автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Автоматизированный технологический комплекс для производства цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещений

правах рукописи

Лофицкий Игорь Вадимович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦИФРОВЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005г.

Работа выполнена в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.ПКоролева (СГАУ)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гречишников Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кондратенко Владимир Степанович

кандидат технических наук Григорьев Владимир Александрович

Ведущая организация: ФГУП «Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения»

Защита диссертации состоится «28» июня 2005г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.01 при Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ

Автореферат разослан «12 » мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.т.н., профессор

В.В.Филинов

2 /7/

^-¿Р^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 7

Актуальность темы. Волоконно-оптические приборы и устройства находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Непрерывно возрастающий интерес к волоконно-оптическому приборостроению подтверждает бурная динамика развития мирового рынка оптоэлектронных приборов, который, по данным экспертных оценок, в последнее время составляет десятки миллиардов долларов в год.

Обширную группу среди волоконно-оптических преобразователей занимают преобразователи линейных и угловых перемещений (ВОПП). К настоящему времени разработано большое многообразие конструктивных и схемотехнических разновидностей ВОПП. Однако их широкому практическому использованию в значительной степени препятствует недостаточный уровень технологических процессов используемых для их проектирования, изготовления и контроля. Такое положение обусловлено тем, что ВОПП является сложными электромеханическими устройствами, содержащими в своем составе прецизионные механические узлы, протяженные волоконно-оптические линии связи и электронные компоненты. Наличие в их структуре разнесенных в пространстве различных по физической природе функциональных элементов (сборочных единиц) требует применения индивидуальных технологий их производства, в значительной степени ориентированных на ручные методы регулировки и контроля интерфейсных параметров. Особенно остро указанные проблемы проявляются при создании высокоточных ВОПП с информационной емкостью 12-14 бит и более. Так, для оценки качества сборки ВОПП на основе 13-ти разрядной маски кода Грея необходимо контролировать амплитуды, форму и взаимные фазовые сдвиги формируемого набора аналоговых и цифровых сигналов на 16192 периодах их изменения. Поэтому применение ручных операций контроля в процессе производства ВОПП увеличивает затраты времени и трудовых ресурсов, которые могут достигать сотен человеко-дней. Сравнимыми по трудоемкости оказываются операции и по обработке полученной информации. Еще большую остроту указанные проблемы приобретают при создании многоотсчетных ВОПП, имеющих развитую оптическую схему и сложные электронные схемы согласования отсчетов. Указанные обстоятельства приводят к увеличению себестоимости изделий и снижению их конкурентоспособности.

Решение проблемы повышения производительности, снижения затрат и повышения культуры производства ВОПП возможно путем создания и внедрения в производственный процесс комплекса интеллектуальных технологических модулей (ИТМ) для контроля точности изготовления ВОПП. Использование комплекса ИТМ позволит на виртуальном уровне интегрировать разнесенные в пространстве и времени частные технологические процессы в единый производственный комплекс и обеспечить его информационную и технологическую совместимость. При этом с помощью специальных программных средств представляется возможным осуществлять настройку отдельных сборочных единиц и ВОПП в целом, а также проводить экспресс-анализ комплекса метрологипоокшс хауаы^^^ус. путем моделирования процедур поверочных испытаний. Рй%иБЛ1М»'И1Л I

Несмотря на имеющиеся отдельные публикации, проблема создания и практического использования технологического оборудования, обладающего перечисленными свойствами, до сих пор не решена. На основании изложенного тема диссертационной работы, посвященная научному и экспериментальному обоснованию, а также созданию высокотехнологичных ИТМ для производства ВОПП представляется актуальной, имеющей важное значение для науки и практики.

Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое и экспериментальное обоснование комплекса специализированных интеллектуальных технологических модулей и технологического оборудования, обеспечивающего повышение производительности и точности технологических операций в процессе производства ВОПП.

Задачи исследования:

- обзор принципов построения, технологических приемов и оборудования для производства ВОПП;

- разработка математических моделей, позволяющих учесть влияние комплекса производственных погрешностей и внешних факторов на процесс функционирования ВОПП;

- разработка программного обеспечения для моделирования процедур поверочных испытаний и расчета коэффициентов влияния технологических погрешностей и внешних факторов на метрологические характеристики ВОПП;

- разработка методики оптимального расчета технологических допусков на параметры элементов конструкции ВОПП;

- разработка и обоснование структурной схемы и программного обеспечения специализированных интеллектуальных технологических модулей для проектирования, производства и контроля ВОПП;

- разработка технологии производства взаимозаменяемых электронных блоков ВОПП с использованием установки факельно-дугового разряда;

- изготовление и экспериментальные исследования разработанного технологического оборудования.

Методы исследования.

При решении поставленных задач в работе использованы математический аппарат теории аналого-цифрового преобразования, аналитической геометрии, методы решения оптимизационных задач, теории погрешностей, теории вероятностей, интегрального и дифференциального исчисления.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований макетных образцов технологических модулей, созданных с использованием разработанных математических моделей и структурных схем, экспериментальными исследованиями макетного образца установки факельно-дугового разряда, а также сравнением полученных результатов с данными, полученными другими исследователями. Научная новизна работы:

- разработаны математические модели ВОПП и отдельных сборочных единиц, отображакццце процессы их изготовления, сборки и функционирования с учетом комплекса доминирующих производственных погрешностей;

- разработаны методики оптимального расчета производственных допусков на параметры механических, волоконно-оптических и электронных компонентов цифровых ВОПП по критерию минимальной стоимости изготовления;

- разработаны принципы построения специализированных интеллектуальных технологических модулей для экспресс-анализа метрологических характеристик сборочных единиц с использованием программного обеспечения, моделирующего процессы преобразования ВОПП и его отдельных составных частей;

- разработана новая технология подгонки толстопленочных резисторов в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов электронного блока ВОПП, основанная на использовании факельно-дугового разряда в режиме дискретного апериодического управления.

Практическая ценность работы:

- с использованием разработанных математических моделей ВОПП, программного обеспечения и структурных схем разработаны реальные образцы технологических модулей для экспресс-анализа метрологических характеристик как отдельных сборочных единиц, так и ВОПП в целом;

- разработанные методики оптимального выбора допусков могут быть положены в основу методик инженерного проектирования широкого класса электромеханических приборов и преобразователей информации;

- предложенный способ подгонки толстопленочных резисторов с использованием факельно-дугового разряда реализован в разработанной автором технологической установке, которая позволила, по сравнению с другими способами, обеспечить более высокую управляемость процессом подгонки, повысить процент выхода годных резисторов, повысить их временную стабильность и сократить трудоемкость процесса подгонки.

Реализация результатов работы:

Результаты работы нашли практическое применение:

- в технологическом оборудовании для производства толстопленочных плат микросборок ВОПП на ФГУП «НИИ - «ЭКРАН»», г. Самара;

- при разработке методов контроля параметров для проведения стендовых и полевых испытаний изделий ГП «НИМИ», г. Москва;

- в учебном процессе СГАУ при выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов по специальности 200800 «Проектирование и технология РЭС».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: II Всесоюзном совещании «Высокочастотный разряд в волновых полях» (Куйбышев, 1989г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Микроэлектроника в машиностроению) (Ульяновск, 1989г.), III Всесоюзной конференции «Применение лазеров в народном хозяйстве» (Шатура, 1989г.), Зональном научно-техническом семинаре «Сварка и пайка в приборостроении» (Пенза, 1990г.), Областной научно-технической конференции «Молодые ученые и специалисты - производству» (Куйбышев, 1990г.), Зональном научно-техническом семинаре «Сварка и пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры и приборов» (Пенза, 1991г.),

5

Зональной конференции «Концентрированные потоки энергии в соединении материалов» (Пенза, 1991г.), Научно-технической конференции СНГ «Микроэлектроника в машиностроении» (Ульяновск, 1992г.), V, VI и VII Международных научно-практических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Москва, 2002г, 2003г. и 2004г.), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза 2004г.) и др.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 134 страницы основного текста, включая 50 иллюстраций и 8 таблиц. Список литературы включает 120 наименований.

