NASA usa NI LabVIEW para economizar tempo e reduzir custos no

NASA usa NI LabVIEW para economizar tempo e reduzir custos no teste automatizado de
micro-obturadores
"Essa nova tecnologia promete conjuntos de dados
inimagináveis com os sensores atuais, mas requer
longevidade comprovada."
- David McAndrew, Mink Hollow Systems (
http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=87199&tab=overview)
O desafio:
Desenvolver uma aplicação flexível de teste que possa acionar dezenas de milhares de elementos de atuadores com tamanho da ordem de mícrons
(micro-obturadores) por milhões de ciclos enquanto faz o datalog dos dados, adquire imagens de alta resolução e monitora e controla o ambiente de
teste.
A solução:
Usar uma aplicação da National Instruments baseada no LabVIEW de forma que o usuário possa configurar e executar testes customizados de
atuação de obturadores enquanto monitora e controla o ambiente de teste.
Autor(es):
David McAndrew - Mink Hollow Systems (http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=87199&tab=overview)
David Mostofi - Sigma Space
David Rapchun - Global Science and Technology/NASA-Goddard Space Flight Center
O papel dos conjuntos de micro-obturadores para o telescópio espacial James Webb
Conforme o telescópio especial Hubble aumenta sua capacidade, o nosso apetite pela exploração do espaço só ficou mais intenso. O telescópio espacial
James Webb (JWST) é o nosso próximo passo para entender o universo e estudar a teoria do Big Bang. Com esses nobres objetivos vêm grandes
desafios: desenvolvimento de materiais novos e leves; melhorar a tecnologia de detectores para sinais fracos; e conjuntos de micro-obturadores para
detectar centenas de espectros simultâneos. Usando o LabVIEW para testar os conjuntos de micro-obturadores, nós podemos detectar e diagnosticar
problemas antecipadamente no desenvolvimento e reduzir grandemente o custo geral.
A necessidade de micro-obturadores no espectrômetro de infravermelho próximo (NIRSpec) veio das seguintes restrições de missão:
Uma única medição espectral pode levar dias, tornando crítica a necessidade de um dispositivo que faz várias detecções.
Sem uma máscara de abertura, a sobreposição de espectros contamina os conjuntos de dados, resultando em dados inúteis.
A máscara deve ser configurável para variar de acordo com o movimento do satélite.
A partir dessas restrições, o Goddard Space Flight Center da NASA desenvolveu máscaras de abertura programáveis (micro-obturadores) para atender
as metas da missão do JWST.
Operação de um conjunto de micro-obturadores
Um conjunto de micro-obturadores consiste em dezenas de milhares de elementos de obturadores de 100 µm x 200 µm que podem ser mantidos
individualmente abertos ou fechados para criar uma máscara de imagem customizada baseada no campo de visão do sensor. Em operação, os
elementos são abertos onde existem objetos e fechados quando ocorre interferência entre objetos no detector.
Realizar uma varredura com um imã ao longo do conjunto puxa os obturadores deixando-os abertos. Aplicando uma tensão à linha e coluna apropriada
do conjunto, um obturador individual pode ser mantido aberto depois que o imã passar. Obturadores que não estão alimentados fecharão.
Incorporando o hardware de teste
Os objetivos do teste dos micro-obturadores são dois: 1) fornecer feedback do projeto e 2) estimar a vida da unidade. Pelo motivo do ambiente de teste
precisar imitar as condições do espaço, o software traz monitoramento do sistema e controle da temperatura e pressão usando instrumentação GPIB.
Com este controle, os usuários podem submeter unidades a vários perfis de temperatura que simulam os efeitos do aquecimento solar.
Para fornecer feedback do projeto e estimar a vida da unidade, o sistema de teste automatizado atua sobre os elementos obturadores repetidamente
enquanto captura imagens em intervalos específicos. Uma fonte de alimentação GPIB e relés controlados digitalmente fornecem alimentação aos
conjuntos. Os controladores NI PCI-7344 e os drivers NI MID-7604 controlam o movimento do imã e o posicionamento da câmera em três eixos para
imagens tiradas durante o teste. Se o usuário encontrar um problema, eles podem colocar o sistema em um modo de “mosaico de imagens” de maior
resolução que varre uma câmera com resolução de 4 mícrons, produzindo dados com mais detalhes de obturadores individuais. Os usuários juntam
imagens individuais usando o software MosaicVIEW da Mink Hollow Systems.
