Ковальский М.Г.
Генеральный Директор
ОАО «НИИизмерения»
Россия, г.Москва

Создание нового поколения приборов для контроля прецизионных деталей в нанометровом диапазоне

Институт провел исследования и испытания стандартизованных приборов, для контроля деталей, изготавливаемых по нано - и высоким технологиям, полученные результаты показали, что эти приборы не обеспечивают нормированной точности измерения параметров деталей в нанометровом диапазоне, НМД.

Многолетний опыт работы института в области точного приборостроения позволил создать поколение принципиально новых приборов и методов измерения линейных параметров деталей в НМД.

Полученные исследования позволили установить:

Измерения деталей в НМД должны производиться только методом сравнения с аттестованными образцовыми плоскопараллельными концевыми мерами длины, КМД;

Разработанный метод сравнения на новых приборах обеспечивает:

Идентичность методу аттестации КМД на интерференционном компараторе, ИК, - это обеспечивает единство измерений при воспроизведении аттестованной длины КМД на новых приборах;

Идентичность контактного и бесконтактного методов измерения в НМД с одним исходным эталоном – скачок контактной разности потенциалов , при межатомном расстоянии между поверхностями;

Установлено, что скачок КРП может регистрироваться по переходу омического сопротивления, Rпер., от «бесконечности», R  1016 -1014 ом, к R  1010 - 1012 ом и это обеспечивает идентичность оценки контакта при измерениях на новых приборах.

Созданный в институте специальный блок прибора - электронный индикатор контакта с механизмом наноподачи, обеспечивает идентичность оценки контакта измерительного наконечника с КМД и контролируемой деталью с разрешающей способностью 0,2 – 0,3НМ (2-3А), блок может встраиваться в различные модели приборов, скачок КРП и нулевое измерительное усилие электронного индикатора обеспечивают идентичность контактного и бесконтактного методов измерения.

При трудоемком процессе настройки прибора по КМД, контроле параметров детали, проверки смещения настройки по КМД неизбежны изменения состояния и соответствующие внутренние напряжения и деформации прибора, КМД, детали. Впервые для объективной непрерывной оценки состояния отсчетного устройства, различных узлов и корпуса в новом приборе применена система контроля и диагностики по комплексу электрических параметров, Пэ. Большой опыт работы показывает, что данная система позволяет оценить идентичность всего процесса контроля деталей – важнейшее условие метрологического обеспечения метода измерения в НМД.

Наши исследования показали, что погрешности от температурных деформаций , как правило, являются доминирующими; экспериментально доказано, что ранее принятая методика их расчета, основанная на оценке градиентов температуры на нескольких локальных участках, не позволяет точно оценить нанодеформации прибора, КМД и детали.

Разработанная институтом, совместно с фирмой «ИРТИС», новая методика оценки температурных деформаций основана на контроле, по компьютерному термографу «ИРТИС», температурных полей прибора, КМД, детали и синхронном контроле показаний отсчетного устройства и параметров Пэ узлов прибора; такой комплексный контроль обеспечивает объективную оценку нанодеформаций и их влияние на точность метода измерения. Исследования показали, что при оперативном контроле деталей необходимо одновременно измерять параметры детали и комплексно оценивать состояние, в том числе параметры деформаций прибора, меры и детали. Для этого были разработаны новые методы измерения и соответствующий узел прибора с двумя индуктивными датчиками, которые настраиваются по КМД, соответствующим контролируемым параметрам детали. По одному из датчиков проводят измерения детали, по второму – контролируют изменение состояния прибора в процессе измерений. Специальная программа обработки данных по обоим датчикам, в том числе, при алгебраическом суммировании, позволяет точно оценивать и учитывать деформации в процессе измерений. Применение КМД из кварцевого стекла с датчиком для контроля состояния позволяет моделировать нулевые температурные деформации, учитывая очень большую разницу коэффициентов линейного расширения КМД из кварцевого стекла и стальной КМД. Измерение на новом приборе деформаций контролируемых деталей из новых материалов и деформаций КМД из кварцевого стекла позволяет точно оценить коэффициент линейного расширения л любого материала. Это позволяет решить существующую проблему объективной оценки л деталей из различных материалов, в первую очередь композиционных, без чего нельзя их контролировать методом сравнения с КМД.

В институте разработана принципиально новая «замкнутая» конструкция корпуса прибора, расчеты и первые результаты испытаний показали ее основное преимущество - более равномерное температурное поле, с минимальными градиентами температуры.

Реализация вышеуказанных исследований и конструктивных разработок позволили создать новые прибор и метод измерения деталей, обеспечивающие единство измерений деталей в НМД.