автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Разработка технологических методов управления функциональными характеристиками узлов гироприборов

Юльметова Ольга Сергеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ

Специальность 05.11.14-технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 СЕН 2011

Санкт-Петербург 2011

4854704

Работа выполнена в государственном научном центре Российской Федерации -ОАО «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор» и в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Валетов Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Вейко Вадим Павлович

кандидат технических наук, профессор

Мурашов Юрий Георгиевич

Ведущая организация:

ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» имени П.А. Ефимова»

Защита состоится " " О^т&^/ъсЯ, 2011 г. в " /6 " ч. на заседании диссертационного совета Д.212.227.04 при СПбГУ ИТМО, по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, ауд. ¿06

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ ИТМО. Автореферат разослан "_"_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Киселев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Повышение качества изделий точного оиборостроения, в том числе гироскопических приборов, требует целенаправлен-эго роста уровня их производства путем активного внедрения высокопроизводи-:льного оборудования, а также разработки новых технологий, создание которых во ногом связано с решением технологических задач по обеспечению стабильности и травляемости функциональных характеристик изделий.

Современные исследования в области микрогеометрии поверхностей прецизи-яных деталей дают основание полагать, что стабильность функциональных харак-гристик в ряде случаев определяется постоянством шероховатости поверхности, оэтому одним из возможных путей повышения качества изделий является иссле-эвание корреляции характера шероховатости и эксплуатационных параметров из-злия.

Основателями теории влияния шероховатости на функциональные характери-гики деталей и узлов по праву можно считать И.В. Крагельского, Ю.Р. Виттенбер-I, Я.А. Рудзита, представителей школы СПбГУ ИТМО -).Г. Шнейдера, В.А. Валетова, В.М. Мусалимова и их последователей.

Примерами изделий точного приборостроения, для которых большое значение меет уровень функциональных характеристик их узлов, являются разработанные в ,НИИ «Электроприбор» (С.-Петербург) под руководством

.С. Анфиногенова и Б.Е. Ландау и не имеющие аналогов электростатический гиро-<оп (ЭСГ) и бескарданный вариант электростатического гироскопа (БЭСГ), приме-яемые на морских и космических объектах стратегического назначения. Выходные лгналы гироскопов формируются датчиками первичной информации с оптоэлек-эонной системой съема данных об угловом положении тонкостенного, покрытого итридом титана, (ЭСГ) и сплошного (БЭСГ) бериллиевого ротора по светоконтра-гному растровому рисунку, нанесенному на наружную сферическую поверхность □тора. Совершенствование этих гироскопов требует создания качественно новых аукоемких и эффективных технологических методов и средств изготовлении их тементов, что в первую очередь относится к сферическим бериллиевым роторам.

Большой вклад в теоретическое и практическое решение технологических за-14, связанных с процессом изготовления роторов ЭСГ и БЭСГ, внесли .И. Гаврюсев, В.Г. Кедров, А.Г. Щербак, В.А. Гинзбург, А.К. Гуттовская, :.В. Нарвер, С.М. Дюгуров.

Роторы являются основным конструктивным элементом электростатических фоскопов и представляют собой доведенный сферический узел, на наружную по-грхность которого методом локального электрохимического травления (ЭХТ) на-осится контрастный рисунок, необходимый для функционирования оптоэлектрон-ой системы съема информации. Соответствие роторов техническим требованиям пределяется комплексом функциональных характеристик, к которым помимо оп-отеских, описываемых контрастностью рисунка, можно отнести механические, ормируемые дисбалансом, и электрофизические, обусловленные необходимостью эизмеримости электропроводности базовой поверхности ротора и нанесенного ри-

сунка. Но растровый рисунок, полученный методом ЭХТ, имеет диэлектрическу] природу, нестабильную шероховатость, рыхлую структуру и неравномерную тoJ щину модифицированного слоя порядка 1,5-2,0 мкм, что негативно сказывается \ динамике ротора при его вращении в электростатическом подвесе.

Кроме того, необходимость повышения точности гироскопов требует создана технологии нанесения рисунка, имеющей более широкий диапазон технически возможностей. Так, например, для ротора БЭСГ повышение точности связано уменьшением угла наклона полос растрового рисунка, увеличивающего соотнош< ние сигнал-шум, а также с возможностью варьирования количества полос. Для р< тора ЭСГ перспективным решением является нанесение полюсных меток с относ! тельной разностью контраста не менее 10%, что позволит сократить время готовн« сти гироскопа при запуске. Однако ЭХТ в принципе не может обеспечить стабши ную разницу контрастности, а незначительное изменение конфигурации рисуш требует кардинальной перестройки всей технологии.

Рассмотренные аспекты определяют актуальность и практическую необход! мость разработки более совершенных и универсальных методов обработки прециз! онной поверхности роторов, обеспечивающих улучшение их функциональных XI рактеристик, к которым в первую очередь можно отнести контрастность и электр« проводность.

Целью диссертации являлось исследование и разработка технологических м( тодов управления функциональными характеристиками узлов гироприборов, обе< печивающих стабильность оптических и регулирование электрофизических хара] теристик прецизионной поверхности с сохранением геометрии узла.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- исследование и выявление прогрессивного метода формирования рисунка [ прецизионных поверхностях узлов гироприборов;

- анализ влияния основных параметров процесса обработки поверхности ? функциональные характеристики узлов гироприборов;

- разработка принципов математического моделирования для управления 01 тическими характеристиками рисунка;

- разработка технологических методов управления электрофизическими пар; метрами рисунка;

- разработка комплекса методик для оценки качества рисунка (контрастност: электропроводности, шероховатости).

Научная новизна

1. Разработаны математические модели процесса формирования растрово! рисунка методом лазерного маркирования, позволяющие установить взаимосвя: оптического критерия оптимизации, представляющего собой коэффициент контр; стности растрового рисунка, с режимами и условиями процесса лазерного маркир* вания прецизионных поверхностей.

2. Сформулированы принципы использования термодинамического анализа кинетической оценки химических взаимодействий при формировании рисунка м<

одом лазерного маркирования, позволяющие регулировать химический состав рас-рового рисунка и, как следствие, управлять его электрофизическими свойствами.

3. Определены управляющие факторы процесса формирования функциональ-ых характеристик растра, основанные на варьировании парциальных давлений омпонентов и состава газовой среды, а также температуры протекания химических еакций при использовании метода лазерного маркирования.

4. Разработана методика процесса оптимизации микрогеометрии прецизион-ых поверхностей, включающая анализ методов оценки шероховатости, выявление ункционального критерия и совокупности управляющих факторов с последующей птимизацией на основе метода Бокса - Уилсона.

5. Предложен непараметрический критерий оценки и контроля шероховато-ги, сформированный путем построения эмпирических плотностей распределения рдинат (или тангенсов углов наклона) трехмерных топографий.

Практическая значимость

1. Разработана принципиально новая технологическая схема формирования птических элементов заданной контрастности на прецизионной сферической по-ерхности сплошного бериллиевого ротора электростатического гироскопа с ис-ользованием метода лазерного маркирования.

2. Сформулированы и обоснованы общие принципы и условия процесса кор-ектировки электрофизических свойств светоконтрастного рисунка, полученного [етодом лазерного маркирования, на основе регулирования состава и варьирования арциальных давлений компонентов газовой среды.

3. Разработана методика измерения и контроля оптических свойств растрового исунка с использованием микроскопа-спектрофотометра МСФУ-К.

4. Разработана методика оценки электрических свойств рисунка, полученного [етодом лазерного маркирования, на основе построения вольтамперных характери-тик, полученных при помощи сканирующей зондовой микроскопии.

5. Разработана методика и программа автоматизированного контроля шерохо-атости прецизионных поверхностей с использованием трехмерных топографий.

6. Разработан информационный классификатор для хранения данных о конст-укторских признаках изделий, технологических методах их создания и условиях [етрологического контроля их функциональных характеристик и коррелирующих с ими критериев оценки шероховатости поверхности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсужда-ись на Международной конференции «Фундаментальные основы лазерных микро-нанотехнологий» (РЬАММ-Ю) (СПбГУ ИТМО, СПб., 2010 г.); ежегодной конфе-енции молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии» (КМУС-010) (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», СПб., 2010 г.); Девятой сессии международ-ой научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и ди-гностики машин и механизмов» (СПбГУ ИТМО, СПб., 2009 г.); X, XI, XII, XIII онференциях молодых ученых «Навигация и управление движением» (ЦНИИ

«Электроприбор», СПб., 2008-2011 гг.); V, VI, VII, VIII Всероссийской межвузо! ской конференции молодых ученых (СПбГУ ИТМО, СПб., 2008-2011 гг.); ХХХ1У XL научной и учебно-методической конференции (СПбГУ ИТМО, СПб., 2010-201 гг.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 18 статьях и доклада на конференциях, среди которых 5 статей в журналах из перечня ВАК. Ряд стате был опубликован при поддержке РФФИ в рамках работ по проект № 10-08-00158 а.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения списка литературы из 69 источников. Общий объем работы составляет 120 стр., тексте приведено 37 рисунков и 17 таблиц.

На защиту выносятся следующие научные положения и практические рс зультаты:

1. Математические модели процесса формирования контрастного рисунка и прецизионных поверхностях бериллия и нитрида титана, устанавливающие корр( ляцию контрастности рисунка и технологических режимов лазерного маркирования

2. Методика экспериментального определения микрогеометрии поверхносп обеспечивающей требуемый уровень функционального критерия, на основе прим< нения теории планирования эксперимента и непараметрических критериев оценки контроля шероховатости.

