Журнал НИТ №2 (11) (Февраль 2017)

 

Embed or link this publication

Description

ЗАО НПФ "УРАН"

Popular Pages


p. 1

Дорогие Друзья! Уважаемые коллеги, с Днем защитника Отечества! Желаем вам крепости духа, мужества и стойкости. Побед на всех фронтах: как на работе, так и в повседневной жизни. Желаем твердой поступью идти к свершению целей и все преграды пусть сдаются при вашем приближении. Пусть вам всегда сопутствует удача, улыбается фортуна и всё получается! Мы рады представить вам наш очередной номер Журнала НИТ. В нём вы найдете много полезной информации об измерительных приборах, методах измерений и особенностях конструкции ручного измерительного инструмента. Также в номере приглашение на наш весенний семинар в апреле. С наилучшими пожеланиями Главный редактор журнала НИТ, коммерческий директор ЗАО НПФ «Уран» Лоскутов А.А. В этом номере вы найдете: Работа с CAD-моделями на КИМ Werth…..………................…………………..……....…..……...2 Центрировка линз с наивысшей точностью при помощи подрезки оправ линз на станции серии ATS (Trioptics, Германия)……………………………………………………………………..…5 Контурографы-профилографы MarSurf LD 130 Aspheric/ MarSurf LD 260 Aspheric………….…..13 Новый Multimar 844 T: более прецизионный, более стабильный, более гибкий …………………17 Верньер или нониус (статья от Всезнайки) …………….………………………….…………...20 Приглашение на 12-ю международную специализированную выставку «Фотоника. Мир лазеров и оптики -2017» …………………………………………………………………..……22 Приглашение на 9-ю специализированную выставку «Экспо Контроль - 2017» ……………23 Приглашение на семинар «Новейшие измерительные технологии» …………………..………24 ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 1 из 28

[close]

p. 2

Работа с CAD-моделями на КИМ Werth. WinWerth® – мощное, удобное программное обеспечение (ПО) для обработки и анализа результатов измерения, работает под операционной системой Windows 7. Данное ПО едино для всех координатно-измерительных машин Werth. WinWerth® обеспечивает возможность математической оценки координат (размеров) и взаимного расположения геометрических элементов (точек, прямых, окружностей и других элементов). Для снижения погрешности измерения геометрических элементов (прямые, окружности и т.п.) предлагается использование фильтров обработки изображения (фильтр контура, фильтр пыли и др.). Помимо проведения прямых измерений на детали, ПО обеспечивает возможность написания программ по CAD-модели. Написание программ при этом возможно как в онлайн режиме, так и в офлайн, не используя КИМ, а также есть возможность сравнения результатов измерения с 3D CAD-моделью. Для реализации данных функций Werth предлагает соответствующие модули: 3D CAD Online, 3D CAD Online, 3D BestFit Online. Когда система координат на детали и на ее 3D CAD модели заданы одинаково, управление машиной может быть реализовано посредством CAD модели в 3D модуле программы WinWerth®. Одним из вариантов задания системы координат, является так называемая стратегия «3-2-1», которая подразумевает последовательное измерения плоскости, прямой и точки на детали и соответствующее задание тех же элементов на модели. Измеренные (заданные) элементы в последствии задаются как базовая плоскость (к примеру, плоскость XY), ось (например, ось X) и начало системы координат (точка XYZ). 3D CAD состоит из множества отдельных элементов – патчей (Patch). Собственно измерение производится посредством набора отдельный точек датчиком на произвольном элементе либо измерением геометрических элементов таких как прямая, плоскость, окружность и т.д. в программном обеспечении WinWerth®. Задание точки измерения в самом простом случае осуществляется двойным кликом мышки на соответствующем патче 3D-CAD модели в 3D-окне программного обеспечения. Другим способом измерения является метод распределения точек на определнной области модели (патч, кривая). После того как оператор укажет машине соответствующую область, ему остается лишь указать желаемое количество точек и задать распределение точек, т.е. распределить нужным образом на участке, упорядочить. Таким образом отпадает необходимость в трудоемком ручном позиционировании датчика над деталью и измерении при помощи пульта управления. 3D CAD модель детали с заданной системой координат и распределенными точками по прямой. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 2 из 28

