Прецизионная точность.

[prostak-1982.livejournal.com]

Когда учился в техникуме, а потом в институте, то на лекциях по точности, допускам, посадкам и взаимозаменяемости нам давали приблизительно следующую корреляцию: Для изготовления детали по 10 квалитету необходимо использовать станки и инструменты с 7-8 квалитетами, для деталей по 6 квалитету, инструменты должны быть 3-4 квалитетов и т. д.
Сейчас много пишут о успехах сверхвысокоточных приборов в измерении гравитационных волн, туннельном микроскопировании, других областях сверхвысокоточных измерений.
Ясно, что микросхему можно изготовить в вакуумной камере методом напыления. Но в таких приборах есть не только микросхемы, но есть и "физические" детали, на которые установлены эти самые микросхемы, микродвигатели и т. д. Например в статье уважаемого Лозги о проекте LISA описываются золотые кубики, изготовленные с высочайшей степенью точности. В туннельных микроскопах используется игла, с острием измеряемым нанометрами.

Вот и возникает вопрос: Каким образом изготавливаются такие уникальные детали? Каким образом они поверяются? Как проверяется та же плоскостность таких деталей?

Я задавал этот вопрос на другом форуме, там мне скинули ряд книг, но эти книги больше касались работы точных, но все-таки обычных разметчиков, инструментальщиков.

Comments

[alaft.livejournal.com]

Использовать инструмент другого квалитета - это просто использовать более точный серийный инструмент.

А так, длины проверяются микрометрами, микрометры - концевыми мерами длины, концевые меры - оптическими интерферометрами.
Т.е. используется принципиально другой инструмент для изготовления или поверки прецизионного оборудования. Как-то так

[prostak-1982.livejournal.com]

А с нанометровыми инструментами как быть? Те же наконечники туннельных микроскопов? Или щупы, которые используют для проверки микросхем?

[prostak-1982.livejournal.com]

Вот, например, как выводят плоскости стеклянных пластин, которыми поверяют плоскостность?

[soldatovdd.livejournal.com]

Примерно как начальное производство графена - графит и скотч.

[prostak-1982.livejournal.com]

Насыпали графитовый порошок на скотч, сверху наклеили другой скотч, разорвали соединение, снова наклеили слой скотча, снова разорвали соединение и т. д.? А узнают, что получили нужную толщину в электронном микроскопе?

[32bit-me.livejournal.com]

Иглы микроскопов изготавливают травлением в кислоте, например. Проволоку опускают концом в кислоту, и она на поверхности жидкости вытравливается в форме очень острой иглы.

[wormball.livejournal.com]

А ежели ещё тоньше надо - то в нанотрубках обваливают и выбирают те, к которым прилипла ровно одна штука. В общем, ежели применить творческий подход (тм), то можно чуть ли не каменным топором блоху подковать.

[solar-front.livejournal.com]

"Как проверяется та же плоскостность таких деталей?"

Я пользовался интерферометром. - погрешность около мкм. Измерение за секунды.

Профилометр - измерение около минуты. реальная погрешность - 10 нм. Декларируемая 1 Ангстрем. Dektak.

Еллипсометр - измерение шерофоватости и неоднородности пленки - в области нм.

Еллипсометр, кстати, сейчас уже можно мерять 3Д структуры. например как покрыт меандр после травления.

например такое:
http://lot-qd.com/fileadmin/Mediapool/products/polarizers_beamsplitters/Moxtek-Visible-light-polarizers.png

ну и конечно- AFM.

[garten-besitzer.livejournal.com]

Эллипсометр - штука в себе. Привязана к модели. Лучше всего меряет что-то прозрачное на полированном кремнии, а остальное это шаманство.

[solar-front.livejournal.com]

Interferometr -

Ebenheit Interferometer FM 100

[kuzh]

Очень большая механическая точность - применяется уже очень давно. Пример - кварцевые резонаторы, частота прямо зависит от размера кристалла.

[alga.livejournal.com]

Вообще-то и от веса. Так же известен "бытовой" способ сдвига частоты резонатора в более низкие частоты помещением его в пары йода - при этом часть металла электродов переходит в галогенид, а резонирующая масса при этом увеличивается с вполне обнаружимым сдвигом резонанса. Ну и, понятно, по сравнению с оптическими и квантовыми эталонами частоты стабильность кварцевых резонаторов - полное дерьмо, с разницей в 10000-1000000 раз :(

[che2000.livejournal.com]

интересен вопрос: что именно измерили эти высокоточные приборы? гравитационные волны далёкой-далёкой звезды или вибрации от проехавшего по соседней улице десятитонного грузовика?