3. Непараметрический критерий оценки и контроля шероховатости, сформ! рованный на основе построения плотностей распределения ординат (или тангенсс углов наклона) трехмерных топографий.

4. Технологические методы корректировки электрофизических свойств пс верхности растра, связанные с регулированием состава и парциальных давлени компонентов газовой среды обработки в процессе лазерного маркирования.

5. Расчетная методика оценки фазового состава рисунка, полученного мете дом лазерного маркирования, на основе расчета величины и знака изобарнс изотермического потенциала, а также кинетической оценки химических реакцш протекающих в зоне обработки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяютс цель и задачи исследования и формулируются основные положения, выносимые и защиту.

В первой главе приводится анализ объекта исследований, включающий ра< смотрение конструкторско-технологических и метрологических особенностей прс цесса изготовления сферических роторов электростатических гироскопов.

Ротор определяется как узел с многофункциональной прецизионной поверхш стью, технология обработки которой должна обеспечивать целый ряд предъявлж мых как к этой поверхности, так и к ротору в целом требований: оптических, мех;

ических и электрофизических. Оптические требования определяются коэффициен-ом контрастности нанесенного рисунка (контрастность должна составлять 0,7±0,1 ля ротора БЭСГ и 0,6±0,1 для ротора ЭСГ); механические - дисбалансами (ради-пьным 0,10±0,02 мкм для ротора БЭСГ и < 0,05 мкм для ротора ЭСГ и осевым 0,05 мкм) и, наконец, электрофизические - электрической проводимостью. Оче-идно, что контрастность влияет на качество съема информации, а от дисбаланса ависит динамика ротора при его вращении в электростатическом поле. При этом ормирование и контроль электрических характеристик роторов на сегодняшний ень не предусмотрены в технологическом цикле их изготовления. Но можно пола-ать, что электрическая неоднородность негативно влияет на динамику ротора, вра-1ение которого происходит в электростатическом подвесе.

Далее в работе обоснованы тенденции развития исследований шероховатости, ается оценка современного состояния и определяются перспективы совершенство-ания процессов формирования рисунка. Здесь же приводятся статистические дан-ые по воспроизводимости результатов процесса формирования рисунка методом -»ХТ и обосновывается гипотеза, в соответствии с которой предполагается влияние 1ероховатости на отражательную способность и дисбаланс ротора. Согласно дан-ой гипотезе, нестабильность оптических показателей (разброс контрастности в ределах от 0,56 до 0,85) и изменение дисбаланса на 0,03 мкм, имеющие место поле нанесения рисунка, могут быть вызваны нестабильной шероховатостью поверх-ости рисунка. Поэтому необходимы исследования для выявления характера шеро-оватости поверхности, которая полностью отвечает требуемому уровню контраст-ости и вместе с тем не приводит к изменению дисбаланса. Между тем в условиях лабой управляемости и низкой воспроизводимости, что присуще технологии ЭХТ, пределение шероховатости, соответствующей требуемому уровню функциональ-ого критерия, оказывается невозможным.

Первую главу завершает постановка задач исследований, решение которых еобходимо для разработки более совершенной технологии формирования рисунка, также для поиска эффективных методов и средств обеспечения стабильности и правляемости функциональных характеристик узлов гироприборов.

Во второй главе представлена информационно-логическая модель (рис.1) тео-етико-прикладных и расчетно-экспериментальных исследований по повышению ачества роторов электростатических гироскопов, в соответствии с которой для дос-ижения главной цели - повышения качества ротора необходимо обеспечить эффек-ивную схему нанесения рисунка, возможность регулирования и стабильность >ункциональных характеристик. При этом в качестве метода, позволяющего решить оставленные задачи, рассматривается метод лазерного маркирования. Физическая ущность процесса лазерной обработки описывается термическими процессами, опровождаемыми взаимодействием поверхности образца с компонентами газовой реды, в результате чего на поверхности появляется резко отличающаяся по цвету т базовой поверхности пленка, отражающая структурные и химические изменения оверхностного слоя. Поэтому именно шероховатость модифицированного слоя, олщина и фазовый состав образованной пленки служат управляемыми величинами,

полностью определяющими оптические, механические и электрофизические харак теристики полученного растра. В качестве экспериментальных средств обеспечени требуемой шероховатости выступают режимы процесса лазерного маркирована Регулятором толщины и фазового состава пленки являются состав и парциальны давления компонентов газовой среды обработки. Расчетно-теоретической основой обеспечивающей стабильность оптических и механических характеристик, являете методика оптимизации шероховатости поверхности, базирующаяся на методе Бокс - Уилсона - инструментарии теории планирования эксперимента.

Цель

Задачи

3

Повышение качества ротора

Г

I Подзадачи

Обеспечение требуемой схемы нанесения рисунка

у

Обеспечение стабильности функциональных характеристик

Изменение ориентации полос растрового рисунка ротора БЭСГ

Создание относительной разницы контрастности полюсных меток ротора ЭСГ

Контролируемые параметры

Механических

Электрофизических

Контрастность

Дисбаланс

Проводимость

Управляемые величины

Технологический метод создания

Экспериментальные средства обеспечения

Регулируемые факторы

Расчетно-теоретические способы обеспечения

Шероховатость

Толщина и фазовый состав

Лазерное маркирование

Изменение

режимов работы оборудования +

- мощность Р, Вт

• скорость V, мм/с

- плотность ЛИНИЙ N1 ЛИН/ММ

• частота импульсов/, кГц

Оптимизация шероховатости на основе метода Бокса-Уилсона

Изменение условий протекания химических

взаимодействий

+ —

- химическим состав -парциальные давления компонентов

Термодинамический анализ и кинетическая оценка химических реакций

Рис. 1. ИЛМ теоретико-прикладных и расчетно-эксперименталъных исследований по повышению качества роторов электростатических гироскопов Средством регулирования фазового состава и, в определенной мере, электрс физических свойств пленки может служить варьирование составом и соотношение! парциальных давлений компонентов газовой среды, а также температурой процесс на основе расчета изобарно-изотермических потенциалов химических реакци взаимодействий материала ротора с этими компонентами и кинетической оценк этих реакций, базирующейся на уравнении Аррениуса. При этом дополнительны! средством регулирования электрофизических свойств растра может служить варьи рование стехиометрией покрытия, на котором формируется растровый рисунок. 1 частности, для покрытия нитрида титана общей формулы Т1ХЫУ изменение стехио метрического коэффициента в пределах от 0,557 до 1,0 уменьшает электросопрс тивление покрытия от 112,5 до 26 мкОм-см. А стехиометрический состав нитрид

титана также определяется парциальным давлением азота в процессе нанесения покрытия, где в полной мере применимы методы термодинамического анализа и оценки кинетических факторов.

Таким образом, в качестве основного приема, способного обеспечить стабильность оптических и механических свойств ротора, в работе используется оптимизация шероховатости функциональных поверхностей. Процесс оптимизации определяется методикой, основные положения которой отражает блок-схема, представлен-

ие. 2. Блок-схема процесса оптимизации шероховатости функциональных поверхностей

В операторах 1-4 блок-схемы осуществляется последовательный анализ с выбором функционального критерия и критерия оценки шероховатости. Также осуществляется выбор оборудования и средств программного обеспечения для измерения и вычисления требуемых критериев оценки шероховатости. В операторе 5 производится определение уровня воспроизводимости критериев оценки шероховатости и функционального критерия для поверхностей, полученных одним технологическим методом на идентичных режимах. Недостаточный уровень воспроизводимости требует поиска альтернативной, более прогрессивной технологии и перехода к блоку 6. Операторы 7 и 8 определяют работы по поиску корреляции шероховатости с функциональным критерием. Если влияние шероховатости на функциональный критерий не выявлено, то исследования заканчиваются и следует переход к оператору 9.

Влияние шероховатости на функциональный критерий предполагает оптимизацию шероховатости (блок 10), т.е. проведение экспериментального поиска шероховатости поверхности, обеспечивающей требуемый уровень функционального критерия. Согласно предлагаемой методике, оптимизация шероховатости включает три основных этапа:

- на основе теории планирования эксперимента осуществляется создание математической модели (уравнения регрессии), связывающей функциональный критерий с режимами технологической обработки;

- на базе математической модели определяется оптимальный технологический режим для создания поверхности с требуемым уровнем функционального критерия;

- на выявленных оптимальных режимах осуществляются формирование поверхности и фиксация шероховатости этой поверхности, которая и будет являться оптимальной для требуемого уровня функционального критерия.

Проведение оптимизации шероховатости для оптических характеристик роторов электростатических гироскопов позволило получить следующие результаты.

1. Математические модели, адекватно описывающие процесс формирования рисунка на доведенной поверхности бериллия (1) и нитрида титана (2), связывающие контрастность с технологическими режимами лазерного маркирования:

для прецизионной бериллневой поверхности К = 0,38 + 0,13Р + 0,06// - 0,14У - 0,06/ + 0,10 РУ + 0,05 Р/ + 0,04 РУ/, (1)

для поверхности нитрида титана К = 0,448 + 0,192Р + 0,21ЪЫ - 0,199У - 0,056ИУ + 0,149 РИУ, (2)

где К - контрастность растрового рисунка, определяемая нормированной разностью коэффициентов отражения базовой поверхности ротора и нанесенного рисунка на длине волны 860 нм.; Р, V, N. /- кодированные значения мощности излучения, скорости перемещения луча по обрабатываемой поверхности, плотности линий (число линий, приходящихся на 1 мм маркируемой поверхности при диаметре пятна луча 25 мкм) и частоты следования импульсов. Переход от натуральных значений факторов к кодированным значениям Рк осуществляется по формуле:

Г? _ С*

р - —а_12., где /<"„ - натуральное значение фактора, значение фактора на ос-

I

новном уровне, / - интервал варьирования фактора. Для прецизионной бериллие-

10

вой поверхности значения факторов на основном уровне составили: Р0=2,5 Вт, К0=25мм/с, #о=500 лин/мм,/0=25кГц , а интервалы варьирования для каждого фактора равны 1Р=0,5 Вт, /к=15мм/с, I¡4=200 лин/мм, I у=5кГц. Для прецизионной поверхности нитрида титана значения факторов на основном уровне составили: Р0 =2 Вт, ¥а =50мм/с, #0=500 лин/мм, а интервалы варьирования для каждого фактора равны 1Р=0,2 Вт, 1у=20мм/с, I N=200 лин/мм.

