Главная / Текущий номер журнала / Новосибирская область. Наука и промышленность / Высокая точность — залог успеха /

Высокая точность — залог успеха

На протяжении многих лет одним из лидеров в области разработки и конструирования оптических и электронных автоматических систем для бесконтактного измерения и контроля форм, поверхностей и размеров деталей и инженерных конструкций является Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН. В этом году институт отмечает 35 лет своей деятельности на благо страны.
За последние десятилетие в КТИ НП разработана широкая гамма измерительных систем и технологий для базовых отраслей страны, таких как атомная энергетика, железнодорожный транспорт, оптико-механическая и горнодобывающая промышленность. Hi-Tech продукция Института — это синтез современной оптики (включая киноформную), точной механики (разрешение 1 нм — 1 мкм), лазерной оптики, современной электроники и компьютерной техники, программного обеспечения, конструкторской и эксплуатационной документации.

КТИ НП СО РАН расположен в Новосибирском академгородке и создан в 1991 г. по инициативе Президиума СО АН СССР на базе СКБ НП, имя которого в СССР было тесно связано с автоматизацией систем различного (в т. ч. специального) назначения, электронными и измерительными технологиями.
В институте активно ведутся исследования в рамках многообещающего научного направления «Фурье-оптика трехмерных объектов».
С момента преобразования СКБ НП в КТИ НП СО РАН произошло существенное обновление его тематики. Во многом это стало возможным благодаря серьезным заказам со стороны Министерства по атомной энергии (ныне Росатом) РФ.
Основными направлениями деятельности Института сегодня являются:
• проведение фундаментальных и прикладных исследований в следующих областях:
— оптика трехмерных объектов, системы технического зрения и размерного контроля;
— методы, модели и интеллектуальные проблемно-ориентированные системы неразрушающего контроля;
— лазерные технологии и системы субмикронного, микронного и субмиллиметрового разрешения;
• разработка и создание принципиально новых систем и технологий для оснащения базовых отраслей страны;
• выпуск современной наукоемкой товарной продукции с реализацией на внутреннем и зарубежном рынках;
• разработка экспериментального оборудования для академических и отраслевых НИИ.
В Институте действуют семь крупных комплексных лабораторий, укомплектованных научными, инженерными и конструкторскими кадрами, а также опытное производство, которое позволяет осуществлять изготовление различных видов приборов и научно-технического оборудования.
Области применения разработок КТИ НП в России — это в первую очередь базовые отрасли страны: атомная промышленность — заводы ОАО «ТВЭЛ» (Новосибирский завод химконцентратов, Московский завод полиметаллов, Чепецкий механический завод, г. Глазов, Машиностроительный завод, г. Электросталь); горнодобывающая промышленность — АК «АЛРОСА», г. Мирный; железнодорожный транспорт — Западно-Сибирская железная дорога, предприятия ОАО «РЖД»; автомобильная промышленность — ОАО «Автоваз» г. Тольятти; оптико-механическая промышленность — Уральский оптико-механический завод, г. Екатеринбург, предприятия космической отрасли — НПО ПМ им. М. Ф. Решетнева, г. Железногорск Красноярского края.
Сегодня КТИ НП СО РАН — признанный лидер в области оптоэлектронных измерительных технологий. Среди его ранних достижений — конструирование, производство и поставка в страны Европы (Германия, Италия) и Китай партии лазерных генераторов изображения. Институт в XXI в. находится на переднем крае отечественной науки, конструируя и производя сложнешие системы — от оптических контрольно-измерительных комплексов широкой номенклатуры до прецизионных лазерных комплексов для обработки большеразмерных изделий. С 2005 г. здесь начата разработка и производство собственных систем в соответствии с требованиями Системы менеджмента качества (СМК).
К современным автоматическим оптико-электронным измерительным системам и технологиям предъявляются очень высокие требования:
— бесконтактность и дистанционность измерений;
— широкий диапазон измерений — от 1 мкм до 1 м и более;
— высокое разрешение — от 1 нм до 1 мкм;
— высокое быстродействие — от 103 до 105 измер. /с.;
— промышленное исполнение (климатическое исполнение по требованию Заказчика);
— конкурентоспособность (на мировом рынке);
— наличие сертификата;
— наличие эксплутационной документации;
— гарантийное и постгарантийное обслуживание;
— приемлемая цена.
В последнее время перед ведущими отраслями российской экономики встали задачи по повышению безопасности эксплуатации, производства, повышению качества продукции, снижению себестоимости производства. Эти задачи успешно им помогает решать КТИ НП, создавая различные системы для точного измерения, контроля и др.
Наиболее значимые среди них: автоматизированная система контроля геометрии колесных пар грузовых вагонов на ходу поезда, автоматическая система измерения износа контактного провода при движении; серия различных оптико-электронных систем измерения геометрических размеров и поверхностных дефектов элементов топливных сборок ядерных реакторов, томограф для контроля сварных соединений ТВЭЛ; лазерный генератор изображений, многокоординатный лазерный технологический комплекс; автоматическое оптико-электронное устройство круглосуточного измерения смещений и деформаций элементов механических и инженерных конструкций. Они выгодно отличаются от своих аналогов не только по совокупности параметров, но и по уникальности идей, лежащих в основе технических решений, использованных для разработки этих систем, что подтверждается как их апробацией на различных международных конференциях, так и их надежной многолетней промышленной эксплуатацией.
Результат 20-летнего сотрудничества института с предприятиями атомной отрасли страны можно продемонстрировать следующими системами, успешно эксплуатирующимися на атомных заводах.