[tuppka.livejournal.com]

Вам ссылочку на статью дать :) ?

[livejournal.livejournal.com]

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal северного региона (http://www.livejournal.com/?rating=ru_north). Подробнее о рейтинге читайте в Справке (https://www.dreamwidth.org/support/faqbrowse?faqid=303).

[005-kefir.livejournal.com]

В каждом конкретном случае это небольшая/большая НИР. Несколько раз в жизни сталкивался ) Например преобразователи угол-код с точн. 1 сек., да ещё в динамике... Годы работы.

[agalakhov.livejournal.com]

Много методов. В первую очередь - хитрое проектирование установки, не требующее высокой точности большинства деталей. Например, я реально добивался параллельности двух зеркал с точностью в единицы нанометров в домашних условиях, закрепив их просто на кусках оргстекла с просверленными обычной бытовой дрелью отверстиями. Секрет простой: механизм в виде рычага с огромным плечом и регулировочный винт на конце. В моем случае просто маленькое зеркальце в середине большой бляхи с тремя подпружиненными винтами по краям. Параллельность определял по интерференции лазера.

Другая часто применяемая идея - контролируемая деформация. Винтом можно регулировать не только расстояние между деталями, но и поставить винт поперек паза в одной и той же детали и тем самым ее слегка деформировать. Делая деталь неравномерной толщины, можно получить эффект как от рычага: большая деформация в одном месте приводит к маленькой в другом.

Практическая конструкция туннельного микроскопа (доступна для повторения в условиях гаражной мастерской!) такая. Берется массивное алюминиевое основание (где-нибудь 200x200x30, лучше толще), кладется на всякие подушки для защиты от вибраций. В центре основания ставится держатель образца, по бокам две лунки для шариков. На эти шарики кладется вилка, шарики образуют ось вращения. Третья точка опоры вилки - микрометрический винт, в принципе просто М6x0.5 годится. Привод винта маленьким шаговым двигателем, а конец тоже опирается на шарик. На вилке, почти на ее оси вращения крепится пьезоэлемент с иголкой. Получается соотношение плеч рычага 1:100 или даже 1:1000, и обычный винт двигает эту иголку чуть ли не с атомной точностью. Сама игла делается так: кислота натягивается на рамку как мыльный пузырь, и этот пузырь прокалывается проволочкой. Проволочка травится, получается очень хорошее острие.

Другие методы: фотоспособ. Рисуем чертеж, можно от руки, фотографируем, уменьшаем, фотографируем, уменьшаем. По итогам получаем маску для химического травления.

Как поверять: по оптической интерференции, дифракции, под электронным микроскопом, по автоионной микроскопии. Автоионная - самое простое: на маленький образец подают высокое напряжение и нагревают его, отчего его поверхность начинает слегка испаряться. Испарения попадают на экран, образуя увеличенное изображение.

Представление о приемах работы вообще дают книги Д.Стронга (1948 год) "Практика современной физической лаборатории", "Техника физического эксперимента". Там описаны способы изготовления подобных прецизионных вещей ВРУЧНУЮ, без каких-либо сложных приспособлений. (За это я эти книжки и люблю: рецепт изготовления прецизионных деталей каменным топором).

[wormball.livejournal.com]

> Например, я реально добивался параллельности двух зеркал с точностью в единицы нанометров в домашних условиях
> Практическая конструкция туннельного микроскопа

Класс! А статьи есть?

[velikoff.livejournal.com]

А почему вы думаете, что надо всё-всё измерять? Вот изготовили партию, по технологическим процессам знают что будет в пределах необходимого: 70% пластин с правильным покрытием, по краям не годно, не те параметры априори, из годного делают слдующее изделие, там тоже 70% и хотяб сотню из миллиона да получат, нужной толщины, тонкости, соосности и прочего, не тратя время на не нужные измерения :-) :-)

[prostak-1982.livejournal.com]

А каким образом выбрать? Все равно проверять нужно. Вы же не знаете, какие именно подходят, а какие нет.

[gonchar.livejournal.com]

:)

1. А как, по-вашему, изготовлен САМЫЙ точный станок? :)
То, о чём говорили в институте, примерно верно (отбросим вопрос о конкретном соотношении квалитетов). Но это верно для условий обычного (!) производства - то есть для условий, в которых требуются:
а) гарантированная возможность изготовления при данных ресурсах, материальных и кадровых
б) повторяемость (вообще-то, это формально следует из "а", но по соображениям практическим лучше выделять

Эти требования просто не указали, поскольку к ним привыкли так, что они кажутся естественными - что не всегда верно.