Основные положения, представляемые к защите:

- математические модели, отображающие влияние комплекса доминирующих технологических погрешностей и внешних эксплутационных факторов на процессы функционирования и метрологические характеристики ВОПП;

- методика оптимального расчета производственных допусков на параметры механических, волоконно-оптических и электронных компонентов ВОПП по критерию минимальной стоимости изготовления;

- структурные схемы и программное обеспечение комплекса специализированных технологических модулей для проведения экспресс-анализа метрологических характеристик в процессе производства ВОПП;

- новая технология подгонки толстопленочных резисторов в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов электронного блока ВОПП, основанная на использовании факельно-дугового разряда в режиме дискретного апериодического управления технологическим процессом.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель, основные задачи исследования, а также научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены принципы структурной организации ВОПП с различными способами уплотнения информационных каналов. На основании анализа литературных данных установлено, что реальные технические возможности существующих методов уплотнения ограничены, и не превышают 6-8 каналов. Это не позволяет использовать их в ВОПП с развитой оптической схемой, в которых число каналов считывания информации может достигать 15-20. Поэтому основным вариантом построения ВОПП на сегодняшний день является непосредственный съем информации с кодовых дисков по принципу «от точки к точке». При этом каждый канал модуляции излучения обслуживается своей парой приемных и передающих световодов.

Показано, что во всех случаях ВОПП содержит три сборочные единицы: оптико-механический блок (ОМБ), волоконно-оптический кабель (ОК), и электронный блок (ЭБ) (рис. 1). ОМБ содержит прецизионный подшипниковый узел или направляющие поступательного движения, с помощью которых измеряемый параметр преобразуется в перемещение кодового элемента относительно передающих и приемных торцов световодов, укрепленных в корпусных деталях ОМБ.

а

—>

Рис. 1. Обобщенная структурная схема ВОПП

ОК предназначен для реализации информационной связи между ОМБ и ЭБ. Он представляет собой законченный в конструктивном отношении модуль, содержащий оптические волокна, упрочняющий элемент, демпфирующие слои и защитное покрытие. ЭБ включает в себя источник излучения, блок фотоприемников, компараторы и цифровые логические элементы и микроконтроллеры. Проведен обзор и сравнительный анализ методов и технических средств обеспечения технологической точности ВОПП и их отдельных сборочных единиц. Показано, что для изготовления ОМБ используются технологии механической обработки (токарные, фрезерные работы, термообработка, шлифовка) материалов а также методы фотолитографии. Такие же операции применяются и входе изготовления ОК. При изготовлении ЭБ используются различные методы производства микроэлектронной аппаратуры.

Однако используемые в процессе производства отдельных сборочных единиц инструментальные средства контроля, в том числе дорогостоящие эталонные средства измерения (механические, оптические, электронные) не позволяют получать достоверную информацию о качестве функционирования сборочной единицы * в составе готового изделия, что снижает производительность труда и увеличивает себестоимость изделия. В связи с этим в работе для указанных целей предлагается использовать комплекс технологических модулей, структурная схема которого приведена на рис. 2.

Для контроля качества изготовления сборочных единиц к их входам подключают эталонные сигналы, формируемые в РС. Соответствующие выходные сигналы возвращаются в РС, где они используются для расчета метрологических характеристик изделий. При этом в качестве эталонного ВОПП используется его программная модель, отображающая процессы функционирования как отдельных сборочных единиц, так и изделия в целом. Реализация такого комплекса позволяет переложить наиболее трудоемкие операции, связанные с контролем параметров

и

и

ЭБ

■ п

. и

Ы(а)

сборочных единиц, на РС и за счет этого радикальным образом повысить производительность и точность технологических процессов.

УС £

УВВ

>< / /

ОМБ

(Жо)}

РС

Комплекс ПО

Шина ША вив -Лг Лс

Технологическое оборудование и оснастка

Рис. 2. Структурная схема комплекса специализированных интеллектуальных

технологических модулей УС - устройство согласования, УВВЬ УВВг, УВВ3 - устройства ввода-вывода

Для создания такой системы необходимо разработать некий «математический образ» готового изделия, который с необходимой достоверностью отображал бы реальные процессы изготовления и контроля ВОПП.

Во второй главе рассмотрены вопросы математического описания процессов функционирования отдельных сборочных единиц ВОПП с учетом производственных погрешностей их изготовления, а также влияния внешних эксплута-ционных факторов. В основе принятого подхода лежит единая математическая оболочка, объединяющая в одном математическом выражении комплекс частных математических моделей процессов преобразования в ОМБ, ОК и ЭБ с учетом влияния производственных погрешностей.

и

\^[(р(а,саа,Лса)фв,Лс^и(сэ0,Лс^см0^Асм]}2\ (1)

где Р, - логическая функция формирования г- той разрядной цифры выходного двоичного кода, У°=(У,°, К/,Ук°) е Му (Му- упорядоченный набор выходных

[1 при и, > ипор

сигналов компараторов), причем К, = < ,где 9=((р/, <рг, ~,

[О прии,<ипор-иг

(р^еМр- набор функций модуляции излучения в ОМБ, ц=(г\ь г\ъ..., еМп - набор коэффициентов передачи световодов ВОЛ С, и=(и,, и2,..., и^ е М„ - набор амплитудных значений сигналов на выходах фотоусилителей, са°, св0,сэ°,см 0 и Аса Асв, Асэ_ Лсм - наборы параметров и их отклонений от номинальных значений,

8

с,0вГ>,с Я", Х>/° - область действительного пространства Я"' номинальных пара-

метров ВОПП, Ас, еЛИ,С Я" - область действительного пространства отклонений параметров от номинальных значений (погрешностей) ВОПП, ¡=(а,В,Э,М). Вид логических функций ^ (V) и число логических переменных V, определяется способом кодирования информации в ВОПП. В простейшем случае, когда преобразователь выполнен на основе маски натурального двоичного кода, для каждого разряда имеет место равенство V, = а/.

Как видно из (1) основной задачей математического моделирования ВОПП является создание частных математических моделей отдельных сборочных единиц <р, у, и, см и создания соответствующего программного обеспечения для любых их сочетаний.

Основным требованием к математическим моделям является максимальная их адекватность реальным физическим устройствам. Адекватность в данном случае обеспечивается корректным учетом максимального числа погрешностей, возникающих в процессе производства и эксплуатации ВОПП.

Рассмотрим наиболее сложный случай получения математической модели ОМБ (р=((р1, <ръ—, <Рк)- Входной величиной ОМБ (рис. За) является измеряемое перемещение а, а выходной - набор оптических сигналов, промодулированных подвижным кодовым диском (КД) и считывающим элементом (СЭ). Процесс взаимодействия /- того СЭ и у- того КД описывается функцией модуляции <р/а,са°,Аса0).

Независимо от вида используемой системы кодирования информации задача построения виртуальной модели ОМБ сводится к получению функции модуляции оптического излучения <р/х, с/, прошедшего через подвижный кодовый элемент (КЭ) и набор неподвижных СЭ. При этом <р, = Б,/а)/ Б]0, где ¿у - полная площадь у- того СЭ, Б,/а) - площадь взаимного перекрытия /- того КЭ и у- того СЭ. Сложность решения этой задачи связана с тем, что в результате действия многочисленных производственных погрешностей область взаимного перекрытия в общем случае представляет собой криволинейный многоугольник, число сторон которого в процессе перемещения изменяется случайным образом от 3 до 8 (рис. 36). Поэтому для получения математических моделей сигналов, адекватно отображающих реальные физические процессы преобразования в ОМБ, необходимо учитывать индивидуальные особенности процессов модуляции на каждом периоде формируемых сигналов.