2. Технологические режимы для создания растра с требуемым уровнем контрастности:

для прецизионной бериллиевой поверхности с контрастностью 0,7:

Р=2 Вт, #=300 лин/мм, К=10 мм/с и/=30 кГц;

для поверхности нитрида титана с контрастностью 0,6:

Р=2 Вт, #=500 лин/мм, У=50 мм/с и/=20 кГц.

3. Шероховатость поверхности, контроль которой предложено осуществлять на базе графических изображений плотностей распределения тангенсов углов наклона трехмерных топографий, представленных на рис. 3.

1да *да

Рис. 3. Графические изображения плотностей распределения тангенсов углов наклона трехмерных топографий поверхностей рисунков, полученных методом лазерного маркирования, с К=0,7±0,1 на поверхности доведенного бериллиевого образца (а), и с К=0, б±0,1 на поверхности доведенного покрытия нитрида титана (б)

Таким образом, шероховатость поверхности оценивалась на базе предложенного непараметрического критерия - плотности распределения ординат трехмерной топографии. Необходимость разработки нового критерия оценки шероховатости обусловлена двумя причинами. Во-первых, предписанные стандартом параметры для оценки шероховатости поверхности нечувствительны к изменениям топологии поверхности при нанесении рисунка методом лазерного маркирования на прецизионную поверхность узлов гироприборов и, следовательно, параметрическое описание профиля поверхности не может быть использовано при оптимизации шероховатости для функциональных характеристик роторов электростатических гироскопов. Во-вторых, благодаря развитию средств метрологического оснащения, предназначенных для контроля шероховатости поверхности, наиболее полным способом опи-

сания шероховатости поверхности на сегодняшний день является ее топография — трехмерная модель поверхности.

Очевидно, что использование микротопографий поверхностей в качестве критериев оценки и контроля их микрогеометрии является наиболее эффективным. Однако поскольку зрительное восприятие микротопографий носит субъективный характер, в данной работе предложена методика практического использования микротопографии поверхностей для оценки и контроля их микрогеометрии на основе непараметрических критериев — графических изображений эмпирических плотностей распределения ординат (или тангенсов углов наклона) микротопографии (рис. 4).

Рис. 4. Микротопография модели поверхности и процедура построения непараметрического критерий ее оценки и контроля На рис. 4 представлены: микротопография модели исследуемой поверхности (а), результат разбиения микротопографии на уровни и подсчет числа ординат, попавших в каждый уровень (слой) (б) и плотность распределения ординат топогра-фий Н(у) (в), где Н - вероятность, определяемая отношением числа ординат, попавших в слой, к общему числу ординат трехмерной топографии; у/ - фактические значения ординат, определяющих границы слоя. Аналогично строится плотность распределения тангенсов углов наклона трехмерных топографий Н^а), где tga - отношение разности ближайших ординат к шагу дискретизации. При сравнении двух и более микротопографий следует осущест-влять построение указанных кривых I едином масштабе. Программа, реализующая описанную методику, разработана б среде МАТЛАБ.

Наряду с выбором и обеспечением способа описания шероховатости важной составляющей процесса оптимизации является этап фиксирования промежуточных результатов: технологических режимов, уровня функционального критерия и шероховатости поверхности, не удовлетворяющих цели исследования, но являющихся неотъемлемой составляющей процесса оптимизации на основе теории планирования эксперимента. Эти данные послужили основанием для создания единой информационной модели, позволяющей в упорядоченном и структурированном виде хранит! конструкторские признаки изделий, а также технологические и метрологические данные для создания и контроля поверхностей с требуемым уровнем функциональных характеристик. В основу разработки базы данных (БД) положена структурная

схема, представленная на рис. 5. В схеме выделены три информационных блока: конструкторский, технологический и метрологический. Каждый блок несет специфическую информацию. В конструкторском фиксируются такие характеристики, как марка материала, форма детали или узла, а также ее наименование. В технологическом - определяется перечень двух последних операций в технологическом цикле изготовление детали, поскольку именно на этом этапе формируется рабочий микрорельеф поверхности, также указываются наименование оборудования, марка инструмента и режимы обработки - данные, необходимые для технологического обеспечения оптимальной микрогеометрии. Важной является дополнительная информацию об обработке, например сведения о дисперсности притирочных паст, диаметре пятна лазерного луча и т.д., которые во многом определяют свойства полученного микрорельефа. И, наконец, метрологический блок содержит информацию о значениях и условиях измерения функционального критерия и критерия оценки шероховатости поверхности.

База данных

Конструкторский модуль

I

Технологический модуль

Метрологический модуль

Наименование детали или узла

Вид поверхности

Марка материала

Наименование 2-х последних операций

Наименование и марка

оборудования

Наименование и марка инструмента

Технологические

режимы

обработки

Дополнительная информация об условиях обработки

Наименование функционального критерия и критерия оценки шероховатости

Значение функционального критерия и критерия оценки шероховатости

Наименование оборудования и условия измерения функционального критерия и критерия оценки шероховатости

Номер эксперимента

Рис.5. Структурная схема построения базы данных для технологического обеспечения шероховатости функциональных поверхностей

Однако наряду с шероховатостью, определяющей оптические и механические свойства роторов электростатических гироскопов, функциональные характеристики ротора при создании рисунка методом лазерного маркирования связаны также с толщиной и фазовым составом пленки, являющейся результатом взаимодействия поверхности металла с компонентами газовой среды обработки. Управление параметрами оборудования, в данном случае режимами лазерной обработки, не всегда достаточно для выполнения специфичных требований к растровому рисунку, в частности электропроводности. Эти характеристики во многом определяются фазовым составом покрытия, образующегося в результате воздействия на металлическую поверхность лазерных импульсов. А фазовый состав непосредственно связан с газовой средой, основными характеристиками которой являются ее состав и парциальные давления компонентов. Очевидно, что процессы, протекающие на обрабатываемой поверхности при нагреве, что имеет место при лазерном маркировании, обусловлены химическими взаимодействиями. И наиболее объективными для анализа указанных процессов являются такие методы и подходы, которые основаны на единых принципах и критериях, в частности на энергетических характеристиках, что связано:

— с термодинамическим анализом, определяющим принципиальную разрешен-ность конкретного взаимодействия;

— с кинетической оценкой, использующей известные уравнения Аррениуса, которые описывают практически каждый из протекающих в данном случае термически активируемых процессов.

Средством оценки вероятности протекания какого-либо химического взаимодействия является определение изобарно-изотермического потенциала данной реакции. Расчет изобарно-изотермического потенциала А2?г реакции, как разности суммы А7°т продуктов и суммы А2?г исходных компонентов, можно производить по выражению

Т Т

= А#2°98 -Т • А52°98 + \Cpdt-T- |1 /ТАСрЛ , (3)

298 298

где АН°Т - тепловой эффект процесса (изменение энтальпии) и - изменение энтропии системы, Ср— теплоемкость.

При расчете реакций металла с газами для давлений газовой среды, отличных от атмосферного, необходимо учитывать влияние парциального дав лени; компонентов Р

(&г^)д= + ят 1п р~к (4;

>

где к - стехиометрический коэффициент, А2?т - изобарно-изотермический потенциал при нормальном давлении (10,2 • 10"4 Па), Я - универсальная газовая посто янная, равная 8,3 Дж/(моль-К).

Термодинамический анализ - инструментарий, который позволяет расчетнын. путем оценить разрешенность и приоритет протекания конкретных реакций и те\

самым прогнозировать, обоснованно подбирать и регулировать условия для нанесения растра с требуемым уровнем электрофизических свойств, определяемых его фазовым составом.

На рис. 6, а приведены зависимости А2°г от температуры, полученные на базе 'равнений (3) для реакций бериллия с кислородом и азотом, являющимися основными компонентами воздушной среды, а также с углеродом, который в реальных 'словиях лазерной обработки может являться продуктом процесса диссоциации

:о2.

■ нитрид бериллия

■ оксид бериллия

■ карбид бериллия

Рис 6. Температурная зависимость изобарно-изотермического потенциала Реакций образования Ве3Ы2, Ве2С и ВеО на воздухе (а), в среде азота (б)

Отрицательный знак Д7?Т свидетельствует о разрешенности всех трех реакций ( пределах температурного диапазона от 300 до 2000К, причем значение А2°г реак-щи бериллия с кислородом во всем диапазоне температур значительно меньше, чем : азотом или углеродом, следовательно, образование оксида бериллия более вероят-ю. Следует отметить, что диссоциация углекислого газа термодинамически разре-цена при температурах, превышающих температуру в зоне лазерного маркированы, вследствие чего образование карбида бериллия оказывается маловероятным. Гаким образом, растры, полученные в ходе лазерной обработки на воздухе, вероят-1ее всего представляют собой оксид бериллия, хотя возможно образование и нитри-щ бериллия, то есть двухфазного состава растра, где присутствуют и Ве3Ы2 и ВеО.

