ETUDE ET REALISATION DE L`AUTOMATISATION D

Ce document constitue un extrait d’un dossier présenté par un
candidat au BTS Mécanique et Automatisme Industriel du lycée
Victor Duruy de Bagnères de Bigorre
ETUDE ET REALISATION
DE L’AUTOMATISATION D’UN TELESCOPE
PRESENTATION DES CLIENTS
- OMP : Observatoire Midi Pyrénées
14 avenue boulevard Belin
31400 Toulouse
L’Observatoire Midi Pyrénées (OMP) est un Observatoire des Sciences
de l’Univers (OSU) et une composante de l’Université Paul Sabatier. Cette
structure fédérative regroupe 8 laboratoires de recherche, sous multi-tutelles
: CNRS, MEN, IRD, CNES, et œuvre dans tous les domaines des Sciences de
l’Univers, planète Terre et Environnement. La mission principale de l’OMP est la
réalisation d’observations continues et systématiques de la Terre et de
l’Univers. Pour ce faire il s’est spécialisé dans le développement et l’utilisation
d’instrumentations spatiales, de modélisations numériques et de bases de
données spatiales et environnementales.
Au 01/01/2007, l’OMP comptait 625 agents permanents, dont 325 chercheurs
et 300 personnels techniques et administratifs, et 183 étudiants.
L’observatoire du Pic du Midi : Depuis 1873, des hommes étudient les astres à
l'Observatoire du Pic du Midi. L'astronomie, science des corps célestes, est le
domaine d’excellence du site pyrénéen, avec l’étude du soleil et des planètes. Le
télescope Bernard Lyot permet ainsi depuis 1931 de mieux connaître les étoiles
et les galaxies. De nombreux programmes de recherches ont été effectués au
Pic du Midi, comme l’étude, par la Nasa, de la surface de la lune pour les
missions Apollo.
Les activités nocturnes en astrophysique,
les activités solaires et les activités atmosphériques.
- Association T60 :
- En 1985, l'association T60 a été créée pour permettre à des
groupes d'amateurs d'astronomie d'utiliser un télescope de
60cm dans le contexte d'une véritable mission scientifique au cœur d'un
des plus hauts lieux de l'astronomie professionnelle française
l'observatoire du Pic du Midi, altitude 2870m, en avant de la superbe
chaîne des Pyrénées
LOCALISATION DU TELESCOPE
Télescope T60 que nous
allons améliorer
Coupole
Cimier
Télescope T : 60
PRESENTATION DU TELESCOPE
- Présentation générale :
En 1985, l'association T60 a été créée pour permettre à des groupes
d'amateurs d'astronomie d'utiliser un télescope de 60cm dans le
contexte d'une véritable mission scientifique
Le
T60
possède
un
miroir
parabolique de 60 cm de diamètre
ouvert à f/D = 3,5 (soit une focale
de 2100 mm). Il travaille uniquement
en configuration Newton. Il s'agit
donc d'un instrument très lumineux
qui le prédispose beaucoup plus à
l'observation du ciel profond qu'à
l'observation des planètes.
Les télescopes utilisent des miroirs paraboliques ou sphériques pour
focaliser la lumière provenant des astres.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU
TELESCOPE
- Principe de Newton :
Le télescope de Newton, souvent appelé communément un « Newton », est un
dispositif optique composé de 2 miroirs. C’est donc un dispositif à objectif
« réflecteur » (qui réfléchit la lumière) à contrario de la lunette astronomique
qui est un dispositif à objectif « réfracteur » (la lumière traverse les parties
optiques, elle est « réfractée »). Les rayons sont renvoyés sur le coté par un
miroir plan incliné à 45° par rapport à l’axe optique du premier miroir. Il a été
inventé par Isaac Newton.
Trajet des rayons lumineux dans le télescope de Newton
Ce télescope est composé d’un miroir primaire ou objectif, de forme parabolique
théorique (sphérique en pratique) et d’un miroir plus petit appelé « secondaire »
qui est plan. Le premier miroir permet de collecter la lumière provenant de la
région du ciel pointée, le second permet de dévier la lumière hors de l’axe
optique de manière perpendiculaire.
Le premier miroir est caractérisé par :
Son diamètre (ou ouverture). La quantité de lumière collectée ainsi que le
pouvoir séparateur (angulaire) de l'instrument dépendent de ce dernier. La
quantité de lumière est proportionnelle au carré du diamètre.
La distance entre le centre du miroir et le point focal image (endroit où se
forme l’image d'un objet situé à l’infini) appelée la distance focale. C'est elle qui
détermine la grandeur, dans le plan focal, de l'image primaire de l'objet observé.
Ainsi on peut déterminer le rapport F/D (focale sur diamètre) qui donne une
indication sur les performances photographiques de l’appareil mais aussi de la
facilité de mise au point. Un rapport F/D de 10 est pour une utilisation plutôt
planétaire (objet bien brillant mais petit) alors qu'un rapport F/D de 3-4 est
dédié au ciel profond (objets étendus et de faible).
Le tube optique est fixé sur une
monture à fourche très rigide traînée
par secteur et vis tangente (autonomie 3
heures).