а)

б)

Рис. 3. Типовые формы областей пересечения КЭ и СЭ

Для решения подобных задач в настоящее время используются методы теории R-функций, локального веерного преобразования, аналитической геометрии и др. Однако большой объем вычислений, необходимый при реализации двух первых методов, не позволяет моделировать вышеперечисленные процессы модуляции сигнала в реальном времени даже при использовании современных ПК. В связи с этим в работе предложен метод получения функции модуляции, основанный на представлениях аналитической геометрии, обеспечивающий моделирование работы ОМБ в широком диапазоне скоростей изменения входного перемещения.

Для решения этой задачи введем следующие исходные данные: 1 .Образующие окружности КЭ и СЭ представляют собой эллипсы со смещенным центром, главные полуоси которых повернуты на некоторый угол относительно базовой ортогональной системы координат ХОУ.

2.Погрешность угловой разметки КЭ и СЭ определяются не только погрешностями делительной машины, но и торцевыми биениями измерительного вала, неплоскостностью КЭ и СЭ и дифракцией оптического излучения.

3. Суммарный эксцентриситет СЭ относительно оси вращения учитывает векторы образующих эллипсов посадочного отверстия для СЭ в корпусной детали и посадочного отверстия на ответной части корпусной детали.

4. Суммарный эксцентриситет КЭ учитывает несоосность вала датчика и объекта измерения, собственные радиальные биения вала и погрешность установки вала в подшипниках, а также радиальные биения подшипников, зависящие от срока и условий их эксплуатации.

5. При составлении модели форма КЭ и СЭ в виде сектора кольца заменена на трапецию. Погрешность такой замены не превышает 0,05%.

6. Неравномерностью распределения освещенности по площади СЭ можно пренебречь.

С учетом принятых исходных данных получены выражения для координат вершин областей СЭ (точки Mj, Nj, Pj, Qj) и КЭ (точки Мц, Nv, Рц, Qu) (рис. 36). Пользуясь полученными выражениями, получены уравнения для каждой из границ КЭ И СЭ в виде уравнений прямых в отрезках (всего восемь уравнений). Для нахождения точек пересечения границ СЭ, и K3,j необходимо решить систему из 16 элементарных уравнений, описывающих левые, правые, нижние и верхние границы C3j и КЭ,/.

У к, = У Mj Уп, = Ум Ущ=Уы У hj ~ У \ij

У а, = Ущ Уп, = Ущ У в] = Ущ Ун, = Ущ

Уы = У в,j Уп, = Уы, Ув1=Ув,] Ун, = У во

У л/ ~ У Hi, Уп, ~У нц У в, = Ун,J Ущ ~ Ущ

(2)

В результате решения уравнений (2) получены координаты точек пересечения границ КЭ и СЭ. Число таких точек может изменяться от 3 до 8.

Кроме найденных точек, в совокупность вершин искомого многоугольника входят вершины КЭ, принадлежащие области СЭ, а также вершины СЭ, принадлежащие области КЭ. Идентификация таких вершин может быть осуществлена с помощью матрицы знаковых функций, составленной из разностей между y0j и уравнениями границ области СЭ при * = х0/.

signf y0J~ У a(xoj)J sign Ay ^ signf y0j ~yn(xoj)l _ signAynj • signf y0J - yB( x0J)] sign Ay BJ > \signf y0j-У h( xoj )] signAyHj

Значение x0J определяется как координата точки пересечения диагоналей

MjPjKNJQJ.

Поскольку многоугольники пересечения являются выпуклыми, матрица знаковых функций одинакова для всех вершин точек КЭЦ, принадлежащих области СЭу. Для вершин КЭЦ , лежащих вне данной области, получаемая матрица знаковых функций не совпадает с базовой хотя бы в одной позиции, и поэтому такую вершину следует исключить из рассмотрения.

Выявление вершин СЭу, принадлежащих области КЭЧ производится аналогично. Отличие состоит в том, что координаты точки пересечения диагоналей КЭи, а следовательно, и матрица базовых знаковых функций, зависит от углового положения КЭЦ. По полученным координатам вершин искомого многоугольника (за-• штрихованные области на рис. 36), его площадь представляется в виде суммы площадей треугольников:

/

Тогда функция модуляции излучения в j- том канале преобразования определится в виде: <pj=S,j(a)/So, где S0 - номинальная площадь СЭГ

Набор функции I/ формируется с использованием соотношений для коэффициентов передачи rj=f(cB0, Асв°) приведенных в соответствующих литературных источниках (работы Бутусова М.М., Дж. Гауэра, Козанне А. и др.). Совокупность набора электрических сигналов и может быть описана простыми выражениями вида Uj=PjSjKnj+ucM) , где Pj - максимальная оптическая мощность вводимая в j-ь тый канал, Sj - чувствительность фотоприемника, КП] - коэффициент преобразования фототока в напряжение, иСщ - напряжение смещения на выходе j- того фотоусилителя.

На основании полученных выражений в работе разработан алгоритм и программное обеспечение для моделирования процессов преобразования реальных ВОПП в целом, а также отдельных сборочных единиц в их различных сочетаниях. Программное обеспечение реализовано в среде программирования Borland Delphi 4.0. Результаты, полученные на тестовых примерах, показали, что количественные показатели качества виртуальных ВОПП отличаются от аналогичных показателей их физических прототипов не более чем на 10%.

В третьей главе рассмотрены вопросы метрологического обеспечения разрабатываемых технологических модулей для реализации технологических процессов изготовления, сборки и контроля качества ВОПП.

Для обеспечения адекватности программного обеспечения, моделирующего процессы преобразования сборочных единиц реальным ВОПП, необходимо рассчитать диапазоны варьирования значений конструктивно-технологических параметров отдельных сборочных единиц при условии обеспечения заданной суммарной погрешности преобразования ВОПП в целом. По существу эта задача сводится к расчету допусков на параметры измерительного тракта по заданной суммарной погрешности преобразования. В связи с этим в работе проведен обзор и сравнительный анализ методов обеспечения технологической точности электромеханических измерительных устройств. Показано, что известные методики не могут быть использованы для решения задач синтеза цифровых электромеханических преобразователей, по точностным критериям. Поэтому в работе предложена методика поэтапного решения этой задачи. На первом этапе необходимо обосновать требования к точности функционирования отдельных сборочных единиц ВОПП. Если известно число разрядов п выходного кода ВОПП, то допустимая суммарная инструментальная погрешность преобразования равна умп=360/2"+'. Пусть ОМБ, ОК и ЭБ вносят одинаковый вклад в суммарную погрешность ВОПП. Тогда допустимые значения погрешностей равны между собой и составляют ух= ■

Для расчетов допусков на механическую и электронную группы параметров с учетом стоимости элементной базы, информационных соотношений и статистических характеристик элементов преобразователя воспользуемся выражениями:

5, _ 1 г1Ка1к

' 'а±а, <«*+ */»«>' (4)

я1 - 1

°к - к /■1 («эг + КРам)2

л2 1

к-\) (а^ + К^)1

Я1 - 1 е2 1

аЦп-к -1) («эг + К,«^)2

Результаты выполненных на ЭВМ расчетов показывают, что функции влияния для подавляющего большинства источников результирующей инструментальной погрешности с достаточной для практики точностью могут быть аппроксимированы уравнениями прямых:

а(АС,) = к<тАС1, (6)

m(ACl) = kmAC¡,

(7)

где к„, кт— коэффициенты влияния отклонений параметров АС, на с.к.о. (ка,) и математическое ожидание (&„,) результирующей инструментальной погрешности преобразования.

Пользуясь выражением (6), можно найти оптимальное значение допусков на отклонения АС,:

К Ък

(8)

Соответствующие полученным значениям АС, систематические составляющие результирующей погрешности найдем по (7) с учетом (8):

Ък„

(9)

Правильность полученной методики расчета может быть проверена по выражению:

Yz =

z r;2[af+

km i

J 2"+1

(10)

где « — число двоичных разрядов на выходе ВОПП.