2. Часто можно сделать нечто за счёт определённого физического или химического эффекта. Где результат получается "сам собой", в силу природы объектов. Пример - гальваника. Нанеси-ка так слой ручками :))

3. Часто применяется статистика. Берётся результат процесса, дающий разброс по параметрам, и из изделий выбираются те, которые случайно попали "в яблочко". Кстати, раньше так делали процессоры - сейчас не знаю, в этом я не специалист.

4. Делается, как в лаборатории. То есть, придумываются специальные схемы, нетривиальные установки, специализированные именно для данного результата. так можно сделать всё, что угодно, но обычно это очень дорого.

А в целом - надо рассматривать конкретную задачу и думать. Может, удастся что-нибудь придумать попроще и подешевле. Удачи! :)

[wormball.livejournal.com]

> А как, по-вашему, изготовлен САМЫЙ точный станок?

Гы, посмотрел, что такое квалитет. Я-то грешным делом думал, что имеется в виду, что для изготовления чего-либо точного надобно ненамного менее точный инструмент. А оказывается, требуется ещё более точный. Эдак получается утверждение из той же серии, что все животные произошли от человека.

[mzaliznyak.livejournal.com]

Каждый инструмент изготавливается как есть, с максимальной точностью. После чего, он попадает в категорию +0,00000002, или + 0,00000003, или + 00000004, и т.д. или в категорию -00000001, -00000002 и так далее. После чего в программе ЧПУ выставляется коррекция, и после того как деталь будет готова ее измеряют лазерным лучом. Получают точный результат.

[levgem.livejournal.com]

мне кажется, что у вас вопрос такой, слегка философский: как потерять точность понятно, а вам интересно как её набрать.

Думаю, что здесь хитрость в том, что за счёт краевых самостабилизирующихся эффектов, можно получить какое-то улучшение. Например, добившись эффекта синхронности электромагнитных волн, можно получить точность в четверть волны, получив увеличение точности.

Аналогичные примеры бывают: запускаем стробоскопические вспышки и получаем статическую картинку вращения, после чего можем крутить винтик, делая замер, который было бы невозможно сделать без стробоскопа.

[prostak-1982.livejournal.com]

Ну, просто всегда было интересно, как делают то, что и так считается очень точным.

[fly83.livejournal.com]

оптические методы. светом можно мерить и делать то, что не сделаешь механикой. например измерение плоскостности при помощи интерференции. и изготовление иглы для туннельного микроскопа это всего лишь обычная литография. ведь вас не удивляет когда называют техпроцесс в 16 нм?

[prostak-1982.livejournal.com]

Ну, выше дали сразу несколько разных способов изготовления тех же игл.
А так, подозреваю, что используют метод по ситуации и возможностям.

[9997999.livejournal.com]

Имеет смысл Вам заглянуть сюда: http://www.chipmaker.ru/topic/5265/.
Больше по словосочетанию "суппорт Иванова " ничего толкового не нагуглилось.

[sepuka.livejournal.com]

Квалитет = серийное производство. В одном экземпляре можно сделать или измерить всё, что угодно, где нельзя прямо, можно косвенно или обеспечить технологически (например -- напыление, руками такая точность недостижима, а техпроцессом в пределе до +/- молекула).

[d-c-troy.livejournal.com]

ну, в общем всё уже сказали... Берешь винт типа такого http://www.avesta.ru/pagesrus/femtosecond-laser-systems/-199.htm Вставляешь в него диск в шестигранником, диаметра побольше, чтобы руками или еще как чувствовать маленький поворот, на него кладешь плечо побольше и смотришь отражение от какой нибудь поверхности на стене в 5-10 метрах... Точность уже будет весьма большой... Уверяю вас, угловые секунды становятся вполне наглядной и легко различимой величиной...
В случае же с LIGO речь шла о плече в 4 км...

[vlkamov.livejournal.com]

Ну плоскость - это по определению зеркало. Лазером мерять. Длину тоже лазером, точность превосходит любые потребности промышленности:
«Фактическое изменение в относительной длине волн, связанное с прохождение гравитационной волны, невероятно мало. Разница может достигать одной десятитысячной от размера протона», — сказал ведущий ученый LIGO

Острие иглы калибровать можно просто ощупывая ею объект.

[ikaktys.livejournal.com]

как то так :



А потом измерять

[elrond1-2eleven.livejournal.com]

Точность поверхностей контролируется интерферометрическими и прочими оптическими методами, например.