ING science detectors micrometers study for replacement.

ING science detectors micrometers study for replacement. 

DOCUMENT CONTENTS 

‐ Introduction 

‐ What we have at the moment 

‐ Advantages and disadvantages 

‐ New device requirements 

‐ Device search process and availability 

‐ Digital option 

‐ Analogue option 

‐ Model selected and quotation 

‐ Prototype work 

‐ Micrometer installation geometry 

‐ Necessary modifications 

‐ Modifying the micrometer 

‐ Modifying the cryostat holding plate 

‐ Cost study and conclusion   

Introduction 

The aim of this small project is trying to improve the positioning measurement system for  all existing CCD cameras in each of the science instruments, both the INT and WHT 

telescopes. 

At present there is an small but significant long standing problem with the existing system  mainly related to the difficulty of making an accurate reading of the micrometer due to its  small size, in addition to that the current system requires a high level of interaction not  only for measurement but also to ensure that micrometers does not collide with the base  where the cryostat is fixed when moving capstans hence displacing micrometer from  holding position and finally we should make sure that the micrometer is not making  contact with the base plate because the camera needs to be electrically isolated (floating  ground).      

The present report is intended provide a definitive solution to the problem at a reasonable  price and manpower to carry out all modifications required.      

In order to find the suitable item a meticulous search was necessary not only by visiting  thousands of metrology related websites but also by sending tens of mails (containing 

specifications for the item required) to companies which most likely have the product; I  must said that with a little of success due to the special requirements for our applications. 

The more I search, the more interesting things I keep finding but the solution finally  adopted on the conclusions of this document from my judgement I think that is more than  good to allow for this study to conclude. 

WHAT WE HAVE AT THE MOMENT    

  EXISTING MICROMETER STANDARD ARRANGEMENT 

 At the moment we are using in all our cryostats the following micrometers: 

‐ MITUTOYO   Small Size " REF.: 148‐205 (spherical surface) 

‐ MITUTOYO   Small Size “ REF.: 148‐201 (flat surface)  SPECIFICATIONS:  

DATASHEET: 

ADVANTAGES: 

‐ Small size, easy to put in places where there is lack of space as is in this case.  

DISADVANTAGES: 

‐ Difficult to read 

‐ There is a need to make sure that the micrometer is not touching the plate either  when adjusting the cryostat position moving the capstan also in normal operation  after finishing CCD focusing operation.  

‐ Here is an example of a picture taken on august 28^th 2012 for a cryostat mounted at  ISIS; as you can see the arrow is indicating the long standing issue of a micrometer  being pushed back from its clamp position hence producing wrong readings: 

  (A more close view of the problem) 

NEW DEVICE REQUIREMENTS:  

‐ SMALL SIZE 

‐ EASY TO READ 

‐ NO PHICICAL INTERACTION WITH THE MICROMETER 

‐ REAL TIEME MEASUREMENT AS WE MOVE THE CAPTANS 

‐ Ideally should be no need to perform any mechanical modifications in order to fit the  new micrometers. 

‐ SUFICIENT MEASURING RANGE ( > 3,0mm) 

‐ AFFORDABLE PRICE   

NEW DEVICE SEARCHING PROCESS AND AVAILABILITY

General View of the market availability: 

Here are some of the links (in between thousands related websites visited) for the main  micrometers makers and sellers companies which has interesting products: 

BROWN & SHARPE: 

http://swissinstruments.com/downloads/metrology_dial_indicators.pdf 

PIEZO NANO POSITIONING: 

http://www.physikinstrumente.com/en/index.php 

http://www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php?sortnr=704200 

MITUTOYO: 

http://ecatalog.mitutoyo.com/Micrometer‐Heads‐C1544.aspx 

STARRETT: 

http://www.starrett.com/metrology/metrology‐products/precision‐measuring‐

tools/micrometers 

http://www.starrett.com/metrology/metrology‐products/precision‐measuring‐

tools/micrometers/Micrometer‐

Heads#itemsPerPage=24&currentPage=4&displayMode=grid&sortBy=none/asc 

TESA  (Spain) 

http://www.tesabs.es/es/ 

http://www.tesabs.ch/FlipBook/ES_Flip/index.html 

MINI DIAL DEPTH GAUGE: 

http://www.google.es/search?q=Dial+Depth+Gauge&hl=es&tbm=isch&tbo=u&source=univ&s a=X&ei=0SpkUbaOLebe7Abbn4Fg&ved=0CC0QsAQ&biw=1440&bih=741 

BAXLO PRECISION:  

http://static1.aureo.es/baxlo_beta/78029329/1/FILLE/catalogo_espanol.pdf  Reloj Comparador Digital Ref. CDM,   Reloj Comparador CM/1 

ALTECHNA: 

http://www.altechna.com/product_details.php?id=171 

http://www.altechna.com/product_details.php?id=170&product_name=9SM127M+‐+High‐

Resoliution+Micrometers 

STANDA:  

http://www.standa.lt/products/catalog/fine_adjustment?item=30 

http://www.standa.lt/products/catalog/fine_adjustment?item=12&prod=high_resolution_mic rometers 

