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Polarímetro para el cercano infrarrojo

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Academic year: 2020

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(1)

Instituto Nacional de Astrofísica,

Optica y Electrónica.

REPORTE TECNICO

COORDINACION DE ASTROFISICA

Polarímetro para el cercano

infrarrojo

M.C. Marco Antonio Vázquez Rodríguez

Dr. Luis Carrasco Bazúa

Dr. Abraham Luna Castellanos

Ing. Alvaro Cuellar Fuentes

Sta. Ma. Tonantzintla, Puebla Junio 2012

©INAOE 2012

Derechos Reservados

El autor otorga al INAOE el permiso de

reproducir y distribuir copias de este reporte

técnico en su totalidad o en partes mencionando

la fuente.

(2)

Polarímetro para el Cercano Infrarrojo:

Reporte Técnico

Marco Antonio Vázquez Rodríguez, Luis Carrasco Bazúa,

Abraham Luna Castellanos y Álvaro Cuellar.

(3)
(4)

Índice general

1. Introducción 5

2. Elementos del Instrumento 7

2.1. Elementos ópticos . . . 7

2.1.1. Polarizador lineal de alta tasa de extinción (HER) . . . . 7

2.1.2. Placa retardadora de media onda . . . 9

2.2. Elementos mecánicos . . . 10

2.2.1. Rieles, bloques de desplazamiento lineal y topes . . . 10

2.2.2. Rodamientos, cadenas y engranes . . . 12

2.3. Elementos Electrónicos . . . 14

2.3.1. Motor a pasos y controlador . . . 14

2.3.2. Sensor de “Home” y circuito de acondicionamiento . . . . 16

2.4. Partes mecánicas . . . 19

2.4.1. Bridas y placas de sujeción . . . 19

2.4.2. Platina y Asidera . . . 20

2.4.3. Tubo de seguridad del retardador . . . 21

2.4.4. Cajas para baleros . . . 22

2.4.5. Base del motor . . . 22

2.4.6. Seguro del polarímetro . . . 23

3. Ensamble de partes mecánicas 25 3.1. Contenedor del polarímetro . . . 25

3.1.1. Instalación de los rieles . . . 25

3.1.2. Platina, polarizador y baleros lineales . . . 28

3.1.3. Tubo de Seguridad del retardador . . . 29

3.1.4. Mecanismo del retardador . . . 31

(5)

4 ÍNDICE GENERAL

3.1.5. Motor con base . . . 32

3.1.6. Interior del polarímetro . . . 33

3.1.7. Seguro del polarímetro . . . 34

3.1.8. Ensamble final . . . 36

4. Instalación y Operación del Sistema de Control 39 4.1. Hardware . . . 39

4.2. Software . . . 42

A. Descripción del código de la interfáz gráfica de control 51

B. Tablas 59

(6)

Capítulo 1

Introducción

En el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) se ha desarrollado un polarímetro para el cercano infrarrojo, con el cual se podrán ex-tender las capacidades observacionales de la Cámara del Cercano Infrarrojo de Cananea (CANICA) del Observatorio Astrofísico Guillermo Haro (OAGH). Con este nuevo instrumento se podrá obtener información de radiación po-larizada de objetos de interés y que están siendo estudiados en diferentes proyectos.

En este reporte técnico se describen las carácteristicas de los elementos ópticos, mecánicos y electrónicos, que componen el instrumento. En cuanto a los elementos adquiridos se presentan las hojas de especificaciones del fabri-cante, con la finalidad de que en el futuro puedan ser consultadas para adquirir una refacción o realizar algun cambio en el diseño. En el caso de las piezas manufacturadas, se presentan las dimensiones de las piezas involucradas, el proceso de ensamble del prototipo y los planos de construcción correspondien-tes.

En el caso de los elementos de control se presenta el diagráma del cir-cuito que controla el sensor de “Home” y los diagrámas de conexiones de los elementos electromecánicos. También se muestra la operación de la interfaz gráfica de control del instrumento utilizando un motor de pasos y la descripción del código utilizado para este fin.

(7)
(8)

Capítulo 2

Elementos del Instrumento

2.1.

Elementos ópticos

El diseño de este polarímetro [1] utiliza dos elementos ópticos que afectan el estado de polarización de la radiación: una placa retardadora de media onda y un polarizador lineal. El haz que emerge de este arreglo será directamente procesado por la cámara en conjunción con alguno de los filtros de acuerdo a la banda que se desee analizar (Figura 2.1).

ZdZKZD/KE

WK>Z/KZ,Z

WK>Z1DdZK

E/

E/нWK>Z1DdZK

d>^KW/KϮ͘ϭŵ

Figura 2.1: Diagrama esquemático del polarímetro acoplado a CANICA y al telescopio.

2.1.1.

Polarizador lineal de alta tasa de extinción (HER)

El polarizador es lineal y holográfico fabricado por Specac Inc. (Figura 3.6).

(9)

8 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

Figura 2.2: Polarizador holográfico lineal SPECAC. (El plano de polarización está marcado con una flecha roja en el canto del polarizador)

Las características de este polarizador son:

Intervalo espectral de 1-10 micras

Taza de extinción de 960:1 @ 10 micras

Periodicidad de rejilla de 4000 líneas / mm

Sustrato de fluoruro de calcio (CaF2)

Apertura de 71 mm.

Los valores K1 y K2 (Cuadro 2.1) de este polarizador fueron proporcionados

por el fabricante y se obtuvieron a través de un espectrofotómetro que obtiene las curvas correspondientes a:

La potencia óptica transmitida por el polarizador con las líneas de la rejilla verticales,

La potencia óptica transmitida con las líneas horizontales y

La potencia óptica transmitida por un par de polarizadores semejantes con sus rejillas cruzadas.

Donde K1, K2 son los coeficientes de transmisión de intensidad del

anali-zador a la luz perfectamente polarizada en las direcciones 1 (dos analianali-zadores con los ejes de transmisión alineados en paralelo) y 2 (dos analizadores con los ejes de transmisión alineados perpendiculares) respectivamente .

(10)

2.1. ELEMENTOS ÓPTICOS 9

Propiedad 2.5µm 5µm 10µm

Eficiencia de transmisión (K1) % 84 86 48

Transmisión de radiación no deseada (K1) % 0.25 0.13 0.05

Grado de polarización (K1-K2)/(K1+K2) % 99.4 99.6 99.8

Tasa de extinción expresada como K1/K2 336:1 662:1 960:1

Cuadro 2.1: Propiedades del Polarizador holográfico lineal de CaF2.

2.1.2.

Placa retardadora de media onda

La placa retardadora de media onda (Figura 2.3) de la empresa alemana Bernhard Halle Nachfl. Gmbh consiste en una placa retardadora

superacromá-tica con retardoτ =λ/2o de media onda, fabricada en un sustrato de cuarzo y

fluoruro de magnesio (MgF2).

Figura 2.3: Placa retardadora superacromática de media onda. B. Halle (El plano de referencia está marcado con una linea blanca en el anillo que sujeta la placa retardadora)

Sus principales características son:

Consta de tres pares de placas de cuarzo yMgF2 cementados entre sí

Opera en un intervalo espectral de 600 - 2700 nm

Tiene una diferencia de camino óptico calculado deλ/2 ±0.04 %

La orientación del eje óptico (Ψ) cambia dentro de un ±0.2° en todo el

intervalo espectral

(11)

10 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

2.2.

Elementos mecánicos

En este instrumento existe la necesidad de que los elementos ópticos in-volucrados (polarizador y placa de onda) sean móviles [1]. En primer lugar la placa retardadora tiene un movimiento giratorio con respecto al eje óptico del sistema. En segundo lugar todos los elementos internos que componen el ins-trumento son linealmente móviles de manera perpendicular al eje óptico del telescopio. En esta sección se describen las características de los elementos que hacen posible estos movimientos.

2.2.1.

Rieles, bloques de desplazamiento lineal y topes

La brida de sujeción a CANICA tiene un orificio circular de ventana ubicado a una distancia del centro de aproximadamente 4.19” (figura 2.4). Al rededor de este orificio queda una superficie libre en donde se colocan un par de rieles para un desplazamiento lineal, perpendicular al eje óptico, que da la opción de retirar el polarímetro del eje óptico si se desea (figura 2.5).