Des
mouvements
fins
électriques sont disponibles sur les deux
axes (ascension droite et déclinaison).
En parallèle au tube optique on trouve un
chercheur de 60 mm de diamètre et une
lunette guide de 130 mm de diamètre et
1950 mm de focale.
-Ascension droite : Alpha
-Déclinaison : Delta
Les contrepoids servant à équilibrer
le télescope sont disponibles dans la
coupole ou sont déjà fixés dessus.
L'équilibrage du télescope est essentiel
pour une bonne utilisation du télescope :
Le réaliser après l'installation de la
manipe. Lorsque tout est desserré (axes
a et d), le T60 ne doit plus bouger. Cet
équilibrage parfait permet au T60 de
bien suivre et d'être facile à pointer.
Le télescope est équipé de codeurs et
l'affichage de la position du télescope
est visualisé par le logiciel Prism ainsi
qu'en coupole
- Principe de la monture équatoriale :
Un télescope équipé de ce type de monture possède deux axes. Le premier,
appelé axe polaire ou horaire est parallèle à l’axe de rotation de la Terre ; le
second, appelé axe de déclinaison, est perpendiculaire au premier. Si l’on imprime
à l’axe horaire une vitesse égale à la vitesse de la Terre mais en sens opposé, il y
a compensation des deux vitesses et un objet céleste observé reste fixe dans le
champ de l'oculaire. (Une seule motorisation est nécessaire pour que la
photographie ainsi que l'imagerie CCD deviennent possibles). La monture suppose
un réglage de latitude correspondant à celle du lieu d’observation.
Une monture équatoriale est un dispositif comportant un axe de rotation
parallèle à l'axe de rotation terrestre. Elle permet de suivre facilement un astre
lors de son parcours dans la voûte céleste. La monture supporte généralement un
instrument d'observation astronomique, tel qu’un télescope ou une lunette. Elle
fut perfectionnée en 1774 par Jesse Ramsden.
Visualisation des angles :
-Angle gamma : L’angle fixe support du télescope, angle de 43° nord par rapport
à l’équateur.
-Angle delta : Déclinaison angle compris entre la direction d’un astre et le plan de
l’équateur céleste.
-Angle alpha : Celui qui suit l’étoile : Compris entre le méridien local sud et le
méridien de l’astre observé. C’est l’un des deux coordonnées du système horaire
comptée de 0 à 12 h positivement vers l’ouest et négativement vers l’est deux
angle horaire du point vertical est appelé temps sidéral.
α
δ
-Angle alpha en rouge et –Angle delta en noir.
Gamma
Alpha
Pointage lent
en manuel
Delta
Pointage rapide
en manuel
Pointage lent avec
P.C. et moteur
pas à pas
Pointage lent avec
PC et moteur pas
à pas
Suivi de l’étoile à
la vitesse sidérale
Blocage de l’axe
Processus actuel :
Angle alpha
Angle delta
- Analyse existant :
- Analyse de l’existant :
Un mouvement par moteur PAP et
transmission par roue et vis tangente
sur une amplitude de 30° soit 3
heures
de
déplacement
sens
intervention humaine.
Constat : nécessite de débrayer et
recaler le télescope sur alpha toutes
les trois heures.
1er mouvement (manuel sur 180°) dit
rapide en desserrant le frein puis
l’opérateur se cale visuellement aux
bonnes coordonnées.
2éme mouvement (motorisé) dit lent
qui assure une correction pour une
visée parfaite. Ce mouvement est
réalisé par un moteur PAP avec une
amplitude de 2°.
- Modification envisagée :
- Modification envisagée :
Un mouvement sur 180° avec une
précision de positionnement de 5
secondes d’arc et une précision sur le
suivi asservi de 0.5 secondes d’arc.
Motoriser le mouvement d’approche
rapide puis bloquer en position ;
garder le mouvement de rattrapage
actuel sur 2° ou remplacer les deux
mouvements (rapide puis lent) par un
seul moteur avec deux vitesses
différentes.
CHAÎNES CINEMATIQUES
Axe alpha
Palier
α
Moteur
Réducteur
Engrenage
Codeur
Axe delta
Moteur
Réducteur
Engrenage
Codeur
Palier
δ
ou
Bus Ethernet
BUS CANopen
Variateur
Moteur Brushless
Couple 1 Nm
Vitesses sortie
réducteur (1/100 ?)
Vitesse mini:
Variateur
API M340
Moteur Brushless
Couple 1 Nm
Vitesses sortie
réducteur (1/100)
Vitesse mini dite
0.05 tr/min
vitesse sidérale :
0.0006684 tr/min
Vitesse maxi :
Vitesse maxi :
0.33 tr/min
0.33 tr/min
Engrenages :
Réduction de 10
Engrenages :
Réduction de 10
Codeur Absolu
Résolution 5’’ d’arc
Soit 18 000 imp/tr
Codeur Absolu
Résolution 5’’ d’arc
Soit 18 000 imp/tr
PC
Logiciel Vijeo
Designer
Protection
sur-courses
RAQUETTES
AXE ALPHA
AXE DELTA
SYNOPTIQUE PC