ALIGNEMENT ET MÉTROLOGIE DE POSITIONNEMENT APPLIQUÉS AUX DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX Ecole IN2P3, du Détecteur à la Mesure, Oléron 18au 24 Juin 2009 Rémy Beunard, GANIL, STP/GIP/Alignement
ALIGNEMENT ET MÉTROLOGIE De la Mesure au Détecteur DE POSITIONNEMENT De la Mesure au Détecteur Pourquoi un Groupe « Alignement » au GANIL? La boîte à outils du géomètre Alignement et Métrologie des expériences : 4 exemples Conclusion
Pourquoi un Groupe « Alignement » au GANIL? c’est 3 géomètres EXOGAM Spiral1 Accélérateur 1m MUST2 100 m Aires d’Expériences DEMON 100 mm NAUTILUS 1m
La boîte à outils du géomètre Théodolite opto-mécanique WILD T2 1978 Tachéomètre informatisé WILD T3000 - 1993 Tachéomètres motorisés LEICA TDA5005 2003 et 2007 La Groma dans une vie antérieure … Niveau optiqueWILD 1984 Système de mesure 3D à bras 6 axes - 2007 Laser tracker 2008 Niveau numérique LEICA - 2002
Le dispositif expérimental MUST2 Alignement et Positionnement 3D Le 1er étage de détection un détecteur silicium à pistes de 300 microns d'épaisseur et de 6060 mm avec 60 pistes (MUST1) Power Inspect …suivi du relevé Chambre à réactions du spectromètre VAMOS
Le dispositif expérimental MUST Principe de calcul des coordonnées 3D des détecteurs silicium Adaptation d’Helmert 3D du système ancien sur le nouveau système échelle 3 rotations 3 translations point calculé angle du Si L’incertitude globale sur la position tridimensionnelle des détecteurs dans la chambre à réactions peut être estimée : en tenant compte de l’incertitude de mesure de l’instrument de l’erreur résultante sur la détermination des coordonnées relatives (hors site) du silicium par rapport au PCB l’erreur issue de l’adaptation d’Helmert l’erreur sur l’alignement du référentiel marques fiducielles Relevé 3D hors site (9 points sur le PCB et 4 angles du Si) (système ancien) Relevé 3D sur site (4 points) (nouveau système)
Expérience avec la chambre à réactions Nautilus (P669) Les incertitudes sur les coordonnées Si , , sont mesurés avec des erreurs d, d, d, la quantité prend la valeur + d soit: En différenciant x, y et z par rapport à , , on obtient : en fct des angles et de la distance <= 0.20 mm sur les dx, dy et dz La composition des écarts type pour valeurs de , , : < 0.1 mm sur les x,y,y CdC: L'écart maximal tolérable était de 0.5 mm écart type de 0.5/2.66 = 0.19 mm
Le dispositif expérimental DEMON Les détecteurs sont constitués d'un réservoir de scintillateur liquide "regardé" par un photomultiplicateur. 5 m réflecteur 40 mm inclinomètre
Le dispositif expérimental DEMON programme d’interface Visual Basic Tachéomètre/PC L’acquisition et le traitement des données Cible Face avant du scintillateur Les incertitudes sur les coordonnées pour valeurs de , , : 0.3 mm. La composition des écarts type pour valeurs de , , : 0.1 mm. (L'écart maximal tolérable était de 1.0 mm écart type de 1/ 2.66 = 0.37 mm) programme de positionnement sous Mathcad résultats visualisés en temps réel prise de mesures via le port de communication stockage des mesures sous format .txt (récupérées par Mathcad)
Simulation du réseau géodésique de la salle Lise Si alpha=1% et beta = 10%, on a 99% de chances que 90% des erreurs seront détectées Fiabilité interne Fiabilité externe Risque de 2ème espèce Fiabilité locale Console murale Voir calcul par intersections spatiales Repère dans la dalle
Le dispositif expérimental DEMON Intersection spatiale – Principe M(X,Y,Z) Z Résolution de 3 équations à 3 inconnues Y Variation de Di X Choix de M doit satisfaire des carrés des distances D minimum Z Z Y Y X X
Le dispositif expérimental EXOGAM Le but : l’acquisition des informations dimensionnelles de la structure TQC, et en déduire les paramètres géométriques , et des détecteurs germanium implantés autour de la cible. Mécanique EXOGAM couplée au spectromètre VAMOS
Le dispositif expérimental EXOGAM Objet position théorique du détecteur (m) ° (décimal) sens horaire d P/R au théorique ° d Norm 1 avant 0.1044 0.087 + 0.087 45.124 +0.124 Norm 1 arrière 0.4416 359.927 -0.073 45.067 +0.067 Norm 2av 224.919 -0.081 89.838 -0.162 Norm 2arr 0.4523 224.995 -0.005 89.884 -0.116 Norm 3av 0.1049 135.242 +0.242 90.303 +0.303 Norm 3arr 0.4539 135.023 +0.023 90.028 +0.028 Norm 4av 0.1048 180.069 +0.069 44.881 -0.119 Norm 4arr 0.4528 179.972 -0.028 44.945 -0.055 Norm 5av 0.1043 180.153 +0.153 134.659 -0.341 Norm … Contrôle métrologique TQC de la structure Données exportées vers CATIA CdC: écart maximal toléré à 0.2° , R = 100mm 0.35 mm RMS = 0.09mm (1 ) Structure PositionAvant Position ARR
La surveillance des composants fonctionnels Laser Tracker Wall monument The GANIL laboratory previously used theodolites and optical levels to set up a floor network, align magnets and carry out the final survey. Recently, we have upgraded the alignment techniques with a portable 3D measuring arm and a new motorized tacheometer. We also bought at the CERN Large Scale Metrology Group a LEICA laser tracker. Not as surveying with a theodolite, the use of a laser tracker for the alignment maintenance will avoid dismounting equipment such as vacuum pumps or beam diagnostic devices during the shutdown period. The 3D coordinates of these objects will be exported into a data base. The following table shows misalignments tolerated for the RFQ. Très bon réseau géodésique 3D
… souvent au delà de la portée « d’un instrument de mécanicien » Conclusion Il est primordial d’être associé à la conception de l’objet … bien connaître la problématique dans un souci d’atteindre, in fine, la qualité … se faire une opinion des erreurs maximums tolérées x, y, z Tout problème de « mesure » doit se poser en termes de « géomètre » … souvent au delà de la portée « d’un instrument de mécanicien » … on doit fournir la solution la mieux adaptée … la précision finale vient de la statistique, i.e. de l’étude des résidus … les résidus sont la « traduction » de la valeur des mesures Trouver un langage commun entre mécaniciens et géomètres
ALIGNEMENT ET MÉTROLOGIE Thank you for your attention DE POSITIONNEMENT Thank you for your attention