Формулы для расчета допусков на параметры оптического кабеля получим в результате решения оптимизационной задачи. Для последовательной схемы включения элементов системы суммарные потери равны сумме потерь:

¡-i

р

где Bt = 10 lg —— = -10 lg r]t, r¡t - энергетический КПД передачи мощности /-

^вых

тым элементом, a,=dr¡/dx,- коэффициент влияния /- того источника энергопотерь, хi - нормированное значение /'- того фактора потерь.

Запишем минимизируемую функцию в виде:

ф = t[co. + + 0' <12>

где Я - коэффициент перевода размерности энергопотерь в единицы стоимости.

В качестве уравнения связи используем (11). Находя частные производные функционала (12) по переменным В, и приравнивая их к нулю, получим систему

уравнений, решая которую, получим расчетную формулу:

—-

(п V <13)

а.

Ч/-1 У

Используя известные выражения для энергопотерь В,=/{х) определяем

значения отклонений параметров ОК х„ приводящих к возникновению соответствующих потерь В(.

В диссертации приведен пример инженерного расчета оптимальных значений В/ и соответствующих им квазиоптимальных значений допусков на параметры оптического кабеля, которые должны быть выдержаны в процессе производства ОК.

В четвертой главе рассмотрены принципы построения и технической реализации ИТМ для производства отдельных сборочных единиц ВОПП с использованием разработанных в главе 2 математических моделей и программного обеспечения, а также специализированного технологического оборудования.

Важной проблемой в условиях производства и эксплуатации ВОПП является обеспечение взаимозаменяемости их структурных блоков - ОМБ, ОК и ЭБ. Рассмотренная в главе 3 методика оптимального распределения допусков на погрешности этих блоков позволяет обосновать значения погрешностей каждого блока и теоретически обеспечить их взаимозаменяемость. Однако в реальных условиях производства и эксплуатации ВОПП действует ряд специфических факторов, приводящих к необходимости их индивидуальной настройки, а следовательно, к их невзаимозаменяемости. В качестве примера рассмотрим структурную схему ИТМ для получения взаимозаменяемых ЭБ (рис.4). В персональном компьютере РС одновременно запускаются программное обеспечение ОМБ+ОК и программа обобщенного ВОПП, отклонения параметров измерительного тракта которого находятся в пределах допусков, определенных по вышеизложенным методикам (гл. 3). С помощью драйвера интерфейса ОР цифровые коды, соответствующие текущим значениям оптических сигналов, формируемых программой, подаются на блок ЦАП. Выходные сигналы ЦАП управляют мощностью излучения калиброванных источников излучения, которые формируют набор оптических сигналов, имитирующих сигналы в реальном преобразователе. Эти сигналы воспринимаются фотоприемниками настраиваемого ЭБ, который вырабатывает выходной код "гибридного" ВОПП. Этот код через интерфейс ввода 1Р вводится в РС. Путем сравнения выходного кода модели ВОПП„ и кода, введенного через 1Р, формируется массив значений инструментальной погрешности "гибридного"

14

Рис.4. Блок-схема технологической установки для настройки ЭБ

преобразователя. После статистической обработки этого массива на дисплей РС выводится гистограмма распределения результирующей погрешности и ее числовые характеристики: математическое ожидание, с.к.о., коэффициент относительного рассеивания и др. Время, затрачиваемое на выполнение одной процедуры метрологической аттестации ОМБ не превышает 2 мин., что на несколько порядков меньше, чем при существующей технологии. В случае несоответствия метрологических характеристик заданным значениям оператор имеет возможность вывести на экран дисплея аналоговые или цифровые сигналы в любой точке принципиальной схемы, выявить причину и отрегулировать ЭБ, оперативно контролируя влияние регулировочных операций на метрологические характеристики ВОПИ. Как показал анализ, чаще всего причиной возникновения погрешностей ЭБ является недостаточная точность резисторов, используемых в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов электронного блока.

В связи с этим в работе предложена оригинальная установка факельно-дугового разряда (УФДР) для подгонки толстопленочных резисторов. Блок-схема установки приведена на рис. 5.

Принцип действия установки основан на воздействии на резистивный слой импульсами высокочастотного факельного разряда. При этом происходит удаление части резистивного слоя либо изменение его структуры. В результате сопротивление подгоняемого резистора увеличивается, либо для некоторых типов материала резистивного слоя уменьшается. Желаемый результат подгонки достигается путем выбора мощности, длительности частоты следования импульсов разряда.

При создании установки был разработан блок управления (БУ), позволяющий автоматизировать процесс подгонки резисторов, за счет заданного перемещения рабочего электрода, обеспечивающего равномерное удаление материала резистивного слоя с образованием Ь-образного реза и ступенчатого апериодического процесса подгонки позволяющего устранить возможность "переподгонки" резистивного слоя подгоняемого резистора.

Рис. 5. Структурная схема установки для подгонки толстопленочных резисторов 1- генератор разряда, 2- координатный стол, 3- двигатели, 4- фотодатчики, 5- блок управления (БУ), 6- блок коммутации, 7- рабочий электрод, 8- подложка с резистором, 9- подложкодержа-тель, 10- вибратор, 11- измеритель сопротивления.

Основные параметры установки

1 Точность подгонки, % ±0,01 4 Частота следования импульсов, Гц 1,0-10

2 Частота возбуждения разряда, МГц 27,12 5 Длительность импульсов, мс 0,12,0

3 Мощность разряда, Вт 30-100 6 Потребляемая мощность, Вт 60

Аналогичные схемы разработаны для настройки ОМБ и ОК. Поскольку настройка отдельных блоков производится с использованием фрагментов одной и той же программы, то изготовленные с использованием разработанного технологического оборудования блоки оказываются взаимозаменяемыми, что существенно повышает технологичность процессов технического обслуживания и ремонта ВОПП. Отметим также, что использование ИТМ облегчает изготовление ВОПП из некондиционных деталей или сборочных единиц за счет регулировки параметров излучателя и ОК, которые в совокупности выполняют роль "замыкающего звена".

Результаты экспериментальных исследований показали высокую эффективность разработанного технологического оборудования при производстве ВОПП угловых перемещений с информационной емкостью от 8 до 13 бит.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе теоретически обоснованы и созданы действующие образцы технологических модулей и соответствующее программное обеспечение для них, обладающие расширенными функциональными возможностями и позволяющие повысить производительность, точность изготовления и контроля цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещений.

1. Проведенный обзор существующих технологических приемов и оборудования для производства ВОПП показал, что они в значительной степени ориентированы на ручные методы контроля интерфейсных параметров, что приводит к недопустимому снижению производительности и точности технологических операций;

2. Разработаны математические модели, отображающие процессы преобразования информации как отдельными сборочными единицами, так и изделием в целом. Указанные модели позволяют учесть влияние комплекса производственных погрешностей и внешних факторов (десятки-сотни наименований) на процесс функционирования ВОПП;

3. На основе разработанных математических моделей создано программное обеспечение для моделирования процессов преобразования реальных ВОПП и расчета коэффициентов влияния технологических погрешностей и внешних факторов на метрологические характеристики изделия;

4. В результате решения оптимизационной задачи разработана методика оптимального расчета технологических допусков на параметры элементов конструкции волоконно-оптического кабеля по критерию минимума затрат на его изготовление;

5. Разработаны и обоснованы структурные и принципиальные схемы специализированных интеллектуальных технологических модулей для проектирования, производства и контроля ВОПП;

6. Разработана технология производства взаимозаменяемых электронных блоков ВОПП, основанная на прецизионной подгонке (с точностью 0,01%) резисторов в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов путем воздействия на резистивный слой импульсами факельно-дугового разряда в режиме дискретного апериодического управления процессом;

7. Проведенные экспериментальные исследования и результаты практического внедрения разработанных в диссертации программно-технологических средств и технологической установки факельно-дугового разряда показали их высокую эффективность при производстве цифровых ВОПП с информационной емкостью 8-13 бит.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пиганов М.Н., Буров Н.И., ЛофицкиЙ И.В. Автоматизированная установка для подгонки толстопленочных резисторов // Техника средств связи. Сер. Технология производства и оборудование,- 1989. - Вып. 2. - С. 50-53.

