Оптико-механическая промышленность
Оптико-механическая промышленность — отрасль промышленности, ориентированная на производство высокоточного оптико-механического оборудования, устройств и принадлежностей для целей точной механики и оптики.
ВведениеПравить
Высокие достижения в области науки и техники невозможны без материально-технической базы. Новые материалы, технологии, медицина и т.п. начинаются с создания новых оптико-механических систем и устройств, котрые дают возможность заглянуть в микро- и макромир доселе не изученный. При их помощи в настоящее с использованием нанотехнологий появляется возможность работать на на атомно-молекулярном уровне.
Оптико-механическая промышленность, её уровень достижений — показатель высокого уровня научно-технического, промышленного развития любой страны. В Германии, например, оптико-механическая промышленность является одной из наиболее конкурентоспособных отраслей производства.
Оптико-механическая промышленность осуществляет практическую реализацию положений научно-технической дисциплины Точной механики и оптики, создание необходимой элементной базы, а также необходимой технологической базы. Применяемое оборудование, например, оптико-механические измерительные приборы (инструментальные микроскопы, оптические измерительные микроскопы), прецизионное контрольно-силовое оборудование обеспечивают изготовление и приёмку точных плоскопараллельных мер длины, калибров, корпусных высокоточных деталей самих систем точной механики. При этом вначале создаётся технология, включающая средства контроля (инструмент второго порядка), имеющие на порядок более высокую разрешающую способность. Они изготавливаются в виде отдельных приборов с дифференцированным контролем отдельных элементов, с разрешающей способностью на порядок выше самих изготавливаемых приборов. Например, они востребованы уже только для поверок геометрической длины или угла разворота и др. с точностью ≈10% измеряемой точности. Т.к. их погрешность измерения должна быть на на порядок меньше заданной точности проверяемых изделий.
Применительно к новым микроскопам (например, для нанотехнологии), для их изготовления требуется не только высокоточная оснастка второго порядка, но и новые системы, заменяющие объектив и др. Их место занимают, к примеру, новые рентгенопреломляющие и фокусирующие оптические системы, которые способны проходящие через микроэлемент рентгеновские лучи преломлять и фокусировать с фиксацией непосредственно на фотоприёмник — фотосенсор. Это требует новые подходы в технологии изготовления новых приборов, к применению нового оборудования.
Развитая оптико-механическая промышленность является показателем качества экономики страны. В Германии, например, оптико-механической промышленности исторически уделяется первостепенное внимание и не случайно она является наиболее конкурентоспособной областью производств и Германия занимает ведущее место в этой области в мире.
Крупнейшими научно-производственными объединениями в России и Беларуси являются ЛОМО и БелОМО. [1]
Виды производствПравить
Оптические устройстваПравить
Оптические устройства — частные виды оптических систем точной механики и оптики, включающие совокупность оптических элементов и технологий (линз, групп линз, объективы, окуляры, конденсоры, зеркала, диафрагмы, призмы, световоды, нанопорошковые оптические материалы и др.), созданные для реализации технических задач, или аналогов систем, реализованных природой — например, бионический глаз и др.
Оптикомеханические системы — прикладная область фундаментальной и прикладной науки и техники, материальная база (в сферах теоретического, экспериментального методов исследования, анализа и синтеза, а также новых производств получения новых материалов с заданными нужными свойствами.
В настоящее время это достигается применением веществ на атомарном и молекулярном уровне, а также микроустройств, полученных благодаря применению новых технологий их получения, веществ с новыми свойствами. Для этого применяются новые оптико-механические систем (например, сканирующий атомно-силовой микроскоп), способные манипулировать единичными атомами или молекулами (перемещать, создавая новые сочетания элементов в нанопродуктах).
Для развития нового направления, создания научно-технической и материальной базы в нанопризводсве, обеспечивающее возможность управлять элементами величиной порядка до 100нанометров(1нанометр = (10−9 метра) призвана нанотехнология — наука, определяющая специфические функциональные характеристики, новые связи между соответствующими элементами на атомно-молекулярном уровне.
Принцип сверху-вниз и снизу-вверх:
В сфере нанотехнологии (см. рис. 2) известна схема осуществления деятельности по вектору "сверху-вниз и снизу-вверх". Создаются, например, меньшие системы при использовании аналогичных больших, которые в свою очередь содают свои меньшие аналоги и т.д. Возможен выбор направления "снизу-вверх", когда начинается синтез вещества от микроструктур, через макро-элементы, до получения объекта требуемых объёмов (например, лекарственной таблетки) с новыми лечебными свойствами.
