Подготовка оптического производства для изготовления круговых шкал (лимбов)

Круговые шкалы нашли широкое применение в геодезии (теодолит), военном деле, а также применяются для контроля угловых перемещений различных объектов и измерения, регистрации и регулирования параметров техпроцессов.

Целью работы является разработка проекта по изготовлению круговой шкалы с наименьшим количеством дефектов и высокой точностью элементов топологии.

1. Задание на курсовой проект

Для выбора необходимо проанализировать основные технические требования чертежа лимба и соотнести их с техническими характеристиками технологических процессов. Основные технические требования чертежа лимба:

1. минимальная ширина элементов топологии;

2. угловая погрешность расположения фронтов, осей, диаметров осей штрихов или др.;

3. неравномерность ширины штрихов;

4. Класс чистоты.

Технические требования лимба: ширина штриха 8 мкм, неравномерность ширины штрихов 2 мкм, угловая погрешность расположения диаметров осей штрихов ±1,2 угл. сек., класс чистоты II.

По большинству параметров использование способа прямой фотолитографии, удовлетворяет технические требования, кроме угловой погрешности. Поэтому выберем метод обратной фотолитографии. По этим же причинам для изготовления рабочего фотошаблона следует использовать способ обратной фотолитографии. Термохимическая технология записи на пленках хрома, используемая на генераторе CLWS-300 обеспечивает возможность изготовления фотошаблона-оригинала.

6. Ведомость оснащения

Ведомость оснащения - это технический документ, содержащий информацию о том, какую оснастку и инструмент необходимо спроектировать и в каком количестве изготовить для того, чтобы можно было изготавливать деталь, изделие или др. Кроме того, ведомость оснащения определяет сроки проектирования и изготовления, подразделения, ответственные за проектирование и изготовление.

Сроки проектирования и изготовления устанавливаются 1-2 месяца от текущей даты в зависимости от сложности оснастки.

Таблица 3

Ведомость оснащения

7. Технические задания на проектирование рабочих фотошаблонов

Целью разработки технических заданий является определение допусков на линейные и угловые параметры фотошаблонов лимбов, требований по дефектности, вида изображений (позитивное или негативное, прямое или зеркальное), применяемых заготовок и др. Технические задания, как на рабочие фотошаблоны, так и на фотошаблоны-оригиналы должны содержать следующие сведения:

1. Геодезический лимб, который будет изготавливаться способом обратной фотолитографии, имеет темные элементы топологии на светлом фоне, изображение цифр - зеркальное, направление оцифровки - против хода часовой стрелки. В этом случае для рабочего фотошаблона следует указать: изображение фотошаблона зеркальное, негативное, элементы топологии светлые на темном фоне, изображение цифр - прямое, направление оцифровки - по ходу часовой стрелки;

2. Допустимая угловая погрешность расположения диаметров осей штрихов лимба составляет только ± 1,2 угл. сек. В этом случае угловую погрешность следует установить одинаковую для фотошаблона-оригинала и рабочего фотошаблона, и равную ± 1 угл. сек., а рабочие фотошаблоны с требуемой угловой погрешностью следует получать методом отбора из нескольких фотошаблонов;

3. Как правило, наиболее критичными допусками являются допуски на ширину штриха. Поле допусков для лимбов может составлять от 1 мкм (± 0,5 мкм) до 5 мкм и более. Требуемое поле допуска для термохимической технологии записи на пленках хрома (фотошаблон-оригинал) составляет не менее 0,5 мкм. Для рабочего фотошаблона, изготавливаемого способом обратной фотолитографии, допуск необходимо увеличить не менее чем на ± 0,3 мкм. На такое же значение должен увеличиться допуск при изготовлении лимба способом обратной фотолитографии.

Ширина штриха лимба 2Т2-1-79 составляет 8±2 мкм, лимб и рабочий фотошаблон изготавливаются способом обратной фотолитографии. В этом случае допуск для фотошаблона-оригинала составит ± 1,2 мкм.

На чертежах лимбов имеется кроме ширины штрихов много других линейных размеров. Их можно разделить условно на критичные и некритичные размеры. Критичными являются размеры, допуски на которые близки по своим значениям к допускам, которые обеспечивают технологические процессы. Критичными размерами могут быть ширина обводки цифр, ширина обводки знаков, ширина центрировочной окружности и др. Для них распределение допусков для фотошаблонов производится так же, как и для ширины штриха. Допуски на некритичные размеры устанавливаются следующим образом: для рабочих фотошаблонов допуски ужесточаются в 2 раза, допуски для фотошаблонов-оригиналов ужесточаются в 3 раза по сравнению с допусками для лимба. В технических заданиях допуски на критичные размеры надо указывать конкретно для каждого фотошаблона и для каждого размера, ужесточение допусков для некритичных размеров указывается одновременно для всех некритичных размеров. Иногда в чертежах лимбов указываются несимметричные допуски. В этом случае, как для критичных, так и для некритичных размеров необходимо указывать конкретные допуски.