[close]

p. 3

После указания оператором точки измерения, распределения точек необходимо дать машине команду на измерения, после чего требуемый элемент будет измерен машиной в указанных точках, выбранным оператором датчиком. Распределение точек дает широкие возможности выбора и настройки пути следования датчика по измеряемому элементу, как по произвольному элементу, так и по стандартным элементам (плоскость, цилиндр, окружность и т.д.) Пример распределения точек по цилиндру. Пример распределения произвольной плоскости. точек по Распределены точки по модели могут быть разными способами, к примеру, для цилиндра существуют следующие варианты: по образующей, по окружности, по спирали. Выбрать также можно начальную точку измерения, направление измерения и т.д. Окно настройки параметров распределения. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 3 из 28

[close]

p. 4

Итак, вышеуказанный метод работы с моделями описывает метод работы с так называемым модулем CAD-Online, т.е. онлайн управление машиной. Написание программ происходит непосредственно на машине в ее программном обеспечении и после создания команды/ программы машина выполняет команду на заданное измерение. Альтернативным методом измерения является написание программ в модуле CADOffline. Для работы данного модуля не требуется ни деталь, ни сама машина. Данный метод написания программ рационально использовать с целью сокращения времени, к примеру, когда новая деталь уже спроектирована, но еще не произведена. Также рационально использовать режим оффлайн написания с целью оптимизации рабочего времени машины, т.е. использовать машину по назначению не тратя время на написание программ, а программы писать на отдельном компьютере. Процесс написания идентичен процессу написания программ в онлайн модуле на машине. Еще одним важным преимуществом работы с CAD моделями, является возможность проведения прямого сравнения результатов измерения с 3D CAD-моделью. Модуль, отвечающий за данную работу, называется 3D BestFit. Он позволяет визуально, наглядно отобразить действующие отклонения и быстро оценить соответствие измеренной детали по отношению к идеальной модели в рамках заданных допусков. Эмуляция измерения оптическим датчиком в оффлайн режиме. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 4 из 28

[close]

p. 5

Центрировка линз с наивысшей точностью при помощи подрезки оправ линз на станции серии ATS (Trioptics, Германия) Возрастающие требования к точности центрировки оптических систем требуют объединения измерительных и обрабатывающих технологий. Технология подрезки оправ, о которой пойдет речь в этой статье, объединяет в себе эти технологии и обладает большим потенциалом при обработке высокоточных оптических изделий. С 1991 года компания Trioptics специализируется на проектировании и производстве оптических измерительных систем и технологий. Приборы серии OptiСentric для измерения погрешности центрирования стали эталоном в своем классе приборов во всем мире. Интегрировав эту технологию в центрировочный станок стороннего производителя, специалисты Trioptics пришли к выводу, что объединение этих двух решений позволяет лучше контролировать процесс обработки, упрощает пользователям работу с подобными станками и повышает гибкость станции за счет применения дополнительных измерительных датчиков. Эти преимущества были воплощены в новой линейке приборов, получивших название ATS - Alignment turning station (дословный перевод «Станция для выравнивания вращением»). Первым прибором этой линейки стала станция ATS 400, созданная совместно с компанией «LT Ultra» для производства шаговой оптики. Рис.1. Общий вид подрезной станции ATS200. В настоящий момент компания предлагает станции серии ATS200 – приборы, которые являются собственной разработкой Trioptics. Станции предназначены для решения самого широкого круга измерительных задач, и позволяют центрировать сферические, асферические и плоские поверхности диаметром до 200 мм, завальцованные в оправы. За счет применения различных конструктивных решений, о которых пойдет далее речь в этой статье, погрешность центрировки может достигать 0,5 мкм при максимально допустимом весе линзы 5 кг и диаметре 200 мм. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 5 из 28