Совершенствуются многие обычные методы, например, обработка кремния как твёрдого тела, (применяется при изготовлении микропроцессоров, специальных линз преломления рентгеновских лучей и др. элементов). На основе внедрения нанопорошковой технологии решён ряд задач получения оптических материалов, которые ранее были недоступны. Применяя порошки кремния с размерами менее 100 нм (см. также прозрачные керамические линзы) получили прозрачные оптические стёкла с новыми уникальными свойствами. Гигантские накопители на жёстких дисках на основе магнитосопротивления уже заменяются малогабаритными устройствами, при изготовлении и в работе которых используются нанотехнологии (по принципу "от большего к меньшему", с использованием метода смещения атомного слоя (ALD). Питер Грзаджк 0кснберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытия гигантского магнитосопротивления и вклад в область спинтроники в 2007 году.
Методы твердого тела могут также использоваться при создании устройств, известные как наноэлектромеханические системы (nanoelectromechanical - NEMS), которые связаны с микроэлектромеханическими системами (MEMS).
Разрешение современных атомных силовых микроскопов позволяют ввести реагент на поверхность образца.
Эта техника позволяет осуществить копирование поверхности с размерами до 100 нм). Технология сочетается с развитием метода субмикронной литографии. Например, направленные потоки ионов могут непосредственно удалить материал ("ионное травление"), или нанести вещество на поверхность. Таким образом, прорыв в области микромира на атомно-молекулярном уровне, разработка нанотехнологий невозможен без новых систем и устройств оптико-механических приборов, приборов точной механики и оптики, сочетающих возможность проведения контрольно-силовых операций на поверхности микрообъекта.
Прецизионное контрольно-обрабатывающее оборудованиеПравить
Область механики — Точная механика и классическая оптика в сфере опытно-промышленного производства решают круг вопросов, связанных с получением, обработкой и внедрением оптико-механических устройств на этапах изготовления. На этапе, когда необходимы не только контрольно-измерительные операции, но применение силовых операций обработки и доводки размеров в пределах допусков (точности изготовления) приборов c возможностью изготовления (расточки, планировки), исправления или чистого контроля (крупных корпусных деталей с пространственными координатами расположения осей отверстий, привязок их к базам с точностью 1-5мкм.
Обработка, поверка корпусных деталейПравить
При изготовлении изделий точной механики как корпусных деталей или специального мерителя часто не возможно проверить их средствами оптико-механических систем метрологических служб. В данном случае, применяют прецизионное контрольно-силовое оборудование (см.Рис.3) комплектуемое метрологической оснасткой метрологических служб и специально изготавливаемых в лекальных отделениях изготовления высокоточного лекального мерителя. Например, расточка отверстий в корпусах контрольных приспособлений с соосностью или точностью расположения отверстий в пределах 0,001мм. В данном случае имеет место не только получение информации по обеспечению пространственной точности, но и непосредственное получение её методом силового воздействия — расточки отверстий или планировки поверхностей (снятие металла планировкой или шабрением) на данном же оборудовании. Т.е. оценка точности с доводкой методом тонкой планировки с последующим шабрением направляющих с требуемой точностью. На прецизионном контрольно-силовом оборудовании достигается погрешность контроля или подгонки в пределах 0,001 мм.
Как правило координатные столы инструментальных микроскопов обеспечивают точность проверки отдельных линейных размеров деталей в пределах 0,0002 мм, а с угловыми перемещениями проверка возможна с точностью до 0,0005мм (см.Рис.1). При их изготовлении (инструмент второго порядка) применяются специальные технологии обработки и пригонки в условиях ручных лекальных работ. В данном случае большой процент работ падает на контрольно-силовое оборудование, где параллельно производятся ручные лекальные доводочные операции и приёмки. Например, при изготовлении прецизионных оптико-механических контрольных приборов и оборудования (Швейцария, Координатно-расточные, координатно-шлифовальные станки (обработка отверстий корпусов и плит с точностью расположения координат 0,001 мм с твёрдостью более 75 единиц твёрдости по Рокквелу) SIP и др.) производится трёхкратная полная разборка и сборка станков перед поставкой заказчику. Установку и сдачу оборудования производит фирма-изготовитель после подготовки и принятия места расположения его согласно инструкциям изготовителя оборудования.[2]