PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP
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PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP-003) Resumen del curso: Se estudian los conceptos necesarios para acometer un proyecto optomecánico. Los fundamentos teóricos, las estrategias adecuadas de diseño, los aspectos de fabricación, montaje y pruebas son también ilustrados con varios casos de estudio de sistemas reales, explicados con detalle de principio a fin. Resumen del contenido de los módulos Módulo 1: Introducción a los sistemas opto-mecánicos. El primer módulo es una introducción a la opto-mecánica. Se describen sus rasgos característicos, su relación con otras disciplinas y sus aplicaciones en la industria actual. Módulo 2: Conocimientos previos. La opto-mecánica es una tarea multidisciplinar. En este módulo se repasan algunos conceptos importantes de la Ingeniería Mecánica, la Física y la Óptica que serán la base para el proceso de diseño opto-mecánico. Módulo 3: Principales estrategias y aspectos importantes del diseño. En este módulo se estudian las distintas aproximaciones y las tipologías que se han probado más eficaces para acometer diseños de sistemas opto-mecánicos; los modos de lograr un diseño seguro y repetible, inmune a cambios de temperatura y a vibraciones. También se estudia la influencia de distintos métodos de fabricación, la elección de las tolerancias adecuadas y otros aspectos a tener en cuenta para lograr un buen diseño opto-mecánico. Módulo 4: Desarrollo de ejemplos prácticos. En este módulo se desarrolla el diseño de varios sistemas opto-mecánicos usuales, estudiando las particularidades de cada uno y su ejecución detallada, desde la idea inicial hasta su fabricación y montaje. Se aplican, pues, los conceptos estudiados previamente y constituyen una buena base para acometer diseños similares. 1 PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP-003) Módulo 1: Introducción a los sistemas opto-mecánicos El primer módulo es una introducción a la opto-mecánica. Se describen sus rasgos característicos, su relación con otras disciplinas y sus aplicaciones en la industria actual. 1.1.- ¿Qué es la opto-mecánica? 1.2.- Aplicaciones en la industria actual Módulo 2: Conocimientos previos La opto-mecánica es una tarea multidisciplinar. En este módulo se repasan algunos conceptos importantes de la Ingeniería Mecánica, la Física y la Óptica que serán la base para el proceso de diseño opto-mecánico. 2.1.- Mecánica de materiales y estructuras - - El equilibrio estático Nociones de Elasticidad y resistencia de materiales o Definición y tipo de flexión o Flexión pura. Ley de Navier o Flexión simple o Análisis de deformaciones. Línea elástica o Flexión lateral: pandeo o Tensiones y deformaciones de origen térmico o Torsión o Resistencia de la solicitación compuesta Método de elementos finitos o Introducción o Discretización o Aplicación al cálculo estructural o Modelización o Formulación matricial o Matriz de funciones de forma (N) o Matriz de deformación (B) o Matriz constitutiva (D) o Expresión del principio de los trabajos virtuales o Matriz de rigidez y vector de fuerzas nodales equivalentes o Resumen de las etapas del análisis de una estructura por el método de elementos finitos o Implementación del método en software o Notas adicionales 2.2.- Métodos de unión - - Uniones atornilladas o Seguros para tornillos o Algunas recomendaciones para el diseño de una unión atornillada Unión mediante soldadura 2 PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP-003) - - Uso de adhesivos o Cementos ópticos o Adhesivos estructurales Normas, tolerancias y ajustes 2.3.- Materiales - Metálicos. Metales de características especiales Materiales compuestos avanzados Tratamientos superficiales y pinturas o Tratamientos superficiales o Uso adecuado de pinturas 2.4.- Elementos ópticos - - El espectro electromagnético Vidrios ópticos Interferencia y difracción Resolución de sistemas ópticos Leyes de la óptica geométrica Diafragmas y pupilas Descripción de elementos o Lentes o Prismas o Redes de difracción o Grismas o VPHs o Espejos Espejos planos Espejos con potencia Efectos sobre la óptica o Aberraciones o Coeficiente elasto-óptico y birrefringencia Módulo 3: Principales estrategias y aspectos importantes del diseño En este módulo se estudian las distintas aproximaciones y las tipologías que se han probado más eficaces para acometer diseños de sistemas opto-mecánicos; los modos de lograr un diseño seguro y repetible, inmune a cambios de temperatura y a vibraciones. También se estudia la influencia de distintos métodos de fabricación, la elección de las tolerancias adecuadas y otros aspectos a tener en cuenta para lograr un buen diseño opto-mecánico. 3.1.- Introducción 3.2.- El control de la flexión - Control de deformaciones gravitatorias Estructuras Rígidas o Estructuras triangulares 3 PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP-003) 3.3.- El diseño cinemático - Introducción Aplicaciones y tipologías usuales 3.4.- Diseño atermal - Los efectos de la temperatura Elección de materiales Uso de ballestas y muelles 3.5.- Control de vibraciones - La frecuencia natural y el amortiguamiento Control de vibraciones Dispositivos aislantes de vibraciones 3.6.- Ajustes en el montaje - Movimiento lineal y “tip/tilt” Movimiento rotacional Módulo 4: Desarrollo de ejemplos prácticos En este módulo se desarrolla el diseño de varios sistemas opto-mecánicos usuales, estudiando las particularidades de cada uno y su ejecución detallada, desde la idea inicial hasta su fabricación y montaje. Se aplican, pues, los conceptos estudiados previamente y constituyen una buena base para acometer diseños similares. 4.1.- El proyecto de un sistema opto-mecánico 4.2.- Diseño del barril de una cámara con varias lentes - Descripción - Análisis de movimiento de imagen - Cálculo del juego radial - Cálculo de la tensión en las lentes - Búsqueda del diseño atermal - Cálculo del desplazamiento radial en la junta de adhesivo - Esfuerzos en dirección axial - Esfuerzos en el ajuste en el barril - Análisis térmico de la ventana del criostato - Distorsiones en el frente de onda o Distorsión debida a la variación del índice con la temperatura o Distorsión debida a las tensiones en el interior de la lente o Distorsión debida al cambio de forma de la lente - Descripción del diseño final y la fabricación 4 PROYECTOS DE SISTEMAS OPTO-MECÁNICOS (OP-003) 4.3.- Diseño de monturas de ventanas y filtros - Particularidades y condicionantes previos Ejemplo: montura de un filtro de tamaño mediano o Descripción del diseño 4.4.- Diseño de monturas de elementos en reflexión - Particularidades y condicionantes previos al diseño Ejemplo: Montura de dos espejos planos de empaquetamiento - Particularidades y condicionantes previos - Determinación de los puntos óptimos de soporte del espejo - Cálculo analítico - Modelo de elementos finitos - Cálculo de las dimensiones de la zona de pegado - Modelo del espejo y la montura o Diseño de las ballestas o Comprobación a pandeo de las ballestas o Diseño de la montura - Ensayo de la unión adhesiva o Determinación de la fuerza a soportar por la unión o Preparación y aplicación del adhesivo o Configuración del ensayo - Análisis de las estructuras de soporte de las monturas - Diseño final y fabricación 4.5.- Diseño de monturas de elementos de dispersión espectral - Particularidades y condicionantes previos Parámetros de partida Ejemplo: Prisma con varios elementos Ejemplo: Grisma (prisma+red de difracción en transmisión) Ejemplo: Hologramas volumétricos para dispersión espectral (VPH) 4.6.- Bibliografía recomendada 5
