автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Делительная машина маятникового типа для механического формообразования периодических штриховых структур

На правах рукописи

МЕЛЬНИКОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ДЕЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА МАЯТНИКОВОГО ТИПА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ШТРИХОВЫХ СТРУКТУР

05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2005

Работа выполнена на кафедре оптико-электронных систем Казанского государственного технического университета им А Н Туполева и в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"» (г Казань)

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный сотрудник Лукин Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Садыков Зуфар Барыевич,

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научный центр "Государственный оптический институт им С И Вавилова"» (г Санкт-Петербург)

Защита состоится 25 апреля 2005 г в 10 часов 00 мин на заседании

диссертационного совета Д212 079 05 при Казанском государственном

техническом университете им А Н Туполева по адресу 420111, г Казань, ул К Маркса, д 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им А Н Туполева

Автореферат разослан 2005 г

Ученый секретарь

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Николаев Рюрик Петрович

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Эффективная работа разнообразных контрольно-измерительных, спектральных лазерных приборов и устройств, применяемых в научных исследованиях и производстве, зависит от точностных параметров используемой элементной базы, в том числе линейных штриховых мер, линейных, радиальных и цилиндрических решетчатых растров, дифракционных решеток, решеток-поляризаторов, синтезированных линейных голограмм, линейных и радиальных тест-объектов (например, для калибровки атомных силовых, растровых туннельных и электронных микроскопов), измерительных решеток, шкал и других элементов с периодической штриховой структурой (ПШС), и, в частности таких, у которых соотношение длины штриха к общей ширине нарезки менее чем 1 5 Приведенные выше ПШС имеют широкий диапазон пространственных частот от единиц до нескольких тысяч штрихов на 1 мм в зависимости от назначения

К настоящему времени известны несколько способов изготовления ПШС, из которых основными являются механический и голографический (интерференционный) способы Механический способ - непосредственное формирование (нарезание, гравирование) поверхностного рельефа в тонких металлических слоях или на стекле, формирование ПШС осуществляется с помощью специальных алмазных резцов на автоматизированном граверно-делительном оборудовании, в том числе на делительных машинах (ДМ) Цикл формирования одного штриха лежит в диапазоне от 3 до 12 с Данный способ изготовления не имеет промежуточных операций, является одноступенчатым, полностью автоматизированным, ПШС изготавливается последовательно, штрих за штрихом, что предъявляет жесткие требования к стабильности параметров окружающей среды в технологическом помещении - температуре, влажности, вибрациям и др У нарезных ПШС профиль штриха определяется формой и пространственной ориентацией алмазного резца, скоростью его износа, локальной упругостью металлического покрытия и силами, действующими при формировании штриха Траектория штриха нарезной ПШС, очевидно, есть зафиксированный след траектории движения резцовой каретки (РК), зависящий также от состояния поверхностей направляющих РК, с учетом накопленного и местного случайного износа, попавших пылинок и прочих случайных факторов РК должна обеспечивать повторяемость траектории перемещения резца с точностями изготовления шага микро- и наноструктуры в соответствии с назначением ПШС Сущность голографического способа состоит в регистрации на светочувствительном материале системы интерференционных полос, образующихся в результате взаимодействия двух когерентных волн с последующей физико-химической обработкой светочувствительного материала с образованием рельефной структуры

Достоинства механического способа - предсказуемость профиля штриха (треугольный профиль, повторяющий профиль алмазного резца), высокая лучевая стойкость изготовленных этим способом решеток, что особенно важно при работе

с лазерами, обладающими плотностями мощности излучения до нескольких киловатт на см2, отсутствие выделения газов при работе в космических условиях и т п Достоинства голограммных ПШС - отсутствие «духов», большие размеры при больших пространственных частотах, более быстрое изготовление по сравнению с нарезными ПШС Однако, ограниченность разрешающей способности светочувствительных слоев и сложность работы с источниками лазерного излучения в ультрафиолетовой области спектра лимитируют предельные пространственные частоты голограммных ПШС величиной порядка 5000 - 6000 мм' Нельзя не сказать, что некоторые типы ПШС, в частности, радиальные растры и растры на цилиндре, практически невозможно изготовить голографическим способом

Как следствие указанных выше достоинств и ограничений рассматриваемых способов изготовления ПШС нарезные и голограммные их типы занимают свои «ниши» в спектральном приборостроении, метрологической и лазерной технике Поэтому совершенствование техники и технологии получения как нарезных, так и голограммных ПШС, с целью повышения точности изготовления и снижения времени формирования штриховой структуры является приоритетной задачей в области станкостроения и научного приборостроения, и решение подобной задачи важно для экономики машиностроения

Основное ограничение нарезной технологии связано с тем фактом, что делительные машины, построенные по схеме Роуланда (Rowland), достигли своих предельных возможностей Прежде всего, это касается РК, которая остается такой же, как и у механических ДМ, и не имеет систем слежения, движение РК происходит практически бесконтрольно Следовательно, требования к РК предъявляются очень жесткие для обеспечения микронных и субмикронных точностей Это положение касается как оптимального построения РК, так и обеспечения приемлемых динамических процессов при формировании штрихов Еще одним существенным фактором на пути повышения точности изготовления нарезных ПШС выступает уменьшение времени формирования штриха Увеличение быстродействия делительных машин в 3 - 5 и более раз значительно сократит общее время изготовления нарезных радиальных и «длинных» линейных ПШС, что особенно актуально д ля высокочастотных ПШС и ПШС, у которых длина штриха в пять и более раз меньше, чем общая ширина нарезки Более быстрое изготовление ПШС увеличит производительность ДМ, удешевит себестоимость готовой продукции и снизит влияние изменений внешних факторов окружающей среды в технологическом помещении - температуры, влажности, вибраций, что также повысит точность изготовления нарезных ПШС.

Поэтому весьма актуальным является поиск новых принципов построения ДМ с целью перехода нарезной технологии на более высокий качественный уровень и более высокую производительность В первую очередь, необходимо провести поиск нового построения РК, обеспечивающего увеличение быстродействия с сохранением оптимального динамического процесса при нарезке штрихов и высокой пространственной стабильности траектории движения резца

Основой диссертации является поиск и обоснование новых принципов пост-

роения ДМ, в частности РК, комплексное исследование динамики РК, построенной на основе реализации новых принципов, составление ее математической модели, выявление основных факторов, влияющих на траекторию штриха, и выдача рекомендаций по оптимальному построению РК

Цель настоящей работы состоит в разработке принципов построения делительной машины маятникового типа, позволяющей повысить производительность и точность механического формообразования периодических штриховых структур (дифракционных решеток, шкал, растров и подобных им изделий), и моделировании ее работы

Основные задачи диссертационной работы

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи

- изучение и анализ современного состояния и развития делительной техники, механических и математических моделей движения РК, методов экспериментального исследования динамической точности РК,

- проведение поиска и обоснования новых принципов построения ДМ, позволяющих снизить время формирования штриха, повысить производительность и точность изготовления нарезных ПШС, преимущественно таких типов, у которых соотношение длины штриха к общей ширине нарезки менее чем 1 5,

- обоснование принципов построения РК делительной машины маятникового типа (ДММТ),

- разработка математической модели динамики РК, построенной на новых принципах, с учетом основных пространственно действующих факторов, влияющих на процесс формирования штриха,

- разработка и изготовление действующего макета предложенной ДМ, проведение идентификации параметров РК, экспериментальная оценка перемещения РК макета ДММТ по нефункциональным координатам, используя метод колли-мированного лазерного луча и интерференционный метод, изготовление экспериментальных нарезок ПШС на подложках с высоким оптическим качеством и исследование геометрии штрихов полученных образцов,

- создание программного обеспечения и проведение численного моделирования динамики РК на основе разработанной математической модели с целью определения рациональных параметров РК, используя предложенный критерий качества изготовления штриха,

- выработка рекомендаций по модернизации макета ДММТ

На защиту выносятся:

1 Принципы построения и варианты функциональных схем ДММТ для изготовления ПШС, РК которой построена либо на основе реализации динамических свойств физического маятника на опорах с трением упругости, либо - в виде «обращенного» пружинного параллелограмма с жесткими накладками, привод РК - в виде автоколебательного спускового регулятора или приводного устройства «с нитью»

2 Математическая модель динамики пространственного движения РК, построенной в виде физического маятника на опорах с трением упругости, с учетом

влияния внешних воздействий (в том числе влияния географической ориентации установки станины, вибраций фундамента, кориолисовых сил инерции, вызванных вращением Земли) на динамику РК и параметры формируемого штриха (его глубину, ширину и длину)

3 Результаты численного моделирования динамики пространственного движения предложенной РК, реализующей свойства физического маятника на опорах с трением упругости

4 Методики и результаты экспериментальных исследований динамики РК разработанного действующего макета ДММТ, основанные на проведении оценки динамики РК с контролем при помощи коллимированного лазерного луча и по интерференционной картине, полученной с использованием интерферометра Физо

Научная новизна работы заключается в том, что в ее рамках

1 Впервые предложено решение проблемы снижения времени формирования штриха, повышения точности и производительности механического формообразования ГТШС путем использования принципов построения ДММТ, резцовые ка-регки которой реализуют динамические свойства либо физического маятника на опорах с трением упругости, либо - «обращенного» пружинного параллелограмма с жесткими накладками, привод РК основан на использовании автоколебательного спускового регулятора или приводного устройства «с нитью» Предложено и разработано шесть вариантов функциональных схем построения ДММТ,

