Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка экспериментального образца ультрапрецизионного голографического датчика линейных перемещений

Номер контракта: 14.577.21.0197

Руководитель: Одиноков Сергей Борисович

Должность: ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
датчик линейного перемещения открытого типа, точность изме-рения перемещения, инкриментарный метод измерения перемещения, интерференционный метод считывания, голограммный оптический элемент, дифракционный оптический элемент, поверхностный микрорельеф, шаг решетки

Цель проекта:
1. В настоящее время в процессе производства сверхточных деталей различной номенклатуры и узлов ультрапрецизионных механизмов используются станки, контрольно-измерительные устройства и высокоточные механизмы с повышенными требованиями к контролю точности перемещения отдельных узлов относительно друг друга. Данную функцию выполняют ультрапрецизионные датчики линейного перемещения. Наиболее перспективно применение голографических бесконтактных датчиков открытого типа. Шкалы таких датчиков выполняются из церодура, ситалла, а также других материалов с коэффициентом температурного расширения, близким к нулю. 2. Целью реализуемого проекта является создание голографического датчика линейных перемещений для использования его в ультрапрецизионных станках, измерительных машинах, литографах, микроскопах и других высокоточных устройствах.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В процессе выполнения проекта будет разработан и изготовлен экспериментальный образец ультрапрецизионного голографического датчика линейных перемещений. Будет разработана методика получения экспериментальных образцов измерительных шкал на базе высокочастотных голографических решеток, используемые в составе разрабатываемого датчика.
2. Основные технические параметры разрабатываемого экспериментального образца датчика:
– датчик открытого типа, работающий по схеме отражения луча;
– датчик инкрементальный с «0»-меткой, реализуемой непосредственно на шкале;
– разрешение не более 1 нм;
– шаг дифракционной решетки от 1 до 4 мкм;
– минимальная длина измерений датчика - 100 мм;
– выходной сигнал датчика будет иметь вид прямоугольника;
– точность измерений, обеспечиваемая датчиком, будет находиться в пределах 0,2 мкм на 100 мм.
Будет получен научно-технический задел для создания промышленного производства ультрапрецизионных голографических датчиков линейных перемещений.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разрабатываемый экспериментальный образец ультрапрецизионного голографического датчика линейных перемещений является прецизионным бесконтактным устройством контроля линейных перемещений. Данный датчик является универсальным, поскольку позволяет контролировать с высокой точностью как перемещение подвижных частей станков (устройств) относительно их неподвижных частей - в случае встраивания датчика в станок (устройство), так и в случае некоторой модернизации датчика - контролировать смещение детали относительно станка (устройства).
2. В ходе работы предполагается использовать в ультрапрецизионном голографическом датчик линейных перемещений шкалы, созданные по современной литографической технологии. В настоящее время подобные шкалы в РФ не изготавливаются, поскольку их производство является трудоемкой и наукоемкой задачей. Исследования возможности создания таких шкал, проводимые в ходе работы, позволят производить их в РФ на современном оборудовании. Создаваемая интеллектуальная собственность перспективна в части патентоспособности будущих результатов исследований и их лицензионных возможностей, поскольку основывается на собственных исследованиях, выполняемых на современном оборудовании.
3. В настоящий момент на отечественном рынке ультрапрецизионных датчиков измерения перемещения отсутствуют отечественные разработки и продукты. Существующие зарубежные аналоги – датчики фирм Renishaw Magnescale, Sony, Heidenhain, SIOS Messtechnik GmbH с необходимым разрешением и точностью измерений недоступны в промышленном масштабе. Разрабатываемый ультрапрецизионный голографический датчик линейных перемещений должен использовать разработанные в ходе работы шкалы, изготовленные литографическим и/или механическим способом, отвечающим современным требованиям по точности, что позволит заменить разработанным датчиком импортные аналоги на рынке РФ.
4. Основным способом достижения заявленных результатов является тесное сотрудничество с Индустуриальным партнером ООО "Интегрированные коммуникации", а также с ОАО "ВНИИИНСТРУМЕНТ", обладающие необходимой инструментальной и технологической базой для подтверждения полученных технических решений, и заинтересованные в коммерциализации результатов:
Технический риск:
– недостижение запланированных технических параметров и характеристик экспериментальных образцов. Меры устранения – подбор элементной базы по критерию обеспечения наивысших точностных характеристик.
Производственный риск:
– проблемы в снабжении сырьем, материалами, комплектующими для создания образцов и макетов.
Меры устранения – изучение рынка поставляемых материалов и комплектующих, иметь альтернативного поставщика материалов.
Риск, связанный с изготовлением оптических и механических деталей и узлов для создаваемых экспериментальных образцов, минимален. Налажено сотрудничество с несколькими производственными предприятиями.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разрабатываемый ультрапрецизионный датчик измерения перемещения возможно использовать в следующих системах, установках и приборах промышленности:
– Технологическое и измерительное оборудование в полупроводниковом производстве;
– Установки автоматического монтажа в микроэлектронике;
– Ультрапрецизионное, в т.ч. и металлорежущее станочное оборудование;
– Компараторы, измерительные машины и микроскопы;
– Прецизионная контрольно-измерительная техника;
– Линейные приводы;
– Медицинская промышленность.
2. В разработке и создании ультрапрецизионного датчика измерения перемещения, а также его использования в собственном оборудовании наибольшую заинтересованность проявляют следующие предприятия:
ООО «Интегрированные коммуникации», г .Москва - является предприятием, работающим с высокоточным оборудованием, которое может быть оснащено разрабатываемыми прецизионными датчиками положения.
ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ», г. Москва. ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» имеет большой опыт в выполнении ОКР по темам, близким к теме ПНИЭР и является одним из ведущих российских производителей ультрапрецизионного оборудования.
ОАО «НИИ ИЗМЕРЕНИЙ», г. Москва, и является одним из ведущих российских производителей координатно-измерительных машин (КИМ).
ОАО «МИКРОН», ОАО «АНГСТРЕМ», г. Зеленоград, являющиеся ведущими российскими предприятиями в области микроэлектроники и ширико используюшие ультрапрецизионное оборудование.
3. Использование разрабатываемого ультрапрецизионного датчика измерения перемещения в системах, установках и приборах позволит отечественной промышленности производить долее качественные детали и устройства за счет увеличения точности в линейных измерений.



Текущие результаты проекта:
1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках проекта;
2. Проведены патентные исследования;
3. Разработана эскизная конструкторская документация на тестовые образцы измерительных шкал на базе высокочастотных голографических решеток, получаемых нарезным способом.
4. Изготовлены тестовые образцы измерительных шкал на базе высокочастотных голографических решеток, полученных нарезным способом.
5. Проведены экспериментальные исследования по контролю параметров тестовых образцов измерительных шкал на базе высокочастотных голографических решеток, полученных литографическим и нарезным способом.
6. Разработана функциональная схема экспериментального образца ультрапрецизионного голографического датчика линейных перемещений.
Выполнение индикаторов и показателей:
1) Объем привлеченных внебюджетных средств - 7,0 млн. руб.
2) Средний возраст исполнителей - 38 лет.
3) Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей численности исследователей - участников проекта - 80 %.