[close]

p. 6

При проектировании подрезной станции инженеры Trioptics, тесно сотрудничая с известными производителями комплектующих станков, сделали акцент на высоком качестве комплектующих своего прибора, в частности характеристиках воздушных подшипников направляющих, встроенной системе виброизоляции и исключении воздействии тепла от отдельных компонентов на зоне установки линзы. За счет модульного принципа, положенного в основу прибора, разнообразным модификациям и дополнениям станция серии AST отлично подходит для среднесерийного производства с большим числом типоразмеров выпускаемых изделий. Процесс центрировки полностью контролируется оператором при помощи функционального, наглядного и интуитивно понятного программного обеспечения. С одной стороны оно позволяет управлять измерительной частью станции, в которую входят два автоколлиматора и датчики расстояний; с другой стороны оно дает возможность управлять положением патрона, параметрами вращения шпинделя, а также процедурами калибровки и настройки станции. Типовые области применения подрезной станции Станции ATS200 и ATS400 обладают самым широким диапазоном применения – от производства микрообъективов до крупногабаритной оптики, используемой в телескопах. Типовыми областями применения является производство таких изделий, как: - шаговая оптика; - объективы микроскопов и эндоскопов; - ИК оптика систем обеспечения безопасности (камеры видеонаблюдения); - асферические линзы различной конфигурации; - линзы и объективы высококачественных цифровых камер и фотоаппаратов; - объективы, используемые в космической отрасли (телескопы); - оптика для визуализации УФ излучения; объективы с повышенными требованиями к точности сборки; Рис. 2. Подрезка оправы на станции серии ATS. Рис. 3. Один из типов резцов, применяемых при подрезке оправ. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 6 из 28

[close]

p. 7

Что представляет собой технология подрезки оправ? При обработке точением оптическая ось завальцованной линзы совмещается с базовой осью – осью шпинделя станции. При помощи механической обработки совмещают оправы оптической оси линзы и геометрической ось оправы. В начале линза в оправе фиксируется на специальном патроне, обладающим возможностью регулировки положения в нескольких плоскостях. Далее автоколлимационным методом измеряется положение оптической оси относительно оси шпинделя (рис. 4, слева). Затем положение патрона (наклон и поперечное смещение) изменяют так, чтобы оптическая ось совпадала с осью шпинделя (рис. 4, справа). После этого шпиндель приводится во вращение и боковую поверхность оправы обрабатывают резцом таким образом, чтобы ось оправы совпадала с осью шпинделя. Помимо боковой поверхности оправы также возможна обработка ее верхней и нижней торцевых поверхностей; для этого режущий инструмент перемещается перпендикулярно оси вращения шпинделя. Схема обработки оправ на подрезной станции Рис. 4. Этапы обработки центрировки линзы. Смотри ВИДЕО на нашем YouTube – канале. Рис. 5. Изображение, получаемой при использовании децентрированной оптической системой. Наклон и смещение отдельных линз относительно оправы объектива, а также невыдержанные воздушные зазоры приводят к потере контраста изображения. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 7 из 28

[close]

p. 8

Основные технические характеристики станции • диаметр центрируемых изделий от 20 до 150 мм; По желанию заказчика этот диапазон может быть изменен до значений от 70 до 200 мм или увеличен до значений от 20 до 200 мм. • максимальная высота центрируемых изделий:50 мм (может быть увеличена до 100 мм) • материалы подрезаемых оправ – оправы из любых цветных металлов, таких как медь, латунь, алюминий. Результаты обработки зависят от состояния режущего инструмента и режима резания. Рис. 6. Резец, используемый при подрезке оправ. • остаточное отклонение оптической оси от геометрической оси оправы – менее 2 мкм (для оправы диаметром 150 мм, материал латунь); • отклонение от плоскостности верхнего и нижнего фланца после обработки: не более 0,5 мкм; • отклонение от параллельности между верхним и нижнем фланцами после обработки: не более 0,5 мкм; • отклонение от круглости боковых поверхностей после обработки: не более 0,5 мкм; • отклонение от цилиндричности оправы после обработки: не более 0,5 мкм; • погрешность обработки диаметра оправы не более 2 мкм; • радиальное/торцевое биение шпинделя: не более 0,15 мкм; • чувствительность регулировки смещения линзы– не более 1 мкм (для ручного патрона); • чувствительность регулировки наклона линзы – не более 0,25 угл. мин (для ручного патрона). Преимущества технологии Особенностью методики центрировки линз путем подрезки их оправ является то, что оптическая ось линзы и базовая ось шпинделя станции выравниваются перед токарной обработкой оправы, т.е. в самом начале процесса центрировки. Это означает, что положение оправы не изменяется во время обработки, что позволяет добиться минимальной остаточной погрешности центрирования. Другим преимуществом технологии является то, что в момент подрезки линза надежно механически закреплена в оправе. Это означает, что для ее вклейки можно использовать клей с длительным временем фиксации, позволяющим избежать появления ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 8 из 28