2. Исследование термических процессов в молибденсодержащих пастах /Пиганов М.Н., Шестакова H.A., Лофицкий И.В. и др. // Техника средств связи. Сер. Технология производства и оборудование. - 1990. - Вып. 2. - С. 33 - 35.

3. A.C. 1715110 СССР, МКИ Н01 С17/24. Способ подгонки толстопленочных резисторов. / М.Н.Пиганов, Н.И.Буров, И.ВЛофицкий // зарег. 22.10.91г.

4. A.C. 1713379 СССР, МКИ Н01 С 17/24. Устройство для подгонки толстопленочных резисторов. / М.Н.Пиганов, Г.П.Шопин, И.В.Лофицкий и др. // за-рег. 15.10.91г.

5. Пиганов М.Н., Лофицкий И.В., Буров Н.И. Повышение стабильности факельно-дугового разряда при обработке микросборок // Зональная научно-техническая конференция «Концентрированные потки энергии в соединении материалов». Тезисы докладов. Пенза, 27-28 мая 1991г. С. 69-70.

6. Поведение резистивных молибден- и висмутсодержащих паст при нагревании / Пиганов М.Н., Шестакова H.A., Лофицкий И.В. и др. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, Украина. -1992.- №1. - С. 63-65.

7. Лофицкий И.В., Пиганов М.Н. Исследование точности и стабильности технологического процесса изготовления резистивных плат микросборок // Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника в машиностроении». Тезисы докладов. Ульяновск, 11-12 марта 1992г. С. 48.

8. Лофицкий И.В. Термогравиметрическое исследование молибден- и висмутсодержащих паст // V международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и права». Сборник научных трудов. - Кн. «Приборостроение». - Москва, 2002. - С. 108-113.

9. Гречишников В.М., Лофицкий И.В. Обеспечение взаимозаменяемости структурных блоков волоконно-оптических цифровых преобразователей перемещений (ВОЦПП) // VI международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и права». Сборник научных трудов. - Кн. «Приборостроение». - Москва, 2003. - С. 171-185.

10. Лофицкий И.В., Гречишников В.М. Компьютерная система оценки и прогнозирования качества на этапе проектирования оптоэлектронных цифровых измерителей информации // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». Часть I. Пенза, 24-31 мая 2004г. С. 335.

И. Гречишников В.М., Лофицкий И.В., Аглетдинов A.B. Расчет технологических допусков на параметры волоконно-оптических линий связи с учетом заданного уровня энергетических потерь // Вестник СГАУ. Сер. «Актуальные проблемы радиоэлектроники». Самара: Изд-во СГАУ, 2004. - Вып. 9. С. 68-75.

12. Лофицкий И.В. Расчет оптимального распределения энергетических потерь между элементами волоконно-оптических линий связи // VII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и права». Сборник научных трудов. - Кн. «Приборостроение». - Москва, 2004. - С. 131-137.

Подписано в печать 6 мая 2005 г. Формат 60><84. 1/16 Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ

МГАПИ

0S'U919

РНБ Русский фонд

2006-4 9304

ВВЕДЕНИЕ.

Ф ГЛАВА 1. Анализ принципов построения и технологии изготовления волоконно-оптических преобразователей перемещения (ВОП11).

1.1. Принципы применения волоконно-оптических технологий в приборостроении.

1.2. Особенности конструктивного и схемотехнического исполнения

ВОПП.

1.3. Особенности технологии изготовления волоконно-оптических элементов ВОПП.

1.4. Анализ существующих технологий производства ВОПП.

1.5. Принципы построения автоматизированного комплекса для контроля технологической точности ВОПП.

1.6. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Математическое моделирование процессов функционирования ВОПП с учетом производственных погрешностей.

2.1. Обобщенная математическая модель ВОПП.

2.2. Разработка математической модели функционирования оптико-механического блока ВОПП.

2.3. Математические модели волоконно-оптического кабеля.

2.4. Математические модели базовых электронных аналоговых и аналогоф цифровых функциональных элементов ВОПП.

2.5. Разработка программной модели

ВОПП.

2.6. Описание основных программных объектов используемых в системе.

2.7. Проверка и анализ полученной с помощью АС информации.

2.8. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Расчетные методы обеспечения технологической точности ф ВОПП.

3.1. Обзор и сравнительный анализ методов расчета технологических допусков на параметры ВОПП.

3.2. Методика оптимизации допусков на параметры элементов ВОПП.

3.3. Расчет оптимального распределения энергопотерь между элементами ВОЛС.

3.4. Пример энергетического расчета ВОПП.

3.5. Расчет допусков на параметры цифровых ВОПП.

3.6. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Разработка интеллектуальных технологических средств для производства цифровых ВОПП.

4.1. Общие положения.

4.2 Принципы построения ИТМ для настройки электронных блоков

ВОПП.

4.3. ИТМ для настройки оптико-механического блока ВОПП.

4.4. Принципы построения ИТМ для компенсации неравномерности параметров передачи излучения световодов ОК.

4.5. Принципиальные схемы интерфейсов, используемых в ИТМ.

4.6. Технологическая установка факельно-дугового разряда для точной подгонки резисторов ЭБ ВОПП.

4.7. Выводы к главе 4.

5.0сновные результаты и выводы по работе.

Волоконно-оптические приборы и устройства находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Это обусловлено рядом их принципиальных преимуществ перед традиционными конструктивно-технологическими решениями, а именно, высокой помехозащищенностью, точностью функционирования, минимальными массо-габаритными показателями, также возможностью безотказной работы во взрыво- и пожароопасных средах, при воздействии радиации и других внешних эксплуатационных факторов. Непрерывно возрастающий интерес к волоконно-оптическому приборостроению подтверждает бурная динамика развития мирового рынка оптоэлектронных приборов, который, по данным экспертных оценок, в последнее время составляет десятки миллиардов долларов в год.

Обширную группу среди волоконно-оптических приборов занимают преобразователи линейных и угловых перемещений (ВОПП). Проведенный анализ запросов предприятий различного профиля показал, что суммарная ежегодная потребность в ВОПП составляет около 60 тыс. штук. При этом чаще всего требуются ВОПП с информационной емкостью 11 — 16 бит (88 % от общей потребности) и длиной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) до 100 м (85 %).

К настоящему времени разработано большое многообразие конструктивных и схемотехнических разновидностей ВОПП. Большой вклад в развитие теории, проектирования и промышленного освоения ВОПП внесли известные научные коллективы и приборостроительные фирмы как у нас в стране (ЛОМО, МИЭТ, МВТУ им. Баумана, ЛИТМО, МЛТИ, МИФИ, НПО «Геофизика», НИИФИ, УКБП и др.), так и за рубежом («HEIDENHAIN», «RSF-Electronic», «AEG-Telefunken», «Siemens und Halske» (Германия), «Olivetti» (Италия), «Marcony Co. ltd», «Marcony House» (Великобритания), «Boldyin piano Co», «Litton», «Electronis corporation»

США), «Mitsubishi» (Япония) и др.). В результате разработаны образцы ВОПП с уникальными показателями точности, быстродействия, массо-габаритными характеристиками и стоимостью. Однако их широкому практическому использованию в значительной степени препятствует недостаточный уровень технологических процессов, используемых для их проектирования, изготовления и контроля. Такое положение обусловлено тем, что, ВОПП являются сложными электромеханическими устройствами, содержащими в своем составе прецизионные механические узлы, протяженные волоконно-оптические линии связи и электронные компоненты. Наличие в их структуре разнесенных в пространстве различных по физической природе функциональных элементов (сборочных единиц) требует применения индивидуальных технологий их производства, в значительной степени ориентированных на ручные методы регулировки и контроля интерфейсных параметров. Особенно остро указанные проблемы проявляются при создании высокоточных ВОПП с информационной емкостью 12-14 бит и более. Так, для оценки качества сборки ВОПП на основе 13-ти разрядной маски кода Грея необходимо контролировать амплитуды, форму и взаимные фазовые сдвиги формируемого набора аналоговых и цифровых и цифровых сигналов на 16192периодах их изменения. Поэтому применение ручных операций контроля в процессе производства ВОПП увеличивает затраты времени и трудовых ресурсов, которые могут достигать сотен человеко-дней. Сравнимыми по трудоемкости оказываются операции и при обработке полученной информации. Еще большую остроту указанные проблемы приобретают при создании многоотсчетных ВОПП, имеющих развитую оптическую схему и сложные электронные схемы согласования отсчетов. Указанные обстоятельства приводят к увеличению себестоимости изделий и снижению их конкурентоспособности.