WK>Z1DdZK

E/

E/нWK>Z1DdZK

d>^KW/KϮ͘ϭŵ

WůĂƚŝŶĂĚĞů dĞůĞƐĐŽƉŝŽ

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Figura 2.4: Esquema que indica la ubicación de las bridas de sujeción y la platina del telescopio.

Para realizar el deplazamiento lineal se utilizan un par de rieles de 1/2×

9” (PN 1049K12), distribuidos por McMaster-Carr®, que en conjunto con sus

baleros lineales no requieren lubricación constante. Sus características son:

Ejes de aluminio (6061-T6) de precisión con revestimiento cerámico y barras de apoyo,

(12)

2.2. ELEMENTOS MECÁNICOS 11

WK>Z1DdZK

E/

E/нWK>Z1DdZK

d>^KW/KϮ͘ϭŵ

ZĞŵŽĐŝſŶ;ĚĞƐƉůĂnjĂŵŝĞŶƚŽůŝŶĞĂůͿĚĞůƉŽůĂƌşŵĞƚƌŽ

Figura 2.5: Diagráma esquemático de la remoción del polarímetro (perpendi-cular al eje óptico).

Diseño en una sola pieza,

Ligeros,

No magnéticos,

Alta resistencia a la corrosión y

Revestimiento cerámico que protege los ejes de diversos contaminantes.

Los rieles no usan baleros de bolas lineales, en su lugar se utilizan un par de bloques de soporte con baleros lineales (PN 6374K341), también de

McMaster-Carr®, lisos y sin lubricación. Sus dimensiones son de 1/2 de diámetro, 31/2

de largo,2”de ancho y11/8de alto.

Además se usan un par de topes de pinza (PN 5700K11) para los rieles

(figura 2.6). Estos tienen un diámetro interno de 1/2, un diámetro externo de

13/8y un ancho de3/4.

a) b) c)

Figura 2.6: a) Modelo del riel con soporte b) Modelo del bloque de soporte con balero lineal c) Modelo del tope para rieles.

(13)

12 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

2.2.2.

Rodamientos, cadenas y engranes

El sistema modulador requiere que la placa retardadora de onda pueda ro-tarse libremente a cuatro posiciones en el plano perpendicular al eje óptico [1]. En este caso se utiliza un juego de dos rodamientos de contacto angular y de

alta precisión de la marca RHP® (PN 7916C) cuyas dimensiones y

caracterís-ticas se aprecian en la figura 2.7 y en el cuadro 2.2.

a) b)

Figura 2.7: a) Modelo del rodamiento de contacto angular RHP b) Esquema del rodamiento.

Rodamiento No. 7916C SD (Diámetro interior / mm) 80

D (Diámetro exterior / mm) 110 B (Ancho / mm) 16 LG (Velocidad límite con grasa / rpm) 8500 LO (Velocidad límite con aceite / rpm) 12000

A (Centro de carga efectivo / mm) 20.7 Masa / kg 0.376

Cuadro 2.2: Algunas características del rodamiento RHP 7916C

El movimiento rotatorio del tubo del retardador es actuado por un motor de pasos mediante una polea que provee el torque necesario para que este mecanismo funcione. Para implementar este movimiento se usan una corona,

un piñón y una polea de PIC-Design®(figura 2.8).

La corona (PN F25G4-60) es de 60 dientes con un diámetro primitivo de 4.77” (121.3 mm) y una altura de 0.25” (6.35 mm). El diámetro interno se alteró de su diámetro original de 0.25” (6.35 mm) a 2.7” (68 mm).

(14)

2.2. ELEMENTOS MECÁNICOS 13

El piñón (PN F25G4-10), de la misma marca, tiene 10 dientes con diámetro primitivo de 0.79” (20 mm) este se conecta directamente al vástago del motor. La relación de transmisión mecánica que existe entre piñón y corona es de 1:6, lo que quiere decir que por cada vuelta de la corona el piñón tiene que dar 6 vueltas.

La polea o cadena (PN F25CA-70), que une ambos elementos esta hecha de poliuretano con núcleo de aramid, tiene 70 eslabones y un largo de 17.5” (444.5 mm).

La longitud se calculó para que ambos ejes estén a una distancia mínima de 3.8” (96.5 mm), por lo que la calculadora del fabricante (figura 2.9) determina que la longitud debe ser de 17.387”. El valor mas cercano comercial es de 17.5” y se tienen cuatro poleas de ese tamaño para tener refacción de la cadena transmisora.

a) b)

c)

Figura 2.8: a) Modelo del piñón con la polea b) Plano del piñón y corona c) Plano de la polea

(15)

14 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

Figura 2.9: Calculadora de longitud para poleas (www.pic-desig.com)

Parámetros Eléctricos Motor OS2HB

Torque estático \ Oz-in (Nm) 43 (0.30)

Corriente de operación \ Serie: 1.5 (1.0)

A pico (A rms) Paralelo: 3.0 (2.1)

Voltaje de operación del bus \ (VDC) 170

Torque de retención \ Oz-in (Nm) 2.5 (0.02)

Parámetros Mecánicos Motor OS2HB

Carga de empuje \ lb (kg) 13 (5.9)

Carga radial \ lb (kg) 20 (9.1)

Peso del motor \ lb (kg) 1 (0.5)

Cuadro 2.3: Algunas características eléctricas y mecánicas del motor OS2HB

2.3.

Elementos Electrónicos

2.3.1.

Motor a pasos y controlador

El movimiento rotatorio del retardador se realiza a través de un motor a pasos bipolar OS2HB de Parker Compumotors con una resolución angular de 1.8° por paso (cuadro 2.3) sus dimensiones físicas son 2.25” x 2.25” x 1.60” (57.2 x 57.2 x 40.6 mm) y 0.5 kg de peso.

El motor se controla mediante un Dirver/Controller OMZL6104 de Parker Compumotors (figura 2.10).

Sus características son:

Funciona con motores a pasos híbridos estándares de 1.8°.

(16)

2.3. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS 15

Figura 2.10: Controlador y motor a pasos de Parker Compumotors

Figura 2.11: Dibujo del controlador OEMZL6104 driver/controller

Entradas para “Home” y finales de carrera,

Dos entradas (de disparo) rápidas para la captura de posición o registro,

16 entradas y 8 salidas programables y una salida auxiliar.

Las conexiones se encuentran en terminales de tornillo desmontables y una cabecera estándar de 25 pines que permite una instalación sencilla y tendido de cables sin tener que cortar y volver a unir un conector (figura 2.11).

(17)

16 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

2.3.2.

Sensor de “Home” y circuito de acondicionamiento

Para el circuito sensor de Home se necesita de un elemento que detecte dicha posición. En este caso se utiliza por un sensor semiconductor de efecto Hall marca Allegro (A1301), que se muestra en la figura 2.12.

a) b)

c)

Figura 2.12: a) Modelo del sensor de efecto Hall, b) Diagrama de terminales, c) Descripción de pines.

Este sensor tiene las siguientes caracteristicas:

Salida de bajo ruido

Tiempo de encendido rapido

Voltaje de operación de 4.5 to 6.0 V

Confiabilidad de estado sólido

Fabricado para tener un rendimiento óptimo como final de carrera

Desempeño robusto ante la ESD ( Electrostatic discharge o Descarga electrostática).

En el estado de reposo (sin campo magnético significativo: B = 0), la salida es igual a la mitad de la tensión de alimentación Vcc, en todo el rago de operación de temperatura y voltaje de alimentación.

La presencia de una polaridad sur (+B) de campo magnético, perpendicular a la cara marcada del dispositivo, aumenta la tensión de salida en proporción al campo magnético aplicado, desde el voltaje en reposo hacia el límite del voltaje

(18)

2.3. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS 17

de alimentación. De manera inversa, la presencia de una polaridad norte (-B) de campo magnético, en la misma orientación, proporcionalmente disminuye la tensión de salida de su valor de reposo.