[close]

p. 9

напряжений в сборке. С другой стороны, также можно центрировать завальцованные линзы, что неизбежно в случае, когда использование клея в сборке недопустимо. Еще одним преимуществом является тот факт, допуск на размеры оправы перед ее обработкой могут быть значительно больше, чем допуск, заданный для конечного изделия. Конструктивные особенности станции ATS В основу станций ATS положен модульный принцип, позволяющий легко адаптировать станцию к различным типоразмерам ячеек в условиях средне- и крупносерийного производства. Все стойки и основание станции выполнены из натурального пористого гранита. Компактное вертикальное исполнение обеспечивает превосходную жесткость конструкции и защищает область установки детали от температурных перепадов. Защита от вибраций обеспечивается встроенной системой пассивного виброгашения. Вертикальная конструкция машины была выбрана неслучайно. Во-первых, такое исполнение уменьшает величину прогиба шпинделя, неизбежно возникающего при его вращении и как следствие снижающего точность обработки. Во-вторых, по сравнению с горизонтальным расположением заметно уменьшаются габариты установки. В-третьих, этот упрощает установку и смену центрируемых изделий, особенно тяжелых крупногабаритных линз. Рис. 7. Основные компоненты подрезной станции. Станция оснащается прецизионными направляющими на воздушном подшипнике, а также шпинделем на воздушном подшипнике с большим центральным отверстием. Преимуществами такой конструкции является отсутствие трения во время эксплуатации и, как следствие, меньшие по сравнению с механическими подшипниками затраты на обслуживание. Воздушные подшипники также обеспечивают высокую точность и плавность позиционирования станции, что необходимо при центрировке изделий с погрешностью в доли микрона. Компактность конструкции осей обусловлена использованием при их проектировании метода анализа конченых элементов. Все линейные оси и шпиндель приводятся в движение бесщеточными двигателями постоянного тока. Каждая ось оснащена стеклянной отсчетной линейкой, ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 9 из 28

[close]