Решение проблемы повышения производительности, снижения затрат и повышения культуры производства ВОПП возможно путем создания и внедрения в производственный процесс комплекса интеллектуальных технологических модулей (ИТМ) для контроля точности изготовления ВОПП. Использование комплекса ИТМ позволит на виртуальном уровне интегрировать разнесенные в пространстве и времени частные технологические процессы в единый производственный комплекс и обеспечить информационную и технологическую совместимость. При этом с помощью специальных программных средств представляется возможным осуществлять настройку отдельных сборочных единиц и ВОПП в целом, а также проводить экспресс-анализ комплекса метрологических характеристик путем моделирования процедур поверочных испытаний.

Проблемы разработки конструкций и технологии производства ВОПП нашли отражение в работах Ю.В.Гуляева, М.М. Бутусова, В.И.Бусурина, В.М.Гречишникова, В.Г.Домрачева, Ю.Р.Носова, Е.А.Зака, А.В.Мироненко, Л.Н.Преснухина, И.В.Меськина, С.А.Майорова, Н.Е.Конюхова, В.И. Садовникова, Ю.Г.Якушенкова, И.И.Гроднева, Н.А.Семенова, И.И.Теумина, Дж.Мидвинтера, Дж.Гауэра, Б.К.Чео и др. Однако, несмотря на имеющиеся публикации, проблема создания и практического использования технологического оборудования, обладающего перечисленными свойствами, до сих пор не решена. На основании изложенного тема диссертационной работы, посвященная научному и экспериментальному обоснованию, а также созданию комплекса высокотехнологичных ИТМ для производства ВОПП представляется актуальной, имеющей важное значение для науки и практики.

Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое и экспериментальное обоснование комплекса специализированных интеллектуальных технологических модулей и технологического оборудования, обеспечивающего повышение производительности и точности технологических операций в процессе производства ВОПП.

Задачи исследования: - обзор принципов построения, технологических приемов и оборудования для производства ВОПП;

- разработка математических моделей, позволяющих учесть влияние комплекса производственных погрешностей и внешних факторов на процесс функционирования ВОПП;

- разработка программного обеспечения для моделирования процедур поверочных испытаний и расчета коэффициентов влияния технологических погрешностей и внешних факторов на метрологические характеристики ВОПП;

- разработка методики оптимального расчета технологических допусков на параметры элементов конструкции ВОПП;

- разработка и обоснование структурной схемы и программного обеспечения специализированных интеллектуальных технологических модулей для проектирования, производства и контроля ВОПП;

- разработка технологии производства взаимозаменяемых электронных блоков ВОПП с использованием установки факельно-дугового разряда;

- изготовление и экспериментальные исследования разработанного технологического оборудования.

Методы исследования.

При решении поставленных задач в работе использованы математический аппарат теории аналого-цифрового преобразования, аналитической геометрии, методы решения оптимизационных задач, теории погрешностей, теории вероятностей, интегрального и дифференциального исчисления.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований макетных образцов технологических модулей, созданных с использованием разработанных математических моделей и структурных схем, экспериментальными исследованиями макетного образца установки факельно-дугового разряда, а также сравнением полученных результатов с данными, полученными другими исследователями.

Научная новизна работы:

- разработаны математические модели ВОПП и их отдельных сборочных единиц, отображающие процессы их изготовления, сборки и функционирования с учетом комплекса доминирующих производственных погрешностей;

- разработаны методики оптимального расчета производственных допусков на параметры механических, волоконно-оптических и электронных компонентов цифровых ВОПП по критерию минимальной стоимости изготовления;

- разработаны принципы построения специализированных интеллектуальных технологических модулей для экспресс-анализа метрологических характеристик сборочных единиц с использованием программного обеспечения моделирующего процессы преобразования ВОПП и его отдельных составных частей;

- разработана новая технология подгонки толстопленочных резисторов в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов электронного блока ВОПП, основанная на использовании факельно-дугового разряда в режиме дискретного апериодического управления;

Практическая ценность работы:

- с использованием разработанных математических моделей ВОПП, программного обеспечения и структурных схем разработаны реальные образцы технологических модулей для экспресс-анализа метрологических характеристик как отдельных сборочных единиц, так и ВОПП в целом;

- разработанные методики оптимального выбора допусков могут быть положены в основу методик инженерного проектирования широкого класса электромеханических приборов и преобразователей информации;

- предложенный способ подгонки толстопленочных резисторов с использованием факельно-дугового разряда реализован в разработанной автором технологической установке, которая позволила, по сравнению с другими способами, обеспечить более высокую управляемость процессом подгонки, повысить процент выхода годных резисторов, повысить их временную стабильность и сократить трудоемкость процесса подгонки.

Реализация результатов работы: Результаты работы нашли практическое применение:

- в технологическом оборудовании для производства толстопленочных плат микросборок ВОПП на ФГУП «НИИ - «ЭКРАН» г. Самара;

- при разработке методов контроля параметров для проведения стендовых и полевых испытаний изделий ГП «НИМИ», г. Москва;

- в учебном процессе СГАУ при выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов по специальности 200800 «Проектирование и технология РЭС»;

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 134 страницы основного текста, включая 50 иллюстраций и 8 таблиц. Список литературы включает 120 наименований.

5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе теоретически обоснованы и созданы действующие образцы технологических модулей и соответствующее программное обеспечение для них, обладающие расширенными функциональными возможностями и позволяющие повысить качество проектирования, производства и контроля цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещений.

5.1. Проведенный обзор существующих технологических приемов и оборудования для производства ВОПП показал, что они в значительной степени ориентированы на ручные методы регулировки и контроля, что не отвечает современным тенденциям развития технологии приборостроения на основе автоматизации производственных процессов;

5.2. Разработаны математические модели, отображающие процессы преобразования информации как отдельными структурными блоками, так и изделием в целом. Указанные модели позволяют учесть влияние комплекса производственных погрешностей и внешних факторов (десятки-сотни наименований) на процесс функционирования ВОПП;

5.3. На основе разработанных математических моделей создано программное обеспечение для моделирования процессов преобразования реальных ВОПП и расчета коэффициентов влияния технологических погрешностей и внешних факторов на метрологические характеристики изделия;

5.4. С использованием программных моделей ВОПП и отдельных сборочных единиц разработаны принципы построения комплекса технологических модулей для контроля взаимозаменяемости структурных блоков ВОПП в процессе их изготовления. Достоверность разработанных методик подтверждена примерами расчета допусков на параметры ОК и ВОПП в целом, а также результатами экспериментальных исследований.

Установлено, что предложенные методики обеспечивают Ю-20%- ный запас по суммарной погрешности преобразования.