Para poder detectar la presencia de un campo magnético, como el de un imán, que indica la posición de “Home” es necesario acondicionar la señal que ofrece el sensor. Mediante un amplificador operacional conectado como comparador se obtiene una salida discreta, al comparar la señal del sensor contra un voltaje ajustado por divisor de voltaje (figura 2.14). La salida de este circuito va conectada a la terminal “Home” del driver/controller del motor de pasos.

El circuito integrado que se usa es el LM324 (figura 2.13), pues tiene cuatro amplificadores operacionales de bajo ruido y esta diseñado para operar con una fuente de voltaje simple. Algunas de sus características son:

Elimina la necesidad de usar una fuente dual,

Compatible con todas los tipos de lógica,

Amplio rango de alimentación: fuente simple de 3V a 32V o fuente dual

de±1.5V a±16V

Consumo de corriente muy bajo (700 µA) esencialmente independiente

del voltaje de alimentación.

(19)

18 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

La entrada “Home” del driver/controller está configurada para ser activa al detectar un nivel alto de voltaje de tal manera que al recibir un pulso de 5V el motor será detenido en la posición que se encuentre, considerando esta posición como la posición de inicio. Con esta consideración el sensor debe ser conectado a la entrada inversora para que cuando la salida sea mayor que el voltaje de referencia del divisor de tensión, la salida del comparador sea un nivel bajo.

Figura 2.14: Diagrama del circuito para el sensor de efecto Hall.

El circuito descrito anteriormente fué impreso en una tarjeta para ser insta-lado directamente en el instrumento sin necesidad de quedar dentro del con-tenedor pues el sensor debe quedar separado del circuito para evitar obstruc-ciones en el movimiento de los engranes (figura 2.15).

a) b)

Figura 2.15: a) Circuito de acondicionamiento del sensor de efecto Hall, b) Sensor de efecto Hall colocado en una tarjeta separada.

(20)

2.4. PARTES MECÁNICAS 19

2.4.

Partes mecánicas

2.4.1.

Bridas y placas de sujeción

Se construyeron dos bridas circulares de aluminio (6061-T6) con un es-pesor de 3/4” (planos POL-04 y POL-05). La brida que se une al telescopio (figura 2.16) tiene un diámetro de 25.18” y la brida que se une a la cámara (figura 2.15) tiene un diámetro de 21”.

Figura 2.16: Brida que va al telescopio

Figura 2.17: Diseño de la brida a CANICA

Para la caja de sujeción que une a estas bridas se compone de 4 placas de aluminio rectangulares (planos POL-06 al 09) cada una con un espesor de 3/4” y de 8 x 13.5” (figura 2.18). Las dimensiones y barrenos laterales para ensamble son iguales en cada uno de las placas, sin embargo cada una de ellas presenta barrenos para diferente propósito.

(21)

20 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

Figura 2.18: Diseño de las placas de sujeción.

2.4.2.

Platina y Asidera

Para el desplazamiento del interior del polarímetro se requiere de una plati-na de aluminio (6061-T6) de 11 x 6.5” con un espesor de 1/4” (plano POL-01). También está ranurada y barrenada para poder atornillar los diversos elemen-tos que sostiene.

Figura 2.19: Platina del polarímetro.

La platina requiere de una asidera para realizar el desplazamiento de la pla-tina desde el exterior del polarímetro evitando desmontar o abrir el contenedor (figura 2.19). El asa se compone de 3 elementos: 2 barras de aluminio

(22)

(6061-2.4. PARTES MECÁNICAS 21

T6) de 6.75 x 1 x 1” (plano POL-17) y una asidera de plástico marca GAMM (plano POL-16). Las barras tienen dos barrenos para unirse a la platina y a la asidera (figura 2.20).

a) b)

Figura 2.20: a) Barra Asa, b) Asa de plástico.

2.4.3.

Tubo de seguridad del retardador

El retardador de media onda de Bernhard Halle requiere de un tubo de seguridad, este consta de un tubo contenedor (plano POL-02) y un anillo de seguridad para sujetarlo (plano POL-03). El tubo del retardador está hecho de aluminio (6061-T6) con un diámetro de 88.9 mm, una altura de 63.5 mm y un espesor de 12.7 mm. El anillo de seguridad es del mismo material con un diámetro de 88.9 mm, una altura de 24.3 mm y un espesor de 12.7 mm (figura 2.21).

a) b)

Figura 2.21: a) Tubo contenedor del retardador, b) Anillo de seguridad del re-tardador.

(23)

22 CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DEL INSTRUMENTO

2.4.4.

Cajas para baleros

Para sostener los baleros que harán girar la placa retardadora de media onda se construyeron dos cajas cilindricas de sujeción de aluminio (6061-T6). La primera tiene un diámetro externo de 5”, diámetro interno de 4”, una altura de 1.25” y 4 barrenos en cada extremo del cilindro (plano POL-10). La segunda caja tiene medidas similares pero con 4 barrenos pasados para unirse a la primer caja (plano POL-11). Ademas se construyó un anillo de aluminio (6061-T6) como tapa de seguridad para los baleros con los mismos diámetros que las cajas pero con una altura de 0.3” y 4 barrenos para sujetarse a la segunda caja (figura 2.20, plano POL-12).

a) b) c)

Figura 2.22: a) Caja soporte del Balero 1, b) Caja soporte del Balero 2, c) Anillo sujetador de los baleros.

2.4.5.

Base del motor

El motor se coloca a cierta altura de tal manera que el piñon coincide con la corona mediante un par de soportes de aluminio (6061-T6) en forma de “L” con ranuras que permiten su ajuste y con una abertura que permite la salida de los cables de control (plano POL-20). La base que se une al motor es de aluminio (6061-T6) tiene un orificio central para dar paso al vástago del motor y está ranurada para ajustar su posición horizontal con respecto a la corona (figura 2.23, plano POL-19).

(24)

2.4. PARTES MECÁNICAS 23

a) b)

Figura 2.23: a) Base de sujeción del motor, b) Soporte de sujeción del motor.

2.4.6.

Seguro del polarímetro

El seguro que detiene la platina en su posición de ajuste se compone de un par de chumaceras de aluminio (6061-T6), un par de chumaceras interiores de bronce y par de balines de acero (figuras 2.24a y 2.24b, planos POL-13 y POL-14). También utiliza un eje de acero (1018) con cortes ubicados en las posiciones correspondientes a las chumaceras (figura 2.24c, plano POL-15), un resorte y dos pernos de acero (1018) que complementan el seguro (figura 2.24d, plano POL-21) .

a) b)

c) d)

Figura 2.24: a) Chumacera de aluminio, b) Chumacera de bronce, c) Eje de acero, d) Perno de acero.

(25)
(26)

Capítulo 3

Ensamble de partes mecánicas

3.1.

Contenedor del polarímetro

El adaptador que corrige la excentricidad de la cámara infrarroja CANICA sirve a su vez como un contenedor del polarímetro y dentro de este se colocan los elementos ópticos en un mecanismo corredizo, que permite que el uso del polarímetro sea opcional.

Las bridas son unidas por una caja de sujeción compuesta de las 4 placas de sujeción de aluminio rectangulares. Las placas por las que atraviesan los pernos del seguro (plano POL-06 y POL-08) son opuestas y las placa que sostiene el seguro (plano POL-07) es opuesta a la placa por la que atraviesa la asidera (plano POL-09) como se muestra en la figura 3.1. Para unir la caja de sujeción se requieren un total de 12 tornillos Allen de 5/16-18 x 1”.

El contenedor del polarímetro queda finalmente ensamblado con 6 piezas como se describió anteriormente, dentro de la cual se colocarán los elementos que adaptarán la óptica del instrumento (figura 3.2). Para el ensamble de las bridas con la caja de sujeción se requieren 14 tornillos Allen de 3/8-24 x 1” y 9 tornillos Allen cabeza plana de 3/8-24 x 1” que se utilizan para la brida de sujeción a CANICA.

3.1.1.

Instalación de los rieles

Para poder retirar el polarímetro sin necesidad de desmontarlo se atornillan los rieles utilizando como referencia las guías marcadas en la brida de sujeción

(27)

26 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

Figura 3.1: Ensamble de la caja de sujeción.