Представляет интерес оценка значения и знака изобарно-изотермического по-енциала для реакций взаимодействия бериллия с кислородом, углеродом и азотом в аотной среде. На рис. 6, б представлены зависимости изобарно-изотермического ютенциала реакций образования Ве3]Ч2, Ве2С и ВеО в среде азота 99,99%. Все три »еакции образования карбида, нитрида и оксида бериллия имеют отрицательный побарно-изотермический потенциал в диапазоне температур от 300 до 2000К, что :видетельствует о разрешенности протекания реакций. Из рис. 6, б видно, что наи-1еньшее значение А2?т имеет для реакции образования оксида бериллия. Однако тряду с оценкой разрешенности протекания реакции также важна кинетическая щенка скорости ее протекания. Как отмечалось ранее, кинетическую оценку приня-о осуществлять на основе уравнения Аррениуса

кт = А- ехр(-£/ 7? • Т), (5)

где кт - константа скорости реакции при данной температуре Т; А - коэффищ ент уравнения Аррениуса; Е - энергия активации.

Постоянные уравнения Аррениуса (А и Е) имеют большое значение: их сопог тавление позволяет сравнивать кинетическую активность различных химически процессов - при равных условиях реакция, которой соответствует меньшее значен* Е и большее значение А, протекает быстрее, и наоборот. В таблице 1 представлен значения постоянных в уравнении Аррениуса, рассчитанные для реакций образов! ния оксида, нитрида и карбида бериллия в среде воздуха и среде азота.

ТАБЛИЦА 1. Расчетные значения постоянных уравнения Аррениуса дл реакций образования оксида, нитрида и карбида бериллия в среде воздуха азота. _

Реакция образования Энергия активации Е, кДж/моль Постоянная скорости А, г2/(см2-сек)

Воздух Азот Воздух Азот

ВеО 587 590 ю-5 10~6

Ве3К2 192 187 10« 10*

Ве2С 403 402 Ю-4'6

Из таблицы 1 видно, что на воздухе наименьшим значением энергии активацн Е и наибольшей постоянной скорости А обладает реакция образования нитрида б( риллия, затем карбида и оксида. В среде азота значения энергий активации для р| акций изменяются незначительно по сравнению со значениями, полученными дг воздушной среды. А постоянная скорости в среде азота для реакции образован* нитрида возрастает на порядок, в то время как для реакции бериллия с кислородом уменьшается также на порядок. Это свидетельствует о том, что в среде азота ск< рость протекания реакции образования нитрида выше скорости остальных реакци Таким образом, в соответствии с проведенным термодинамическим анализом и ю нетической оценкой, в среде азота наиболее вероятно получение нитрида берилли В то время как на воздухе возможно получение двухфазного состава растра.

Фазовый состав растра во многом определяет электрофизические свойства п< лученной структуры. В таблице 2 приведены справочные данные об удельных с< противлениях бериллия и его соединений.

ТАБЛИЦА 2. Удельные сопротивления бериллия и его соединений.

Бериллий и его соединения Удельное сопротивление р, мкОмм

Ве 0,066

Ве2С 0,010 при 20 °С - 0,00063 при 30 °С

ВеО 1013 при 25 °С

ВезИз 2-106 при 25 °С

Данные этой таблицы показывают, что из рассматриваемых соединений бери лия наименьшим сопротивлением обладает его карбид, затем нитрид и оксид. Этс

факт подтверждает возможность управления электрофизическими свойствами наносимого растра путем изменения его фазового состава. А методом прогнозирования могут служить термодинамический анализ и кинетическая оценка реакций, протекающих в газовой среде, где происходит формирование рисунка методом лазерного маркирования.

Третья глава содержит описание технологического и метрологического оборудования, обеспечивающего проведение экспериментальных исследований и практическую реализацию разработанных технологических процессов создания растрового рисунка методом лазерного маркирования.

Представлены методики оценки качества рисунка, связанные с измерением контрастности на микроскопе-спектрофотометре МСФУ-К, контролем шероховатости на измерительной станции Hommel Tester Т8000 и оценкой электропроводности на основе построения вольт-амперных характеристик на сканирующем зондовом микроскопе NanoEducator.

В четвертой главе описываются разработанные технологические схемы создания оптических элементов заданной контрастности методом лазерного маркирования на реальных роторах электростатических гироскопов, рассматривается инструментарий создания базы данных для технологического обеспечения шероховатости функциональных поверхностей, обозначаются этапы разработки программы в среде МАТЛАБ для построения непараметрических критериев оценки и контроля шероховатости и излагаются результаты экспериментальной проверки теоретических положений работы.

К экспериментальным результатам, подтверждающим теоретические положения, относятся эмпирические зависимости контрастности растрового рисунка от режимов лазерного маркирования. На рис. 7. приведен график зависимости контрастности К для прецизионной бериллиевой поверхности от мощности лазера Р, варьируемой в диапазоне от 1,5 до 2 Вт. На рис. 8 приведен график зависимости контрастности К для бериллиевой поверхности от скорости перемещения лазера V.

К

Р, Вт

Рис 7. Зависимость контрастности К от мощности лазера Р при скорости 10 мм/с, частоте импульсов 20 кГц и плотности линий 500 лин/мм

Рис. 8. Зависимость контрастности К от скорости сканирования V при мощности 2 Вт, частоте импульсов 20 кГц и плотности линий 700 лин/м

В таблице 3 приведены результаты исследований влияния плотности линий N на степень оптического контраста обработанной лазером поверхности.

ТАБЛИЦА 3. Влияние плотности линий на контрастность модифицированного слоя бериллиевой поверхности. __

Мощность Скорость Частота Плотность Контрастность,

лазера движения импульсов линии К

Р, Вт лазерного луча /кГц N,

V, мм/с лин./мм

2 30 20 150 0,63

250 0,88

350 0,90

750 0,92

1,5 20 20 1000 0,47

2000 0,79

2500 0,87

Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что с увеличением мощности лазерного излучения и плотности линий контрастность увеличивается. Скорость движения лазерного луча влияет на коэффициент контрастности инверсным образом: с увеличением скорости сканирования контрастность уменьшается. Эти данные полностью согласуются с результатами, полученными при анализе уравнения регрессии - выражение (2), связывающего контрастность с режимами лазерного маркирования, например, по поверхности нитрида титана.

Знаки коэффициентов в уравнении регрессии при варьируемых факторах (мощности Р, скорости V и плотности линий Я) определяет характер влияния данного фактора на критерий, определяющий функциональную характеристику. Знак "+" означает, что увеличение данного фактора приводит к возрастанию функционального критерия, знак "-" свидетельствует о том, что увеличение данного фактора приводит к уменьшению функционального критерия. При мощности Р и плотности линий N коэффициенты положительные, а при скорости сканирования V коэффициент отрицательный. Таким образом, эмпирические кривые, определяющие влияния режимов лазерного маркирования на контрастность рисунка, подтверждают адекватность полученной математической модели.

В данной главе также представлены результаты рентгеноэлектронного анализа, подтверждающие основные положения, сделанные на базе расчета и кинетической оценки химических взаимодействий.

ТАБЛИЦА 4. Данные рентгеноэлекгронного анализа рисунка, полученного методом лазерного маркирования в среде воздуха и азота._

Элемент Химический состав выявленных элементов в процентном соотношении

Бериллиевый образец до обработки Образец после нанесения рисунка в воздушной среде Образец после нанесения рисунка в азотной среде

О 62,98 91,23 60,94

N 4,17 5,89 35,75

В таблице 4 приведены данные рентгеноэлектронного анализа поверхности бе-риллиевого образца, а также растрового рисунка, полученного методом лазерного маркирования в среде воздуха и среде азота. Из таблицы 4 видно, что поскольку на воздухе металлический образец имеет естественную оксидную пленку, то фоновое содержание кислорода составляет величину порядка 62,98%, азота 4,17%. После маркирования на воздухе содержание кислорода в образце значительно увеличивается. Содержание азота относительно фонового изменяется лишь на 1,72%. Таким образом, на воздухе рисунок, полученный методом лазерного маркирования, имеет двухфазный состав с преобладанием оксида бериллия. После маркирования берил-лиевого образца в среде азота, содержание азота увеличивается почти в 9 раз, в то время как содержание кислорода относительно фонового состава почти не изменяется.

Эти данные в полной мере согласуются с результатами расчетов, полученных на базе термодинамического анализа и кинетической оценки, приведенными во второй главе.

Важно отметить, что формирование рисунка методом лазерного маркирования осуществлялось как на бериллиевой поверхности, так и на поверхности износостойкого покрытия нитрида титана, предварительно нанесенного на сплошной берил-лиевый ротор. Технология создания рисунка по покрытию имеет следующие преимущества:

• возможность получения более широкой цветовой гаммы за счет варьирования не только режимами лазерного маркирования, но и стехиометрией покрытия нитрида титана, имеющего оттенки от соломенно-золотистого до темно-коричневого;

• возможность химического стравливания покрытия, толщина которого (1 мкм) больше толщины модифицированного слоя маркированного рисунка (порядка 0,7 мкм) в том случае если гироузел после формирования рисунка не удовлетворил техническим требованиям (контрастности или дисбалансу).

То есть введение покрытия позволяет создать возвратную технологию, сохраняющую годным ротор, полученный после финишной механообработки.

В табл. 5 приведены сравнительные характеристики роторов БЭСГ, изготовленных с использованием ЭХТ и с применением технологии лазерного маркирования поверхности покрытия нитрида титана, предварительно нанесенного на ротор.