2 Впервые разработана пространственная математическая модель динамики РК, построенной на основе физического маятника на опорах с трением упругости, позволяющая проводить анализ и оптимизацию конструктивных и динамических параметров РК предложенного типа, в рамках процесса формирования штриха, на основе сформулированного критерия качества изготовления штриха нарезной ПШС,

3 На базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO проведено численное моделирование динамики РК изучено влияние конструктивных и динамических параметров РК, технологических параметров и внешних факторов на процесс нарезки штриха,

4 Проведены экспериментальные исследования динамики РК и идентификация ее параметров на основе разработанного действующего макета ДММТ,

5 Выданы рекомендации по выбору рациональных параметров РК

Практическая значимость диссертации состоит в том, что на ее основе-

разработаны и использованы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО "Государственный институт прикладной оптики"»

1 Защищенные патентом РФ принципы построения ДММТ, характеризующиеся универсальностью и применимостью в разработках ДМ для изготовления как линейных, так и радиальных нарезных ПШС,

2 Различные варианты технических решений основных узлов конструкции таких машин,

3 Алгоритм построения пространственной математической модели динамики РК с целью ее рационального проектирования в соответствии с предложенным критерием качества изготовления штриха,

4 Программа на базе прикладного математического пакета Mathcad 7.0 PRO для численного моделирования динамики РК ДММТ,

5 Техническое задание на опытно-конструкторскую работу по проектированию опытного образца ДММТ

Связь с научно-техническими программами

Работы по диссертации выполнялись по планам НИР КГТУ им А Н Туполева по теме «Исследование динамики движения резцовой каретки делительной машины маятникового типа для изготовления периодических штриховых структур» (дог № 5409/280, шифр «МДМ») и ФГУП «НПО ТИПО"» по теме «Разработка новых производительных технологий для организации серийного выпуска конкурентоспособных на мировом рынке дифракционных оптических элементов для ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областей спектра» (дог РАВ-79-2000, шифр «Основа-Д»)

Апробация результатов

Основные результаты работы докладывались на

VIII Четаевской международной конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», Казань, 2002 г , XI Международной научной конференции «Оптика лазеров - 2003», Санкт-Петербург, 2003 г , III Всероссийском Ахметгалеевском семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», Казань, 1997 г , XXIII Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 1997 г , Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование», Казань, 2004 г, IX Всероссийской научно-технической конференции «Туполевские чтения студентов», Казань, 2000 г, XV Научно-технической конференции в Казанском ВАКИУ, Казань, 1997 г, Юбилейной научной и научно-методической конференции, посвященной 65-летию КГТУ им А Н Туполева «Актуальные проблемы научных исследований и высшего профессионального образования», Казань, 1997 г, XVI Военно-технической конференции в Казанском филиале ВАУ, Казань, 1999 г, 2-ом Всероссийском конкурсе «Компьютерный инжиниринг - 2000», проводившимся в рамках XXVI Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 2000 г (Получен диплом конкурса, отметившего автора как руководителя студенческой работы, занявшей третье место)

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах, включая 1 патент РФ, 4 статьи, а также подготовлен 1 рукописный научно-технический отчет

Личный вклад автора

Автору диссертации принадлежат все основные идеи и результаты исследований Построение математической модели пространственного движения РК выполнено им совместно с соавторами Автор является ответственным исполнителем научно-исследовательской работы по разработке и исследованию ДММТ Ему принадлежит разработка и изготовление действующего макета ДММТ, выбор методов и разработка методик проведения экспериментальных исследований макета, обработка результатов экспериментов, проведение численного моделирова-

ния динамики РК с целью определения рациональных ее параметров при достижении заданного качества выполнения штриха, обобщение на основе анализа результатов собственных исследований и анализа литературных данных Автор принимал участие во внедрении результатов работы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО ТИП О"» Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и пяти приложений Объем диссертации (без приложений) 173 страницы, включая 33 рисунка и 11 таблиц Библиографический список использованной литературы содержит 105 наименования Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы Сформулированы цель диссертации и задачи исследований, представлены основные защищаемые положения, обоснована практическая значимость работы, даны сведения о публикациях и апробации работы Приведено описание структуры диссертации.

В главе 1 представлен обзор литературы Приведены области применения и основные требования к параметрам особой группы нарезных ПШС, у которых длина штриха в пять и более раз меньше, чем общая ширина нарезки

Приведен обзор ДМ, используемых для изготовления данной группы нарезных ПШС, дано описание особенностей их построения и характеристик, проведен анализ и сделан вывод о существовании у ДМ ряда недостатков, которые не позволяют повысить производительность и точность изготовления рассматриваемой группы ПШС, в первую очередь, из-за несовершенства РК Таким образом, обоснована актуальность решения проблемы создания ДМ, построенных на основе новых физических принципов действия

Рассмотрены существующие динамические (механические) и математические модели динамики РК классических ДМ Показано, что эти модели выполнены без учета влияния вибраций фундамента в рамках плоских задач динамики РК Сделан вывод, что имеющиеся модели не полны и не позволяют оценить нефункциональные перемещения РК и, следовательно, рабочего лезвия резца по координате подачи подложки в зависимости от влияния основных пространственно действующих факторов Показана актуальность разработки пространственной модели динамики РК с учетом основных влияющих факторов с целью последующей выработки требований к параметрам ДМ и, в частности, к конструктивным и динамическим параметрам РК

Приводятся три группы методов исследования динамической точности ДМ 1) «прямые» - методы экспериментальных исследований динамики механизмов ДМ, 2) «опосредованные» - методы экспериментальных исследований образцов нарезных ПШС, по качественным признакам и количественным значениям отклонений от заданных параметров которых определяют погрешности работы отдельных механизмов и ДМ в целом, и 3) метод численного моделирования (численного эксперимента) динамики механизмов ДМ Показана целесообразность нсполь-

зования интерференционного метода исследования динамики РК, метода исследования геометрических параметров нарезки образца ПШС с помощью сканирующего зондового микроскопа и численного моделирования динамики РК

Определены основные задачи исследования и сформулированы концепции их решения

Глава 2 посвящена поиску и обоснованию новых принципов построения делительной машины, позволяющей обеспечить более высокую производительность и повысить точность механического формообразования нарезных ПШС, преимущественно таких, у которых длина штриха в пять и более раз меньше, чем общая ширина нарезки

С целью решения поставленной задачи предложены следующие новые принципы построения ДМ [1 - 4,6], которые должны быть учтены при ее разработке

- применение РК, построенной на основе реализации динамических свойств физического маятника или «обращенного» упругого пружинного параллелограмма с жесткими накладками,

- использование в качестве направляющих РК упругих пружинных подвесов (опор с трением упругости),

- использование в качестве привода РК автоколебательного спускового регулятора или привода «с нитью» для обеспечения квазипериодического («старт-стопного») перемещения РК,

- использование делительной каретки (ДК) в виде упругого пружинного параллелограмма с жесткими накладками, с прямой или «обращенной» схемой

ДМ, построенные по выше предложенным новым принципам, будем называть делительными машинами маятникового типа (ДММТ)

Приведено шесть вариантов построения и соответствующих им шесть функциональных схем ДММТ с описанием их принципа действия На рис 1 представши один из вариантов функциональной схемы ДММТ Она содержит станину 1, делительную 2 и резцовую 3 каретки, приводы 4, 5 делительной 2 и резцовой 3 кареток, привод 4 делительной каретки 2 выполнен с возможностью электронного управления процессом перемещения, механизм 6 подъема и опускания алмазного резца, блок управления 7 приводами 4, 5 делительной 2 и резцовой 3 кареток и измерительную систему 8 линейною перемещения делительной каретки 2 Резцовая каретка 3 выполнена в виде физического маятника, укрепленного не менее, чем на двух опорах с трением упругости 11, а привод 5 резцовой каретки 3 - в виде автоколебательного спускового регулятора На делительной каретке 2 закреплена подложка периодической штриховой структуры 9, на резцовой каретке 3 -алмазный резец 10 Вход измерительной системы 8 линейного перемещения делительной каретки 2 сопряжен с делительной кареткой 2 Выход измерительной системы 8 линейного перемещения делительной каретки 2 подключен на вход блока управления 7 приводами 4, 5 делительной 2 и резцовой 3 кареток Первый выход блока управления 7 приводами 4, 5 делительной 2 и резцовой 3 кареток подключен на вход привода 4 делительной каретки 2, выход которого сопряжен с делительной кареткой 2 Второй выход блока управления 7 приводами 4,5 делитель-

ной 2 и резцовой 3 кареток подключен на вход механизма 6 подъема и опускания алмазного резца. Третий выход блока управления 7 приводами 4, 5 делительной 2 и резцовой 3 кареток подключен на вход привода 5 резцовой каретки 3, выход которого сопряжен с резцовой кареткой 3. Цикл работы ДММТ аналогичен циклу работы классической ДМ, в состав которой входит привод ДК, построенный, например, на основе использования пьезоэлектрического элемента, реализующий дискретное («старт-стопное») поступательное микроперемещение подложки ПШС [Bartlett I R., Wildy Р.С. Diffraction grating ruling engine withpiezoelectric drive//AppliedOptics. 1975. V. 14. No\.Pp.\- 3], за исключением того, что в основе работы предложенной РК ДММТ лежит использование динамических свойств физического маятника на упругих пружинных подвесах. Штрих формируется в тонкой металлической пленке с помощью алмазного резца при фиксированном положении делительной каретки 2. На рис.1 приведен один из вариантов исполнения опоры с трением упругости 11 в виде трехленточного пружинного шарнира, у которого три рабочие упругие пружинные пластины 12 конструктивно располагаются под углом 120° и крепятся через переходную втулку к валу 13 резцовой каретки 3.