5.5. Разработаны и обоснованы структурные и принципиальные схемы специализированных интеллектуальных технологических модулей для проектирования, производства и контроля ВОПП и их отдельных сборочных единиц;

5.6. Разработана технология производства взаимозаменяемых электронных блоков ВОПП, основанной на прецизионной подгонке (с точностью 0,01%) резисторов в цепях смещения и отрицательной обратной связи усилителей и компараторов путем воздействия на резистивный слой импульсами факельно-дугового разряда в режиме дискретного апериодического управления процессом;

5.7. Проведенные экспериментальные исследования и результаты практического внедрения разработанных в диссертации программно-технологических средств и технологической установки факельно-дугового разряда показали их высокую эффективность при производстве цифровых ВОПП с информационной емкостью 8-13 бит.

1. А.С. 641483. Преобразователь угол-код / В.М. Гречишников, Н.Е. Конюхов // Открытия. Изобретения, 1979, № 1.

2. А.С.694882. Преобразователь перемещение в код / Н.Е. Конюхов, В.М. Гречишников, И.Д. Лапидус // Открытия. Изобретения, 1979, № 40.

3. А.С. 809286. Преобразователь перемещения в код / В.М. Гречишников, Н.Е. Конюхов, А.С. Капустин // Открытия. Изобретения, 1981, № 8.

4. А.С. 312290. Преобразователь угол-код / Клейменов Ю.В. и др. // Открытия. Изобретения, 1971, № 25.

5. А.С. 1713379. Устройство для подгонки толстопленочных резисторов / М.Н. Пиганов, Г.П. Шопин, И.В. Лофицкий и др. // Открытия. Изобретения, 1992, № 7.

6. А.С. 1715110. Способ подгонки толстопленочных резисторов / М.Н. Пиганов, Н.И. Буров, И.В. Лофицкий // Открытия. Изобретения, 1992, № 11.

7. Авдошин Е.С. Волоконная оптика в военной технике США // зарубежная радиоэлектроника, 1989, № 11, с. 93 100.

8. Авдошин Е.С., Авдошин Д.Е. Волоконно-оптические измерительные датчики и приборы // Зарубежная радиоэлектроника, 1991, № 1, с. 35 55.

9. Аветисян Д.А. Основы автоматизированного проектирования электромеханических преобразователей: Учеб. Пособие для электромеханических спец. ВТУЗов. М.: Высшая школа, 1988. - 271 с.

10. Автоматизация проектирования аналого-цифровых устройств / Э.И. Гитис, Б.Л. Собкин, А.Н. Подколзин и др.; Под ред. Э.И. Гиттиса. -М.:Энергоатомиздат, 1987.-247 с.

11. Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов.: Пер. с англ. / Под ред. И.Н. Сисакяна. -М.: Мир, 1984. 512 с.

12. Алекссенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Советское радио, 1980.

13. Анасимова И. Д., Викулин И.М., Заитов Ф.А., Хурмашев Ш.Д. Полупроводниковые фотоприемники. Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. М.: Радио и связь, 1984.

14. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем.: в двух книгах. Кн. 1. Перевод с французского. М.: Мир, 1992. - 480 с.

15. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

16. Булычев A.JI. и др. Аналоговые интегральные схемы. Справочник. 2-е изд., переработанное и дополненное. Минск: Беларусь, 1994. - 382 с.

17. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 с.

18. Бутусов М.М., Галкин С.Л., Оробинский С.П., Пал Б.П. Волоконная оптика и приборостроение. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1987.-328 с.

19. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. - 576 с.

20. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике. / A.M. Казанганов и др. Алма-Ата: Наука, 1989 г. - 248 с.

21. ВОЛС: Волоконно-оптические линии связи: Справочник / Л.М. Андрушко и др. Киев: Техника, 1988. 239 с.

22. Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытания, поверка. М.: Энергоатомиздат. 1990. - 208 с.

23. Высокоточные угловые измерения / Д.А. Анкист, К.М. Константинович, И.В. Меськин и др.: Под редакцией Ю.Г. Якушенкова. М.: Машиностроение, 1987. - 480 с.

24. Гил л Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ. — М.Мир, 1985. 509 с.

25. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989.- 504 с.

26. ГОСТ В 25008-81. Преобразователи угла цифровые. Общие технические условия. ДСП.

27. ГОСТ 1530-86. Стекло кварцевое оптическое.

28. ГОСТ 2.761-84. Обозначения условные графические в схемах. Компоненты световодных систем (с изменениями от 1985 года СТСЭВ 5049-85).

29. ГОСТ 26242-84. Системы числового программного управления. Преобразователи перемещений. Общие технические условия.

30. ГОСТ 26599-85. Компоненты волоконно-оптических систем. Термины и определения.

31. ГОСТ 8.009-84. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений: ГСИ. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений.

32. Гречишников В.М. Волоконно-оптические цифровые преобразователи перемещений. //Тезисы докладов Всес. НТК «Микроэлектронные датчики в машиностроении». Ульяновск, 1990, с. 77.

33. Гречишников В.М. Интеллектуальные и программно-аппаратные средства получения измерительной информации на основе волоконной оптики / В кн.: Автоматизированные системы научных исследований, НПЦ « Авиатор». Самара, 1995, с. 54 - 55.

34. Гречишников В.М. Оптоэлектронные цифровые преобразователи перемещений со встроенными волоконно-оптическими линиями связи (BOJIC). // Материалы международной конференции «Мера-92». М., 1992, с.56.

35. Гречишников В.М., Капустин А.С., Данилов А.В. Оптоэлектронный цифровой преобразователь «угол-код» с волоконно-оптическими световодами. В кн.: Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов. - Уфа: УАИ, 1984, с. 83 -86.

36. Гречишников В.М., Капустин А.С., Конюхов Н.Е. Оптоэлектронный цифровой преобразователь угла // Измерительная техника, 1986. № 12, с. 5-7.

37. Гречишников В.М., Конюхов Н.Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконно-оптическими линиями связи. — М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.

38. Гречишников В.М., Куликов М.А., Леонович Г.И. Расчет погрешностей измерительных преобразователей для робототехнических комплексов // Промышленные роботы для гибких автоматизированных производств. -Куйбышев: КПтИ, 1985. с. 44-48.

39. Гречишников В.М., Леонович Г.И. Применение микропроцессоров для повышения точности цифровых преобразователей угла. В кн.: Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов. -Уфа: УАИ, 1985.-е. 127.

40. Гречишников В.М., Шишигин Р.В., Ламекин В.Ф. Оптоэлектронные цифровые преобразователи перемещений со встроенными ВОЛС // Материалы V Всесоюзной конференции «Волоконно-оптические системы передачи», ВОСП-88. -М., 1988, с. 61. (ДСП).

41. Гуляев Ю.В. и др. Модуляционные эффекты в волоконных световодах и их применения / Ю.В. Гуляев, М.Я. Меш, В.В. Проколов. М.: Радио и связь, 1991.-152 с.

42. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд., переработанное и дополненное. JL: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988. - 304 с.

43. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.

44. Датчики теплотехнических и механических величин: Справочник / А.Ю. Кузин, П.П. Мальцев, И. А. Шапортов, И. А. Беспалов. М.: Энерогатомиздат, 1996. 128 с.

45. Джакуинто Н., Савино М., Трота А. Влияние различных видов погрешностей на общую характеристику АЦП // Приборы и системы управления, № 6,1996, с. 27-28.

46. Диглицинаты палладия могут быть использованы для синтеза резистивных паст / Пиганов М.Н., ., Шестакова Н.А., Лофицкий И.В. и др. // Техника средств связи. Сер. Технология производства и оборудование. 1990. - Вып. 1. - С. 95-96.

47. Домрачеев В.Г., Новиков А.В. Об одном методе определения точности аналого-цифровых устройств // Измерительная техника, М.: 1994, с. 3 5.

48. Домрачеев В.Г., Мейко Б.Р., Сапегин А.Г. Оценка точности цифрового преобразователя угла выборочным методом // Измерительная техника, М.: 1983, с. 23-26.

