OBTURADOR BASADO EN UN MECANISMO VOICE COIL
Como continuación al proyecto de desarrollo de Prototipo de Pupila Rotante, y dentro de la colaboración con el Instituto de Astrofísica de Canarias, se planteó otro nuevo reto de cara al diseño de el espectrógrafo HARMONI. El problema surge en esta ocasión al tener que limitar el tiempo de exposición del aparato a la luz en fase de observación, lo que hace inevitable la incorporación dentro del eje óptico de un mecanismo que regule el tiempo de exposición del aparato al haz óptico. Una de las soluciones adoptadas para este mecanismo, aunque todavía se encuentra en fase de verificación y pruebas, es el mecanismo de Voice Coil presente en los discos duros mecánicos.
Un disco duro tradicional usa unos discos giratorios redondos y planos llamados platos, recubiertos en ambos lados con un material especial diseñado para almacenar información en forma de patrones magnéticos. Unos dispositivos electromagnéticos especiales de escritura/lectura llamados cabezales son montados en unos deslizadores, y son usados para grabar información en el disco o leerla. Los deslizadores se montan en unos brazos, los cuáles están mecánicamente conectados a una única pieza y posicionados en la superficie del disco.
El mecanismo de Voice Coil se identifica con el conjunto actuador más cabezal. El movimiento del cabezal se produce al hacer pasar corriente por la parte posterior de dicho cabezal, que contiene una bobina inmersa en un campo magnético permanente producido por un par de imanes permanentes de neodimio, generalmente.
Las actividades realizadas para este proyecto se corresponden con la preparación del mecanismo, incluyendo el desmontaje del disco duro, su limpieza y las modificaciones necesarias para adaptar el mismo a las condiciones criogénicas a las que va a estar sometido. Fue especialmente importante cumplir con los requerimientos de diseño, que se fundamentaban en un tiempo máximo para la realización del movimiento y una distancia angular a recorrer.
Como se trata de un sistema comercial no probado en condiciones criogénicas, hubo que realizar pruebas de caracterización del comportamiento del mismo tanto en caliente como en frío. En las primeras, el mecanismo se atornilló a una mesa óptica y se trató de averiguar el desplazamiento y el tiempo mediante el análisis de imágenes de movimiento a cámara lenta (1200 fps aprox.). En las segundas, se introdujo el mecanismo en un criostato para ver cómo afectaban las bajas temperaturas y el vacío al movimiento del obturador.
RETOS DEL PROYECTO
Las necesidades implícitas del proyecto en cuestión requieren que el mecanismo sea capar de barrer un espacio de 30 mm en un tiempo no mayor que 20 ms, lo que constituye una especificación muy exigente y provoca el nacimiento de la idea de emplear un diseño basado en un concepto de mecanismo de Voice Coil. Se escogió la idea como primer paso debido a la relativa facilidad de control de la corriente de alimentación, lo que se traduce en un control muy preciso de la velocidad de movimiento del sistema.
El reto fundamental que lleva asociado este diseño es el hecho de poder adaptarlo a condiciones criogénicas, lo que implica trabajar en condiciones de -195 ºC bajo cero y presiones extremadamente próximas al vacío, del orden de 10^-7 bar. Desde el punto de vista de la electrónica la dificultad es extremadamente elevada, ya que hay que garantizar el funcionamiento y conseguir que el mecanismo se comporte de manera predecible bajo estas condiciones.
El requerimiento temporal llevó a considerar un brazo con más o menos inercia, para lo que se barajaron y probaron diferentes configuraciones de montaje de la placa obturadora, esto es, si ésta se colocaba en dirección paralela o perpendicular al eje del brazo actuador.
CONCLUSIONES
La realización de pruebas a los diferentes mecanismos tiene una importancia fundamental, ya que se identifica con una toma exhaustiva de datos y su posterior análisis y conclusiones implícitas, lo que constituye un factor fundamental en la vida laboral de un ingeniero industrial.
Por otra parte, el diseño de elementos, con las consideraciones específicas que cada caso posee, es una tares ardua en ocasiones, pues se deben aportar soluciones fundamentadas a una problemática existente, aplicando para ello los conocimientos adquiridos.
La revisión de elementos, o su estudio para efectuar modificaciones posteriores, es también muy importante, ya que se deben analizar objetivamente los problemas acaecidos, estudiarlos, y aportar de nuevo soluciones basadas en los conocimientos adquiridos.