Описаны и обоснованы принципы построения РК, выполненной в отличие от известных либо на основе реализации динамических свойств физического маятника с опорами на трении упругости, либо - прямого или «обращенного» упругого пружинного параллелограмма с жесткими накладками. Приведены геометрические соотношения для оценки общей высоты РК предложенного исполнения в зависимости от требуемой длины штриха ПШС. Обоснованы принципы построения ДК в виде упругого пружинного параллелограмма с жесткими накладками. В качестве исполнительного органа РК предложено применение привода, построенного либо на основе автоколебательного спускового регулятора, либо - приводного устройства «с нитью». Сформулированы требования к исполнительным органам РК и ДК и измерительной системе в контуре ДК.

Рис.1. Один из вариантов функциональной схемы делительной машины маятникового ти па (обозначения приведены в тексте)

Отмечено, что случайные погрешности, возникающие при работе классических ДМ под действием переменных факторов, при разработке и эксплуатации ДММТ будут существенно снижены или скомпенсированы за счет: 1) увеличения производительности и снижения общего времени изготовления ПШС (в 3 - 5 раз по сравнению с существующими технологическими циклами), способствуя улучшению ее качества за счет снижения вредного воздействия нестабильностей параметров окружающей среды в технологическом помещении (температуры, вибрации и т п); 2) постоянства сил трения упругости; 3) применения в ДММТ известных специальных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, 4) исключения износа в сопряженных парах безлюфтовых опор с трением упругости в узлах РК и ДК; 5) исключения влияния «толстой» масляной пленки в механизмах машины, поскольку опоры с трением упругости не требуют смазки; 6) уменьшения вибраций путем использования известного технического решения о применении раздельных приводов для РК и ДК; 7) снижения изнашиваемости алмазного резца в процессе формирования ПШС путем вовлечения в процесс изготовления штриха некоторого сектора резца, угловая величина которого пропорциональна величине углового колебания РК.

Глава 3 посвящена разработке пространственной механической и математической моделей динамики РК ДММТ [9,10] При разработке этих моделей приняты следующие основные допущения 1) механическая модель выбрана в виде системы двух твердых тел - каркаса РК и резцедержателя, соединенных между собой и со станиной (основанием) упруго-вязкими связями; 2) станина и ДК жестко связаны между собой и фундаментом, который совершает заданное движение (малые колебания) по отношению к Земле; 3) во время рабочего хода РК (во время процесса формообразования штриха) стол ДК является строго горизонтальным и неподвижным; 4) реакция металлического слоя, нанесенного на подложку ПШС, в котором осуществляется формирование штриха, представлена в виде силы резания, приложенной к '(характерной» точке алмазного резца, жестко связанного с резцедержателем.

Составленная механическая модель описывает движение РК, построенной на основе реализации свойств физического маятника на опорах с трением упругости, с учетом влияния внешних воздействий и конструктивных параметров системы на параметры штриха, включая влияние силы резания, географической ориентации установки станины, вибраций фундамента и кориолисовых сил инерции, вызванных вращением Земли Выведено выражение для расчета кинетической энергии механической системы «резцовая каретка - резцедержатель». Дается вывод формул для расчета обобщенных сил, действующих в рассматриваемой системе. Для построения математической модели динамики РК с двенадцатью степенями свободы использованы дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода.

Для составления упрощенной математической модели пространственного движения РК с семью степенями свободы принять следующие дополнительные допущения: 1) учитывая то, что жесткость связей по обобщенным координатам х2, у2, на несколько порядков выше жесткости по другим обобщенным коорди-

натам, будем полагать, что обобщенные координаты х2 = у2 = 12 =2 = 4= 0, а остальные обобщенные координаты и обобщенные скорости малы, 2) установочные углы 0| = Р1 = сь = (35 = 0, 3) плоскости Оум и О^г-х для каркаса РК и узла резцедержателя являются плоскостями материальной симметрии, следовательно,

^ =ДЧ 4) «характерная» точка алмазного резца

находится в плоскости О^УЛ, следовательно, хО3 = 0

Разработанная математическая модель пространственного движения РК с семью степенями свободы описывает процесс формирования штриха Она учитывает нелинейный характер силы, возникающей в этом процессе, вращение Земли (кориолисовы силы) и вибрации фундамента и дает возможность оценить влияние конструктивных и динамических параметров РК и внешних воздействий на выходные параметры формируемого штриха (его глубину, ширину и длину, погрешность периода ПШС), а также на производительность (время рабочего хода РК) Полученная математическая модель позволяет проводить анализ и оптимизацию конструктивных (геометрических) и динамических параметров разрабатываемой РК и технологических параметров процесса нарезки ПШС исходя из условий обеспечения требуемого допуска на период ПШС и минимизации цикла ее нарезки Разработана методика расчета коэффициента жесткости упругого пружинного подвеса и положения центра масс резцедержателя, основанная на взаимосвязи условий обеспечения динамического равновесия механической системы «резцовая каретка - резцедержатель» и требуемой пространственной частоты ПШС Предложен к использованию в рамках численного моделирования критерий качества К изготовления штриха нарезной ПШС К, равен отношению модуля размаха амплитуды колебаний ортогональной к направлению нанесения штриха координаты «характерной» точки алмазного резца Оъ в системе координат ОХУ2, связанной со станиной ДММТ, к заданной величине допуска на амплитуду вибрационных дефектов штриха (например, 10% от величины периода ПШС) При численном моделировании необходимо добиваться достижения условия

В главе 4 описаны конструкция действующего макета ДММТ, условия и результаты его экспериментального исследования [5 - 8, 13] Экспериментальное исследование макета ДММТ проводилось в Заглубленной лаборатории дифракционных решеток ФГУП «НПО ГИПО"» При этом использовались подложки для ПШС с алюминиевыми и золотыми слоями, толщина которых лежала в пределах от 0,05 до 0,5 мкм Размеры подложек - от 012 до 040 мм В экспериментах применялся алмазный резец симметричной бицилиндрической формы с радиусами закругления 2,8 мм и углами рабочих граней а = Р = 45° Макет располагается на глубине 12 м относительно уровня земли в специальной виброизолированной «внешней» технологической кабине, где в течение долгого времени (до двух недель) в области формирования ПШС поддерживается постоянная температура (20 ± 0,1 °С) и предусмотрено экранирование от внешних источников электромагнитного излучения Его РК построена в виде физического маятника на опорах с трением упругости Привод РК выполнен при макетировании в двух вариантах исполнения 1) в виде электронно-механического спускового регулятора с магнитоэлектрическим приводом, обеспечивающий поворот с угловой амплитудой

до 1° и периодом автоколебаний ~ 1 с, 2) в виде привода «с нитью» на основе электромагнита

Приведены методики экспериментального исследования динамики РК макета ДММТ, основанные на 1) проведении предварительной оценки динамики РК с контролем при помощи коллимированного лазерного луча, 2) проведении оценки динамики РК по интерференционной картине, полученной с использованием интерферометра Физо с целью оценки перемещения РК по ее нефункциональным координатам, 3) идентификации геометрических и динамических параметров РК макета (масс, моментов инерции, коэффициентов жесткости и демпфирования), даны схемы исследований коэффициентов жесткости упругих пружинных подвесов (шарниров), обсуждены результаты измерений этих параметров, значения которых использованы при численном моделировании; 4) одновременном экспериментальном сравнении точности работы резцовых кареток макета ДММТ и классической ДМ типа ИГ-91 по штрихам, полученным при многократном прорезании и неподвижной (зафиксированной) ДК (ДМ типа ИГ-91 расположена во «внутренней» технологической кабине с повышенным на порядок уровнем термо- и виброизоляции) Представлены результаты исследований штрихов экспериментальных нарезок ПШС, полученных на макете ДММТ Исследования выполнены с помощью растрового электронного микроскопа модели РЭМ-103-01 специалистами ООО «Нанометрика» (г Зеленоград), а также с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) модели SOLVERP47-SPM-MDTв Лаборатории физики и химии поверхности Казанского физико-технического института им ЕК Завойского СЗМ использовался в режиме атомного силового микроскопа, в полуконтактной моде сканирования Разрешающая способность СЗМ по горизонтальным координатам Xи Y - не хуже 10 нм, по вертикальной координате Z - не хуже 1 нм Погрешность периода экспериментальных нарезок ПШС составляет ~ 8%

Выполнено численное моделирование динамики пространственного движения РК, реализующей динамические свойства физического маятника на опорах с трением упругости, на базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO [10] Численное интегрирование по времени проводилось методом Рунге-Кутта четвертого порядка с фиксированной величиной шага интегрирования Варьируя различными вариантами сочетаний конструктивных и динамических параметров РК, получен период колебаний РК в диапазоне от 0,5 до 1,2 с при достижении К, от 1 до 10-5 На рис 2 показано характерное изменение угла (¡>j резцедержателя и параметров штриха при вибрации фундамента по трем взаимно ортогональным направлениям (амплитуда скорости вибрации 0,0315*103 м/с и частота 1 Гц), с учетом кориолисовых сил инерции, вызванных вращением Земли при следующих значениях параметров упругого пружинного подвеса, радиуса полусферы резца и