ТАБЛИЦА 5. Сравнительный анализ технологии ЭХТ и лазерного маркирования____

№ Критерий сравнения Существующая технология Разработанная технология

1 Оптические характеристики Оптимальный диапазон контрастности растра

0,56-0,85 0,70-0,76

Точность (разброс значений) получения заданной контрастности растра

±20% ±10%

2 Глубина модифицированного слоя 1,5-2,0 мкм Не более 0,7 мкм

3 Изменение дисбаланса В среднем на 30 % Не более 10%

4 Изменение конфигурации рисунка Требует создания новой оснастки и перестройки всей технологии Изменение данных в программе управления лазерным лучом

5 Экономичность процесса Технологический отход

Отход по контрастности — 10%, по дисбалансу -30% Возможность 100%-ного выхода за счет обеспечения возвратной технологии

Длительность цикла

4ч 50 мин

Данные таблицы свидетельствуют о том, что технология лазерного маркирования по покрытию, предварительно нанесенному на ротор, является весьма перспективной.

Заключение

1. Сформулированы принципы математического моделирования процесса лазерного маркирования на примере поверхности нитрида титана и прецизионной бе риллиевой поверхности роторов электростатических гироскопов, позволяющие решить задачу регулирования контрастности рисунка.

2. Предложена качественно новая технология, которая обеспечивает возможность создания оптических элементов заданной разноконтрастности на роторе электростатического гироскопа, и позволяет формировать растровый рисунок любоГ ориентации относительно оси вращения ротора, что способствует повышению точ ности оптоэлектронного съема информации.

3. Разработана технологическая схема корректировки электрофизических свойств поверхности сплошных роторов БЭСГ посредством варьирования состава и парциальных давлений компонентов газовой среды при формировании рисунка методом лазерного маркирования.

4. Создан комплекс методик для оптимизации шероховатости поверхности и оценке таких функциональных характеристик растрового рисунка, как контрастность, электропроводность и фазовый состав.

5. Выполнено формирование растровых рисунков различной конфигурации на реальных роторах БЭСГ с получением функциональных характеристик более высокого уровня по сравнению с предшествующей технологией.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

в публикациях из перечня ВАК

1. Юльметова О.С. Оптимизация микрогеометрии функциональных поверхностей деталей приборов для повышения их качества // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2008, № 48, с. 140-142.

2. Юльметова О.С., Юльметова Р. Р., Сисюков А. Н. Создание базы данных непараметрических критериев оценки микрогеометрии функциональных поверхностей. // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с. 15-19.

3. Юльметова О.С., Третьяков С.Д. О проблемах оптимизации микрогеометрии поверхностного слоя деталей приборов // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с.12-15.

4. Юльметова О.С., Яковлева С.А. Вопросы размерной стабильности материалов и элементов конструкций в приборостроении // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с. 23-26.

5. Юльметова О.С., Щербак А.Г. Исследование процесса формирования све-токонтрастного растра посредством лазерного маркирования // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2010, № 05(69), с. 28-34.

в прочих публикациях

6. Юльметова О.С. Оптимизация микрогеометрии функциональных поверхностей деталей приборов для повышения их качества // Гироскопия и навигация № 2 (61), 2008, с. 96.

7. Юльметова О.С. Современное состояние и перспективы развития исследований микрогеометрии поверхности // Гироскопия и навигация № 2(65), 2009, с. 8182.

8. Юльметова О.С., Юльметова Р. Р., Сисюков А. Н. Разработка программы в среде Matlab для обработки и анализа микрогеометрии поверхности // Сборник трудов конференции молодых ученых, Выпуск 2. Биомедицинские технологии, меха-гроника и робототехника / Главный редактор д.т.н. проф. B.JI. Ткалич. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009, с. 300-304.

9. Юльметова О.С., Валетов В.А. Методика экспериментального исследования влияния микрогеометрии поверхностей на их трибологические характеристики. // Трибология и надежность № 9: Сборник научных трудов IX Международной конфе-

ренции. - СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2009, с. 101-107.

10. Юльметова О.С. Разработка методики экспериментальных исследований влияния шероховатости на функциональные свойства деталей гироприборов.// Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 3. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н. проф. В.О. Никифоров. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010, с. 155.

11. Юльметова О.С. Анализ моделей описания шероховатости в контексте этапов развития науки // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 3. Труды молодых ученых/ Главный редактор д.т.н. проф. В.О. Никифоров. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010, с. 156.

12. Юльметова О.С. Исследование контрастности лазерных меток на прецизионных металлических поверхностях.// Тезисы докладов IX конференции молодых ученых и специалистов. - СПб.: ГНЦ ФГУП ЦНИИ «Прометей», 2010, с. 55.

13. Yulmetova О. S., Matyzhonok V.N. Research on the contrast of laser marks on precise surfaces of metals // Abstracts of International conference «Fundamentals of laser assisted micro- and nanotechnologies» (FLAMN-10). - St. Petersburg: ITMO, 2010 p. 107.

14. Юльметова О.С. Исследование корреляции шероховатости с функциональными свойствами узлов гироприборов // Гироскопия и навигация № 2(69), 2010, с. 68.

15. В.А. Валетов, С.Д. Васильков, А.Н. Сисюков, О.С. Юльметова. Методик исследования характеристик поверхностного слоя деталей приборов: Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010.- 92 с.

16. Юльметова О.С., Щербак А.Г. Термодинамический анализ топохимических взаимодействий при формировании растрового рисунка посредством лазерного маркирования на бериллиевых узлах гироприборов // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. Выпуск 2. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011, с. 318.

17. Юльметова О.С. Щербак А.Г., Геращенко М. Д. Оптимизация процессе формирования функциональных поверхностей прецизионных узлов гироприборов / Гироскопия и навигация № 2 (73), 2011, с. 92.

18. Юльметова О.С., Валетов В.А., Третьяков С.Д. Создание базы данных пс взаимосвязи видов и режимов обработки поверхностей деталей с критериями оценки шероховатости.// Девятая сессия международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» Сборник трудов. - СПб.: ИПМАШ РАН, 2009, с. 464-470.

Тиражирование и брошюровка выполнены в ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» 197046, Россия, Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, 30. Корректор: А.К. Крыгова Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЪЕКТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Конструкторско-технологические и метрологические аспекты процесса создания роторов электростатических гироскопов.

1.2. Функциональные характеристики роторов электростатических гироскопов.

1.3. Тенденции развития исследований шероховатости функциональных поверхностей.

1.4. Оценка влияния шероховатости растрового рисунка на оптические характеристики ротора гироскопа.

1.5. Современное состояние и перспективы развития технологических методов формирования контрастного рисунка.

1.5.1. Электрохимический метод.

1.5.2. Фотолитография.

1.5.3. Лазерное маркирование.35.

ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ГИРОУЗЛОВ.

2.1. Информационно-логическая модель исследований по повышению качества роторов электростатических гироскопов.

2.2. Технологические методы обеспечения управляемости оптических характеристик ротора гироскопа.

2.2.1. Методика оптимизации шероховатости функциональных поверхностей

2.2.2. Методика оценки шероховатости с использованием трехмерных топографий.

2.2.3. Оптимизация влияния шероховатости на контрастность рисунка сплошного бериллиевого ротора.

2.2.4. Оптимизация влияния шероховатости на контрастность рисунка тонкостенного бериллиевого ротора с покрытием нитрида титана.

2.2.5. Создание базы данных для конструкторско-технологического и метрологического обеспечения шероховатости функциональных поверхностей

2.3. Разработка принципов управления электрофизическими свойствами маркированного рисунка.

ГЛАВА 3. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Маркировочный лазерный комплекс для создания контрастного растра.

3.2. Прибор для оценки шероховатости прецизионных поверхностей.

3.3. Оборудование для контроля оптических характеристик рисунка.

3.4. Применение сканирующего зондового микроскопа для контроля электрических свойств поверхности ротора.

3.5. Особенности методики исследования характеристик функциональных поверхностей.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

4.1. Экспериментальная разработка программы в среде МАТЛАБ для построения непараметрических критериев оценки шероховатости.

4.2. Этапы разработки базы данных для технологического обеспечения микрогеометрии функциональных поверхностей.

4.3. Результаты рентгеноэлектронного анализа состава растра.

4.4. Экспериментальное исследование влияния режимов лазерной обработки на оптические свойства растра.

4.5. Особенности процесса создания рисунка методом лазерного маркирования на сферических поверхностях узлов гироприборов.

4.6. Экспериментальные результаты применения лазерного маркирования при создании рисунка на роторах БЭСГ.

Развитие современного общества во многом связано с постоянным мониторингом окружающей среды и непрерывным процессом получения и обработки информации о состоянии сложных технических объектов, используемых человечеством в своих нуждах.

К требующим особого внимания техническим объектам, в первую очередь следует отнести космическую и ракетную технику, средства авиации, морские суда и атомные подводные лодки.

Средствами получения информации для указанных объектов служат изделия точного приборостроения, надежность и достоверность показаний которых обусловливает объективность и адекватность принимаемых решений, связанных с конкретными действиями по управлению этими техническими объектами. Сюда в первую очередь можно отнести навигационные системы и комплексы, основой частью которых являются гироскопические приборы.

Наиболее точными гироскопическими приборами являются электростатические гироскопы, входящие в состав систем навигации и предназначенные для автономной выработки координат движущихся объектов морского флота, авиации и ракетно-космической техники.