Figura 3.2: Fotografía del adaptador contenedor del polarímetro.

a CANICA e instalando a su vez respectivos topes que servirán como límite físico de la posición deseada. Para este ensamble se utilizan 8 tornillos Allen #8-32 x 1/2”.

(28)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 27

c)

d)

Figura 3.3: a) Vista explosionada del subensamble, b) Subensamble completo de la brida con rieles.

(29)

28 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

3.1.2.

Platina, polarizador y baleros lineales

Los rieles unidos a la brida de sujeción de CANICA permitirán el desplaza-miento opcional de una platina de aluminio. En la platina se atornillan el motor, el polarizador y el retardador de media onda con sus mecanismos. Para unir los baleros lineales con la platina, se necesitan 8 tornillos Allen de 1/8-40 x 3/4 y sus respectivas tuercas. El polarizador lineal de Specac tiene tres barre-nos en su anillo sujetador los cuales coinciden con los barrebarre-nos de la platina dentro de la ranura destinada para el polarizador, se utilizan 3 tornillos Allen cabeza plana #3-48 x 1/2 (figura 3.5) para fijarla. Para realizar el movimiento lineal desde afuera se adapta la asidera de plastico con las barras usando 2 tornillos Allen M6 x 25 mm, posteriormente el asa se une a la platina mediante 2 tornillos Allen de 1/4-20 x 1 1/8” y sus respectivas tuercas (figura 3.4).

(30)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 29

a)

b)

Figura 3.5: a) Vista explosionada del subensamble, b) Subensamble completo de la platina con el polarizador y baleros.

3.1.3.

Tubo de Seguridad del retardador

El retardador de media onda de Bernhard Halle no tiene una posición fija ni tiene barrenos para fijarlo con tornillos. Este elemento debe ser giratorio y con-céntrico al polarizador lineal pero sin perder la posición del eje de referencia, por lo que este tubo de seguridad consta de un tubo contenedor y un anillo de seguridad que por medio de un O-ring de silicón queda asegurado sin necesi-dad de hacer daño al retarnecesi-dador. El ensamble queda unido por 6 tornillos Allen de 1/4-44 x 1/4” (figura 3.6).

(31)

30 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

a) b)

c)

Figura 3.6: a) Vista explosionada del subensamble, b) Vista completa del subensamble, c) Corte transversal del subensamble del tubo contenedor del retardador.

(32)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 31

3.1.4.

Mecanismo del retardador

Para poder girar el retardador de media onda es necesario hacer girar el tu-bo que lo contiene sin crear alguna obstrucción en el eje óptico del instrumen-to. Por lo tanto el juego de baleros se adapta para que en conjunto realicen el movimiento giratorio del tubo y se eviten desplazamientos fuera del eje. Cada balero cuenta con su respectiva caja de sujeción las cuales permiten girar solo la parte interna de los baleros a donde se transmite el movimiento giratorio al tubo de sujeción del polarizador. El control de la rotación del mecanismo se realiza a través de la corona adquirida en PIC-Design de 60 dientes.

En el ensamble, el primer balero se coloca sobre la primera caja de soporte y encima del balero se coloca el ensamble del tubo del retardador. La caja de soporte del segundo balero se coloca encima del borde externo de la primera caja, acoplando los barrenos que unirán ambas cajas. Posteriormente se co-loca el segundo balero sobre la segunda caja de soporte y a su vez se cubre con el anillo sujetador fijando todo el subensamble utilizando 4 tornillos Allen 1/8-40 x 1 1/2” como se muestra en las figuras 3.7 y 3.8. Finalmente la coro-na se asegura directamente en la tapa del ensamble del tubo del retardador utilizando 4 tornillos Allen 1/8-40 x 1/4”, por lo que el movimiento se transmite directamente al retardador de media onda debido a que el anillo de seguridad del mismo se encuentra completamente fijo y asegurado (figura 3.7 y 3.8).

a) b)

Figura 3.7: a) Subensamble completo, b) Corte transversal del subensamble del mecanismo del retardador.

(33)

32 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

Figura 3.8: Vista explosionada del subensamble

3.1.5.

Motor con base

Para poder efectuar un movimiento preciso en el mecanismo del retardador es necesario colocar el motor a una altura adecuada para que coincida con la corona. El ajuste de la altura se realiza por medio de la base que se une al motor utilizando 4 tornillos Allen 3/16-24 x 1/2” y sus respectivas tuercas. Esta base unida al motor se une a los soportes utilizando 4 tornillos Allen #8-32 x 3/8” y en el vástago del motor se coloca el piñón de PIC-Design (figura 3.9).

(34)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 33

a) b)

Figura 3.9: a) Vista explosionada del subensamble, b) Subensamble completo del motor con su base.

3.1.6.

Interior del polarímetro

Los subensambles correspondientes al mecanismo del retardador y el mo-tor con base se unen con la platina. En el caso del mecanismo del retardador se utilizan 4 tornillos Allen 3/16-24 x 1/2”. Para el motor con base, se utilizan 4 tornillos Allen 3/16-24 x 5/8” y sus respectivas tuercas que se ensamblan de acuerdo con la figura 3.10. El mecanismo del retardador y el motor con base son unidos mediante una banda o “cadena” de PIC-Design y ajustable mediante los tornillos de la base del motor.

(35)

34 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

a) b)

Figura 3.10: a) Vista explosionada del subensamble, b) Subensamble completo de: Mecanismo del retardador, Motor con base y Platina, baleros y polarizador.

3.1.7.

Seguro del polarímetro

El balín del seguro se sitúa en un orificio esférico de menor diámetro que permite salir parte del mismo, siempre que sea presionado hacia la parte ex-terior de la chumacera. Esta presión se logra utilizando el eje de acero móvil adjunto a un resorte y los dos pernos de acero, de esta manera se integra un seguro normalmente cerrado activo cuando el resorte es presionado desde el exterior del instrumento (figuras 3.11 y 3.12).

a) b)

Figura 3.11: a) Vista explosionada del ensamble, b) Subensamble completo de la chumacera para el seguro.

(36)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 35

a)

b)

Figura 3.12: a) Vista explosionada del subensamble, b) Subensamble completo del seguro para la platina.

El seguro se coloca en una de las paredes de la caja de sujeción del po-larímetro, donde se ajusta al nivel de la platina y que a su vez tiene barrenos esféricos donde el balín debe coincidir para así asegurar la alineación concén-trica de los elementos ópticos que están sobre de ella (figura 3.13). Para este ensamble se utilizan 4 tornillos Allen 1/8-40 x 3/8”.

(37)

36 CAPÍTULO 3. ENSAMBLE DE PARTES MECÁNICAS

Figura 3.13: Vista explosionada de la caja de sujeción con el seguro para la platina.

3.1.8.

Ensamble final

Una vez que se tienen todos los subensambles armados, las partes en conjunto son colocados dentro del contenedor. La platina debe deslizarse li-bremente por todo el largo de los rieles y se debe asegurar que los elementos ópticos sean concentricos al orificio de la platina y al de la brida de sujeción a CANICA. El seguro debe ajustar de tal manera que sea imposible mover la platina sin abrirlo. Una vez que se tienen todos los elementos dentro del contenedor se procede a la instalación y prueba la funcionalidad de todos los elementos conectando el Driver/Controller en la posición especificada con 3 tornillos Allen #6-32 x 1/2” (figura 3.14c).

(38)

3.1. CONTENEDOR DEL POLARÍMETRO 37

a)

b) c)

Figura 3.14: a) Vista explosionada del ensamble, b) Ensamble final del Polarímetro,

(39)
(40)

Capítulo 4

Instalación y Operación del

Sistema de Control

El sistema que controla el polarímetro se basa principalmente en el mo-vimiento giratorio del retardador de media onda, el cual debe poder moverse libremente para alcanzar las posiciones de registro deseadas. Se requieren de cuatro posiciones angulares fijas para registrar las imágenes y obtener los parámetros de Stokes del objeto observado. Estas posiciones corresponden a los ángulos de 0°, 45°, 90° y 135° originalmente, pero el uso de una placa retardadora de media onda conlleva a utilizar posiciones angulares divididas entre dos, por lo que las posiciones angulares serán 0°, 22.5°, 45° y 67.5°.