положении центра масс резцедержателя' 120 Нм, Cf¡ = 8 Нм, bxI = 511 Н*с/м, Ъу1 = 511 Н*с/м, Ьа = 511 Н*с/м, \ = 21,2Н*м*с, Ь^ = 1,03 Н*м*с, R = 1*106 м, s = 0,0065 м (ус2 = - 0,020217 м). Как видно из рис 2, штрих ровный, без вибрационных дефектов, в этом случае К, ~ 4*10-2 В результате численного моделирования получено: 1) на длину штриха значительно влияют смещение «характерной»

точки резца по оси О2у2, положение центра масс резцедержателя, величина технологического зазора (минимальное расстояние между поверхностью подложки ПШС и «характерной» точкой резца при нерабочем ходе РК), 2) вращение Земли вызывает незначительное искривление траектории (осевой линии) штриха, на заданной географической широте ее максимальное отклонение от прямой во время рабочего хода РК составляет 3,013 109 м и не зависит от ориентации оси вращения РК, 3) на размеры штриха оказывают влияние вибрации в направлении оси вращения РК, под действием этих вибраций происходит искривление траектории штриха, 4) на достижение требуемой величины критерия качества К изготовления штриха нарезной ПШС существенно влияет спектральный состав вибрационных колебаний фундамента, действующих в горизонтальном направлении

Обсуждены результаты физического и численного моделирования и даны рекомендации по модернизации макета ДММТ Сделан вывод о перспективности предложенных принципов построения ДММТ, подтверждены увеличение быстродействия и точности работы ДМ предложенного типа и целесообразность дальнейшего усовершенствования ее конструкции

-7

0 02 04 06

04 05 06

а) зависимого, угча срг (рад) от времени I (с) В) зависимость гнубины штриха к (ч) от времени г (()

в) зависимость продольной координаты осевой линии штриха У0> (м) от времени I (с)

г) зависимость поперечной координаты осевой тинии штриха Х0 (м) от времени / (с)

5*10

0004^-^0005 0 006 0 007 0 008 0 009

д) траектория штриха на поверхности дифракционной решетки (зависимость ширины штриха (м) от его длины (м)) Рис 2 Изменение динамических параметров резцовой каретки и параметров штриха

Основные выводы и результаты работы

Основным результатом исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, явилось достижение автором цели работы - разработка принципов построения делительной машины маятникового типа (ДММТ), позволяющей повысить производительность и точность механического формообразования периодических штриховых структур (ПШС) - дифракционных решеток, шкал, растров и подобных им изделий, и моделирование работы делительной машины предложенного типа

В ходе исследования были решены следующие основные задачи

- изучены и проанализированы современное состояние и перспективы развития делительной техники, математические модели динамики резцовой каретки (РК), методы экспериментального исследования динамической точности РК,

- разработаны принципы построения ДММТ для изготовления ПШС, преимущественно таких, у которых длина'штриха в пять и более раз меньше, чем их общая ширина нарезки Предложены шесть вариантов функциональных схем ДММТ Предложенные принципы построения ДММТ открывают путь к повышению производительности в 3 - 5 раз и многократному повышению точности изготовления ПШС за счет увеличения быстродействия и динамической точности резцовой каретки, что подтверждается численным и физическим моделированием Соответственно при равных длинах штрихов нарезаемых ПШС у классических делительных машин - цикл нарезки от 3 до 6 с, К, от 1 до 0,1, у ДММТ (по результатам численного и физического моделирования динамики РК) - цикл нарезки от 0,5 до 1,2 с, К от 1 до 105 (при условии, что предельная частота вибраций фундамента ДММТ в горизонтальном направлении не более 1 Гц при амплитуде колебаний не более 7*10-7 м),

- разработаны новые принципы построения РК, основанные, в отличие от известных, на реализации свойств физического маятника и безлюфтовых опор с трением упругости, предложенные принципы построения РК характеризуются универсальностью применения в делительных машинах, предназначенных для изготовления как линейных, так и радиальных нарезных ПШС,

- разработана математическая модель динамики РК, реализующая новые принципы построения, созданная математическая модель с семью степенями свободы позволяет исследовать влияние различных «внутренних» (конструктивных, динамических) и «внешних» (географической ориентации установки станины, вибраций фундамента и кориолисовых сил инерции) параметров системы на параметры штриха, анализировать и оптимизировать параметры РК, технологические параметры, а также формулировать требования к системе виброизоляции фундамента ДММТ,

- разработан и изготовлен действующий макет ДММТ, предложены две методики экспериментального исследования динамики РК и выявлены факторы, значительно влияющие на ее динамику, выполнены экспериментальные нарезки ПШС и исследованы геометрические характеристики их штрихов,

- с целью обеспечения достоверности исходных параметров исследуемой математической модели динамики РК экспериментально идентифицированы ее массо-габаритные параметры и коэффициенты жесткости упругих пружинных подве-

сов действующего макета ДММТ На базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO с целью определения рациональных параметров РК для достижения требуемого качества изготовления штриха проведено численное моделирование динамики РК, используя ее разработанную математическую модель и критерий качества, - выработаны рекомендации по модернизации макета ДММТ, преимущественно в отношении РК

Выявлен ряд особенностей предложенной РК, построенной в виде физического маятника на опорах с трением упругости, учет основных из которых позволит обеспечить заданные параметры штриха (его длину, ширину, глубину, погрешность периода) и минимизировать время цикла нарезки штриха, то есть повысить производительность

Среди практических приложений данной работы можно выделить наше предложение применить относительно дешевые нарезные линейные и радиальные ПШС, изготовленные на ДММТ, в составе нового комплекта голограммных оптических элементов «HOLLOS» в качестве технического средства обучения для исследовательских и учебных работ [11,12]

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в рамках настоящей диссертации, использованы при разработке технического задания на опытно-конструкторскую работу по созданию перспективной делительной техники - опытных образцов ДММТ и будут реализованы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО ТИПО"» на этапе конструирования оптимизации параметров и изготовления ДММТ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Беляков Ю М, Лукин А В, Мельников А Н Оптико-электронный комплекс для изготовления прецизионных высокочастотных дифракционных оптических элементов // Аналитическая механика, устойчивость и управление движением Тез докл III Всеросс Ахметгалеевского сем 26-28 февраля 1997 г Казань 1997 С 8

2 Лукин А В Мельников А Н Датчики перемещений и проблема изготовления прецизионных дифракционных оптических элементов Ч XXIII Гагаринские чтения Тез докл Всеросс молодежи научн конф 8-11 апреля 1997 г М 1997 Ч.3 С 118

3 Беляков Ю М, Лукин А В, Мельников А Н Принципы построения системы управления процессом изготовления прецизионных дифракционных оптических элементов // Актуальные проблемы научных исследований и высшею профессионального образования Тез докл юбилейн научн и научно-метод конф, посвященной 65-летию КГТУ им А Н Туполева, 1997 г Казань 1997 Ч 1С 142

4 Лукин А В, Мельников А Н Принципиальная схема системы управления процессом изготовления прецизионных дифракционных оптических элементов // Тез докл и сообщ XV научно-технич конф Казань 1997 С 99-100

5 Лукин А В, Мельников А И Исследование действующего макета делительной машины маятникового типа для изготовления высокочастотных периодических штриховых структур // Тез докл и сообщ XVI военно-технич конф Казань 1999 С 137-138

6 Лукин А В, Мельников А Н Делительная машина для изготовления периодических штриховых структур, преимущественно дифракционных решеток (варианты) Пат №2130374 РФ//Бюл изобр 1999 № 14 С 488-489

7 Мельников А Н, Вахламов А М Аппроксимация экспериментальных значений микротвердости тонких пленок аналитическими функциями // IX Туполев-ские чтения студентов Тез докл Всеросс научно-технич конф 25-26 октября 2000 г Казань 2000 Том I С 128

8 Мельников А Н, Идамкин В Н Разработка и твердотельное моделирование узла резцовой каретки маятникового типа делительной машины // IX Туполевские чтения студентов Тез докл Всеросс научно-технич конф 25-26 октября 2000 г Казань 2000 Том I С 130

9 Бородин В М, Карпов А И, Кренев В А, Лукин А В, Мельников А Н Приемлемость упрощенной динамической модели резцовой каретки делительной машины // Аналитическая механика, устойчивость и управление движением Тез докл VIII Четаевской междунар конф 28-31 мая 2002 г Казань 2002 С 21

10 Бородин В М, Карпов А И, Кренев В А , Лукин А В, Мельников А Н Исследование динамики резцовой каретки делительной машины маятникового типа //ВестникКГТУ им А Н Туполева 2003 №3 С 11-16

11 Беляков Ю М, Лукин А В Мельников А Н, Рафиков Р А , Саттаров Ф А Комплект голограммных оптических элементов «НОЬОЗ» как техническое средство обучения // Вестник КГТУ им А Н Туполева 2003 № 3 С 20-23

12 Buynov G N, Lukin A V, Melnikov A N, Rafikov R A , Sattarov FA Complete set of hologram optical elements «HOWS» for educational and investigational work in diffractional optics laser engineering and holography//Proc SPIE 2004 V 5481 Pp 160-167

13 Мельников А Н Экспериментальное исследование действующего макета делительной машины маятникового типа // Авиакосмические технологии и оборудование Материалы Всеросс научно-практической конф 10-11 августа 2004 г Казань Изд-во Казан гос техн ун-та, 2004 С 273-285

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Печ л 1,0 Усл печ л 0,93 Уел кр-отт 0,98 Уч-изд л 0,99

_Тираж 100 Заказ Е 34_

Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111 Казань, К Маркса, 10

95. 01 - gô. ce

696

? ? MAP 7905

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. КЛАССИЧЕСКИЕ ДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ: УСТРОЙСТВО, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ДИНАМИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Устройство, принцип работы и основные характеристики делительных машин.