Примерами таких гироскопов являются разработанные в ЦНИИ «Электроприбор» (С.-Петербург) и не имеющие аналогов электростатический гироскоп ЭСГ и бескарданный вариант электростатического гироскопа БЭСГ, представляющие собой датчики первичной информации с оптоэлектронной системой съема данных об угловом положении сферического ротора по светоконтрастному рисунку.

Эти гироскопы были разработаны в нашей стране.под руководством главных конструкторов A.C. Анфиногиенова и Б.Е. Ландау. Большой вклад в теоретическое и практическое решение конструкторских задач внесли Б.Н. Агроскин, О.И. Парфенов, В.Н. Цветков, Н.В. Нарвер. Создание технологии изготовления основных узлов этих гироскопов - сферических роторов - определили работы В.И. Гаврюсева и А.Г. Щербака (прецизионная диффузионная сварка), В.Г. Кедрова и С.М. Осипова (асферизация, доводка и балансировка), А.К. Гуттовской, В.А. Гинзбурга, Н.В. Марковской и С.М. Дюгурова (формирование контрастного рисунка).

С учетом условий эксплуатации (космическая техника и объекты морского флота подводного' базирования) эти две модификации гироскопа с электростатическим подвесом отличаются5 по габаритам, конфигурации ротора (полый и сплошной), особенностям съема информации, ряду рабочих характеристик (перегрузочная способность), и т.д. Однако общим являются высокие требования к геометрической точности и дисбалансу (десятые и сотые доли микрометра) ротора; а также к качеству светоконтрастного рисунка, нанесенного на его- поверхность и обеспечивающего съем информации* об' угловом положении ротора. А поскольку ротор' является основным узлом электростатических гироскопов, то повышение их точности и надежности связано с улучшением параметров ротора, к которым; в первую очередь, можно отнести геометрическую точность, дисбаланс, а также функциональные характеристики растрового рисунка.

Таким образом, перспективы дальнейшего развития и совершенствования указанных гироскопических приборов связаны, в первую^ очередь, 'с повышением качества изготовления основного конструктивного элемента гироскопов і этого типа — ротора, являющегося носителем кинетического момента.

Роторы представляют собой доведенный сферический узел (сплошной бериллиевый для БЭСГ и тонкостенный бериллиевый, покрытый нитридом титана, для ЭСГ), на наружную поверхность которого методом локального электрохимического травления1 (ЭХТ) наносится контрастный рисунок, необходимый для функционирования оптоэлектронной системы съема информации. Для ротора ЭСГ рисунок наносится на полюсах сферы, в то время как на роторе БЭСГ рисунок занимает всю поверхность ротора (два полюса и экваториальную часть). Именно такая схема нанесения рисунка и позволяет реализовать модель бескарданного варианта электростатического гироскопа, существенно уменьшая вес и габариты изделия.

Однако необходимость повышения точности гироскопов требует создания более совершенной схемы нанесения рисунка. Например, для'ротора БЭСГ повышение точности связано с уменьшением угла наклона полос растрового рисунка, увеличивающего соотношение сигнал-шум, а также с возможностью варьирования количества полос. Компьютерное моделирование-показывает, что увеличение числа полос рисунка в 2 раза, наряду с увеличением разрядности процессоров, используемых в оптоэлектронном блоке системы съема информации, позволит увеличить * точность системы съема как минимум в 1,5 раза. В^ свою < очередь, повышение точности БЭСГ обеспечивает увеличение длительности временного- интервала при включении систем; коррекции орбиты космического летательного аппарата, что актуально для аппарата любого назначения.

Стратегическое значение имеет также перспектива создания технологии нанесения контрастного рисунка в экваториальной части- на поверхности ротора гироскопа ЭСГ (самого точного гироскопа в мире среди существующих аналогов) без снижения1 его точности. Это определяет возможность реализаций морских инерциальных систем с бескарданными конструкциями гироориентаторов, поскольку здесь требуется- высокая: точность! индикации положения ротора гироскопа по рисунку на: его поверхности при сохранении достигнутых в настоящее время его основных эксплуатационных характеристик. Перспективным решением для ротора ЭСГ также является нанесение полюсных меток с относительной разностью контраста не менее 10%, что позволит сократить время готовности гироскопа при запуске.

Однако электрохимический метод нанесения рисунка в принципе не может обеспечить стабильную разницу контрастности, а незначительное изменение конфигурации рисунка требует кардинальной перестройки всей технологии.

Поэтому совершенствование гироскопических приборов определяется совокупным решением конструкторских (изменением конфигурации рисунка), навигационных (возможность реализации инерциалвных систем с бескарданными конструкциями) и технологических задач, решение которых требует учета целого ряда факторов.

Так, например, отличительной особенностью гироскопических приборов является геометрическая точность, нормируемая десятыми- и сотыми^ долями микрометра, входящих в их состав, деталей и узлов, на прецизионных, поверхностях которых создаются функциональные элементы, обеспечивающие требуемые условия^ эксплуатации изделия- и обладающие заданными, электрическими, оптическими, трибологическими, механическими свойствами, или целым комплексом, из перечисленных характеристик.

Примером могут служить роторы- электростатических гироскопов, соответствие техническим требованиям которых определяется комплексом указанных функциональных характеристик: оптических, описываемых контрастностью рисунка, механических, нормируемых дисбалансом, и электрофизических, обусловленных необходимостью соизмеримости электропроводности базовой поверхности ротора' и нанесенного рисунка. « Однако растровый рисунок, полученный методом ЭХТ, имеет диэлектрическую природу, нестабильную шероховатость, рыхлую.структуру, и» неравномерную'толщину модифицированного слоя* порядка 1,5-2,0 мкм, что негативно сказывается на динамике ротора при его вращении в электростатическом подвесе.

Необходимость поиска альтернативной технологии создания рисунка для роторов электростатических гироскопов обусловлена не только отсутствием возможности варьирования конфигурации и контрастности растра, но и, в большей степени, недостаточной управляемостью технологии электрохимического травления, выраженной в плохой* повторяемости оптических характеристик, ухудшением геометрии ротора (некруглость может превышать допустимую величину в сотые доли микрометра) и нестабильной шероховатостью нанесенных растров, что не позволяет осуществить оптимизацию шероховатости для оптических и механических свойств. Эти же недостатки присущи и способу выполнения растра посредством фотолитографии, где дополнительным негативным фактором является использование органических соединений, что нежелательно для электровакуумных приборов.

А при переходе к точностям в сотые доли микрометра, с гарантированной' стабильностью этих точностей, создание технологии, обеспечивающей управляемость процесса обработки прецизионных поверхностей с формированием целого комплекса функциональных характеристик, является крайне необходимым. Такой подход связан с разработкой совокупности взаимосвязанных объективных критериев и прогрессивных технических решений, позволяющих обеспечить управляемый характер технологического процесса, что позволит решить проблему изготовления прецизионных деталей и узлов гироскопических приборов с обеспечением требуемых параметров геометрической точности.

В конечном счете, это позволит повысить точность и надежность гироскопов, а также систем и комплексов, в которых эти гироскопы используются. Большое значение имеют и технико-экономические показатели, улучшение которых определяется совершенствованием технологии изготовления роторов. Например, разработка технологии нанесения растрового рисунка, обеспечивающей уменьшение диапазона разброса контрастности в 2 раза, позволит сократить технологический отход роторов на 10%.

Рассмотренные аспекты определяют актуальность и практическую потребность исследований по использованию в качестве метода формирования функциональных характеристик роторов такой прогрессивной технологии, как лазерное маркирование, являющееся Р, V, М, /, т, А- процессом (Р — мощность излучения, V- скорость движения лазерного луча, N — плотность линий - число линий, приходящихся на 1 мм. обрабатываемой поверхности, / - частота импульсов, т- длительность импульсов, А — газовая среда).

Данный способ создания контрастного рисунка практически не содержит ограничений по применяемым материалам, и, что более важно, - он позволяет управлять функциональными характеристиками ротора. — оптическими, геометрическими, электрофизическими — путем варьирования параметров^ процесса лазерного маркирования.

Однако- наряду с' разработкой и исследованием: технологического процесса, позволяющего создать рисунок с требуемым уровнем функциональных характеристик,: важна, разработка методов и приемов- по обеспечению их управляемости: и стабильности,. выражаемой в воспроизводимости результатов^технологического процесса^ то есть получении контрастности рисунка с минимальной? зоной-разброса- оптического показателя при условии сохранения геометрии и дисбаланса узла, полученных на предшествующих операциях. овременньїе исследования? в области микрогеометрии: поверхностей прецизионных деталей дают основание полагать, что: стабильность функциональных характеристик в ряде случаев определяется постоянством шероховатости'поверхности. Поэтому одним из возможных путей повышения качества изделий является исследование корреляции характера шероховатости и функциональных характеристик изделия:

Основателями теории: влияния шероховатости на функциональные характеристики по праву можно считать И.В. Крагельского Ю. К.Шнейдера, 10. Р. Виттенберга, Я. А. Рудзита, В.А. Валетова, В. М. Мусалимова и др.

Ключевым моментом в.процессе исследования влияния шероховатости, на функциональные характеристики является выбор способа описания шероховатости. Традиционно отечественные и зарубежные: исследования шероховатости проводятся с использование параметрического описания профиля. Однако в работах В.А. Валетова обоснована ограниченность использования параметрических критериев в процессе оптимизации микрогеометрии для функциональных характеристик. Более эффективными признаны непараметрические критерии оценки шероховатости, ал именно: функции, и плотности распределения ординат профилей, функции и. плотности распределения-тангенсов углов наклона профилей поверхностей.