4.1.

Hardware

El piñón y corona tienen una relación de transmisión mecánica de 6:1, lo que quiere decir que por cada vuelta de la corona el piñón tiene que dar 6 vuel-tas. Así se puede establecer que para poder llegar a una posición de 22.5°, 45° o 67.5° en la corona, el piñón tienen que girar hasta una posición de 135°, 270° o 405° respectivamente. El motor a pasos utilizado, cuenta con una resolución angular de 1.8° por paso. Con esta resolución y tomando en cuenta la rela-ción de transmisión mecánica del engranaje se sabe que se pueden obtener movimientos precisos de 0.3° por paso del motor, por lo que las posiciones angulares deseadas (interpretadas en pasos del motor) quedarían en 75, 150, y 225 pasos respectivamente.

(41)

40CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

Figura 4.1: Curvas de velocidad y torque del motor

Figura 4.2: Diagrama de conexiones del motor al controlador

La conexión del motor al controlador debe hacerse de acuerdo a las espe-cificaciones del fabricante para esta aplicación en particular y en base a las características eléctricas del motor se utiliza la conexión en serie (figura 4.1). El cableado de conexión debe realizarse como se muestra (figura 4.2) cuidan-do de asegurar los cables ya que la desconexión de los mismos puede causar fallas en alguna de las bobinas que lo componen. También se instala el circuito para el sensor de “Home” donde se puede utilizar también un switch normal-mente abierto conectando ambos extremos a las entradas “GND” y “HOM” (figura 4.3b). En el caso de este circuito se conecta la salida del sistema direc-tamente a la entrada “HOM” puesto que la alimentación del circuito se toma de la terminal “GND” y la terminal “+5V”. Para utilizar esta terminal es necesario hacer las conexiones como se muestra en la figura 4.3c.

El sistema se comunica directamente a la computadora por el puerto serial o RS-232C. Aunque muchos equipos de fabricación reciente no cuentan con este puerto de comunicación, se puede utilizar un adaptador de protocolo RS-232C a USB. Para conectar el puerto del controlador a la computadora se efectua el cableado haciendo uso del diagrama de conexiones que se muestra (figura 4.4).

(42)

4.1. HARDWARE 41

a)

b)

Figura 4.3: a) Diagrama de conexiones de los limites y “Home”, b) Diagrama de conexiones para la fuente auxiliar.

Figura 4.4: Diagrama de conexiones del puerto RS-232C del controlador a la computadora

(43)

42CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

4.2.

Software

La configuración de inicio del motor, encoder, finales de carrera, entradas y salidas programables se realiza por medio del puerto de comunicación serial

utilizando el software del distribuidor Motion ArchitectTM (figura 4.5), que

tra-baja en plataforma de Microsoft WindowsTM. Esta aplicación permite cambiar

la configuración de fabrica del motor, donde las características de operación pueden ser modificadas a placer, como: el número de ejes participantes, el escalamiento de resolución, la velocidad y aceleración.

También es posible crear y editar programas con rutinas de movimiento que incluyan entradas, salidas, finales de carrera y el encoder de posición, que pueden ser ejecutados de manera inmediata por una terminal de comunicación que tiene el mismo software. Las rutinas programadas pueden ser ejecutadas mediante una pantalla que proporciona paneles especiales de monitoreo y con-trol tanto del motor como de las señales de entrada y salida. De esta manera el sistema tiene la opción de funcionar mediante comandos directos o con rutinas previamente programadas (figura 4.6).

La aplicación proporcionada por el fabricante es una herramienta útil para comprender el comportamiento y programación del motor y su controlador. Sin embargo tiene la limitante de estar diseñada para trabajar en un sistema opera-tivo obsoleto y solo se puede utilizar en modo de comunicación serial cuando se tienen disponibles los puertos de comunicación serial de COM1 a COM4 sin opción a otros. En las computadoras actuales los puertos de comunicación inmediatos generalmente se encuentra ocupados para bus de comunicación, tarjetas de red local, inalámbrica y módem, lo cual dificulta tener libre acceso de estos puertos. También es importante considerar que mientras se utiliza es-ta aplicación no es posible controlar desde otra terminal el motor, por lo que es necesario crear una interfaz propia que haga independiente el control del mismo sin necesidad de utilizar la aplicación proporcionada y que tenga exclu-sivamente las funciones necesarias.

Una manera rápida y eficaz de realizar una interfaz gráfica en la cual se puedan dar los comandos directos y ejecutar la rutinas preestablecidas por el usuario es por medio del lenguaje Visual Basic, cuya estructura dirigida por eventos, permite la creación de rutinas ejecutables mediante botones de acción y además tiene una rutina de eventos especial que permite la comunicación

(44)

4.2. SOFTWARE 43

a)

b)

Figura 4.5: a) Pantalla de inicio del software, b) Menú del bloque de configura-ción de Setup.

(45)

44CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

a)

b)

(46)

4.2. SOFTWARE 45

con el puerto serial. activando cualquiera de los puertos COM disponibles. Al generarse una aplicación ejecutable independiente en el sistema operativo, el programa permite un rápido acceso en cualquier computadora sin necesidad de tener el software del fabricante instalado.

El primer paso para el control del motor es establecer el puerto de comu-nicación que se usará, de acuerdo con los que se tienen disponibles en el equipo. Para este propósito la interfaz tiene un menú desplegable con la op-ción de seleccionar los puertos desde COM1 a COM10, el cual una vez que se encuentre establecido se abrirá automáticamente para el envío y recepción de datos desde el controlador (figura 4.7). La configuración para el puerto de co-municación es especificada por el fabricante (cuadro 4.1) y cargada de manera automática al iniciar la aplicación.

a) b)

Figura 4.7: a) Configuración de inicio de la interfaz gráfica del programa de control del polarímetro b) Selección del puerto de comunicación

Configuración del Puerto

Bits por segundo (Baud rate) 9600

Bits de datos 8

Paridad Ninguno

Bits de parada 1

Control de flujo Ninguno

Cuadro 4.1: Configuración del puerto de RS-232C para comunicación con el controlador de Compumotors.

Una vez abierto el puerto de comunicación deseado, se puede elegir en-tre hacer el control del motor de manera automática mediante rutinas de mo-vimiento preestablecidas, o, utilizando un cuadro de texto para escribir los

(47)

46CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

comandos y enviarlos como una terminal de control. Ademas se puede acti-var/desactivar el motor a voluntad para así evitar consumo de energía, calen-tamiento innecesario y ruido eléctrico a la cámara (figura 4.8).

a) b)

Figura 4.8: a) Selección de modo Terminal o Automático. b) Interfaz gráfica en modo terminal con motor activado.

En modo terminal, mediante los comandos indicados, se puede conocer el estado del sistema (motor y controlador), terminar programas en ejecución, borrar, redefinir programas, o simplemente tener un control directo del despla-zamiento rotatorio del motor (figura 4.9).

El modo automático permite hacer varios ajustes, en principio de la velo-cidad del motor expresada en unidades o posiciones por segundo. La veloci-dad se escala en la configuración inicial del motor para ofrecer una resolución mayor en el movimiento, por lo que cualquier cambio angular se expresa en términos de este escalamiento. La resolución predeterminada que el controla-dor asigna al motor es de 25,000 unidades por revolución, lo que indica que

(48)

4.2. SOFTWARE 47

para lograr un desplazamiento angular deseado se debe expresar en términos de este escalamiento. La velocidad en el software está debidamente escalada para describirse en términos de pasos por segundo (figura4.10).

Figura 4.10: Interfaz gráfica de control en modo automático.

