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Mécanique des déplacements de la caméra H.E.S.S.-2

mis à jour le

La caméra est constituée d’un peu plus 2000 photomultiplicateurs avec leur électronique de lecture associée. C’est un cube d’environ 2.5 m de côté et pesant 2.75 tonnes qui n’est pas hermétique (à l’eau ou la poussière) ; il est donc nécessaire de l’abriter ce qui rendra aussi les taches de maintenance plus aisées car la caméra sera inclinée à -32° lorsque le télescope sera en position garage. La caméra sera à au moins 5 m du sol quand le télescope est bloqué en position repos, rendant difficile la solution d’abri fixe avec des dimensions raisonnables, solution qui a été retenu pour les abri des caméras HESS I. Dans ce contexte, le défi du projet mécanique du LAPP était de proposer un système automatique, le plus léger possible dans un temps court, capable :

  • de fixer et verrouiller la caméra dans le nez du télescope avec la possibilité régler la focalisation sur une distance maximale de 20 cm.
  • de positionner ou retirer la caméra du télescope (système de chargement/déchargement) et de la remplacer par un clone de taille, poids et centre de gravité identique à la caméra.

Au début 2006, un groupe de travail au LAPP a été mis en place pour commencer les études du système. Elles se sont étendues sur une période de 4 ans. Le système autofocus et le système d’échange des caméras ont été acceptés lors d’une réunion de collaboration en avril 2007. Le projet mécanique comprend deux sous-projets, mêlant étroitement les parties mécaniques, automatisme et informatique : le système autofocus et les chariots de débarquement et de transfert.

Un synoptique du projet global est détaillé sur la Schéma ci-joint. La complexité du système a nécessité un démarrage du projet au LAPP par l’intermédiaire de test au qui ont commencé en septembre 2008 pour se terminer en juillet 2011. L’ensemble a été démonté et transporté pour être installé sur site au cours de l’année 2012. Le système est pleinement opérationnel. Le projet est maintenant dans la phase de production et reçoit des actions de maintenance annuelle.

vue globale du système d’échange

- Système de focalisation - déplacement dans le nez du télescope

Le système autofocus a été conçu et entièrement réalisé au LAPP. Il s’agit d’un système pneumatique monté sur 2 ensembles mécaniques fixés sur le nez du télescope. Chaque ensemble est composé de deux parties, l’une étant fixée sur le télescope et l’autre mobile. Le système de verrouillage est composé de 4 sauterelles pneumatiques et 4 vérins de sécurité. Cet ensemble a été conçu pour fonctionner sans l’air comprimé qui est juste nécessaire pour les mouvements de ces outils afin de garantir un niveau de sécurité élevé. La partie autofocus est prévue pour fonctionner à l’extérieur. Le système assemblé et équipé sur un des côtés du télescope est visible sur la photo suivante. l’autofocus, partie « EST » monté sur le télescope

- Système de débarquement – transfert entre le télescope et l’abri

Le système d’échange des caméras est composé d’un chariot de déchargement et de 2 chariots de stockage. Ces derniers permettent de stocker les caméras dans un abri afin d’effectuer les opérations de maintenance. Ils se déplacent suivant un seul axe et sur une distance de 6 mètres par l’intermédiaire de 2 roues motorisées. La cinématique du chariot de déchargement est composée de 5 axes dont 4 sont motorisés. Il est d’abord constitué d’une base se déplaçant sur un axe horizontal (20 mètres) et d’un plateau pivotant. La partie supérieure permet le positionnement au droit du télescope. Cette partie est composée d’une translation et d’un levage tous les 2 motorisés par une vis à billes. Le dernier axe est un réglage manuel fin pour permettre de rattraper les défauts angulaires. L’ensemble de ces mouvements est contrôlé par un automate. Les utilisateurs interagissent sur le système via une interface appelée SUPERVISION développée au laboratoire, comme la partie automatisme.

la supervision installée dur le site de production

Chaque axe motorisé des chariots est équipé par d’un codeur permettant de mesuré la distance définie par le programme. Des capteurs de différents type sont installés sur le système afin de contrôler / commander les mouvements. Les positionnements de ceux-ci sont primordiaux dans la fiabilité du système. La partie basse a été réalisée en sous-traitance dans des entreprises locales. La partie supérieure, les 2 chariots de stockage, la passerelle d’accès à la caméra et tous les accessoires aux chariots ont été réalisées au laboratoire et a représenté 3 années de travail pour 2 personnes. L’étude et la réalisation de la partie automatisme comprenant 3 armoires et 7 coffrets électriques, le câblage électrique et pneumatique ont aussi été réalisé au laboratoire. Cet ensemble est en fonctionnement depuis le début de l’année 2013.

le chariot de déchargement pose la caméra sur un chariot de stockage.

- Système de tests L’installation du système sur le site a nécessité un démarrage de la partie automatisme et de la supervision au laboratoire afin de diminuer le temps des missions d’installation donc le coût. Le clone de la caméra a été livré au laboratoire dès le printemps 2008 et le système de test comprenant un faux nez et 15 mètres de rails a été installé durant l’été 2008. Ce faux nez représentait le cadre du télescope dans lequel se situe la caméra. Cette structure permettait de placer la caméra à la même place qu’elle sera située sur le site. Ce système a donc permis de valider le processus de chargement/déchargement avant l’envoi sur le site, en septembre 2011.