49. Домрачеев В.Г., Мейко Б.Р. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. М.: Энергоатомиздат, 1984.-380 с.

50. Иванцов А.И. Основы теории точности измерительных устройств. М.: Издательство стандартов, 1972.-261 с.

51. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Ремизов Н.В., Хоренян Р.Г. Исследование параметров коммутационных устройств волоконно-оптических линий связи на основе граданов Оптико-механическая промышленность, 1986, № 9, с. 3 - 6.

52. Информационные технологии в радиотехнических системах / Под ред. С.П. Кундаса, Ш.М. Чабдарова. Мн.: Армита 2005. - 423 с.

53. Исследование термических процессов в молибденсодержащих пастах / Пиганов М.Н., Шестакова Н.А., Лофицкий И.В. и др. // Техника средств связи. Сер. Технология производства и оборудование. 1990. - Вып. 2. - -С. 33-35.

54. Кондалев А.И. Системные преобразователи формы информации. Киев: Наукова думка, 1974. - 386 с.

55. Красов В.Г., Колдашов Н.Д., Петраускас Г.Б. Пасты в микроэлектронике Обзоры по электронной технике. 1976. - Вып. 2 - М.: ЦНИИ «Электроника».

56. Красов В.Г., Петраускас Г.Б., Чернозубов Ю.С. Толстопленочная технология в СВЧ микроэлектронике. -М.: Радио и связь, 1985.

57. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. М.: Радио и связь, 1985 - 1992 е.

58. Кривенков В.В., Автоматизированный контроль и поверка преобразователей угловых и линейных величин. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1986.-247 с.

59. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений.: Учебн. Пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

60. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1973. - 224 с.

61. Кузенков Г.Д. Основы метрологии в авиаприборостроении: Учебное пособие. М.: Изд. МАИ, 1990. - 312 с.

62. Левшин Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи).: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1983. - 320 с.

63. Ландау Л.Д., Лившец Е.М. Теоретическая физика. Т. 2. Теория поля. М.: Наука, 1967.-460 с.

64. Леонович Г.И. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений для жестких условий эксплуатации. Самара: Изд-во СГАУ. 1998 г. 264 с.

65. Лофицкий И.В., Пиганов М.Н. Исследование точности и стабильности технологического процесса изготовления резистивных плат микросборок // Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника в машиностроении». Ульяновск, 1992. - с. 48.

66. Лофицкий И.В., Гречишников В.М. Компьютерная система оценки и прогнозирования качества на этапе проектирования оптоэлектронных цифровых измерителей информации // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». Часть I. Пенза, 2004. с. 335.

67. Мазин В.Д. Метрологический анализ датчиков // Приборы и системы управления, № 10, 1995, с. 37.

68. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Связь, 1973. 576 с.

69. Мидвинтер ДЖ. Волоконные световоды для передачи информации.: Пер. с англ./ Под ред. Е.М.Дианова / М.: Радио и связь, 1983. 336 с.

70. Микропроцессорные системы и микроЭВМ в измерительной технике. Учебное пособие для ВУЗов / А.Г. Филиппов, А.М.Аужбикович, В.М. Немчинов и др. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 345 с.

71. Митрофанов С.С., Неверова И.В. Петров В.П. Исследование точности преобразователей круговых перемещений // «ОМП», 1986, № 10, с. 25 -27.

72. Михайлов А.В., Савин С.К. Точность радиоэлектронных устройств. М.: Машиностроение, 1976. - 214 с.

73. Мурадян А.Г., Гольдфарб И.С., Иноземцев В.П. Оптические кабели многоканальных линий связи. М.: Радио и связь, 1987. - 200 с.

74. Новиков Ю.В., Калашников Д.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персональных компьютеров типа IBM PC. М.: ЭКОМ, 1997.-224 с.

75. Новицкий П.В. Метод анализа на ЭВМ состава, размеров и корреляции составляющих погрешности // Приборы и системы управления, № 10, 1995, с. 35-38.

76. Оптические системы передаячи: Учебник для ВУЗов /Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев и др. Под ред. В.И. Иванова. М.: Радио и связь, 1994.-224 с.

77. Патент Швейцарии № 636452.

78. Пиганов М.Н., Шестакова Н.А., Лофицкий И.В. Термические превращения в диэлектрических пастах на основе титаната бария // Техника средств связи. Сер. Технология производства и оборудование. -1990.-Вып. 2.-С. 84-85.

79. Пиганов М.Н., Буров Н.И., Лофицкий И.В. Автоматизированная установка для подгонки толстопленочных резисторов // Техника средств связи . Сер. Технология и оборудование. 1989. Вып. 2. - С. 50 -53.

80. Пиганов М.Н., Лофицкий И.В., Буров Н.И. Повышение стабильности факельно-дугового разряда при обработке микросборок // Зональная научно-техническая конференция «Концентрированные потоки энергии в соединении материалов». Пенза, 1991. - с. 69 - 70.

81. Поведение резистивных молибден- и висмутсодержащих паст при нагревании / Пиганов М.Н., Шестакова Н.А., Лофицкий И.В. и др. //Технология и конструирование в электронной аппаратуре, Украина. -1992.-№ 1.-С. 63-65.

82. Попов С.Н., Шубин В.В. Характеристики фотоприемных устройств на основе операционных усилителей. Оптико-механическая промышленность, 1986. № 3. - с. 33 - 35.

83. Привалов В.Е. Лазеры для систем управления // Приборы и системы управления, № 10, 1997. с. 48 - 53.

84. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

85. Свечников Г.С. Элементы интегральной оптики. М.: Радио и связь, 1987.-104 с.

86. Семенов Н.А. Оптические кабели связи: Теория и расчет. М.: Радио и связь, 1981.- 152 с.

87. Спектральное уплотнение каналов в ВОЛС (обзор). ЕМ. Дианов, А.А. Кузнецов // Квантовая электроника, 1983. № 2. с. 245 263.

88. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие / В.Г. Домрачеев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 392 с.

89. Теумин И.И. Волноводы оптической связи. М.: Связь, 1978. - 312 с.

90. Тидекин Р. Волоконная оптика и ее применение. М.: Мир, 1975. -366с.

91. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства / А.П. Достанко, B.JI. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев. Минск: «Вышэйшая школа», 2002.-415 с.

92. Турсунов И.И., Васильев А.А. Оптоволоконные системы сбора аналоговых данных // Информ. листок № 83-1194. М.:ВНИИМИ, 1983.

93. Турсунов И.И., Казанов И.М. Мультиплексированная оптоволоконная цифровая система передачи данных (ЦСДП) // Информ. листок № 831193. М.:ВНИИМИ, 1983.

94. Унгер Г.Г. Оптическая связь. М.: Связь, 1979. -264 с.

95. Установка для подгонки толстопленочных резисторов микросборок / И.В. Лофицкий, С.Е. Ястребов, М.Н. Пиганов и др. // Информ. листок № 2-92. Самара: ЦНТИ, 1992

96. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. Л.Н. Преснухина. -М.: Машиностроение, 1974. 376 с.

97. Хаспенджер Р. Интегральная оптика.: Пер. с англ. Мир, 1985. - 379с.

98. ЧеоП.К. Волоконная оптика; Приборы и системы: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

99. Щербаков Н.С. Достоверность работы цифровых устройств. М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

100. Фролов В.Н., Львович Я. Е., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭС: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высш. шк, 2001. - 463 с.

101. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения. М.: Сов. Радио, 1977. 272 с.

102. Manko H.H. Solders and Soldering: Materials, design, production and analysis for reliable bonding. N.Y., 2003.

103. Tai A.M. Two-dimensional image transmission through an single optical fiber by wavelength time multiplexing Appl. Opt. - 1983. - Vol. 22, № 23. — p. 3826-3832.

104. Tiejen B.W. Optical Fiber Grating Sensor J. Acoust. Soc. Am. 2002. Vol. 69. p. 993 - 997.