Para poder ajustar una referencia física absoluta se necesita hacer uso de la entrada de Home, en la cual el motor buscará esta posición como referen-cia para ubicar el resto de las posiciones angulares. La entrada se conecta a un sensor de posición, normalmente abierto, en espera de que la entrada se active cuando llegue a la posición de referencia. Una vez fija esta posición, se tiene la opción de marcar la posición angular a partir de la cual comenzarán

a registrarse las imágenes I0° y posteriormente las posiciones restantes con

solo presionar un botón. Para regresar a un punto anterior solo es necesario presionar el botón correspondiente a la posición que se desee. En caso de necesitar alguna posición arbitraria que no sea de las ya indicadas se puede poner manualmente la posición angular y ejecutar el movimiento mediante el botón “Mover Motor”. Si es necesario realizar un ajuste y comenzar de nue-vo con el proceso, el botón de reinicio (Reset) permite borrar las posiciones y parámetros establecidos, además de desactivar el motor (figura 4.11).

Con la implementación de esta interfaz gráfica de control es posible tener un domino de las funciones de movimiento elementales, las cuales resultan ser suficientes para realizar pruebas experimentales en laboratorio utilizando fuentes polarizadas controladas y utilizando un CCD externo para el registro de las posiciones necesarias.

(49)

48CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

a) b)

c) d)

Figura 4.11: a) Interfaz de control después de seleccionar una posición. b) Una vez que se ha movido a una posición arbitraria, c)Una vez que se ha presionado el botón de Reset, d) Una vez presionado el boton de Home.

(50)

Bibliografía

[1] M. Vázquez, “Diseño y Construcción de un Polarímetro para el Cercano Infrarrojo”, Tesis de Mastría, INAOE, 2012.

[2] A. Chevalier, “Dibujo Industrial”, Editorial Limusa, 2005.

[3] Parker Hannifin Corporation, Compumotor Division, “6000 Series Program-mer’s Guide”, 1997, http:www.parkermotion.com/manuals

[4] Parker Hannifin Corporation, Compumotor Division, “ZETA6104 Installation Guide”, 1997, http://www.parkermotion.com/manuals

[5] Specac, “Holographic Polarizer Datasheet”, http://www.specac.com

[6] Bernhard Halle Nachfl, “Superachromatic Quartz

and MgF2 Retarders Datasheet”,

http://www.b-halle.de/EN/Downloads/Superachromatic_Quartz_and_MgF2_Retarders.pdf

(51)
(52)

Apéndice A

Descripción del código de la

interfáz gráfica de control

El programa está desarrollado en Microsoft Visual Basic 2008 Express el cual tiene un lenguaje de programación visual basado en eventos. Mediante el arrastre de las herramientas necesarias dentro del entorno visual se puden programar interacciónes con botones, menús y cuadros de texto (figura A.1).

Figura A.1: Pantalla de Incio de Microsoft Visual Basic 2008 Express

Para realizar la interfáz del sistema de control se requirió arrastrar varias herramientas como lo son el menú de selección del puerto de comunicación

(53)

52APÉNDICE A. DESCRIPCIÓN DEL CÓDIGO DE LA INTERFÁZ GRÁFICA DE CONTROL

serial, el menú de selección de modo “Manual” y modo “Automático”, así como los cuadros de texto y barras de estado para el despligue de la información actual (figura A.2). Cada uno de estos controles representan una subrutina de programación, dependiente de un programa principal, que se acciona mediante eventos o cambios en dicho control de tal manera que al cambiar estos con-troles se puden desencadenar las acciones que se deseen programar (figura A.3).

Figura A.2: Pantalla de programación visual en la cual se arrastran las herra-mientas y se cambian las propiedades gráficas acorde a las necesidades de la aplicación.

La interfaz gráfica que controla el polarímetro se encuentra programada por 17 controles activos los cuales fueron programados para poder enviar la información deseada al controlador. Todos estos controles corresponden a su-brutinas de un programa principal y que son programados acorde al evento que los hace actuar. En la figura A.4 se pueden observar las subrutinas de programación de los diferentes eventos asociados a los controles activos de la interfaz de control. En el programa principal se cargan algunas variables glo-bales como las de entrada y salida de datos, las de posicionamiento y las de referencia.

En el bloque principal se hace llamado a la subrutina de configuración, se establecen los valores de algunas variables, pone en blanco los cuadros de

(54)

53

Figura A.3: Pantalla de programación por código donde a cada herramienta visual se le asigna una rutina desencadenada por algun evento determinado.

texto dejando la interfaz lista para empezar (figura A.5a). En la subrutina de configuración se establecen los datos necesarios para realizar la comunicación serial con el controlador. En este caso el puerto elegido por omisión es el “COM4” sin embargo puede utilizarse cualquier puerto que este disponible una vez que se abre el menú de la interfaz (figura A.5b).

En la subrutina correspondiente al menú desplegable de selección del puer-to de comunicación, además de seleccionar el puerpuer-to de comunicación, se despliega el estatus del programa y se abre el puerto serial. En la variable de salida se mandan los comandos de inicio para deshabilitar los límites y cargar una velocidad, aceleración y velocidad de Home predefinida (figura A.6a). La subrutina que corresponde al botón de encendido del motor, manda la instruc-ción al puerto de acuerdo al estado del motor cambiando el texto en el mismo y actualizando el estatus (figura A.6b).

La subrutina correspondiente al menu de selección de modo Automático o Manual hace visible o invisible el panel sobre el cual se encuentran colocados los controles de ambos modos de operación (figura A.7a). La subrutina de se-lección numérica de velocidad, manda el comando de velocidad en pasos por segundo de acuerdo al valor numérico que se asigna en dicho control (figura A.7b).

(55)

54APÉNDICE A. DESCRIPCIÓN DEL CÓDIGO DE LA INTERFÁZ GRÁFICA DE CONTROL

Figura A.4: Esquema general de las subrutinas del programa de contro del polarímetro.

El control numérico correspondiente a la posición de referencia tiene un código semejante al de la velocidad manda, un comando al puerto basado en la posición angular deseada y la convierte a posiciones del motor (figura A.8a). El botón de reset tiene una rutina donde se borran las configuraciones hechas previamente, se desactiva el motor, limpia los cuadros de texto y carga la configuración de inicio (figura A.8b).

El botón de Home tiene una subrutina muy similar a la de los demas bo-tones de movimiento (figura A.9a). En esta subrutina se tienen variables de destino donde se establece la posición deseada, posteriormente se activa el motor y se procede a evaluar la posición actual (inicio por omisión) conside-rando que cada motor de movimiento cambia el valor de la variable posición después de realizar su función. Si la posición actual es menor o mayor a la des-tino, el motor hará un giro horario o antihorario para alcanzar dicha posición. Si la posición es la misma que el destino, aparecerá una leyenda. En el caso del boton de Home no existe dicho destino ya que este es alcanzado cuando el sensor de Home es activado y entonces la posición queda marcada como inicio. Para el caso del botón I0 o I22.5 la posición se alcanza al finalizar el movimiento de acuerdo a los pasos que tiene el motor como resolución (figura A.9b).

(56)

55

a)

b)

Figura A.5: a) Subrutina de la ventana principal del programa de control, b) Subrutina de configuración del puerto serial

de movimiento con posiciones fijas con la única variante de que la posición es arbitraria y obtenida por el control de selección numérico.

En el modo terminal solo se requieren de dos subrutinas activas. La primera es controlada por un timer que cada 60 milisegundos hace lectura del puerto serial de entrada para capturar información del driver/controller y la manda a una variable que es desplegada en un cuadro de texto. La segunda subrutina corresponde al botón de enviar, el cual manda al puerto de comunicación de salida la variable con los datos del cuadro de texto del modo terminal (figura A.10).

(57)

56APÉNDICE A. DESCRIPCIÓN DEL CÓDIGO DE LA INTERFÁZ GRÁFICA DE CONTROL

a)

b)

Figura A.6: a) Subrutina correspondiente al menú desplegable de selección de puerto, b) Subrutina correspondiente al botón de activación del motor

a)

b)

Figura A.7: a) Subrutina del menú de selección de modo de operación, b) Su-brutina del selector numérico de velocidad.

(58)

57

a)

b)

Figura A.8: a) Subrutina del control de velocidad, b) Subrutina del botón de Reset.

a)

b)

Figura A.9: a) Subrutina del botón de Home, b) Subrutina del botón I0

Figura A.10: Subrutinas de control de modo terminal: temporizador de lectura y botón de envio.

