Sistema di misura per la produzione di segmenti di specchio per l’Extremely Large Telescope ESO alla Safran Reosc

L’Extremely Large Telescope (ELT) è uno dei progetti scientifici più ambiziosi al mondo. Sarà dotato di uno specchio primario con un diametro di 39 metri, composto da 798 segmenti di specchio esagonali ognuno con forme diverse e con un diametro di circa 1,5 metri. È stato progettato dall’European Southern Observatory (ESO), il cui quartier generale si trova a Monaco di Baviera, in Germania, ed è in costruzione in Cile sul Cerro Armazones a un’altitudine di 3.046 metri.  La “prima luce” è prevista nel 2027. 

La gara d’appalto per la produzione dei segmenti dello specchio principale è stata bandita dall’ESO e vinta dalla Safran Reosc con sede in Francia, principale produttore al mondo di lenti per telescopi. Safran ha realizzato uno stabilimento dedicato a Poitiers, in Francia, per la produzione di un totale di 931 segmenti di specchi (compresi 133 specchi di ricambio). 

Per la misura della forma in fase di produzione, Safran Reosc si è rivolta a Hexagon per lo sviluppo di un sistema di misura dedicato. L’obiettivo è quello di determinare la forma e la curvatura dei segmenti dello specchio con un sistema di sensori ottici con un’incertezza U (99%) < 20 nm (lo spessore di un capello umano è di circa 50.000 nm) con una singola misura in fase di produzione.

Sulla base dell’esclusiva tecnica Absolute Multiline di Hexagon, che ha una comprovata esperienza nelle installazioni in campo scientifico e industriale, è stato sviluppato un sistema di misura dedicato per questa specifica applicazione.

Safran Reosc ha proposto un progetto che prevede 19 sensori orientati verso la superficie ottica e distribuiti sulla superficie del pezzo. I sensori sono azzerati su una superficie di  riferimento che può essere sferica o piatta. I sensori misurano una distanza dalla superficie in prova che viene utilizzata per calcolare il valore dell’errore assoluto di forma (inclusa la curvatura).

La sfida consiste nel garantire la precisione dei sensori in base ai criteri richiesti anche quando si misura una superficie non rivestita e parzialmente riflettente. Inoltre, a causa della curvatura degli specchi, i sensori devono misurare su superfici con orientamenti variabili. Partendo da molteplici simulazioni ottiche, Hexagon ha sviluppato un design unico del sensore, che è stato valutato da un ente esterno.

Trovare un laboratorio indipendente per la verifica delle prestazioni del sensore richiesto ha rappresentato di per sé una sfida: solo l’Istituto di metrologia della produzione dell’Università di Erlangen è stato in grado di fornire sia le attrezzature che le competenze necessarie. Un team di tecnici della divisione R&S di Hexagon e Safran ha supportato e assistito agli esperimenti, che alla fine hanno confermato le specifiche del sensore sull’intera corsa di misura e sui vari orientamenti della superficie.

Oggi il sistema è in funzione presso l’impianto della Safran Reosc per produrre i segmenti di specchio per l’ELT, assicurandone la qualità della forma prima della loro consegna all’ESO.

“Il sistema Absolute Multiline di Hexagon consente una misura della forma dei nostri specchi indipendente e precisa”, spiega Camille Frapolli, Chief Engineer M1 ELT alla Safran. “Abbiamo apprezzato la flessibilità, la trasparenza e la competenza tecnica del team di Hexagon, che ci ha permesso di raggiungere prestazioni all’avanguardia nella misura della lunghezza assoluta su scala nanometrica. Le misure di forma e di curvatura eseguite con il sistema Hexagon giocano un ruolo chiave nel consentire la produzione in serie di specchi di grandi dimensioni.”