Оптико-электронное устройство контроля геометрических параметров ТВЭЛ «Контроль» предназначено для автоматических бесконтактных измерений с высокой точностью и производительностью наружных диаметров длинномерных цилиндрических изделий (проволок, кабелей, труб), а также длин и отклонений от прямолинейности трубочных изделий (например, ТВЭЛ ядерных реакторов).
Принцип действия устройства основан на теневом методе измерений с использованием фотодиодных линеек для регистрации изображения.
Оптико-электронная система промышленного размерного контроля изделий типа тел вращения «Град-2» предназначена для автоматизированного бесконтактного измерения геометрических параметров изделий типа тел вращения.
Высокая точность и достоверность результатов достигается измерением геометрических параметров изделия по их теневым изображениям и использованием оригинальных алгоритмов цифровой обработки сигнала. Погрешность при измерении внешних диаметров составляет ~4 мкм. Время измерения одной детали (~30 параметров) не более 15 сек. Система выполнена в виде четырех автоматизированных рабочих мест: АРМ контролера ОТК, АРМ конструктора, АРМ технолога и АРМ мастера КИП. Особенностью системы является возможность расширения списка измеряемых изделий путем создания чертежа детали при помощи стандартных средств автоматизированного проектирования. Чертеж подвергается обработке специальной программой и используется для выработки стратегии контроля. Наглядность получаемой информации об измеряемых параметрах изделия делает систему также незаменимым помощником технолога при отладке и проверке производственных технологических процессов.
Оптико-электронная лазерная измерительная машина (ЛИМ) контроля основных геометрических параметров дистанционирующих решеток предназначена для автоматического бесконтактного трехмерного контроля с микронным разрешением всех геометрических параметров дистанционирующих решеток (ДР) тепловыделяющих сборок ядерных реакторов (количество ячеек >300 шт.).
Принцип действия лазерной измерительной машины основан на анализе изображений ячеек ДР, освещенных тремя матрицами в виде 12´13 световых пучков. Рассеянный поверхностями ячейки свет воспринимается тремя ПЗС-камерами, сигнал с которых передается в компьютер для вычисления геометрических параметров ячейки. Использование двухкоординатного прецизионного сканирующего стола позволяет получить информацию о всех ячейках ДР и ее геометрии в целом. Производительность такой техники в 300 раз больше, чем производительность существующих координатно-измерительных машин (КИМ).
Система дефектоскопии урансодержащих таблеток «Дефект» предназначена для обнаружения и распознавания поверхностных дефектов топливных таблеток и их автоматической отбраковки.
В основу метода измерения положено формирование путем специального освещения высококонтрастных изображений поверхностей таблетки, ввод их в ЭВМ с помощью матричных фотоприемников на ПЗС и обработка в реальном времени.
На базе разработанных метода и программного обеспечения (совместно с ИМ СО РАН) впервые в мире создана система дефектоскопии урансодержащих таблеток с производительностью в темпе конвейера при минимальном размере обнаруживаемого дефекта 100 мкм и вероятностью обнаружения дефекта — 95 %.
В оптико-электронной системе измерения поверхностных дефектов «Профиль» используются интерференции частично-когерентного света. При измерении производится автоматическое сканирование по глубине профиля поверхности, содержащей дефект. В результате сканирования получается набор изолиний профиля измеряемого участка поверхности. По этому набору изолиний рассчитывается профиль этого участка поверхности. Применение прямого метода измерений, при котором регистрируются непосредственно координаты точек поверхности, позволяет обеспечить высокую точность (разрешение 0,1 мкм) и достоверность результатов измерения в измерительном диапазоне от десятков мкм до 10 мм.
В течение семи лет в КТИ НП активно ведутся работы по решению актуальных задач железнодорожной отрасли. Благодаря большой организаторской работе с максимальной концентрацией интеллектуального потенциала Институту удалось в предельно сжатые сроки разработать и создать уникальную всепогодную си¬стему «Комплекс» — автоматизированную систему контроля геометрии колесных пар грузовых вагонов на ходу поезда (до 60 км/ч). Система предназначена для контроля более десятка геометрических параметров колесных пар вагонов с быстродействием до 100 тыс. измерений в секунду. Она выгодно отличается от своих зарубежных аналогов по ценовым параметрам и функциональным характеристикам. Лазерный луч сканирует геометрию катящегося вагонного колеса и оценивает его состояние по ходу поезда. На Западно-Сибирской железной дороге первая система заработала в 2002 г., а сегодня уже 24 системы успешно эксплуатируются на семи железных дорогах России. За это время с помощью «Комплекса» несколько десятков тысяч грузовых вагонов было отцеплено для замены «стершихся» колес, могущих привести к сходу поезда.
Многокоординатный прецизионный лазерный технологический комплекс LSP-2000 поставлен в КНР. Этот уникальный комплекс позволяет производить лазерную обработку большеразмерных изделий (резка, сварка, абляция) с произвольной 3D-формой поверхности в большом объеме (3x3x0,6 м3) с высокой точностью (погрешность позиционирования 20 мкм). На его основе может быть создана измерительная машина для 3D-контроля крупногабаритных изделий. Это позволяет изготавливать с его помощью уникальное оборудование для радиоэлектронной и космической отраслей.
Высококвалифицированный научно-инженерный потенциал, экспериментальная база и действующее опытное производство позволяют Институту в сжатые сроки создавать на основе научно-исследовательских разработок конкурентоспособные образцы принципиально новой техники для поставки на экспорт и оснащения технологических линий отечественного производства.
В течение последних двух лет было выпущено более десятка наименований изделий, причем некоторые — тиражом в десятки и сотни экземпляров. В результате — долговременное плодотворное сотрудничество с базовыми отраслями страны и солидными зарубежными партнерами.