Pour ses hexapodes, SYMÉTRIE a choisi RESOLUTE™, les codeurs absolus évolués de Renishaw
La gamme RESOLUTE de codeurs absolus de Renishaw est désormais compatible avec les hexapodes GICS (Assistance à l'intégration et à la calibration au sol) et ZONDA de la société SYMÉTRIE, conçus pour deux types de test de validation de composants évolués utilisés dans la fabrication des satellites météorologiques de troisième génération Météosat (MTG) dont le lancement est prévu pour 2019.
SYMÉTRIE est l’un des plus grands fournisseurs au monde de solutions à base d’hexapodes, dans le cadre d’applications de positionnement et déplacement. Un hexapode est un type de robot parallèle, également dénommé plateforme de Stewart, constitué de six actionneurs linéaires (vérins) et comportant six degrés de liberté (X, Y, Z, tangage, lacet et roulement). Les hexapodes SYMÉTRIE sont constitués d’une plateforme inférieure (base), d’une plateforme supérieure (plateforme mobile) et de 6 actionneurs linéaires avec entraînements par vis à billes. Un joint à rotule relie chaque axe à la base et à la plateforme mobile. La plateforme supérieure supporte la charge et peut être montée verticalement et horizontalement. Les applications types des hexapodes incluent la simulation de vol, le test de matériaux, la microscopie/télescopie, l’aéronautique, la recherche scientifique, et bien d’autres encore.
La gamme de satellites MTG sera constituée de quatre satellites d’imagerie (MTG-I) et de deux satellites de sondage (MTG-S) qui captureront des données depuis l’orbite géostationnaire de la Terre. Parmi ces applications, deux exigent que les actionneurs soient commandés individuellement par des boucles d’asservissement rigides au moyen d’une rétroaction basée sur des codeurs absolus. Un codeur RESOLUTE et une règle linéaire RELA fabriquée en ZeroMet™ (FeNi36) sont montés sur chaque axe, en offrant une métrologie de haute précision avec des règles ayant une dilatation thermique proche de zéro, une résolution de 5 nm, un bruit minimum, une faible erreur cyclique et des vitesses de translation élevées. Les codeurs absolus RESOLUTE procurent une grande précision et une excellente stabilité aux hexapodes GICS et ZONDA, certifiés l’un et l’autre pour des applications de salle blanche ISO-5.
Notre choix s’est porté sur les codeurs absolus RESOLUTE de Renishaw en raison du niveau élevé de leurs performances métrologiques. Ces codeurs absolus fonctionnent en toute fiabilité dans des conditions de vide poussé. En outre, la règle de codage est fabriquée en ZeroMet, un matériau à faible dilatation, qui rend nos hexapodes moins sensibles aux variations de température. La stabilité thermique était une exigence cruciale pour ces projets d’optiques spatiales.
Matthieu Cuq, ingénieur mécanicien principal, SYMÉTRIE (France)
Hexapodes GICS
Un hexapode sur mesure de 1600 (L) x 1200 (P) x 1000 mm (H) a été conçu pour l’imageur combiné flexible (FCI) sur les quatre satellites d’imagerie commandés par l’Agence spatiale européenne (ESA). Toutes les 10 minutes, le FCI fournira des images complètes de la Terre sur 16 canaux spectraux et sera équipé d’un miroir à balayage, d’un télescope et d’un ensemble de séparation et de détection spectrale (SSDA) comprenant quatre détecteurs de filtrage avec leur bloc optique. L’hexapode GICS de SYMÉTRIE a pour but de faciliter la calibration au sol et le test du SSDA grâce aux six degrés de liberté et à la précision de positionnement en translation de ±0,1 μm. L’instrument est conçu pour diviser la lumière entrante en 5 groupes spectraux distincts, dont quatre sont des faisceaux optiques dans le proche infrarouge (NIR) ou l’infrarouge (IR). Pendant le test et la calibration, un ensemble source (en violet sur la figure 1) dirige la lumière dans un « ensemble optique » à l’intérieur de la plateforme mobile de l’hexapode. L’ensemble optique traite ensuite cette lumière et éclaire le champ de vision du SSDA situé en regard de la pupille de sortie. L’hexapode sert à fournir un enregistrement précis et extrêmement fidèle entre la pupille de sortie de l’ensemble optique et l’ouverture d’entrée du SSDA.