Таким образом, для. повышения качества роторов электростатических гироскопов требуется всесторонний анализ способов формирования-растрового рисунка, поиск, оптимальных условий создания роторов с требуемым,уровнем функциональных характеристик и выявлением прогрессивных методов? их контроля,и оценки:

Целью. диссертации- являлось. исследование и разработка-технологических методов управления функциональными* характеристиками узлов гироприборов, обеспечивающих стабильность оптических и регулирование.электрофизических характеристик прецизионной поверхности с сохранением геометрии узла.

Для достижения поставленной" цели необходимо, решение- следующих, задач:

1. исследование и выявление прогрессивного метода формирования растрового рисунка на прецизионных поверхностях узлов гироприборов;

2. анализ влияния основных параметров процесса обработки поверхности на функциональные характеристики узлов гироприборов;

31 разработка принципов математического моделирования для управления оптическими характеристиками рисунка;

4. разработка технологических методов управления* электрофизическими параметрами рисунка;

5. разработка комплекса методик для оценки качества рисунка (контрастности, электропроводности, шероховатости):

Научная новизна

1. Разработаны не имеющие- аналогов математические модели процесса формирования растрового рисунка методом лазерного маркирования, позволяющие установить взаимосвязь оптического критерия оптимизации, представляющего собой коэффициент контрастности растрового рисунка^ с режимами и условиями процесса лазерного маркирования прецизионных поверхностей бериллия и тонкопленочного покрытия нитрида титана.

2. Впервые сформулированы принципы использования термодинамического анализа химических взаимодействий при формировании рисунка методом лазерного маркирования на основе расчета величины и знака изобарно-изотермического потенциала и оценки кинетических факторов этих взаимодействий, что позволяет регулировать химический состав растрового рисунка и, как следствие, управлять его электрофизическими свойствами.

3. Определены управляющие факторы процесса формирования функциональных характеристик растра, основанные на варьировании парциальных давлений компонентов и состава газовой среды, а также температуры протекания химических реакций при использовании метода лазерного маркирования.

4. Разработана оригинальная методика процесса оптимизации микрогеометрии прецизионных поверхностей, включающая анализ методов оценки шероховатости, выявление функционального критерия и совокупности управляющих факторов с последующей оптимизацией на основе метода Бокса-Уилсона.

5. Предложен непараметрический критерий оценки и контроля шероховатости, сформированный путем построения эмпирических плотностей распределения ординат (или тангенсов углов наклона) трехмерных топографий, позволяющий, в отличие от существующих параметрических критериев, оценивать и контролировать шероховатость прецизионных поверхностей.

Практическая значимость

1. Разработана принципиально новая технологическая схема формирования оптических элементов заданной контрастности на прецизионной сферической поверхности сплошного бериллиевого ротора электростатического гироскопа с использованием метода лазерного маркирования.

2. Сформулированы и обоснованы общие принципы и условия- процесса корректировки электрофизических свойств светоконтрастного рисунка, полученного методом лазерного маркирования, на основе регулирования состава и варьирования парциальных давлений компонентов газовой среды.

3. Разработана методика контроля контрастности рисунка с использованием микроскопа-спектрофотометра МСФУ-К, позволяющая осуществлять контроль оптических характеристик рисунка любой конфигурации.

4. Представлена методика оценки электрических свойств рисунка, сформированного методом лазерного маркирования, на основе построения вольт-амперных характеристик, полученных при помощи сканирующей зондовой микроскопии.

5. Разработана впервые программа, для автоматизированного контроля шероховатости прецизионных поверхностей с использованием трехмерных топографий, позволяющая осуществлять сравнение топографий не только качественно методом визуальной оценки, но и количественно на. основе построения их непараметрических кривых в едином масштабе.

6. Разработан не имеющий аналогов информационный классификатор для хранения данных о конструкторских признаках, а также технологических и метрологических условиях создания и контроля поверхностей с требуемым уровнем функциональных характеристик.

Апробация* работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной- конференции «Фундаментальные основы лазерных микро- и нанотехнологий» (FLAMN-10) (СПбГУ ИТМО, СПб., 2010' г.); ежегодной конференции молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии» (КМУС-2010) (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», СПб., 2010 г.); Девятой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (СПбГУ ИТМО, СПб., 2009 г.); X, XI, XII, XIII конференциях молодых ученых «Навигация и управление движением» (ЦНИИ «Электроприбор», СПб., 20082011 гг.); V, VI, VII, VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУ ИТМО, СПб., 2008-2011 гг.); XXXIX, XL научной и учебно-методической конференции (СПбГУ ИТМО, СПб., 2010-2011 гг.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 18 статьях и докладах на конференциях, среди которых 5 статей в журналах из перечня ВАК. Ряд статей был опубликован при поддержке РФФИ в рамках работ по проекту № 10-08-00158а.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из* 69 источников. Общий объем работы составляет 120 стр., в тексте приведено 37 рисунков и 17 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного комплекса теоретико-прикладных, научно-исследовательских и экспериментальных работ впервые создан комплекс технологических методов и средств, обеспечивающих управляемость процесса формирования функциональных (геометрических, оптических и электрофизических) характеристик узлов точного приборостроения, что позволило существенно расширить возможности технологии получения контрастного рисунка на роторах электростатических гироскопов по сравнению с существующем уровнем, основанным на применении метода электрохимического травления. При этом выявлен ряд принципиально новых технических решений, связанных с созданием рисунка на поверхности тонкопленочных покрытий методом лазерного маркирования, где в качестве управляемых факторов технологического процесса, наряду с режимами оборудования, являющимися регуляторами оптических характеристик, выступают предложенные дополнительные факторы, обеспечивающие возможность управления электрофизическими характеристиками рисунка, -характеристики газовой среды и температурные условия процесса.

Основные научные и практические результаты сводятся к следующему:

1. На основании анализа, обобщения и систематизации известных и перспективных технических решений по формированию рисунка и расчетно-прикладных методов обеспечения управляемости функциональных характеристик узлов точного приборостроения разработана информационно-логическая модель (ИЛМ) исследований по повышению качества роторов различных модификаций электростатических гироскопов.

2. Сформулированы принципы математического моделирования процесса создания контрастного рисунка методом лазерного маркирования на примере доведенной поверхности покрытия нитрида титана и прецизионной бериллиевой поверхности роторов электростатических гироскопов, позволяющие решить задачу регулирования оптических характеристик гироузлов.

3. Предложены и обоснованы положения и условия, определяющие использование термодинамического анализа, основанного на расчете величины и знака изобарно-изотермического потенциала химических взаимодействий, и кинетической оценки этих взаимодействий при формировании рисунка методом лазерного маркирования, позволяющие регулировать химический состав растрового рисунка и, как следствие, управлять его электрофизическими свойствами.

4. Впервые разработана технологическая схема регулирования электрофизических свойств поверхности сплошных роторов БЭСГ посредством варьирования состава и парциальных давлений компонентов газовой- среды, а также температурой процесса при формировании рисунка методом лазерного маркирования.

5. Разработана оригинальная методика оптимизации шероховатости для-функциональных характеристик, основанная на использовании теории планирования эксперимента и непараметрических критериях оценки и контроля шероховатости функциональных поверхностей.

6. Разработан непараметрический критерий оценки и контроля шероховатости поверхностей, сформированный путем построения плотностей распределения ординат (или тангенсов углов наклона) трехмерных топографий, позволяющий, в отличие от существующих параметрических критериев, решить задачу контроля качества поверхностей прецизионных узлов гироскопических приборов.

7. Разработана не имеющая аналогов программа для автоматизированного контроля шероховатости прецизионных поверхностей с использованием трехмерных топографий, позволяющая осуществлять сравнение топографий не только качественно методом визуальной оценки, но и количественно на основе построения их непараметрических кривых в едином масштабе.

8. Впервые создан комплекс методик для оценки качества растрового рисунка, основанный на измерении контрастности, оценке шероховатости на базе непараметрических критериев и контроле электропроводности на основе построения вольт-амперных характеристик тонких пленок при помощи сканирующей зондовой микроскопии.

9. Разработана блок-схема построения базы данных для технологического обеспечения шероховатости функциональных поверхностей, включающая конструкторский, технологический и метрологический информационные блоки, положенная в основу разработки информационного классификатора.

10. Впервые разработан информационный классификатор для хранения данных о конструкторских признаках изделий, технологических методах их создания и условиях метрологического контроля их функциональных характеристик и коррелирующих с ними критериев оценки шероховатости поверхности, что обеспечивает возможность формализации технологических этапов в процессе разработки прецизионных узлов и позволяет сократить длительность цикла создания объектов новой техники.

11 .Предложена качественно новая технология, которая обеспечивает возможность создания оптических элементов заданной разноконтрастности на роторе электростатического гироскопа, и позволяет формировать растровый рисунок любой ориентации относительно оси вращения ротора, что способствует повышению точности оптоэлектронного съема информации.

12. Выполнено формирование растровых рисунков различной конфигурации на реальных роторах БЭСГ с получением комплекса функциональных характеристик значительно более высокого уровня по сравнению с предшествующей технологией.

1. Пешехонов В.Г. Перспективы ииерциальной навигации. СПб.: «ЦНИИ Электроприбор», «Гироскопия и навигация», № 1 (8), 1995 г., с. 20-26.

2. Щербак А.Г. Прецизионная технология диффузионной сварки узлов точного приборостроения.: Дис. док. техн. наук. СПб., 1994,273 с.

3. Бериллий. Наука и технология / пер. с англ. под ред. Тихинского Г.Ф. и Папирова И.И. М.: «Металлургия», 1984, 624 с.

4. Папиров И.И., Тихинский Г.Ф. Физическое металловедение бериллия. М.: «Атомиздат», 1968,452 с.

