Патент на сверхточность

В современных условиях важнейшей составляющей безопасности страны становится способность национальной промышленности производить своими силами изделия любой сложности. На повестке дня – возрождение отечественного станкостроения как отрасли, являющейся индикатором интеллектуального и индустриального потенциала, готовой обеспечить высокотехнологичной продукцией каждый сектор экономики. Именно об этом говорил Владимир Путин, призывая провести оптимизацию всего производственного процесса, сформировать опережающий научно-технологический задел.

«Сердце» современного станка – измерительный комплекс высочайшей точности. Такие системы, причём не только не уступающие западным, а и превосходящие их, в России давно созданы и могут воспроизводиться в нужных количествах. Об уникальных разработках корреспонденту «Файла-РФ» рассказали заместитель директора по научной работе Петербургского института ядерной физики им. Константинова Виктор Ежов и заместитель заведующего лабораторией голографических информационных и измерительных систем, заслуженный изобретатель страны Никулина Турухано.

Использование измерительных систем играет определяющую роль для создания конкурентоспособных машин и деталей. Точные параметры гарантируют длительный срок службы и низкую аварийность. Без приборов, которые обеспечат соответствие изделия инженерным расчётам, не обойтись.

Линейная голографическая дифракционная решётка длиной 1100 мм и с 1100000 штрихов.

Как известно, основная единица измерения длины – метр, одна сорокамиллионная часть Парижского меридиана. Его эталон, выполненный из сплава платины и иридия, хранится во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Менделеева. Но в 1983 году XVII Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение: «Метр – длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 доли секунды». К станкостроению это имеет самое непосредственное отношение. Ещё недавно качество изготовления сложного изделия оценивалось точностью до микрона, миллионной доли метра. На наших глазах требования ужесточились на два–три порядка. В ходу нанометры, миллиардные доли основной единицы.

Станки, претендующие на такую точность обработки деталей, снабжаются измерительными системами линейных и угловых перемещений иностранного производства. Эта область нанотехнологий фактически монополизирована несколькими фирмами. На первом месте стоит Heidenhain(Германия), далее идут Mitutoyo (Япония), Brown & Sharp (США) и другие. Это компании с коллективами не менее 1000 человек и крупными производственными базами.  

Западные инструменты позволяют измерять длины в несколько десятков нанометров, но не меньше, российские – разработанные в Петербургском институте ядерной физики – на порядок точнее. Один нанометр, «увиденный» с помощью оборудования ПИЯФ при соответствующем увеличении, стал «хитом» множества международных выставок.

Голографическая радиальная решётка со 162000 штрихов.

Наши системы обеспечивают ювелирную точность не только в одной или в двух плоскостях, но даже в трёхмерном пространстве. Могут быть исследованы какие угодно объекты, измерена кривизна любой поверхности, будь то коленвал двигателя, линза оптического телескопа или труба магистрального газопровода. Михаил Ковальчук, глава Курчатовского института, в состав которого с недавних пор входит ПИЯФ, познакомившись с разработками, предложил использовать подобные приборы для наблюдения за ростом кристаллов. В частности – измерять скорость, изменение кривизны поверхности.

Основой российского прибора является уникальная шкала, где на стеклянном носителе нанесены деления с шагом в микрон. Выполняется столь филигранная работа с помощью голографического интерферометра при заданных температуре, давлении и влажности в бункере на глубине14 метров, построенном на специальной плите, исключающей малейшие вибрации.

Такую шкалу невероятно сложно нанести даже на сантиметровом участке, а наша линейка – метровой и большей длины. На вид – приклеенная на стекло «радужная» ленточка. Как удаётся наносить деления с подобной точностью – секрет, основанный на голографических технологиях записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Точность замера определяется именно равномерностью сетки на шкале прибора. Данные считываются лазерным лучом. От фотоприемника сигнал пересылается через усилители на компьютер, который переводит информацию в «цифру» и выдаёт результат. Полученные размеры можно тут же соотнести с параметрами на конструкторском чертеже и трансформировать в команду обрабатывающему центру, где изготавливается деталь или узел. Именно поэтому такой прибор называют сердцем высокоточного многокоординатного станка.

Таким образом, наша страна развивает уникальный научный и конструкторский задел. И сегодня мы обладаем главной составляющей для возрождения прецизионного (высокоточного) станкостроения – приборами, способными в автоматическом режиме уточнить параметры конкретной заготовки, сравнить их с размерами, данными конструктором, скажем, на «компьютере-кульмане», и преобразовать расхождение в задание для резца, обрабатывающего деталь.

Здесь уместен короткий исторический экскурс. Задача поднять отечественное станкостроение на новый качественный уровень была поставлена ещё в 1988 году. Постановлением союзного Совета Министров ведущим научно-производственным предприятиям страны предписывалось в срок до 1995 года освоить производство «голографических преобразователей перемещений, прецизионных измерительных и контрольных машин, голографических мер (матриц)». Государственный комитет по науке и технике СССР принял соответствующую программу. В структуре НПО «Красная Заря» было создано специальное предприятие. И всего за восемь месяцев (!) в Петербургском институте ядерной физики была спроектирована и построена метростроевцами – на специальной плите на глубине 14 метров – безвибрационная голографическая лаборатория. Уникальную измерительную шкалу аттестовали во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Менделеева.

Наши возможности сверхточного измерения потрясли мир. Научный коллектив получил 35 патентов на изобретения, зарегистрированные во всех ведущих странах, в том числе Англии, Германии, Канаде, США, Франции, Японии. «Красная Заря» подготовила для прецизионного машиностроения электронную начинку, ЛОМО – оптику, Объединение им. Свердлова готовилось выпускать станки высокой точности, конкурентоспособные с ведущими западными образцами.

Но грянул 1991-й. Все научные программы были свёрнуты, многие уникальные производства разорены, помещения цехов сданы в аренду. Из научно-технологической цепочки предприятий, задействованных в изготовлении «мозгов» для сверхточного оборудования, не растерял своего потенциала только ПИЯФ. Сюда несколько раз наведывались представители мировых станкостроительных фирм, предлагали ведущим разработчикам свои лаборатории, все условия. Но питерские ядерщики на это не пошли.

Прибор для измерения радиальных биений подшипников.

Сейчас коллектив ПИЯФ самостоятельно выпускает измерительные приборы. С их помощью тестируются системы наведения, конструкции ракет и других стратегических изделий. Недавно комплекс для трёхмерного измерения изготовили для Японии. Но всё это штучные заказы. А для возрождения российской экономики необходимо, чтобы заработали все жизненно важные отрасли промышленности, причём на современных высокоточных станках, не уступающих западным. Ибо, что бы ни говорили о плюсах вхождения в ВТО и об общем рынке, никто нам сверхсовременное оборудование не продаст. Зачем помогать конкурентам?

Между тем, в стране есть всё необходимое, чтобы возродить прецизионное станкостроение. Мы обладаем лучшими на сегодня измерительными комплексами. Наши компьютерщики в состоянии написать необходимые программы. Металл – вообще не проблема, да и золотые руки ещё не перевелись.

Необходима политическая воля, чтобы сформировать и осуществить федеральную программу, нацеленную на возрождение станкостроения. Это, без сомнения, даст импульс развития многим отраслям науки и промышленности, обеспечит миллионы рабочих мест по всей стране. А главное – возможность самостоятельно производить детали, узлы, конструкции, оборудование любой степени сложности.

Алексей Захарцев
собственный корреспондент (г. Санкт-Петербург)