Progredindo em tecnologia através de teste flexível
Nós criamos um software de teste modular para configurar testes customizados e adicionar ou alterar instrumentos, com alterações mínimas no código.
Dispositivos duplicados de teste exigiram que o software executasse simultaneamente os dois testes em um ambiente controlado. Incorporar vários
instrumentos diferentes e manter um código modular tornaram o LabVIEW a melhor escolha para nossa linguagem de desenvolvimento.
Um procedimento de teste é uma lista de comandos enviada ao testador onde cada comando corresponde a uma função predefinida. Com a utilização de
procedimentos, os usuários podem configurar novos testes sem alterações no código.
Por exemplo, pode-se realizar um procedimento de teste de captação de imagem da seguinte maneira:
Alimentar os elementos do micro-obturador;
Realizar uma varredura magnética ao longo do array (todos os obturadores abertos);
Capturar a imagem;
Cessar a alimentação do array (todos os obturadores fechados);
Capturar a imagem.
Usuários podem comparar este tipo de teste ao cuja varredura magnética ocorre antes da última captura de imagem. Os resultados fornecem o
conhecimento a respeito da força elástica dos elementos, caso eles permaneçam fechados intermitentemente sem uma varredura magnética adicional.
Os ciclos de teste com imagem requerem significativamente mais tempo do que um ciclo sem captação de imagem. Para realizar um teste que é
executado milhões de vezes, mas ainda adquire imagens, nós desenvolvemos um sistema que permitisse os dois procedimentos de teste. Esses dois
procedimentos cíclicos se combinam em um único script de teste, que lista o número de ciclos magnéticos para completar antes de executar o
procedimento de imagem. Com essa capacidade, o usuário pode criar testes que podem captar mais imagens no início e menos ao longo do progresso
do teste, fornecendo tanto a velocidade aumentada quanto o feedback de imagem. Essa é uma característica vital, pois o teste prévio dos
micro-obturadores revelou que a probabilidade de falha dos obturadores decresce conforme o número de atuações aumenta.
Para acomodar as mudanças da estação de testes, os drivers de instrumentos são implementados como objetos para fácil incorporação. Por exemplo, na
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Para acomodar as mudanças da estação de testes, os drivers de instrumentos são implementados como objetos para fácil incorporação. Por exemplo, na
próxima geração de testadores, uma câmera QImaging será substituída por uma Sony. Apesar das diferenças nos drivers, o software inclui um objeto de
imagem onde os métodos e propriedades permanecem os mesmos, mas o código por trás dessa estrutura é específico do produto. Com esse projeto,
nós alcançamos a integração perfeita com a nova câmera enquanto mantemos uma versão única de todo o software e, mais importante, eliminamos a
necessidade de atualizar os procedimentos de teste.
Economizando Tempo, Reduzindo Custos
O NIRSpec com arrays de micro-obturadores proporciona aos cientistas a capacidade de adquirir simultaneamente centenas de espectros do Telescópio
Espacial James Webb. Essa nova tecnologia promete conjuntos de dados inimagináveis com os sensores atuais, mas requer longevidade comprovada.
Nosso testador automático auxilia no estudo do desempenho e verifica a viabilidade dos micro-obturadores dando aos usuários a liberdade de realizar
testes customizados e adaptar rapidamente à nova instrumentação de testes com mínimo esforço. Utilizando o LabVIEW, nós finalizamos o software
modular de teste com rapidez, o que nos poupou tempo para detectar e diagnosticar problemas com antecedência durante o desenvolvimento, reduzindo
bastante os custos de toda a aplicação.
Para maiores informações, contactar:
David McAndrew
Engenheiro de Testes
Mink Hollow Systems
6880 Mink Hollow Rd.
Highland, MD 20777
Tel: (301) 854-1579
Fax: (301) 854-9756
E-mail: [email protected] (mailto:[email protected])
Microshutter Tester GUI
Informações legais
Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO
ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA
NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)).
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