PRECISION GRAPHIC INSTRUMENTS:  

http://www.pgiinc.com/ 

BUY GAGE: 

http://www.buygage.com/store/p/47‐Mini‐Mic‐Outside‐Micrometer.html 

MORE AND WRIGHT:  

http://www.moore‐and‐wright.com/products/show/4358?lang=English 

MADE IN CHINA:  

http://tripodinstrument.en.made‐in‐china.com/product/WeKnTaYChBUb/China‐Dial‐Depth‐

Gauge‐5328‐.html 

STANDALT: 

http://www.standa.lt/products/catalog/fine_adjustment  http://www.standa.lt/ 

For start, the new micrometer search was mainly focused on small size “digital” option (similar  dimensions that the ones in use at the moment) but nothing was found; instead I found some  with bigger dimensions but expensive. 

DIGIGAL OPTION 

After analyzing a vast variety of digital micrometers here is the best option that I´ve found and  is possible to accommodate in the space available except the height, if deciding to use this  device in some cases one data cable connector is needed to move to a different location:

Here is the quotation for one unit of the previous digital model:

The digital option I do not recommend due to the size and price.  

LINEAR GAGES:  

SERIES 575 — with Continuous Position Tracking

Dimensions 575-321 575-324

Note 1: 25mm and 50mm LGD Linear Gages have a stem of ø15mm (Tol. +0/-0.018).

The LGD is Mitutoyo's new, ultra-compact ABS Linear Gage designed to fit into very tight spaces. It keeps track of its origin point once set. An EC Counter must also be ordered 

http://www.mitutoyo.com/pdf/E4174‐542.pdf   

MORE DIGITAL OPTIONS: 

LVDT 

http://www.starrett.com/metrology/product-detail/Precision-Measuring-Tools/Precision- Hand-Tools/Gage-Amplifiers-and-Testers/Gage-Amplifier-Accessories/715-7

 Dismissed due to the level of complexity for the application we need, but very interesting in  case that useful direct reading from computer.  

http://www.altheris.com/products/displacement‐sensors‐lvdt.htm 

ANALOG OPTION: 

In view of the existence of compact easy to read analog micrometers this

alternative was also investigated but none met the maximum dimensions for space available to install them.  

Several mails to various leading companies in measuring instrumentation were sent but none gave an enthusiastic response mainly because they did not have anything in their catalogs that suited the requested requirements.

In view of the lack of response from the major companies began searching the internet trying at all times to restrict increasingly the product I was looking for until finally and after examining several thousand links found a company with a line of compact indicators that was exactly what I needed. 

Also found that a good option could be a compact “back plunged indicators”:

Here are some of the links related to these items:  

http://www.mitutoyo.co.uk/1160#prettyPhoto 

http://www.google.es/search?q=Back+Plunger+Type&tbm=isch&tbo=u&source=univ&s a=X&ei=ieKtUajKB4mphAfOvYDoCw&ved=0CDYQsAQ&biw=1280&bih=892#imgrc=_

http://www.measuringtestinginstrument.com/baker.html

http://www.google.es/search?hl=es&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1280&bih

=892&q=back+plunger+type+digital+indicators&oq=back+plunger+type+digital+indicat ors&gs_l=img.3...3495.17990.0.18356.36.12.0.24.24.0.93.1045.12.12.0...0.0...1ac.1.15 .img.z4WlHPw-YKU

BEST ANALOG OPTIONS:  

http://www.tresnainstrument.com/product/di07.html 

EKSMA: 

This company has a vast variety of product, from optical components, opt mechanic and all  sort of metrology devices. 

http://eksmaoptics.com/catalogues/ 

TRESNA: 

http://www.tresnainstrument.com/product/di07.html 

MODEL SELECTED AND QUOTATION:

I´ve chosen the smaller analogue dial indicator micrometer that I could find, here is the  specification sheet: 

CONTACT POINT EXTENSIONS   

  (Chosen insulating ceramic contact as shown on this picture) 

Quotation for the chosen analogue device:

No. 120493 of 04.07.13 Customer 72263

Your Ref Mr. José Norberto González Your letter 03.07.13

Your VAT reg. no.

Supplier/Customer

Contact person Kerstin Lebeault Tel. +49 7720 / 8341 - 0

Fax +49 7720 / 21868

Email [email protected] Your inquiry by email dated 03.07.2013

We thank you for your request and submit the following quotation:

Item Product Qty Price/Unit 10169 Dial Gauge MU 28 1 pcs 68,85€ 

As we can see looks like a reasonable price. 

PROTOTYPE WORK: 

Carefully checks have been carried out at the detectors workshop focused in finding the better  options and the better way to install the new devices with the minimum amount of 

modifications. 

  Cryostat inside view without electronic and or chip.  

Cryostat inside view for the chip, electronic  and connectors arrangement; as we can see there  are normally minimum two extra spare holes to move the connectors if needed. 

MICROMETERS INSTALLATION GEOMETRY: 

  MINIMUN distance between the micrometer centre and the edge of the capstan is 15mm. 

  MINIMUN distance between the micrometer centre and the cryostat body is 15mm. 