1.2. Динамическая точность резцовых кареток классических делительных машин.

1.3. Методы экспериментального исследования точности работы резцовых кареток классических делительных машин.

1.4. Постановка задачи исследований и формулировка основных концепций ее решения.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ДЕЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА МАЯТНИКОВОГО ТИПА.

2.1. Общие принципы построения делительной машины маятникового типа.

2.2. Функциональные схемы делительных машин маятникового типа и описание их работы.

2.3. Принципы построения и конструирования резцовой каретки и ее привода.

2.4. Принципы построения и конструирования делительной каретки. 67 Выводы по главе 2.

Глава 3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ РЕЗЦОВОЙ КАРЕТКИ ДЕЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ МАЯТНИКОВОГО

ТИПА.

3.1. Механическая модель.

3.2. Системы координат.

3.3. Обобщенные координаты и принятые обозначения.

3.4. Кинетическая энергия системы.

3.5. Обобщенные силы.

3.6. Математическая модель.

3.7. Расчет жесткости подвеса и положения центра масс резцедержателя.

3.8. О выборе критерия качества изготовления штриха нарезной периодической штриховой структуры.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА ДЕЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ МАЯТНИКОВ ОГО ТИПА.

4.1. Действующий макет делительной машины маятникового типа.

4.1.1. Описание конструкции макета.

4.1.2. Работа макета.

4.1.3. Условия проведения экспериментов.

4.2. Методики экспериментальных исследований и их результаты.

4.2.1. Исследование динамики резцовой каретки с помощью кол-лимированного лазерного луча.

4.2.2. Исследование динамики резцовой каретки по интерференционной картине.

4.2.3. Идентификация параметров резцовой каретки макета.

4.2.4. Исследование экспериментальных нарезок периодических штриховых структур.

4.2.5. Экспериментальное сравнение работы макета делительной машины маятникового типа и классической делительной машины типа ИГ-91.

4.3. Численное моделирование динамики резцовой каретки делительной машины маятникового типа.

4.3.1. Определение параметров математической модели пространственного движения резцовой каретки.

4.3.2. Пространственная модель движения резцовой каретки на базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO.

4.3.3. Результаты численного моделирования.

4.4. Рекомендации по выбору конструктивных параметров резцовой каретки делительной машины маятникового типа.

Выводы по главе 4.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Актуальность темы

Эффективная работа разнообразных контрольно-измерительных, спектральных, лазерных приборов и устройств, применяемых в научных исследованиях и производстве, зависит от точностных параметров используемой элементной базы, в том числе линейных штриховых мер, линейных, радиальных и цилиндрических решетчатых растров, дифракционных решеток (ДР), решеток-поляризаторов, синтезированных линейных голограмм, линейных и радиальных тест-объектов (например, для калибровки атомных силовых, растровых туннельных и электронных микроскопов), измерительных решеток, шкал и других элементов с периодической штриховой структурой (ПШС), и, в частности таких, у которых соотношение длины штриха к общей ширине нарезки менее чем 1:5 [1 - 6]. Приведенные выше ПШС имеют широкий диапазон пространственных частот от единиц до нескольких тысяч штрихов на 1 мм в зависимости от назначения и области применения.

К настоящему времени известны несколько способов изготовления ПШС [1,2,6-8]:

1) механический способ нарезания поверхностного рельефа;

2) оптический (проекционный);

3) интерференционный (голографический);

4) фотолитографический;

5) прямая графическая запись штриховых структур (ШС) с помощью лазерных или электронно-лучевых устройств;

6) создание ШС с помощью ионной технологии.

Наиболее широкое применение в технологии изготовления ПШС получили механический и голографический способы.

Механический способ - непосредственное формирование (нарезание, гравирование) поверхностного рельефа в тонких металлических слоях или на стекле; формирование ПШС осуществляется с помощью специальных алмазных резцов на автоматизированном граверно-делительном оборудовании, в том числе на делительных машинах (ДМ). Цикл формирования одного штриха лежит в диапазоне от 3 до 12 с. Данный способ изготовления не имеет промежуточных операций, является одноступенчатым, полностью автоматизированным, ГП11С изготавливается последовательно, штрих за штрихом, что предъявляет жесткие требования к стабильности параметров окружающей среды в технологическом помещении - температуре, влажности, вибрациям и др. У нарезных ПШС профиль штриха определяется формой и пространственной ориентацией алмазного резца, скоростью его износа, локальной упругостью металлического покрытия и силами, действующими при формировании штриха. Траектория штриха нарезной ПШС, очевидно, есть зафиксированный след траектории движения резцовой каретки (РК), зависящий также от состояния поверхностей направляющих РК, с учетом накопленного и местного случайного износа, попавших пылинок и прочих случайных факторов. РК должна обеспечивать повторяемость траектории перемещения резца с точностями изготовления шага микро- и наноструктуры в соответствии с назначением ПШС.

Сущность голографического способа состоит в регистрации на светочувствительном материале (слоях фоторезистов, полупроводников и др.) системы интерференционных полос, образующихся в результате взаимодействия двух когерентных волн с последующей физико-химической обработкой светочувствительного материала с образованием рельефной структуры.

Исторически первыми, еще в 90-х годах XIX века, были изготовлены нарезные ДР-матрицы американским физиком Роуландом (Rowland) с помощью алмазного резца на стеклянной подложке с металлическим слоем на ДМ, названной впоследствии его именем [3]. С тех пор не прекращается процесс усовершенствования ДМ и технологии изготовления нарезных ПШС в силу имеющихся достоинств механического способа [1]. Достоинства данного способа изготовления выражаются в предсказуемости профиля штриха (треугольный профиль, повторяющий профиль алмазного резца), высокой лучевой стойкости изготовленных этим способом решеток, что особенно важно при работе с лазерами, обладающими плотностями мощности излучения до нескольких киловатт на см2, отсутствии выделения газов при работе в космических условиях и т.п. Достоинства голограммных ПШС - отсутствие «духов», большие размеры при больших пространственных частотах, более быстрое изготовление по сравнению с нарезными ПШС. Однако, ограниченность разрешающей способности светочувствительных слоев и сложность работы с источниками лазерного излучения в ультрафиолетовой области спектра лимитируют предельные пространственные частоты голограммных ПШС величиной порядка 5000 - 6000 мм"1. Нельзя не сказать, что некоторые типы ПШС, в частности, радиальные растры и растры на цилиндре, практически невозможно изготовить голографическим способом.

Технология нарезных ПШС, не зависящая от указанных выше проблем, в принципе, обеспечивает возможность перехода рубежа в 6000 мм"1 и выше. Такое высокое разрешение может быть достигнуто на основе реализации физических свойств материалов металлических пленок, например, золота [9], технологии прецизионной заточки алмазных резцов (толщина лезвия алмазного резщ; бицилиндрической формы, по косвенным оценкам, составляет несколько нанометров [10]) при соблюдении особых требований термостабилизации и виброизоляции технологического помещения [1,2].

Как следствие указанных выше достоинств и ограничений рассматриваемых способов изготовления ПШС нарезные и голограммные их типы занимают свои «ниши» в спектральном приборостроении, метрологической и лазерной технике. Поэтому совершенствование техники и технологии получения как нарезных, так и голограммных ПШС, с целью повышения точности изготовления и снижения времени формирования штриховой структуры является приоритетной задачей в области станкостроения и научного приборостроения; и решение подобной задачи важно для экономики машиностроения.

Основное ограничение нарезной технологии связано с тем фактом, что делительные машины, построенные по схеме Роуланда (Rowland), достигли своих предельных возможностей. Прежде всего, это касается РК, которая остается такой же, как и у механических ДМ, и не имеет систем слежения, движение РК происходит практически бесконтрольно1. Следовательно, требования к РК предъявляются очень жесткие для обеспечения микронных и субмикронных точностей. Это положение касается как оптимального построения РК, так и обеспечения приемлемых динамических процессов при формировании штрихов. Еще одним существенным фактором на пути повышения точности изготовления нарезных ГШ1С выступает уменьшение времени формирования штриха. Увеличение быстродействия делительных машин в 3 — 5 и более раз значительно сократит общее время изготовления нарезных радиальных и «длинных» линейных ПШС, что особенно актуально для высокочастотных ПШС и ПШС, у которых длина штриха в пять и более раз меньше, чем общая ширина нарезки. Более быстрое изготовление ПШС увеличит производительность ДМ, удешевит себестоимость готовой продукции и снизит влияние изменений внешних факторов окружающей среды в технологическом помещении - температуры, влажности, вибраций, что также повысит точность изготовления нарезных ПШС.

Поэтому весьма актуальным является поиск новых принципов построения ДМ с целью перехода нарезной технологии на более высокий качественный уровень и более высокую производительность. В первую очередь, необходимо провести поиск нового построения РК, обеспечивающего увеличение быстродействия с сохранением оптимального динамического процесса при нарезке штрихов и высокой пространственной стабильности траектории движения резца.