(59)
(60)

Apéndice B

Tablas

(61)

60 APÉNDICE B. TABLAS

Ensamble Nombre Tornillo ó Tuerca Cantidad

EPOL-01 Tubo del Retardador Allen 1/8-44 X 1/4" 6

EPOL-02 Platina, Polarizador y Baleros Allen 1/8-40 x 3/4 8

EPOL-02 Platina, Polarizador y Baleros Allen cabeza plana #3-48 x 1/2 3

EPOL-02 Platina, Polarizador y Baleros Tuerca 1/8-40 8

EPOL-02 Platina, Polarizador y Baleros Allen 1/4-20 X 1 1/8 2

EPOL-02 Platina, Polarizador y Baleros Tuerca 1/4-20 2

EPOL-03 Mecanismo del Retardador Allen 1/8-40 x 1 1/2" 4

EPOL-03 Mecanismo del Retardador Allen 1/8-40 x 5/16" 4

EPOL-04 Motor con Base Allen 3/16-24 x 1/2" 4

EPOL-04 Motor con Base Allen #8-32 x 3/8" 4

EPOL-04 Motor con Base Tuerca 3/16-24 4

EPOL-06 Interior Polarímetro Allen 3/16-24 x 1/2" 4

EPOL-06 Interior Polarímetro Allen 3/16-24 x 5/8" 4

EPOL-06 Interior Polarímetro Tuerca 3/16-24 4

EPOL-09 Brida CANICA con Rieles Allen #8-32 X 1/2" 8

EPOL-10 Caja Sujeción Polarímetro Allen 5/16-18 x 1" 12

EPOL-10 Caja Sujeción Polarímetro Allen 1/8-40 x 3/8" 4

EPOL-11 Asa Platina Allen M6 X 1.0 X 25 mm 2

EPOL-12 Polarímetro Allen cabeza plana 3/8-24 X 1" 9

EPOL-12 Polarímetro Allen 3/8-24 X 1" 14

EPOL-12 Polarímetro Allen #6-32 X 1/2" 3

(62)

61

Plano Descripción Tamaño

POL-01 Platina A2

POL-02 Tubo retardador A3

POL-03 Tapa retardador A4

POL-04 Brida CANICA A1

POL-05 Brida de sujeción a guiador A1

POL-06 Placa sujeción polarímetro A3

POL-07 Placa sujeción polarímetro (seguro) A3

POL-08 Placa sujeción polarímetro (seguro) A3

POL-09 Placa sujeción polarímetro (asa) A3

POL-10 Caja balero 1 A3

POL-11 Caja balero 2 A3

POL-12 Tapa soporte A3

POL-13 Chumacera A3

POL-14 Chumacera bronce A4

POL-15 Eje seguro A4

POL-17 Barra asa A4

POL-19 Base motor A3

POL-20 Soporte para motor A3

POL-21 Perno seguridad A4

POL-22 Buje bronce A4

POL-23 Rail Mcmaster A3

POL-24 Corona f25g4-60 A3

Cuadro B.2: Tabla de planos de partes

Plano Descripción Tamaño

EPOL-01 Tubo retardador A3

EPOL-02 Platina polarizador y baleros A2

EPOL-03 Mecanismo del retardador A2

EPOL-04 Motor con base y piñón A3

EPOL-06 Interior del polarímetro A2

EPOL-07 Chumacera A4

EPOL-08 Seguro A3

EPOL-09 Brida CANICA con rieles A2

EPOL-10 Caja sujeción polarímetro A2

EPOL-11 Asa platina A3

EPOL-12 Polarímetro A1

(63)
(64)

Apéndice C

Planos y Especificaciones

(65)

Bernhard Halle Nachfl.

GmbH

Superachromatische

Verzögerungsplatten aus Quarz

und MgF2

Superachromatic Quartz and

MgF2 Retarders

Die Platten werden mit einem Gangunterschied λ/2 oder λ/4 hergestellt. Sie bestehen aus je drei Plattenpaaren aus Quarz und MgF2, die miteinander verkittet sind. Die Ablenkung beträgt bis etwa 2'.

Die Standardausführungen haben im Spektralbereich 310 - 1100 nm einen berechneten Gangunterschied (R) von λ/2 ± 1,3% bzw. λ/4 ± 4%. Die Lage der schnellen Achse (Ψ) ändert sich im gesamten Wellenlängenbereich um ± 2° bei der λ/2-Platte bzw. ± 1,5° bei der λ/4-Platte. Die 6 Kristallplatten sind mit planparallelen Deckplatten aus Quarzglas Suprasil verkittet. Die Außenflächen sind mit Einfachschichten entspiegelt.

Die Verzögerungsplatten im Bereich 600 - 2700 nm haben einen berechneten Gangunterschied von λ/2 ± 0,04% bzw. λ/4 ± 0,25%. und eine Änderung der Achsenlage von ± 0,2° bzw. ± 0,1° . Die Platten für diesen Bereich werden ohne Deckplatten geliefert. Die Außenflächen sind mit Einfachschichten entspiegelt.

The retarders are produced with a path difference of λ/2 or λ/4. Each retarder consists of three pairs of quartz and MgF2 plates cemented to each other. The deviation is up to about 2'.

The standard version has a calculated path difference (R) of λ/2 ± 1.3% or λ/4 ± 4% in the spectral range of 310 to 1100 nm. In the entire wavelength range the orientation of the fast axis (Ψ) changes ± 2° with the λ/2 plate or ± 1.5°with the λ/4 plate. The 6 crystal plates are cemented with cover plates made from fused silica Suprasil. The outer surfaces are single-layer antireflection coated.

The retarders in the spectral range of 600 - 2700 nm have a calculated path difference of λ/2 ± 0.04% or λ/4 ± 0.25%. The orientation of the optical axis changes ± 0.2° with the λ/2 plate and ± 0.1° with the λ/4 plate. The retarders for this range are delivered without cover plates. The outer surfaces are single-layer antireflection coated.

Die theoretischen Verzögerungen (s. Kurven) können in der Fertigung mit einer Genauigkeit von etwa 3% eingehalten werden.

Als Sonderanfertigung können auch Verzögerungsplatten dieser Art für andere Wellenlängenbereiche angefertigt werden.

During manufacturing it is possible to achieve the theoretical retardation (see curves) to an accuracy of about 3%.

This type of retardation plates can be specially ordered for other wavelengths.

Öffnung Fassung 310 nm - 1100 nm 600 nm - 2700 nm

Aperture ∅ Holder ∅ λ/2 λ/4 λ/2 λ/4

9.5 mm 25 mm RSU 1.2.10 RSU 1.4.10 RSU 2.2.10 RSU 2.4.10

14.5 mm 25 mm RSU 1.2.15 RSU 1.4.15 RSU 2.2.15 RSU 2.4.15

19.5 mm 30 mm RSU 1.2.20 RSU 1.4.20 RSU 2.2.20 RSU 2.4.20

24.5 mm 40 mm RSU 1.2.25 RSU 1.4.25 RSU 2.2.25 RSU 2.4.25

Die Platten werden in einer zylindrischen Fassung geliefert, auf der die mittlere Richtung der Achse, der Gangunterschied und der Wellenlängenbereich graviert sind.

The retarders are supplied in a cylindrical mount engraved with the average direction of the axis, the path difference and the wavelength range.

Literatur: Literature:

K. Serkowsky, Methods of Experimental Physics Vol 12: Astrophysics, Part A, N. P. Carleton, Hrsg, (1974), S. 361 J. E. Frecker, K. Serkowsky, Applied Optics 15, (1976), S. 605 „Linear Polarimeter with Rapid Modulation, Achromatic in the 0,3 - 1,1 µm range“

K. Serkowsky, Methods of Experimental Physics Vol 12: Astrophysics, Part A, N. P. Carleton, Ed., (1974), p. 361 J. E. Frecker, K. Serkowsky, Applied Optics 15, (1976), p. 605 „Linear Polarimeter with Rapid Modulation, Achromatic in the 0,3 - 1,1 µm range“

(66)

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0.49

0.50

0.51 Lambda / 2, 310nm - 1100nm

26 30 34 R

Ψ

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0.23 0.25

0.27 Lambda / 4, 310nm - 1100nm

32 34 36

R

Ψ

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 0.499

0.500

0.501 Lambda / 2, 600nm - 2700nm

29.6 30.0 30.4

R Ψ

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 0.249

0.250

0.251 Lambda / 4, 600nm - 2700nm

31.6 31.8 32.0 R

Ψ

(67)

Bernhard Halle Nachfl. GmbH, Amtsgericht Charlottenburg, HRB 51 228, Geschäftsführer Dr. Axel Frank. U St.-Id-Nr. (VAT-No.) DE 811638637

GmbH

Bernhard Halle Nachfl.