Hexapodes ZONDA pour ensembles IA DEA
Cet hexapode utilisant une petite règle de 725 mm (L / P) x 650 mm (H) est destiné aux applications sous vide jusqu’à 10-6 mbar minimum, et a été spécialement conçu pour la calibration et le test au sol de l’ensemble d’interférométrie/ensemble électronique de détection (IA DEA). L’hexapode est placé en face de l’instrument de sondage infrarouge (IRS) du satellite et permet une caractérisation en vol des performances optiques et radiométriques ainsi que le réglage ultérieur des divers éléments d’instrumentation. L’IRS constituera une source sans précédent pour les services opérationnels des centres météorologiques nationaux et les prédictions météorologiques numériques régionales/mondiales. Cet instrument, qui repose sur un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier, fonctionne à des longueurs d’ordre de l’ordre du millimètre et comprend un miroir à balayage, d’un télescope avant, d’un interféromètre, d’un télescope arrière, d’un bloc optique refroidi de focalisation et de détecteurs. L’hexapode de SYMÉTRIE embarque le boitier noir et la source infrarouge pour le test et la calibration au sol de l’IA DEA avant lancement. Les deux sources IR, dont les cibles pour la reproduction de modèles de test standard, sont montées sur une table de translation X-Y sur l’hexapode. La fonction de l’hexapode est d’orienter avec précision les sources IR et l’optique, par rapport à l’IA DEA, avec une précision en translation de l’ordre de ±0,1 μm.
Une solution RESOLUTE
Combiné au protocole BiSS®, le système RESOLUTE offre à SYMÉTRIE des fonctionnalités évoluées qui favorisent le développement de nouveaux hexapodes révolutionnaires. De l’aéronautique à l’aérospatial en passant par les synchrotrons et la recherche scientifique, les hexapodes sont utilisés dans un grand nombre de secteurs industriels et constituent une plateforme de commande de mouvement particulièrement versatile.
Les avantages des applications basées sur des hexapodes RESOLUTE incluent :
- Fiabilité : il est essentiel que les données fournies par le codeur soient d’une grande fiabilité. Les anomalies, comme les erreurs de comptage, sont inacceptables, car elles conduisent à des mesures incorrectes qui pourraient se révéler catastrophiques, car tout écart par rapport à des configurations stables pourrait se traduire par un endommagement significatif de l’hexapode. La gamme RESOLUTE présente une très bonne tolérance à la saleté, aux rayures et à la graisse qui, sur d’autres types de codeurs, entraîneraient des erreurs de comptage. Un algorithme indépendant de contrôle de position permet de signaler n’importe quel problème potentiel avant l’apparition d’un défaut d’asservissement.
- Précision élevée du système, vitesse et communication série BiSS : grâce à leur structure cinématique parallèle, les hexapodes nécessitent un système de commande particulièrement complexe. Par exemple, les coordonnées de position sont données en fonction d’axes cartésiens virtuels qui sont ensuite convertis par le contrôleur en commandes de positionnement des actionneurs individuels. La précision élevée et les hautes performances dynamiques des codeurs RESOLUTE, combinées à des temps de réponse plus rapides, grâce à l’interface BiSS, facilitent l’optimisation et du contrôleur et de l’hexapode.
- Résolution fine et faible bruit (jitter) : les hexapodes nécessitent une précision et une stabilité élevées. Le faible bruit, généralement inférieur à 10 nm efficaces, améliore la finesse de déplacement et la stabilité de l’hexapode grâce à la rigidité des boucles d’asservissement.
- Installation facile : la piste unique des codeurs optiques absolus RESOLUTE permet d’obtenir des tolérances d’installation nettement plus amples que les codeurs classiques multipistes de la concurrence. La LED de réglage intégrée des codeurs RESOLUTE simplifie encore davantage l’installation pendant la fabrication et la mise en service de l’hexapode.
À propos de SYMÉTRIE
SYMÉTRIE est un fabricant majeur d’hexapodes basé à Nîmes, France. Les hexapodes servent à positionner un objet dans l’espace suivant 6 degrés de liberté avec une précision, une résolution et une rigidité très élevées. SYMÉTRIE possède une forte expérience dans les projets technologiques de grande échelle, comme le laser Mégajoule et les télescopes spatiaux James Webb et Gaïa. En reconnaissance de son expertise, SYMÉTRIE a reçu le Prix français de la Métrologie 2007, décerné par le Collège Français de Métrologie.
Le partenariat professionnel étroit entre Renishaw et SYMÉTRIE favorise le développement d’hexapodes évolués à même de répondre aux exigences les plus strictes de l’industrie spatiale. Les collaborations futures resteront l’élément moteur de la stratégie d’innovation de produits des deux sociétés.