Основой диссертации является поиск и обоснование новых принципов построения ДМ, в частности РК, комплексное исследование динамики РК, построенной на основе реализации новых принципов, составление ее математиче

1 Имеются сведения [12] о попытке ввести управление траекторией движения РК, вызванное необходимостью изготовления криволинейных штрихов вогнутых ДР. Такой механизм РК отличается чрезвычайной сложностью и, как следствие, - относительно низкой надежностью; поэтому он широкого распространения не получил. Причем в этой конструкции ДМ точность возвратно-поступательного движения алмазного резца определяется качеством изготовления плоской стеклянной поверхности направляющей с трением скольжения. ской модели, выявление основных факторов, влияющих на траекторию штриха, и выдача рекомендаций по оптимальному построению РК.

Цель настоящей работы состоит в разработке принципов построения делительной машины маятникового типа, позволяющей повысить производительность и точность механического формообразования периодических штриховых структур (дифракционных решеток, шкал, растров и подобных им изделий), и моделировании ее работы.

Основные задачи диссертационной работы

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

- изучение и анализ современного состояния и развития делительной техники, механических и математических моделей движения РК, методов экспериментального исследования динамической точности РК;

- проведение поиска и обоснования новых принципов построения ДМ, позволяющих снизить время формирования штриха, повысить производительность и точность изготовления нарезных ПШС, преимущественно таких типов, у которых соотношение длины штриха к общей ширине нарезки менее чем 1:5;

- обоснование принципов построения РК делительной машины маятникового типа (ДММТ);

- разработка математической модели динамики РК, построенной на новых принципах, с учетом основных пространственно действующих факторов, влияющих на процесс формирования штриха;

- разработка и изготовление действующего макета предложенной ДМ, проведение идентификации параметров РК; экспериментальная оценка перемещения РК макета ДММТ по нефункциональным координатам, используя метод коллимированного лазерного луча и интерференционный метод; изготовление экспериментальных нарезок ПШС на подложках с высоким оптическим качеством и исследование геометрии штрихов полученных образцов;

- создание программного обеспечения и проведение численного моделирования динамики РК на основе разработанной математической модели с цеи лью определения рациональных параметров РК, используя предложенный критерий качества изготовления штриха;

- выработка рекомендаций по модернизации макета ДММТ.

На защиту выносятся:

1. Принципы построения и варианты функциональных схем ДММТ для изготовления ПШС, РК которой построена либо на основе реализации динамических свойств физического маятника на опорах с трением упругости, либо - в виде «обращенного» пружинного параллелограмма с жесткими накладками, привод РК — в виде автоколебательного спускового регулятора или приводного устройства «с нитью».

2. Математическая модель динамики пространственного движения РК, построенной в виде физического маятника на опорах с трением упругости, с учетом влияния внешних воздействий (в том числе влияния географической ориентации установки станины, вибраций фундамента, кориолисовых сил инерции, вызванных вращением Земли) на динамику РК и параметры формируемого штриха (его глубину, ширину и длину).

3. Результаты численного моделирования динамики пространственного движения предложенной РК, реализующей свойства физического маятника на опорах с трением упругости.

4. Методики и результаты экспериментальных исследований динамики РК разработанного действующего макета ДММТ, основанные на проведении оценки динамики РК с контролем при помощи коллимированного лазерного луча и по интерференционной картине, полученной с использованием интерферометра Физо.

Научная новизна работы заключается в том, что в ее рамках:

1. Впервые предложено решение проблемы снижения времени формирования штриха, повышения точности и производительности механического формообразования ПШС путем использования принципов построения ДММТ, резцовые каретки которой реализуют динамические свойства либо физического маятника на опорах с трением упругости, либо - «обращенного» пружинного параллелограмма с жесткими накладками, привод РК основан на использовании автоколебательного спускового регулятора или приводного устройства «с нитью». Предложено и разработано шесть вариантов функциональных схем построения ДММТ;

2. Впервые разработана пространственная математическая модель динамики РК, построенной на основе физического маятника на опорах с трением упругости, позволяющая проводить анализ и оптимизацию конструктивных и динамических параметров РК предложенного типа, в рамках процесса формирования штриха, на основе сформулированного критерия качества изготовления штриха нарезной ПШС;

3. На базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO проведено численное моделирование динамики РК, изучено влияние конструктивных и динамических параметров РК, технологических параметров и внешних факторов на процесс нарезки штриха;

4. Проведены экспериментальные исследования динамики РК и идентификация ее параметров на основе разработанного действующего макета ДММТ;

5. Выданы рекомендации по выбору рациональных параметров РК.

Практическая значимость диссертации состоит в том, что на ее основе разработаны и использованы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО "Государственный институт прикладной оптики"»:

1. Защищенные патентом РФ принципы построения ДММТ, характеризующиеся универсальностью и применимостью в разработках ДМ для изготовления как линейных, так и радиальных нарезных ПШС;

2. Различные варианты технических решений основных узлов конструкции таких машин;

3. Алгоритм построения пространственной математической модели динамики РК с целью ее рационального проектирования в соответствии с предложенным критерием качества изготовления штриха;

4. Программа на базе прикладного математического пакета Mathcad 7.0 PRO для численного моделирования динамики РК ДММТ;

5. Техническое задание на опытно-конструкторскую работу по проектированию опытного образца ДММТ.

Связь с научно-техническими программами

Работы по диссертации выполнялись по планам НИР КГТУ им. А.Н. Туполева по теме «Исследование динамики движения резцовой каретки делительной машины маятникового типа для изготовления периодических штриховых структур» (дог. № 5409/280, шифр «МДМ») и ФГУП «НПО ТИПО"» по теме: «Разработка новых производительных технологий для организации серийного выпуска конкурентоспособных на мировом рынке дифракционных оптических элементов для ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областей спектра» (дог. РАВ-79-2000, шифр «Основа-Д»).

Апробация результатов

Основные результаты работы докладывались на:

VIII Четаевской международной конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», Казань, 2002 г.;

XI Международной научной конференции «Оптика лазеров - 2003», Санкт-Петербург, 2003 г.;

III Всероссийском Ахметгалеевском семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», Казань, 1997 г.;

XXIII Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 1997 г.;

Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование», Казань, 2004 г.;

IX Всероссийской научно-технической конференции «Туполевские чтения студентов», Казань, 2000 г.;

XV Научно-технической конференции в Казанском ВАКИУ, Казань, 1997 г.;

Юбилейной научной и научно-методической конференции, посвященной 65-летию КГТУ им. А.Н. Туполева «Актуальные проблемы научных исследований и высшего профессионального образования», Казань, 1997 г.;

XVI Военно-технической конференции в Казанском филиале ВАУ, Казань, 1999 г.;

2-ом Всероссийском конкурсе «Компьютерный инжиниринг - 2000», проводившимся в рамках XXVI Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 2000 г. (Получен диплом конкурса, отметившего автора как руководителя студенческой работы, занявшей третье место.)

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах, включая 1 патент РФ, 4 статьи, а также подготовлен 1 рукописный научно-технический отчет.

Личный вклад автора

Автору диссертации принадлежат все основные идеи и результаты исследований. Построение математической модели пространственного движения РК выполнено им совместно с соавторами. Автор является ответственным исполнителем научно-исследовательской работы по разработке и исследованию ДММТ. Ему принадлежит разработка и изготовление действующего макета ДММТ, выбор методов и разработка методик проведения экспериментальных исследований макета, обработка результатов экспериментов, проведение численного моделирования динамики РК с целью определения рациональных ее параметров при достижении заданного качества выполнения штриха, обобще ние на основе анализа результатов собственных исследований и анализа литературных данных. Автор принимал участие во внедрении результатов работы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО "ГИПО"».

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Основным результатом исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, явилось достижение автором цели работы — разработка принципов построения делительной машины маятникового типа (ДММТ), позволяющей повысить производительность и точность механического формообразования периодических штриховых структур (ПШС) - дифракционных решеток, шкал, растров и подобных им изделий, и моделирование работы делительной машины предложенного типа.

Достижение цели стало возможным благодаря комплексному подходу к решению поставленных задач, включающему:

- поиск и обоснование принципов построения ДММТ, позволяющих повысить производительность и точность механического формообразования ПШС за счет использования резцовой каретки (РК) в виде физического маятника на опорах с трением упругости или упругого пружинного параллелограмма с «жесткими» накладками, в качестве привода РК — автоколебательного спускового регулятора или привода «с нитью»;

- разработку математической модели динамики РК, учитывающей основные влияющие факторы, пространственно действующие при нарезке штриха;

- разработку и изготовление действующего макета предложенной ДММТ, идентификацию параметров ее РК, проведение экспериментальных исследований и численного моделирования динамики РК с целью определения оптимальных ее параметров, используя предложенный критерий качества К, изготовления штриха нарезной ПШС.