Optische Werkstätten

Bernhard Halle Nachfl. GmbH · Hubertusstraße 10 · 12163 Berlin

attn.: Instituto Nacional de Astrófisica, Óptica y Electónica INAOE

attn.: Mr. Marco Vazquez Calle Luis Enrique Erro #1 TONANTZINTLA, PUEBLA MEXICO

Hubertusstr. 10, D-12163 Berlin Telefon: (030) 797 42 96-0 Telefax: (030) 791 85 27 http://www.b-halle.de

Bankkonto:

Berliner Bank AG, Berlin Nr.: 24 68077 000 BLZ 100 200 00

Ansprechpartner: Dr. Götz Zinner Telefon: (030) 797 42 96-12 E-Mail: goetz.zinner@b-halle.de

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- - Dr.Zi 13.7.2010

a107402

Dear Mr. Vazquez,

reference is made to your quote request sent on July 9th 2010. We thank you for your interest in

our products and are pleased to offer you:

Superachromatic retarder, spectral range of 600 - 2700 nm consisting of three cemented pairs of quartz and MgF2 plates, clear aperture Ø 50 mm,

calculated path difference λ/2 ± 0,04 %,

cemented between cover plates made of fused silica Heraeus Infrasil 302, thickness 7 mm each,

prismatic deviation < 2',

wavefront distortion <= 1 λ at lambda=550 nm , outer surfaces with single-layer antireflection coating, in cylindrical holder, outer diameter 75 mm, length 25 mm, delivery time: 3-4 months

price per piece 23450.00 Euro

delivery terms: ex works

We hope, that our quote will find your interest. Should you have any questions please do not hesitate to contact us.

With kind regards

B. HALLE NACHFL. GMBH Optical Workshop

ppa.

(68)

T H E S O L U T I O N I S S P E C A C

W H A T ’ S T H E P R O B L E M ?

www.specac.com

A part of Smiths Gr

oup plc

D A T A

S H E E T

Holographic

Polarizers

Features

High efficiency

No light scatter

Choice of substrates

Aluminum or Gold grids

High Extinction Ratio

Image Quality available

Custom design and manufacture

Transmission Efficiency

(K1)

Applications

• Infrared spectroscopy of materials • Beamsplitters

• Infrared astronomy, microscopy

• Low intensity laser polarization and beam attenuation • Material characterization/analysis

• Coupling devices for mid-IR and long wavelength lasers • Plasma diagnostics, thermal imaging systems

Holographic polarizers are much more efficient than

ruled gratings because of the much shorter periods and

extreme uniformity across the surface of the substrate –

light scatter associated with gratings is eliminated.

Specac manufactures these polarizers with sub micron

grid spacing using a technique originally developed in

conjunction with the United Kingdom National Physical

Laboratory (NPL).

Suitable infrared transmitting substrates are coated with

a photo-resist and then exposed to an interferometrically

generated fringe pattern from monochromatic light. The

developed photo resist, which has a regular sinusoidal profile,

is then coated at an oblique angle with aluminum, or gold,

to create an array of fine parallel lines at a set period.

Specac manufacturers a range of standard and high

extinction ratio (HER) polarizers on a variety of substrates.

Custom units including large area, image quality,

alternative substrates and mechanical assemblies are

available upon request.

KRS-5

Ge

Polyethylene

CaF2 BaF2

(69)

Ordering Information

Substrate OD (mm)SubstrateCA (mm) OD (mm)Ring Mountt (mm)

KRS-5 25.0 unmounted N/A N/A

29.0 25.0 41.0 6.7

42.0 38.0 55.0 8.7

54.0 50.0 70.0 8.7

Ge 25.0 unmounted N/A N/A

29.0 25.0 41.0 6.7

42.0 38.0 55.0 8.7

54.0 50.0 70.0 8.7

75.0 71.0 90.0 9.7

CaF2 25.0 unmounted N/A N/A

29.0 25.0 41.0 6.7

42.0 38.0 55.0 8.7

54.0 50.0 70.0 8.7

75.0 71.0 90.0 9.7

BaF2 25.0 unmounted N/A N/A

29.0 25.0 41.0 6.7

42.0 38.0 55.0 8.7

54.0 50.0 70.0 8.7

75.0 71.0 90.0 9.7

ZnSe 25.0 unmounted N/A N/A

29.0 25.0 41.0 6.7

42.0 38.0 55.0 8.7

54.0 50.0 70.0 8.7

75.0 71.0 90.0 9.7

*Polyethylene 29.5 25.0 41.0 6.7

Part Number Standard HER 57001 57002 57010 57011 57012 57013 57014 57015 57003 57004 57070 57071 57072 57073 57074 57075 57076 57077 57006 57007 57080 57081 57082 57083 57084 57085 57086 57087 57008 57009 57090 57091 57092 57093 57094 57095 57096 57097 57016 57017 57050 57051 57052 57053 57054 57055 57056 57057 57020 N/A

*Polyethylene polarizers are manufactured by photolithographic process

07/04

Substrate KRS-5 CaF2 BaF2 Ge ZnSe Polyethylene

Quality Standard HER Standard HER Standard HER Standard HER Standard HER Standard

Spectral Range (µm) 2 - 35 1 - 10 1 -12.5 8 - 12 1 - 15 20 - 1000

Grid Period (µm) 0.25 0.25 0.25 0.4 0.25 4.0

2.5µm 72 70 89 84 88 84 76 74

5.0µm 84 80 88 86 88 86 85 81

8.0µm 87 85

10.0µm 75 72 50 48 84 80 91 88 74 72

Transmission Efficiency % (K1) 80% average over working range (20 - 1000)

2.5µm 1.50 0.35 1.00 0.25 1.10 0.28 1.40 0.52

5.0µm 0.50 0.15 0.28 0.13 0.30 0.15 0.50 0.20

8.0µm 0.35 0.14

10.0µm 0.23 0.12 0.10 0.05 0.20 0.07 0.25 0.14 0.20 0.12

Transmission of Unwanted Radiation % (K2)

4% @ 30µm

2.5µm 95.8 99.0 97.8 99.4 97.5 99.3 96.3 98.6

5.0µm 98.8 99.6 99.3 99.6 99.3 99.6 98.8 99.5

8.0µm 99.2 99.6

10.0µm 99.7 99.7 99.6 99.8 99.5 99.8 99.4 99.6 99.4 99.6

Degree of Polarization % (K1-K2) /(K1+K2)

90% @ 30µm

2.5µm 48:1 200:1 89:1 336:1 80:1 300:1 54:1 142:1

5.0µm 168:1 533:1 314:1 662:1 293:1 573:1 170:1 405:1

8.0µm 249:1 607:1

10.0µm 326:1 600:1 500:1 960:1 420:1 1143:1 364:1 629:1 370:1 600:1

Extinction / Contrast Ratio expressed as K1/K2

20.1 @ 30µm

These specifications represent typical minimum performance. Actual results may vary. Maximum operating temperature for Ge is 80°C, all others are 110°C Other materials, including Sapphire, CsI and MgF and custom specifications available upon request.

www.specac.com

SPECAC LIMITED,

River House, 97 Cray Ave, St. Mary Cray, Orpington, Kent BR5 4HE U.K. Tel : +44 (0)1689 873134 Fax : +44 (0)1689 878527 Registered No. 1008689 England

SPECAC INC.,

410 Creekstone Ridge, Woodstock, GA 30188 U.S.A. Toll Free +1 800 447 2558 www.specac.com

Specac is part of Smiths Group plc

A part of Smiths Gr

Referencias

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