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Aprobación del primer disco pulido producido para el espejo primario del telescopio de treinta metros

 

Pasadena, CA – El Grupo de Óptica del Telescopio de Treinta Metros ha alcanzado recientemente un hito crítico de producción, con la aprobación del primer disco pulido (# SN023) para el Espejo Primario (M1) del TMT. Los equipos de TIO, NAOJ y Canon revisaron las operaciones de fabricación necesarias para convertir un espejo de menisco en un disco pulido, y se confirmó que el disco pulido cumple con todos los requisitos establecidos por el Proyecto TMT. Esta aprobación obtenida en diciembre de 2020 valida los años de esfuerzo de Canon Inc. para desarrollar un proceso exitoso de pulido de espejos.

Cada disco pulido se convertirá finalmente en un segmento acabado del espejo primario M1 de 30m de diámetro. Para garantizar un rendimiento satisfactorio de cada segmento, cada disco pulido debe producirse de acuerdo con las especificaciones técnicas más estrictas. El segmento número “SN023” fue el primero de los 492 segmentos del espejo que se pulió de acuerdo con su prescripción óptica completa.

 

Producción de discos pulidos de TMT en Canon Inc. Japón – El proceso de fabricación de segmentos cerámicos de vidrio TMT incluye el amolado asférico y el pulido con tensión. El proceso de pulido con espejo de tensión proporciona la forma asférica, no simétrica, requerida del vidrio con una precisión nanométrica de la prescripción óptica – Crédito de la imagen: Canon Inc./NAOJ

 

La técnica “Stressed Mirror Polishing” (SMP), empleada por TMT-Japón y perfeccionada conjuntamente con TMT, ha transformado con éxito una pieza en bruto de espejo de menisco en una esfera asférica fuera de eje. El segmento de vidrio se “dobla” principalmente mediante fuerzas de cizallamiento controladas y su superficie se pule hasta obtener una esfera cóncava. Tras el pulido, se libera la tensión aplicada, el vidrio vuelve a su forma relajada y la superficie esférica se deforma en la figura asférica deseada.

La 2DP ha sido diseñada y construida por Coherent Inc. en Estados Unidos. La imponente máquina requiere una grúa para levantarla y bajarla sobre el cristal. Una vez centrada y alineada con gran precisión sobre el cristal, la 2DP evalúa la superficie óptica con respecto a las especificaciones. El 2DP utiliza un sistema de metrología de aproximación por contacto que consiste en sondas que se colocan en un patrón cuidadosamente diseñado que mide cómo la forma del disco pulido se ajusta a su curvatura diseñada, llamada figura superficial.

 

Dispositivo de perfilometría bidimensional (2DP) de TMT – El dispositivo 2DP mide la calidad de la superficie del espejo durante el proceso de pulido del espejo primario. Crédito de la imagen: Canon Inc./NAOJ

 

El 2DP también proporciona una medición total de la variación de la superficie con respecto a su perfil ideal, que debe ser inferior a dos micras de rugosidad en esta fase de procesamiento.

La garantía de calidad de TMT ayuda a mejorar el proceso de trabajo y la eficacia, haciendo hincapié en la importancia de detectar cualquier posible defecto o problema en una fase temprana, antes de completar la producción del segmento. Como parte de este proceso, se elabora un paquete de datos completo para cada disco pulido, que incluye todas las mediciones de las figuras de la superficie, el grosor y el diámetro del disco pulido, así como información sobre la instrumentación, las herramientas y los métodos de calibración utilizados para inspeccionar y medir el disco pulido. Este registro técnico estará disponible como parte de la base de datos del TMT durante toda la existencia del Observatorio.

“El proceso de revisión de conformidad es un esfuerzo de equipo realmente significativo entre los equipos de Ingeniería de Sistemas, Óptica, Calidad y NAOJ-Canon de TMT”, dijo Josh Church, Ingeniero Asociado de Sistemas Mecánicos en TMT. “La aprobación del primer paquete de datos del disco pulido allana el camino para dos próximos pasos emocionantes: El SN023 puede ponerse en cola para su siguiente fase de fabricación, y Canon puede comenzar el proceso de presentación de otros discos pulidos para su revisión de conformidad.”