  Holding plate thickness is 10mm 

Of course, we don´t have 5mm range with the micrometers being used at the moment  because we have to account for a reasonable separation to take in account possible tilt and  electrical insulation; 1.5mm seems a reasonable figure. So in reality the present micrometers  have 3.5mm measuring range.  

There are some limitations in the micrometer height due to the fact that unfortunately in a  few cases micrometer location is right below to an electronic connector, as shown on this  picture below: 

DEVICE MODIFICATIONS STUDY

NECESSARY MODIFICATIONS:

In a few cases unfortunately micrometer location is right below a cryostat external connector  leaving a mere 30mm free space to fit the micrometer. Due to the fact that is not possible to  find either digital or analogue device small enough to in height for that tinny space in became  necessary in those cases to move the mentioned cable connector to one of the other two  spare connector holes available:  

  (Only one of the two is necessary to move nor both) 

In those particular cases (micrometer right below cable connector) is possible to continue  using the present type until the work for opening the cryostat can be carried out but still is  possible to implement the new micrometer at the other two of the three positions. 

Due to the fact that 99.9% of the available micrometers in the market (either digital or  analogue) have 8mm holding stem we have two options: 

‐ Modify micrometer stem 

‐ Modify the micrometer holes at cryostat holding plate   

MODIFYING MICROMETER STEM:

This option is possible, either in house modification o directly at the factory floor; I´ve  contacted to the selected micrometer supplier and they are ready to do the work for  us and send me a quotation. In case that we decide to implement this modification on  the micrometer I do recommend the factory option instead of modifying the device  ourselves.   

In house modification of the micrometer have been considered and the work have been  carried out successfully by our mechanical workshop but decided that is best if the necessary  modification will be carried out by the device maker in order to preserve the necessary  guarantee to cover any possible contingency that could arise.  

Micrometer modified to allow fitting at the existing micrometers holes on the cryostat support  plate.  

  FACTORY MACHINED MICROMETER INSERTED AT THE CRYOSTAT HOLDING PLATE 

QUOTATION: 

MODIFYING CRYOSTAT HOLDING PLATE: 

If we ought to replace the existing micrometers there is no reason for keeping the  compatibility with the existing stuff; from my point of view it is better to move in one  direction. So we should modify the holding plate not the new micrometer, in between other  reasons it is much more easy and cheap to modify the holding plate also a thinner micrometer  stem can affect to it´s performance. 

CRYOSTAT HOLDING PLATE (view from inside) 

CRYOSTAT HOLDING PLATE (exterior view)   

  CRYOSTAT HOLDING PLATE MACHININING DETAILS (no micrometer modification needed)   

  MACHINED CRYOSTAT HOLDING PLATE TO ALLOW MICROMETER INSTALLATION AS IT COMES  FROM THE FACTORY 

CONCLUSIONS AND COST STUDY: 

Micrometer digital option had been dismissed for several reasons: 

‐ High price  

‐ Did not look to me good idea to attach any electrical device to the cryostat that could  interfere and affect the science CCD performance (the chance is low but better not  take any risk). 

‐

replacement of the battery will be forgotten and eventually astronomers will not be  able to take readings to check the adjustments made. 

A suitable micrometer had been found that meets most of the initial requirements, KAIFER  Small Dial Gauge Model MU28 (see all details above on “selected model”): 

‐ SMALL SIZE 

‐ EASY TO READ 

‐ NO PHICICAL INTERACTION WITH THE MICROMETER 

‐ REAL TIEME MEASUREMENT AS WE MOVE THE CAPTANS 

‐ SUFICIENT MEASURING RANGE ( > 3,0mm) 

‐ AFFORDABLE PRICE    PRICE PER UNIT:  

‐ Small Dial Gauge Model MU28  68.85€/each plus shipping expenses 

‐ Ceramic contact point as detailed in the quotation above 373/12   34,35€/each 

Some modifications are necessary to be able to fit the new selected micrometer (nothing is for  free), we can choose between modify the micrometer itself or modify the cryostat holding  plate also it is necessary to move a cable connector:  

MICROMETER MODIFICATION:  

It can be done at the factory floor and it costs 11,20€/each  CRYOSTAT HOLDING PLATE MODIFICATION:  

In can be done at our own facilities at the cost of mechanical workshop manpower (about two  hours per cryostat plate) plus detectors workshop manpower in order to remove the 

mentioned plate from the cryostat and place it back again (the amount of time required for  this job still to determine and numbers should came out from the detectors section).  

I suggest having unless one base plate already modified in case that we have to open a  cryostat anyway for other good reasons; this is not often the case. 

MOVE THE CABLE CONECTOR: 

In some cases a cryostat cable connector became necessary to move to a different port as  explained at the “necessary modifications” section. The possibility and time scale to carry out  this job is up to the detectors department to decide and in principle it should cost no money  but a few hours of the detectors specialist.   

This is how the new installed micrometer should look when the job is completed: 

  View of the installed micrometer, ready for test on the telescope.  

The proper sequence and time scale for the new system implementation isn´t a subject for this  report, please do not hesitate to ask for further help if you think that is necessary.  

José Norberto Gonzalez Afonso     30‐12‐2014