p. 10

обеспечивающей в совокупности с ЧПУ контроллером разрешение отсчета 0,1 мкм. Все это позволяет выдержать жесточайшие допуски при центрировке линз. Еще одним фактором, обеспечивающим высочайшую точность обработки, является патрон, на котором устанавливается линза в оправе. Задача патрона – совместить перед обработкой оптическую ось линзы с осью подшипника. Конструкция патрона была специально разработана компанией Trioptics для применения в подрезных станциях серии ATS. Обладая возможностью регулировки в нескольких плоскостях, патрон прост в использовании. Во время настройки положения линзы ее погрешность центрирования относительно оси подшипника отображается в режиме реального времени. Патрон имеет специальную форму, позволяющую регулировать наклон линзы при минимальном ее поперечном смещении. Он обладает высокой для своего класса максимально допустимой нагрузкой и подходит для установки линз различных диаметров. Рис. 8. Патрон с ЧПУ регулировкой положения линзы. При этом он обеспечивает надежную фиксацию линзы, исключая ее смещение в момент обработки оправы. Это достигает в первую очередь за счет использования вакуума в качестве прижимающей силы вместо механического крепления или использования электроники. По сравнению с этими методами крепления вакуум откачивается вне зоны установки детали, тем самым исключается нагрев обрабатываемых изделий. В дополнение к этому в патроне реализована система предварительной нагрузки при помощи постоянного магнитного поля. Сжатый воздух позволяет установить линзу в требуемое положение без трения элементов станции, а следовательно и без их износа. Помимо классических линз, оптическая ось которых определяется двумя центрами кривизны ее поверхностей, патрон позволяет установить в рабочее положение детали с особой геометрией, такие как асферические линзы, призмы и др. Патрон может быть оснащен либо ЧПУ приводами, либо четырьмя винтами, с помощью которых оператор выполняет регулировку положения линзы вручную. ЧПУ исполнение особенно подходит для крупносерийного производства, когда скорость центрировки деталей имеет большое значение; также, в значительной мере, исключаются ошибки оператора при работе со станцией. Помимо этого, ЧПУ патрон значительно облегчает работу с тяжелыми линзами. Программное обеспечение позволяет настроить скорость и добиться высокой точности позиционирования сервоприводов патрона исходя из массы линзы. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 10 из 28

[close]

p. 11

Измерительные датчики. Технология «MultiLens» По умолчанию на станцию серии ATS устанавливается один автоколлиматор с фокусным расстоянием 300 мм, позволяющим измерять величину децентрировки в отраженном свете с погрешностью до 0,25 мкм. Благодаря запатентованной технологии «Multilens» децентрировка обеих поверхностей линзы может быть измерена одним автоколлиматором. Однако, по желанию заказчика, станция может быть оснащена вторым автоколлиматором, установленным под центрируемой деталью. Во-первых, это позволяет повысить точность измерения децентрировки линзы. Во-вторых, такое решение делает возможным измерение децентрировки линз из непрозрачных материалов (например, из германия). Автоколлиматоры оснащены камерой с ПЗС матрицей высокого разрешения. Светодиод высокой мощности обеспечивает достаточное ля получения отраженного от поверхности сигнала даже в случае, если на линзу нанесено антиотражающее покрытие. Рис. 9 Измерение децентрировки линзы при помощи автоколлиматора и технологии «Multilens». Что такое алгоритм «MultiLens» «MultiLens» - это программное обеспечение, позволяющее измерять погрешность центрирования линз в объективах, а также контролировать величину децентрировки при сборке оптики. Программа выполняет расчет автоколлимационных точек и обеспечивает перемещение к ним автоколлиматора в ЧПУ режиме, а также измеряет погрешность центрирования каждой линзы в объективе в отраженном свете и дает наглядное представление об общей децентрировке оптической системы. Данные о децентрировке отдельных поверхностей и линз позволяют вычислить направление, в котором их нужно наклонить или сместить для совмещения с отсчетной осью (как правило, это ось оправы объектива). Дополнительные датчики Для того чтобы достичь максимально высокой точности центрировки, Trioptics наряду с высокоточными электронными автоколлиматорами используют в подрезной станции дополнительные измерительные датчики. К таким датчикам контактный и оптический (хроматический) датчик расстояний, позволяющие измерять геометрические параметры оправы, в частности диаметр оправы, расстояние от поверхности линзы до торцевой поверхности оправы и др. Таким образом, после каждого этапа центрировки оправы ее геометрические параметры контролируются и при необходимости корректируются на следующем этапе. Контактный датчик, используемый в подрезных станциях Trioptics, обладает малым ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 11 из 28