В ходе исследования были решены следующие основные задачи:

- изучены и проанализированы современное состояние и перспективы развития делительной техники, математические модели динамики РК, методы экспериментального исследования динамической точности РК;

- разработаны принципы построения ДММТ для изготовления ПШС, преимущественно таких, у которых длина штриха в пять и более раз меньше, чем их общая ширина нарезки. Предложены шесть вариантов функциональных схем ДММТ. Предложенные принципы построения ДММТ открывают путь к повышению производительности в 3 — 5 раз и многократному повышению точности изготовления ПШС за счет увеличения быстродействия и динамической точности резцовой каретки, что подтверждается численным и физическим моделированием. Соответственно при равных длинах штрихов нарезаемых ПШС у классических делительных машин - цикл нарезки от 3 до б с, К{ от 1 до 0,1, у ДММТ (по результатам численного и физического моделирования динамики РК) - цикл нарезки от 0,5 до 1,2 с, К{ от 1 до 10"5 (при условии, что предельная частота вибраций фундамента ДММТ в горизонтальном направлении не более 1 Гц при амплитуде колебаний не более 7-10"7 м);

- разработаны новые принципы построения РК, основанные, в отличие от известных, на реализации свойств физического маятника и безлюфтовых опор с трением упругости; предложенные принципы построения РК характеризуются универсальностью применения в делительных машинах, предназначенных для изготовления как линейных, так и радиальных нарезных ПШС;

- разработана математическая модель динамики РК, реализующая новые принципы построения; созданная математическая модель с семью степенями свободы позволяет исследовать влияние различных «внутренних» (конструктивных, динамических) и «внешних» (географической ориентации установки станины, вибраций фундамента и кориолисовых сил инерции) параметров системы на параметры штриха, анализировать и оптимизировать параметры РК, технологические параметры, а также формулировать требования к системе виброизоляции фундамента ДММТ;

- разработан и изготовлен действующий макет ДММТ, предложены две методики экспериментального исследования динамики РК и выявлены факторы, значительно влияющие на ее динамику; выполнены экспериментальные нарезки ПШС и исследованы геометрические характеристики их штрихов;

- с целью обеспечения достоверности исходных параметров исследуемой математической модели динамики РК экспериментально идентифицированы ее массо-габаритные параметры и коэффициенты жесткости упругих пружинных подвесов действующего макета ДММТ. На базе пакета прикладных программ Mathcad 7.0 PRO с целью определения рациональных параметров РК для достижения требуемого качества изготовления штриха проведено численное моделирование динамики РК, используя ее разработанную математическую модель и критерий качества;

- выработаны рекомендации по модернизации макета ДММТ, преимущественно в отношении РК.

Выявлен ряд особенностей предложенной РК, построенной в виде физического маятника на опорах с трением упругости, учет основных из которых позволит обеспечить заданные параметры штриха (его длину, ширину, глубину, погрешность периода) и минимизировать время цикла нарезки штриха, то есть повысить производительность. Особенности РК предложенного типа состоят в следующем:

- смещение «характерной» точки резца по оси 0^у2 и положение центра масс резцедержателя существенно влияет на размеры штриха;

- величина технологического зазора существенно влияет на размеры о штриха и должна быть не больше 0,01Т 0" м;

- вращение Земли вызывает незначительное искривление траектории (осевой линии) штриха, на заданной географической широте ее максимальное отклонение от прямой во время рабочего хода составляет 3,013-10"9 м и не зависит от ориентации оси вращения РК;

- на размеры штриха оказывают влияние вибрации в направлении ось вращения РК, под действием этих вибраций происходит искривление траектории (осевой линии) штриха;

- на достижение требуемой величины критерия качества Kt изготовления периодической штриховой структуры существенно влияет спектральный состав вибрационных колебаний фундамента, действующих в горизонтальном направлении и, например, для получения ПШС с пространственной частотой свыше 3600 мм"1 приемлемого качества требуется обеспечить, при прочих необходимых технологических условиях, такую виброизоляцию фундамента, чтобы предельная частота вибраций фундамента была не более 1 Гц при амплитуде колебаний не более 7-10"7 м;

- результаты получены при предположении, что нарезка штрихов периодической штриховой структуры производится в тонких алюминиевых слоях, алмазный резец имеет форму полусферы; радиус резца изменяли в пределах от 10' мм до 15 мм.

Среди практических приложений данной работы можно выделить наше предложение применить относительно дешевые нарезные линейные и радиальные ПШС, изготовленные на ДММТ, в составе нового комплекта голограмм-ных оптических элементов «НОЬОЗ» в качестве технического средства обучения для исследовательских и учебных работ [62, 101].

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в рамках настоящей диссертации, использованы при разработке технического задания на опытно-конструкторскую работу по созданию перспективной делительной техники - опытных образцов ДММТ и будут реализованы в опытном производстве дифракционной оптики ФГУП «НПО "ГИПО"» на этапе конструирования, оптимизации параметров и изготовления ДММТ.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю настоящей диссертации д.т.н. Лукину А. В., заместителю генерального директора ФГУП «НПО ГИПО» по науке работе д.т.н. Белозерову А. Ф., ученому секретарю ФГУП «НПО ГИПО», д. ф.-м. н., профессору Мирумянцу С. О., заведующему кафедрой оптико-электронных систем КГТУ им. А.Н. Туполева, к.т.н. Белякову Ю.М., начальнику отдела нарезных дифракционных решеток ФГУП «НПО ГИПО» к.т.н. Лукашевичу Я. К. за внимательное отношение к настоящей работе.

1. Герасимов Ф.М., Яковлев Э.А. Дифракционные решетки. В кн.: «Современные тенденции в технике спектроскопии». - Новосибирск: Наука, 1982. -С. 24-94.

2. Федотов А.И. Технология автоматизированного нанесения штрихов и знаков. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977. - 304с.

3. Hutley М.С. Diffraction gratings. London. - New York. - Paris: Academic Press, 1982.-336 p.

4. Мироненко A.B. Фотоэлектрические измерительные системы (измерение линейных и угловых величин). М.: Энергия, 1967. - 360 с.

5. Бухараев A.A. Диагностика поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии. (Обзор) // Заводская лаборатория. 1994. - № 10. - С. 15 -27.

6. Агачев А.Р., Ларионов Н.П., Лукин A.B., Миронова Т.А., Нюшкин A.A., Протасевич Д.В., Рафиков P.A. Синтезированная голограммная оптика // Оптический журнал. 2002. - №12. - С.23 - 32.

7. Фролова Н.П. Дифракционная оптика. (Обзор) // Оптико-механическая промышленность. 1988. - №9 - С.49 - 56.

8. Методы компьютерной оптики /Под. ред. В.А. Сойфера. М.: Физмат-лит, 2000. - 688с.

9. Loewen E.G. Current boundaries of mechanical ruling of gratings // Proc. SPIE. 1982. -V. 315. - Pp. 173- 177.

10. Федотов А.И. Технологические особенности изготовления алмазных резцов для делительных работ. В кн.: «Алмазные инструменты в машиностроении» / Под ред. И.Г. Космачева. - Л.: Лениздат, 1965. - С. 69 - 108.

11. Герасимов Ф.М. Современные дифракционные решетки. (Обзор) // Оптико-механическая промышленность. 1965. - № 10. - С. 33 - 49; - №11. - С. 33-42.

12. Harada Т., Kita Т. Aberration corrected ruling concave gratings// Applied Optics. 1980.-V.l9.-No 23.-Pp. 3987-3993.

13. OCT 3-4013-78. «Решетки дифракционные. Типы, основные размеры и параметры». М.: Изд-во стандартов, 1978.

14. Справочник конструктора оптико-механических приборов/ В.А. Панов, М.Я. Кругер, В.В. Кулагин и др.: Под общ. ред. В.А. Панова. JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - 742 с.

15. Каталог фирмы «NT-MDT Со.», Зеленоград, 2003.

16. Stroke G.W. Diffraction gratings. Jn.: Handbuch der Physik. Berlin, Springer, 1967, Bd 29. - Pp. 426 - 754.

17. Федотов А.И. Автоматизация делительных работ. JI.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1969. - 320 с.

18. Алексеев Г.А., Семенов И.З., Федотов А.И. Исследование динамики резцовой балки делительной машины// Точное приборостроение: Межвузов, сб. статей/ Вып. 1. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. - С. 81 - 84.

19. Harrison G.R. The production of diffraction gratings: I. Development of the ruling art// JOS A. 1949. - V. 39. - No 6. - Pp. 413 - 426.

20. Harrison G.R., Stroke G.W. Interferometric control of grating ruling with continious carriage advance//JOS A. 1955.-V. 45.-No 2. - Pp. 112 - 121.

21. Horsfield W.R. Ruling engine with hydraulic drive// Applied Optics. 1965. -V. 4.-No 2.-Pp. 189- 193.

22. Bartlett I.R., Wildy P.C. Diffraction grating ruling engine with piezoelectric drive//Applied Optics. 1975. - V. 14.-No l.-Pp. 1 -3.

23. Harrison G. R. The diffraction grating an opinionated appraisal// Applied Optics. - 1973. - V.l2. - No 9. - Pp. 2039 - 2049.

24. Бурмистров Ф.Л. Делительное дело. Л.: Машгиз, 1947. - 320 с.

25. Цодиков С.Ф. Магнитомеханический преобразователь и способ управления им// Патент РФ, № 2075797. Бюл. изобр. - 1997. - № 8.

26. Цодиков С.Ф., Раховский В.И. Магнитострикционные силовые приводы для суперпрецизионного позиционирования // Измерительная техника. -1997.-№5.-С. 56-62.

27. Куинджи В.В., Стрежнев С.А., Фетисова Н.А. Магнитострикционный метод коррекции остаточных ошибок деления дифракционных решеток// Оптико-механическая промышленность. 1970. - № 6. - С. 43 - 45.