El Sr. Tetsuji Ota, ingeniero jefe del equipo de Canon, también expresó su gratitud por haber alcanzado este importante hito. “Mis colegas y yo agradecemos el apoyo continuo que hemos recibido de NAOJ y TIO durante estos últimos años. Nos complace que el rendimiento del SN023 haya cumplido con todas las rigurosas especificaciones e inspecciones establecidas por TIO. Canon Inc. se compromete a seguir proporcionando discos pulidos para el TMT. De hecho, estamos preparando la revisión de 10 discos pulidos adicionales y esperamos muchas aceptaciones de éstos en el futuro”.

Por lo tanto, TMT y la NAOJ tienen previsto continuar con la producción y las revisiones de conformidad técnica de otros discos pulidos en los próximos meses. Las fechas exactas de estas futuras inspecciones se confirmarán tan pronto como los viajes internacionales puedan reanudarse con seguridad tras la pandemia de Covid-19.

“TMT felicita a TMT Japón y a Canon Inc. por la exitosa conformidad técnica del primer disco pulido SN023”, dijo John Rogers, Jefe Adjunto del Grupo de Ingeniería de Sistemas de TMT. “La revisión demostró que las especificaciones de TMT son alcanzables utilizando los procesos únicos de fabricación y metrología de TMT. Este hito demuestra la eficacia de la fabricación y el rendimiento proporcionado por NAOJ/Canon”.

Los socios de TMT en China, India y California también participan en el pulido de los segmentos M1 y se espera que a principios de 2021 se realice una revisión de conformidad similar de la producción de discos pulidos en Coherent Inc. en Estados Unidos.

Disposición de los segmentos del espejo primario del TMT – El espejo primario del TMT incluye un total de 492 segmentos hexagonales que componen la apertura de 30 metros. El pulido de los segmentos del espejo primario se distribuye entre cuatro socios, NAOJ – Japón (Azul), TIO – EE.UU. (Verde), ITCC – India (Amarillo) y NIAOT- China (Rosa) – Crédito de la imagen: TMT International Observatory

 

El espejo primario del TMT tiene una simetría séxtuple, con 82 segmentos únicos, cada uno con una forma de superficie ligeramente diferente. Se fabricará un séptimo juego de 82 segmentos como repuesto, necesario para poder intercambiar los segmentos para el revestimiento periódico. En total, se fabricarán 574 segmentos, y Japón se encargará de procesar aproximadamente el 30% del total de segmentos necesarios.

La fabricación del sistema de espejos primarios del TMT (M1S) es un esfuerzo internacional con miembros del TIO de China, India, Japón y EE.UU. que realizan importantes contribuciones al M1S. El trabajo en el M1S se desarrolla activamente en los cuatro países.

 

Visión general de la producción del segmento del espejo primario del TMT:

La fabricación del segmento primario del espejo comienza con la fundición de vitrocerámica Clearceram en la fábrica de Ohara Inc. en Japón. Cada pieza de fundición circular se corta en tres piezas en bruto, planas por ambos lados.

Las piezas en bruto pasan por un primer proceso de amolado y pulido para convertirse en piezas en bruto de menisco. En Japón, la empresa Okamoto Optics, rectifica las superficies ópticas y traseras hasta conseguir un menisco. A continuación, Canon Inc. se encarga del delicado proceso de pulido que acerca la calidad de la superficie del vidrio a la prescripción que necesita la TMT, incluyendo el amolado asférico y el pulido de espejo acentuado, para convertirse en discos pulidos. A continuación, vienen los pasos de mecanizado para cortar los discos pulidos en forma hexagonal, montarlos en sus conjuntos de estructura de soporte y ejecutar el paso final de la figuración por haz de iones para proporcionar la figura óptica precisa requerida por TMT.

 

Inspección de discos pulidos TMT M1 en las instalaciones de Canon en Japón en 2019 – Inspección in situ de los primeros segmentos de espejo primario TMT pulidos y producidos por NAOJ -TMT-Japón. La forma de la superficie de los discos pulidos de TMT debe cumplir con los requisitos especificados por TMT. La superficie óptica debe estar completamente pulida y libre de daños en la subsuperficie que puedan aumentar la rugosidad de la superficie pulida. No se permitirán grietas o astillas visibles en el disco pulido – Crédito de la imagen: Canon Inc./NAOJ

 

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