[close]

p. 12

измерительным усилием, не приводящим к появлению царапин на линзах или повреждению покрытия ее оправы. В зависимости от особенностей геометрии оправы возможна установка на щуп шариков различного диаметра. Для измерения толщины оправы также возможна установка щупа, изогнутого под углом. Погрешность измерения датчика составляет 0,5 мкм. подходит для измерений оправы на этапе финальной обработки, когда необходимо соблюсти максимально жесткие допуски. Рис. 10. Измерение диаметра оправы при помощи контактного датчика. Помимо промежуточных измерений диаметра оправы перед центрировкой датчик позволяет выполнять измерения перед чистовой обработкой, после чего программа определяет итоговые параметры резания для получения требуемой точности. Наряду с контактным датчиком, станции серии ATS оснащаются бесконтактным хроматическим датчиком расстояний. Они оптимально подходят для линз с покрытием, поскольку полностью их принцип работы полностью исключает контакт с поверхностью. Погрешность отсчета датчика достигает 0,08 мкм в зависимости от модификации. Поскольку по сравнению с контактным датчиком оптический сенсор обладает более высоким разрешением отсчета и большей чувствительностью к шероховатости поверхности, он лучше Рис. 11. Измерение расстояния от поверхности линзы до торца оправы при помощи бесконтактного хроматического датчика расстояний. Что представляет собой хроматический датчик расстояний? В основе высокоточного датчика расстояний, измеряющего расстояние от самого датчика до какой-либо поверхности, лежит принцип анализа продольных хроматических аберраций. Расстояние измеряется благодаря тому, что фокусные расстояния для каждого из цветов (или другими словами для каждой длины волны) в полихроматическом пучке света отличаются друг от друга. В зависимости от длины волны света, отраженного от измеряемой поверхности, датчик вычисляет расстояние. В следующем номере мы продолжим рассказ о подрезных станциях Trioptics; будут рассмотрены различные модификации подрезной машины (ATS100 и ATS400) и программное обеспечение, управляющее процессом центрировки линз. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 12 из 28

[close]

p. 13

Высокоточное измерение и оценка 2D/3D параметров оптических компонентов. Контурографы-профилографы MarSurf LD 130 Aspheric/ MarSurf LD 260 Aspheric Для решения задач по миниатюризации оптических систем в последнее время сильно развивается выпуск асферических линз. Асферическая поверхность отличается от сферической и зачастую имеет произвольную форму. Величина асферической поверхности определяется по формуле: R0 – радиус кривизны h – радиус области асферической поверхности k – константа конусности Aj – коэффициенты асферики Процесс измерения Перед началом измерения необходимо задать параметры ожидаемого асферического профиля. Программное обеспечение позволяет подобрать отдельные параметры, например радиус кривизны R0, константу конусности К и коэффициент асферичности Аj методом нахождения оптимального соответствия измеренных и заданных значений. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 13 из 28

[close]

p. 14

Принцип 2D измерения Для 2D измерения осуществляется линейное сканирование через зенит асферической поверхности. Благодаря различным опциям и возможностям программного обеспечения можно измерять линзы с вырезанным центром. За счет программирования измерения, щуп обходит отверстие по воздуху и продолжает измерение на правой стороне линзы. Полученные в результате измерения данные сравниваются с номинальными значениями профиля и полученная погрешность может передаваться в систему управления обрабатывающего станка для ввода коррекции. Так же центр линзы может быть вырезан из полной 3D топографии после измерения. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 14 из 28

[close]

p. 15

Ещё одной уникальной возможностью программного обеспечения является опция сшивания. Если линза слишком большого диаметра или слишком высокая, то при помощи специального наклонного столика и опции сшивания диапазоны измерения значительно расширяются. Эти измерения используются для построения топографии. Величина отклонения от номинала отображается в протоколе разным цветом. Сначала измеряется левая часть линзы, а после достижения предела по диапазону щупа, программа дает указания, на сколько нужно наклонить стол, чтобы измерить линзу целиком. Программа рассчитывает все необходимые настройки автоматически, в зависимости от введенных параметров линзы. Принцип 3D измерения Для 3D измерения сначала производится сканирование двух линейных профилей асферической поверхности со смещением на 90°, а затем полярные измерения концентрических профилей вращением оси стола. Для установки линз могут быть использованы различные гидравлические патроны для точного позиционирования линзы на оправке. Либо специальные зажимные устройства, для фиксации линз различных размеров. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 15 из 28

[close]

Comments

no comments yet