28. Желудков В. Н. Расчет симметричного перекрестного шарнира// Изв. вузов. Приборостроение. 1965. - №5. - С. 143 - 151.

29. Цейтлин Я. М. Упругие кинематические устройства. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1972. -296 с.

30. Ковалев М. П., Сивоконенко И. М., Явленский К. П. Опоры приборов. -М.: Машиностроение, 1967. 192 с.

31. Трение, изнашивание и смазка. В 2 кн./Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, Кн. 1, 1978. - 399 е.; Кн. 2, 1979. - 358 с.

32. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник/ Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

33. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

34. Алексеев Г.А. Автоколебание резца при нанесении штрихов// Точное приборостроение: Межвузов, сб. статей/ Вып.З. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978.-С. 38-42.

35. Алексеев Г.А., Федотов А.И. Влияние колебаний резца на качество штрихов// Точное приборостроение: Межвузов, сб. статей/ Вып. 1. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. - С. 84 - 88.

36. Алексеев Г.А., Федотов А.И. О регенерации следа при профилировании штрихов// Точное приборостроение: Межвузов, сб. статей/ Вып. 1. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1975. - С. 88 - 90.

37. Федотов А.И. Исследование автоматизированного процесса нанесения делений: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Л., 1972. - 56 с.

38. Алексеев Г.А. Теоретические основы, методы и средства обеспечения качества образования прецизионного регулярного микрорельефа: Автореф. дис. . докт. техн. наук. JL, 1987. - 48 с.

39. Алексеев Г.А. Динамика профилирования штрихов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. JL, 1972. - 24 с.

40. Баракаускас A.A., Дирвелис А.Ю. Исследование динамики резцовых устройств делительных машин// Точное приборостроение: Межвузов, сб. статей/ -Вып.З. — JI.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. С. 27 - 33.

41. Куинджи В.В., Стрежнев С.А., Фетисова H.A. Магнитострикционный метод коррекции остаточных ошибок деления дифракционных решеток// Оптико-механическая промышленность. 1970. - № 6. — С. 43 - 45.

42. Куинджи В.В., Абдрахманов Р.Х. Применение магнитострикционного метода коррекции остаточных ошибок деления при изготовлении дифракционных решеток с большими постоянными// Оптико-механическая промышленность. 1978. - №5 - С.51 - 55.

43. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977.

44. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1972. -105 с.

45. Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Основы инженерной теории, применение. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1976. - 296 с.

46. Отчет по теме НГ2-404-67/165-01-70, разд. XXIV «Усовершенствование методов изготовления и исследования дифракционных решеток» Л., 1971. -С. 14-18.

47. Быков В.А., Лазарев М.И., Тавров A.B. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности//Компьютерра. 1997. - № 41. - С.38 -42.

48. Фирма «NT-MDT Co.». Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.ntmdt.com.

49. Bykov V.A. Scanning probe microscopy for nanotechnology// Proc. SPIE. -2002. V. 4900. - Pp. 225 - 239.

50. Герасимов Ф.М., Тельтевский H.A., Спижарский С.Н., Несмелое C.B. Делительная машина Государственного оптического института для изготовления дифракционных решеток // Оптико-механическая промышленность. 1957. -№3. - С.47 — 54.

51. Герасимов Ф.М., Тельтевский И.А., Наумов С.С., Спижарский С.Н., Несмелое C.B. Дифракционные решетки Государственного оптического института // Оптика и спектроскопия. 195 8. - Т. 4. - Вып. 6. - С. 779 - 790.

52. Лукин A.B., Мельников А.Н. Делительная машина для изготовления периодических штриховых структур, преимущественно дифракционных решёток (варианты) // Патент РФ, № 2130374. Бюл. изобр. - 1999. - № 14. - С. 488 -489.

53. Мельников А.Н., Лукин A.B. Датчики перемещений и проблема изготовления прецизионных дифракционных оптических элементов // XXIII Гага-ринские чтения: Тез. докл. Всеросс. молодежи, научн. конф. 8-11 апреля 1997 г.-М.: 1997. Ч.З. - С. 118.

54. Мельников А.Н., Лукин A.B. Принципиальная схема системы управления процессом изготовления прецизионных дифракционных оптических элементов // Тез. докл. и сообщ. XV-ая научно-технич. конф. Казань: 1997. - С. 99- 100.

55. Мельников А.Н., Лукин A.B. Исследование действующего макета делительной машины маятникового типа для изготовления высокочастотных периодических штриховых структур // Тез. докл. и сообщ. XVI-ая военно-технич. конф.-Казань: 1999. -С. 137- 138.

56. Мельников А.Н., Бородин В.М., Карпов А.И., Кренев В.А., Лукин A.B. Исследование динамики резцовой каретки делительной машины маятникового типа // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2003. - №3. - С. 11 - 16.

57. Мельников А.Н., Беляков Ю.М., Лукин A.B., Рафиков P.A., Саттаров Ф.А. Комплект голограммных оптических элементов «HOLOS» как техническое средство обучения // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2003. - №3. - С. 20-23.

58. Гевондян Т.А., Киселев Л. Т. Приборы для измерения и регистрации колебаний. М.: Матгиз, 1962. - 468 с.

59. Шполянский В.А., Курницкий А.М Спусковые регуляторы приборов времени. М.: Матгиз, 1963. - 464 с.

60. Прецизионные сплавы: Справочник / Под ред. Б.В. Молотилова. М.: Металлургия, 1983. - 354 с.

61. ГОСТ 15834 77 «Проволока из бериллиевой бронзы. Технические условия». -М.: Изд-во стандартов, 1977. - 10 с.

62. ГОСТ 1789 70 «Полосы и ленты из бериллиевой бронзы. Технические условия». - М.: Изд-во стандартов, 1970. -22 с.

63. ГОСТ 14117 85 «Лента из прецизионных сплавов для упругих элементов. Технические условия». - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 15 с.

64. ГОСТ 14118 85 «Проволока из прецизионных сплавов для упругих элементов. Технические условия». - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 8 с.

65. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.-392с.

66. Сорочкин Б. М. Автоматизация измерений и контроля размеров деталей. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1990. - 365 с.

67. Детали и механизмы металлорежущих станков/ Под ред. Д.Н. Решето-ва. М.: Машиностроение, 1972. -Т.1. - 663 е.; Т.2. - 520 с.

68. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/ Под ред. В.Э. Пуша. М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

69. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1977.-390 с.

70. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики: Учебник. В 2-х томах. Т.1.: Статика и кинематика; Т.2.: Динамика. М.: Наука, 1979.

71. Никитин Н.Н. Курс теоретической механики: Учебник для машино-строит. и приборостроит. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990.

72. Виттенбург Й. Динамика систем твердых тел. М.: Мир, 1980.

73. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1973.

74. Оптический производственный контроль / Под ред. Д. Малакары; Пер. с англ. Е.В. Мазуровой и др.; Под. ред. А.Н. Соснова. М.: Машиностроение, 1985.-400 с.

75. Исакович Е. Г. Весы и весовые дозаторы. Метрологическое обеспечение: Справочн. книга метролога. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 376 с.

76. ГОСТ 24104 88 «Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия».

77. ГОСТ 427 75 «Линейки измерительные металлические. Основные параметры и размеры. Технические требования».

78. ГОСТ 166-89 «Штангенциркули. Технические условия».

79. ГОСТ 7328 82 «Меры массы общего назначения и образцовые. Технические условия».

80. ГОСТ 9696 82 «Индикаторы многооборотные с ценой деления 0,001 и 0,002 мм. Технические условия».

81. ОСТ 10- 197-70 «Стойки магнитные. Технические условия».

82. ГОСТ 577 68 «Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01мм. Технические условия».

83. ОСТ 3 1901 -95 «Покрытия оптических деталей. Типы, основные параметры и методы контроля».

84. MathCad 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95/ Пер. с англ. М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1996.

85. Очков В.Ф. Mathcad PLUS 6.0 для студентов и инженеров. М.: ТОО фирма "КомпьютерПресс", 1996.

86. Фаворин М.В. Моменты инерции тел: Справочник/ Под ред. М.М. Гер-нета. М.: Машиностроение, 1970.

87. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти томах. Т.З, 6. М.: Машиностроение, 1985.

88. Цейтлин Я.М. Нормальные условия измерений в машиностроении. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.

89. Благородные металлы: Справочник/ Под ред. Е.М. Савицкого. М.: Металлургия, 1984.

90. Конструкционные материалы: В 3-х томах./ Под ред. А.Т. Туманова. -М.: Советская энциклопедия, 1965.

91. Никитин В.А. Оптические термины и понятия по разделу «Спектрометрия и спектральные приборы» // Оптический журнал. 1997. - № 8. - С. 97 -110.

92. ГОСТ 24865.1 81. «Голография и голографические методы контроля качества. Термины и определения». - М.: Изд-во стандартов, 1982.

93. Отчет по теме №60/8-78. Часть I. «Проведение исследования виброзащитных систем для прецизионного оборудования и разработка.рекомендаций по их применению». Казань, 1983. - С. 6 - 66.

94. Gee A.E. A piezo-stepping diffraction grating ruling engine with continuous grating-blank position control// Japan. J. Appl. Phys. 1975. - V. 14. -Suppl. 14-1.-Pp. 169- 174.

95. Takashima K., Nawata S. Diffraction grating ruling engine with piezoelectric control// Japan. J. Appl. Phys. 1978. - V. 17. - No 8. - Pp. 1445 - 1446.