Introdução

Ao longo de uma linha de luz são encontrados inúmeros estágios mecânicos, os quais são utilizados essencialmente para o alinhamento e o posicionamento de: elementos ópticos, como cristais, grades e espelhos; amostras; detectores; e acessórios. De fato, para realização de experimentos, a operação das linhas de luz depende do ajuste e do controle de determinados graus de liberdade desses itens, tanto em translação como em rotação. Para exemplificar esse tipo de aplicação, as figuras a seguir mostram as estações experimentais das linhas XRF e IMX do LNLS, com destaque para os conjuntos de movimentação das amostras, de uma câmara de ionização, de um microscópio, de um detector de fluorescência e de um detector de imagem.

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Parâmetros Técnicos

Especificações de precisão, repetibilidade e carga, por exemplo, variam em função da aplicação de cada um desses componentes, porém, alguns números podem ser mencionados. Primeiramente, sobre a capacidade de carga, as exigências são geralmente menores do que 100 kg, sendo, frequentemente, ainda menores do que 10 ou 20 kg. Em termos de precisão e repetibilidade, dado que o tamanho do feixe de luz (spot) do novo acelerador está entre dezenas e poucas centenas de micrometros, os componentes precisam ser posicionados dentro de frações desse tamanho, o que na prática corresponde à faixa de micrometros ou décimos de micrometros para estágios lineares. Para estágios de rotação, esses números são da ordem de milésimos de grau, ou segundos de arco.

Adicionalmente, tão importante quanto o refinamento do movimento desses estágios mecânicos é a sua pureza, isto é, sua qualidade com relação a movimentos parasitas, que são intrínsecos a qualquer movimentação. Isso, pois, em escala micrométrica, esses erros implicam em limitações fundamentais na precisão e na repetibilidade do posicionamento dos elementos de interesse. Como pode ser visto na figura a seguir, para estágios lineares tratam-se de erros de translação nos eixos perpendiculares ao movimento (retitudes) e pequenas rotações; para os rotacionais, de erros de excentricidade, tip/tilt e precessão. A qualidade almejada coloca esses erros em torno de poucos micrometros e poucos segundos de arco.

Nas figuras, encontram-se ilustrações sobre os movimentos parasitas tipicamente encontrados em estágios de movimentação. Fonte: Adaptado de www.xhuber.de.

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Estágios de posicionamento com estas características não são encontrados em produção por empresas brasileiras, as quais normalmente possuem produtos com funcionalidades análogas mas especificações mais relaxadas. Efetivamente, as empresas brasileiras de automação atendem quase que exclusivamente à indústria nacional, cujas aplicações tipicamente trabalham com resolução menos exigente e com foco em produtividade. Os movimentos nas aplicações das linhas de luz, por sua vez, ocupam um nicho complementar, com pouca ciclagem e baixas velocidades, demandando alta estabilidade e precisão.

O domínio dessa tecnologia de produção de precisão apresenta potencial de aplicação nos mais variados campos, dentre os quais podem-se citar: educação, pesquisa, medicina, telecomunicações e manufatura; além da própria indústria: militar e aeroespacial, eletrônica e automobilística. Este mercado já existe, principalmente fora do Brasil, sendo ocupado por empresas dos EUA, Europa e Ásia. Com o conhecimento que o time de engenharia do LNLS possui atualmente em mecânica de precisão, e com a infraestrutura de metrologia da qual a instituição dispõe, esta proposta busca desenvolver empresas nacionais para que possam se tornar fornecedoras de sistemas de posicionamento de precisão para atender ao Sirius ao longo das próximas décadas.

Seguem nas figuras abaixo exemplos de estágios de translação e de rotação de precisão. Fonte: Adaptado de www.xhuber.de.

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Demanda

A demanda específica dessa classe de componentes para o Sirius, por sua vez, é estimada em torno de 300 itens, de diferentes caraterísticas, distribuídos pelas 40 linhas de luz do Sirius, que serão construídas ao longo das próximas décadas.

Referências, quando aplicáveis, estão disponíveis no Anexo 1 do edital FAPESP/FINEP.

Perguntas Frequentes

Perguntas feitas pelas empresas durante o decorrer do período do Edital serão adicionadas aqui com a resposta dada pelo responsável pelo desafio. Clique na pergunta para abrir a resposta.

Pergunta 1

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