Специфическим линейным параметром является неравномерность ширины штрихов лимба. Как правило, она не бывает меньше 0,4 мкм. Такое значение можно достичь только, если лимб и рабочий фотошаблон изготавливаются способом обратной фотолитографии. В этом случае для рабочего фотошаблона неравномерность ширины должна составлять 0,3 мкм, а для фотошаблона-оригинала - 0,2 мкм. Если значение неравномерности ширины штрихов для лимба составляет 0,3 мкм, то для рабочего фотошаблона и фотошаблона-оригинала следует установить одинаковое значение равное 0,2 мкм, а рабочий фотошаблон с требуемым значением следует получать методом отбора из нескольких фотошаблонов. Ширина штриха лимба составляет 8±2 мкм, лимб и рабочий фотошаблон изготавливаются способом обратной фотолитографии. В этом случае допуск для рабочего фотошаблона ± 1,2 мкм;

4. Требования по дефектности геодезических лимбов можно разделить на два вида: дефекты элементов топологии и дефекты, обусловленные классом чистоты.

Дефекты элементов топологии определяются количеством допустимых разрывов и утолщений и их размеров, которые задаются в единицах толщин элементов топологии.

На штрихах допускается два разрыва длиной до 0,5 ширины штриха на ограниченном участке 2°30' и утолщения или утоньшение длиной до 1 ширины штриха и шириной до 0,5 ширины штриха на участке ? его длины со стороны цифр. Для рабочего фотошаблона эти требования ужесточаются: на весь фотошаблон можно допустить 1 разрыв штриха длиной в 1 ширину штриха и одно утолщение длиной до 0,5 ширины штриха и шириной до 0,25 ширины штриха. Для фотошаблона-оригинала можно также провести дальнейшее ужесточение требований, но технологический процесс термохимической записи на пленках хрома с использованием генератора изображений CLWS-300 в условиях «чистых помещений» позволяет получить практически бездефектное изображение. Поэтому для фотошаблона-оригинала указанное требование выглядит таким образом: дефекты элементов топологии не допускаются.

Требования по дефектам могут относиться к штрихам, цифрам, знакам, буквам и другим элементам топологии. Одним из элементов топологии геодезических лимбов является центрировочная окружность, дефектность которой, как правило, не нормируется, но для рабочих фотошаблонов требования по дефектности центрировочной окружности должны быть определены. Для рабочего фотошаблона на центрировочной окружности допускаются разрывы в количестве 4 шт. длиной не более 10 мкм и утолщения в количестве 4 шт. длиной 5 мкм и шириной до 3 мкм, а для фотошаблона-оригинала дефекты центрировочной окружности не допускаются.

Дефекты, обусловленные классом чистоты полированной поверхности в рабочей зоне шкалы, могут задаваться как в виде конкретного класса чистоты по ГОСТ 11141, так и в виде максимально допустимого количества и размера дефектов, при этом дефекты рассматриваются, как правило, независимо от их происхождения: дефекты стекла или дефекты маскирующего покрытия (темные точки). Из этого следует, что рабочий фотошаблон не должен быть источником дефектов (темных точек), так как полированная поверхность лимба очень часто имеет собственные дефекты и дополнительная дефектность, получаемая от рабочего фотошаблона, которую нельзя устранить, приведет к значительному увеличению количества бракованных деталей. В результате дефектность рабочего фотошаблона будет определяться не требованием по дефектности лимба, а особенностями технологического процесса обратной фотолитографии, а точнее одной из вспомогательных операций: устранение дефектов; которая заключается в удалении хромовых точек методом травления. При устранении темных хромовых точек они обводятся кисточкой специальным защитным составом, после чего производится локальное травление под микроскопом. Для того чтобы можно было обвести точку защитным составом необходимо, чтобы точка находилась от элементов топологии на расстоянии не ближе 30 мкм. Травлением можно устранить любое количество хромовых точек, но значительное их количество может привести к недопустимому увеличению трудоемкости изготовления лимба. Следует учитывать, что темные хромовые точки могут образовываться не только из-за дефектов фотошаблона. Конечно, на рабочем фотошаблоне могут быть дефекты, особенно в случае рабочего (темнопольного) фотошаблона геодезического лимба, изготовленного способом обратной фотолитографии, но их допустимое количество определяется технологом в зависимости от трудоемкости изготовления лимба и от других факторов. В техническом задании необходимо указать количество дефектов на рабочем фотошаблоне. В данном случае, это 4 прозрачных дефекта (прокола). Размеры дефектов на рабочем фотошаблоне имеют диаметры от 1,5 мкм до 5 мкм.

