Maplesoft: MapleSim per il movimento di sistemi ottici complessi

Un team della Canadian Light Source Inc. – centro leader mondiale di ricerca sincrotronica – ha utilizzato MapleSim di Maplesoft come tool di modellazione per determinare il posizionamento di una montatura cinematica dello specchio a sei supporti. Il modello di questa struttura è stato facilmente costruito con MapleSim. Le equazioni che descrivono il sistema sono state generate automaticamente dal modello e semplificate dal motore simbolico Maple. I risultati del movimento simulato degli attuatori sono stati utilizzati per ottenere la posizione indotta e l´orientamento dello specchio. Questa informazione è stata quindi usata come input per il tracciamento dei raggi. Il movimento delle montature cinematiche a sei supporti è tale per cui l´arco di movimento di ciascun supporto determina errori di coseno che provocano un leggero accoppiamento di assi altrimenti indipendenti. Di conseguenza, il movimento in una direzione qualsiasi può provocare un leggero movimento in un´altra direzione e anche alterare l´orientamento rotazionale. In mancanza di uno strumento che quantifichi correttamente questi cambiamenti di posizione e orientamento, il tracciamento dei raggi potrebbe non essere altamente preciso.

MapleSim ha offerto un modo per dedurre il posizionamento e l´orientamento effettivi di queste montature cinematiche a sei montanti in funzione dei motori che ne controllano i movimenti. Una comprensione più realistica del funzionamento del sistema a sei assi è utile per l´allineamento del fascio ottico ed il miglioramento delle prestazioni. L´obiettivo finale del team della Canadian Light Source è creare un sistema di tracciamento in tempo reale dei raggi x, che utilizza il sistema di controllo del fascio di luce per accedere alle posizioni dei componenti ottici e inviarle quindi come input a un programma di tracciamento dei raggi x. Il modello MapleSim è stato costruito utilizzando palette specifiche come i blocchi di segnali o i componenti multi-body. I montanti sono stati modellati utilizzando un corpo rigido 3D, due frame per corpi rigidi e due snodi sferici della libreria multi-body. E´ stato anche possibile creare un´animazione del sistema in movimento utilizzando file STL esportati dal CAD. Il motore simbolico Maple è stato utilizzato per eseguire la semplificazione del modello, permettendo di ridurne le equazioni fondamentali senza alcuna perdita di precisione. MapleSim ha permesso il riutilizzo dei sistemi convertendoli in sottosistemi. La struttura dello specchio è stata modellata come corpo rigido con frame specifici che definiscono lo spostamento dal centro di massa ai punti di connessione su cui sono fissati i montanti. Vi è anche un frame per corpo rigido addizionale che definisce lo spostamento verso il polo dello specchio.

Un´applicazione immediata dei risultati è l´utilizzo di questa informazione posizionale per ridurre gli errori di coseno, migliorare i risultati di tracciamento dei raggi e agevolare l´allineamento del sistema ottico. I risultati della simulazione sono stati utilizzati per verificare la look-up table fornita dal venditore (che indica la posizione e l´orientamento dello specchio in funzione delle posizioni degli attuatori) includendo anche le posizioni dei motori stessi non previste.

Maplesoft: www.maplesoft.com

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