico se apoya en seis o más superficies de contacto y se mantiene en una posición estable mediante elementos de compensación cuando cambia la temperatura.
El sistema óptico alcanza rápidamente el equilibrio térmico sin comprometer la calidad de imagen.
Los elementos permanecen firmemente situados en la celda, evitando la degradación relacionada con movimientos y eliminando la necesidad de reajustes causados por dichos movimientos.
El nuevo diseño cumple plenamente nuestro objetivo de montar los Fluorite Quadruplet Polychromats en innovadoras celdas con compensación térmica.
Presentamos ante la Oficina Alemana de Patentes y Marcas (DPMA) una solicitud de patente para el nuevo diseño de celda con el título Thermisch kompensierte optische Fassungsbaugruppe, expediente n.º 10 2017 008 286.3.