Для светлопольного фотошаблона-оригинала геодезического лимба, с помощью которого способом обратной фотолитографии будут изготавливаться рабочие фотошаблоны, темные точки не допускаются, так как если они образуются, то их можно устранить травлением, а если они находятся очень близко к элементам топологии, фотошаблон бракуется.;

5. Для изготовления рабочих фотошаблонов способом обратной фотолитографии используются заготовки ППХ127х127А после снятия хромового покрытия, если диаметр лимба не превышает 100 мм;

6. Способы изготовления лимбов, а также других оптических шкал, регламентируются отраслевым стандартом ОСТ3-3312-76. Способ изготовления лимба - способ обратной фотолитографии Ф9И;

7. В чертежах многих лимбов имеется требование указывать порядковый номер детали и дату изготовления. Это требование не распространяется на фотошаблоны. Для фотошаблонов в технических заданиях необходимо указать следующее требование: маркировать фотошаблон и указать дату его изготовления. Маркировка и указание даты изготовления необходимы для идентификации фотошаблонов в процессе аттестации и работы с ними. Маркировка представляет собой шифр фотошаблона, который присваивает конструктор-проектировщик фотошаблонов, состоящий из собственно самого шифра фотошаблона и шифра лимба;

8. В чертежах лимбов обязательно имеются требования к характеристикам хромового маскирующего покрытия. Это требования к отражению покрытия и пропусканию или плотности покрытия. Требование к отражению хромового покрытия лимба обеспечивается нанесением на поверхность лимба после изготовления шкалы антиотражающего покрытия и, следовательно, в эскизе и технических требованиях не указывается. Пропускание хромового покрытия 5 % при плотности 1,5. Требование к пропусканию хромового покрытия должно быть указано в эскизе и технических требованиях лимба, так как пропускание обеспечивается его толщиной, которая влияет на технологические свойства покрытия и точность изготовления шкалы. Требование к пропусканию хромового маскирующего покрытия фотошаблонов определяется только технологиями фотолитографии. Это требование является одинаковым для рабочих фотошаблонов и фотошаблонов-оригиналов: пропускание хромового покрытия 1 % для длин волн от 0,4 до 0,7 мкм.

9. Неровность края элементов топологии лимба и рабочего фотошаблона 0.2 мкм, а фотошаблона-оригинала - 0.1 мкм. Данные определяются по техническим характеристикам процесса фотолитографии и процесса термохимической записи на пленках хрома. Неровность края указывается в соответствии со значением генератора изображений CLWS-300 из таблицы 2 и составляет 0,1 мкм.

8. Технические задания на проектирование фотошаблонов-оригиналов

1. Фотошаблон-оригинал имеет прямое и позитивное изображение элементов топологии;

2. Для фотошаблона-оригинала и рабочего фотошаблона, и равную ± 1 угл. сек., а рабочие фотошаблоны с требуемой угловой погрешностью следует получать методом отбора из нескольких фотошаблонов;

3. Допуск для фотошаблона-оригинала составит ± 0,6 мкм;

4. Для фотошаблона-оригинала дефекты элементов топологии не допускаются;

5. Для изготовления фотошаблонов-оригиналов используются пластины прецизионные хромированные ППХ127х127А;

6. Способы изготовления лимбов, а также других оптических шкал, регламентируются отраслевым стандартом ОСТ3-3312-76. Способ изготовления лимба - способ обратной фотолитографии Ф9И;

7. Маркировать фотошаблон и указать дату его изготовления;

8. Пропускание хромового покрытия ф?1 % для длин волн от 0,4 до 0,7 мкм;

9. Неровность края указывается в соответствии со значением генератора изображений CLWS-300 из таблицы 2 и составляет 0,1 мкм.

9. Дополнительная информация

В чертежах лимбов, как правило, имеется требование паспортизации наиболее важных параметров. Одним из таких параметров обычно является угловая погрешность расположения штрихов. Паспортизация заключается в фиксировании конкретного значения параметра в сопроводительном документе (паспорте). Также в паспорте указывается номер лимба и дата изготовления. В технических заданиях на изготовление фотошаблонов требование паспортизации не указывается, так как фотошаблоны проверяются по всем требованиям чертежа в центральной измерительной лаборатории, по результатам измерений заполняется паспорт фотошаблона.

Часть технических требований чертежей лимбов заканчиваются фразой: обеспечивается инструментом. Инструментом для лимба является рабочий фотошаблон, а инструментом для рабочего фотошаблона является фотошаблон-оригинал. Смысл фразы «обеспечивается инструментом» состоит в том, что указанный параметр можно не проверять у лимбов, а проверять в процессе аттестации фотошаблонов.

Заключение