5. Дарвин Дж. и Баддери Дж. Бериллий. / пер. с англ. под ред. Рейфмана М.Б. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962, 324 с.

6. Ландау Б.Е., Буцык А.Я., Щербак А.Г., Буравлёв А.П., Беляев С.Н. Способ изготовления ротора шарового гироскопа./ Патент РФ* 2286535 от 10.03.2005 г., МКИ G01C 25/00, В23Р 15/00, Бюл. № 30, 27.10.2006 г. v

7. Гаврюсев В.И. Размерная стабильность материалов и элементов конструкций. Л.: ЦНИИ «Румб», 1990, 113 с.

8. Гусинский В.З., Осипов С.М., Щербак А.Г. Способ изготовления ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2164665 от 09.11.99, МКИ G 01 С 25/00, Бюл. № 9,27.03.2001 г.in

9. Щербак А.Г., Пешехонов В .Г., Анфиногенов A.C. и др. Способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2085348 от 01.07.94 г., МЬСИВ 23 К 20/00.

10. Щербак А.Г., Гаврюсев В.И., Способ изготовления ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2257548 от 12.04.2004 г., МКИ G 01 С 25/00, Бюл. №21,27.07.2005 г.

11. Беляев С.Н., Щербак А.Г. Средства оснащения процессов напыления покрытий на узлы гироприборов, имеющие форму тел вращения. «Навигация и управление движением» Материалы X конференции молодых учёных, ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008.

12. Карпов Ю.И. Чижмаков М.Б. Особенности формирования покрытий Ti(N,C) на твердосплавных пластинах. СПб.: «Вестник машиностроения», № 3, 1992.

13. Беляев С.Н. Исследование процессов прецизионного формообразования сферических элементов узлов гироприборов с использованием прогрессивных методов выполнения неразъемных соединений.: Дис. канд. техн. наук. СПб., 2009.- 155 с.

14. Юльметова О.С. Исследование корреляции шероховатости с функциональными свойствами узлов гироприборов // Гироскопия и навигация № 2(69), 2010, с. 68.

15. Юльметова О.С. Оптимизация микрогеометрии функциональных поверхностей деталей приборов для повышения? их качества // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2008, № 48, с. 140-142.

16. Юльметова О.С. Современное состояние и перспективы развития исследований микрогеометрии поверхности // Гироскопия и навигация № 2(65), 2009, с. 81-82.

17. Крагельский И. В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.- 480 с.

18. Крагельский И. В., Комбалов В. С. Расчет величины стабильной шероховатости после приработки. ДАН ССР, 1970, т. 193, № 3. - с.554-556.

19. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. СПб: СПбГОТТМО (ТУ), 2001.-264 е.

20. Валетов В.А. Динамика фрикционного; . взаимодействия// В;М. Мусалимов — СПб.: ПИМаш, 2006. — 168 с.

21. Waletow W., Staufert G: Moderne Methoden der Oberilächenforschung. -Technische Rundschau, 1981, № 10, s. 5-7.

22. Valctov W.A., Grabow J. Neue Verfahren auf dem Gebiet der; Analyse und Kontrolle der Oberflächenmikrogeometrie. 41 Internationales wissenschaftliches Kolloquium, 1996, Band 2, s. 622-625.

23. Valetov WA., J.Grabow., S. Trctiakow. Zur experimentellen; Erforschung der Mikrogeometrie von Rcibungsoberflächen. 47. Internationales wissenschaftliches Kolloquium, 2002, Tagungsband, s.403-404

24. ГОСТ 2789-73. «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики»

25. Табенкин А. Н., Тарасов С. Б., Степанов С. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт/ Под ред. к.т.н. Н. А. Табачноковой. СПб: Изд-во Политех. Ун:-та, 2007 ,136.

26. Чернышова Ю.В. Закономерности влияния объемной и поверхностной-структуры на электрохимическую коррозию имплантатов из сплавов на основе титана ишикелида титана .: Дис. канд. техн. наук; М., 2008.-155 с.

27. Шкурупий В. Г. Повышение; эффективности: технологии финишной обработки светоотражательных поверхностей деталей из тонкого листа и лент.: Дис. канд. техн. наук. X., 2006.- 294 с.

28. Агроскин Б. Н. Сравнительная оценка электрохимического и фотохимического методов формообразования светоконтрастного рисунка на роторе бескарданного электростатического гироскопа // Б. Н: Агроскин и др.// Гироскопия и,навигация №3 (14), 1996 г.

29. Мороз ЛИ, и др. Электрохимическая обработка металлов. М.: Машиностроение, 1969. - 208 с.

30. Смоленцев В.П. Технология.электрохимической обработки внутренних поверхностей. -М.: Машиностроение, 1978.- 176 с.

31. Черепанов Ю.П., Самецкнй Б.И. Электрохимическая обработка в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1972.- 72 с.

32. Смоленцев В.П. Электрохимическое маркирование- деталей. М.: Машиностроение, 1983. - 72 с.

33. Гинзбург В А., Гуттовскяя А.К. и др. Размерная обработка металлических покрытий фотолитографическим методом на сферической поверхности// Судостроительная промышленность. Сер. Навигация и гироскопия, 1989, Вып.24 с. 95-98.

34. Марковская Н.В. Метод формирования прецизионных рисунков на роторах гироскопических приборов.: Дис. канд. техн. наук. СПб., 2003.-112 с.

35. Валиулин А., Горный С., Гречко Ю., Патров М., Юдин К., Юревич В. Лазерная маркировка материалов. / Фотоника № 3, 2007 , с. 16-22.

36. Пейчев Г.И., Кондратюк Э.В., Зиличихис С.Д., Шапар Б. И., Кришталь Н.П. Особенности лазерного маркирования деталей ГТД. Вестник двигателестроения №1,2009, с. 116-118.

37. Дыоли У. Лазерная технология и анализ материалов. М., 1986.

38. Астапчик С.А., Голубев B.C., Маклаков А.Г. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. Минск: Белорус. Наука, 2008. - 251 с.

39. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ, 2006. - 664 с.

40. Юльметова О.С. Исследование контрастности лазерных меток на прецизионных металлических поверхностях.// Тезисы докладов IX конференции молодых ученых и специалистов. СПб.: ГНЦ ФГУП ЦНИИ «Прометей», 2010, с. 55.

41. Юльметова О.С., Третьяков С.Д. О проблемах оптимизации микрогеометрии поверхностного слоя деталей приборов // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с.12-15.

42. Юльметова О.С. Оптимизация микрогеометрии функциональных поверхностей деталей приборов для повышения их качества // Гироскопия и навигация № 2 (61), 2008, с. 96.

43. Юльметова О.С. Анализ моделей описания шероховатости в контексте этапов развития науки // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 3. Труды молодых ученых/ Главный редактор д.т.н. проф. В.О. Никифоров. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010, с. 156.

44. В.А. Валетов, С.Д. Васильков, А.Н. Сисюков, О.С. Юльметова. Методика исследования характеристик поверхностного слоя деталей приборов: Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010.- 92 с.

45. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий // Е.В. Макарова, Ю. В. Грановский. Москва, Наука, 1976. - с. 279

46. Юльметова О.С. Щербак А.Г., Геращенко М. Д. Оптимизация процесса формирования функциональных поверхностей прецизионных узлов гироприборов. // Гироскопия и навигация № 2 (73) , СПб: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2011, с. 92

47. Сидняев Н. И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных. Издательство: М., ЮРАЙТ, 2011 399 с.

48. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов. М.: Мир, 1977.

49. Юльметова О.С., Щербак А.Г. Исследование процесса формирования светоконтрастного растра посредством лазерного маркирования // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2010, № 05(69), с. 28-34.

50. Юльметова О.С., Щербак А.Г. Термодинамический анализ топохимических взаимодействий при формировании растрового рисунка посредством лазерного маркирования на бериллиевых узлах гироприборов //

51. Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. Выпуск 2. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011, с. 318.

52. Войтович Р.Ф. Тугоплавкие соединения. Термодинамические характеристики: Справочник. Киев: Наукова думка, 1971. - 220 с.

53. Щербак А.Г., Кедров В.Г. Технология прецизионной диффузионной сварки в точном приборостроении. СПб: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 1997.-166 с.

54. Термические константы веществ: Справочник / Под ред. В.П. Глушко. -М.: Изд-во ВИНИТИ АН СССР, 1965-1982. Вып. 1-Х. - 635 с.

55. Ахметов Б.А., Новиченко Ю.П., Чапурин В.И. Физическая и коллоидная химия. JL: Химия, 1986. 320 с.

56. Юльметова О.С., Юльметова Р. Р., Сисюков А. Н. Создание базы данных непараметрических критериев оценки микрогеометрии функциональных поверхностей. // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с.15-19.

57. Хорстманн К.С., Корнелл Г. Java 2. Том 2. Тонкости программирования, М.: Вильяме, 2007

58. Пирогов В. Ю. Информационные системы и базы данных: организация и проектирование. СПб.: БХВ-Петербург, 2009.

59. Yulmetova O. S., Matyzhonok V.N. Research on the contrast of laser marks on precise surfaces of metals // Abstracts of International conference «Fundamentals of laser assisted micro- and nanotechnologies» (FLAMN-10). St. Petersburg: ITMO, 2010 p.107.

60. Юльметова O.C., Яковлева C.A. Вопросы размерной стабильности материалов и элементов конструкций в приборостроении // Известия вузов. «Приборостроение», т. 53, № 8, СПб., 2010, с. 23-26.

61. Методические указания. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. РДМУ 109-77. -М.: Издательство стандартов, 1978.