Рис. 1. Стенд для проверки первой двухкаскадной холодильной машины
Рис. 2. Вакуумная камера УП-125 ТХД (первой серии)
Первыми заказчиками камер были предприятия судостроительной и космической промышленности: производственное объединение «Севмаш», НПО космического приборостроения, Государственный оптический институт (ГОИ) и другие.
С дальнейшим развитием производства, ростом количества заказов возникла необходимость расширения производственных площадей. Так изготовление камер было перенесено в более просторное помещение, где и располагается по сей день. На новой площадке был дан старт серийному выпуску климатических камер (рис. 3).
Рис. 3. Образцы серийной продукции — камеры тепла-холода-влаги: УП-64 ТХВ и УП-240 ТХВ
Безусловно, на стадии становления компании пришлось столкнуться с определенными трудностями. Методом проб и ошибок был сформирован список основных поставщиков комплектующих для камер. Множество проблем возникало при изготовлении рабочего объема вакуумных камер, который заказывался в подрядных организациях. Возникали сложности как с качеством, так и со сроками изготовления. Появилась необходимость в локализации производства.
В настоящий момент операции полировки, механической обработки и сварки рабочего объема камеры проводятся непосредственно на территории производства, что позволяет сократить сроки изготовления, а также усилить контроль качества продукции.
Сотрудничество с ИТМО
Компания «Универсал Прибор» давно и плодотворно сотрудничает со многими высшими учебными заведениями, среди них СПбГЭТУ (ЛЭТИ), ГУАП, СПбГПУ (Политех) и другие. Многолетнее сотрудничество связывает «Универсал Прибор» с Санкт-Петербургским национальным исследовательским университетом информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО).
НИУ ИТМО на протяжении долгих лет участвует в крупных космических проектах, в частности, в международном проекте под руководством России, названном «Всемирная космическая обсерватория (ВКО-УФ)». Цель этого проекта — исследование Вселенной в недоступном для наблюдений с помощью наземных инструментов ультрафиолетовом участке электромагнитного спектра.
Одним из основных приборов обсерватории является спектрограф, предназначенный для получения спектров высокого и низкого разрешения от астрономических объектов (звезд, туманностей, галактик, квазаров, планет Солнечной системы, их спутников и комет) в областях ближнего и вакуумного ультрафиолета.
Принцип действия спектрографа основан на использовании оптических элементов, преобразующих в спектр излучение от космических объектов, принимаемое телескопом, входящим в состав ВКО. Разработкой этих элементов и занимается НИУ ИТМО.
Следует отметить, что при работе с ультрафиолетовым излучением, тем более вакуумным, большое значение приобретает чистота оптических элементов, особенно в части органических загрязнений, так как под воздействием жесткого ультрафиолета органические молекулы люминесцируют и могут дать «паразитную» засветку, сводящую на нет результаты измерений. Борьба с такого рода загрязнениями является сложной научно-технической задачей, а решению ее посвящены многие научно-исследовательские работы, например [1].
Оптические, металлические элементы и связующие материалы оптико-механических конструкций должны пройти многостадийную очистку от возможных загрязнений. Одной из стадий очистки является удаление остаточных газов (дегазация), а также следов, вплоть до молекулярного уровня, органических соединений на их поверхностях.
Решению этой задачи и служит разработанная компанией «Универсал Прибор» установка для глубокой очистки поверхности и вакуумной дегазации, представляющая собой комплекс, предназначенный для проведения дегазации оптико-механических изделий при пониженном давлении и повышенной температуре, а также дополнительной глубокой очистки их поверхностей от органических и иных видов загрязнений.
Техническое описание проекта
Для разработки установки в качестве базовой была выбрана серийная модель УП-125 ТХД (рис. 4).
Рис. 4. Камера УП-125 ТХД
С помощью программы компьютерного моделирования в конструкцию были внесены изменения, связанные с оригинальным размещением фланцев и системы нагрева, после чего проведен расчет деформаций стенок рабочей камеры путем имитирования нагрузок, возникающих при откачке воздуха из системы.
Кубическая форма рабочей камеры позволяет в максимальной степени использовать рабочий объем. Дверь камеры полностью открывается с лицевой стороны, что обеспечивает удобство загрузки изделий. Уплотнение двери выполнено из вакуумно-, газо- и термически стойкой фторкаучуковой резины. В рабочей камере установлена медная термоплита для нагрева изделий. Стенки камеры изготовлены из высококачественной нержавеющей стали. Внутренние поверхности и поверхность термоплиты отполированы.
В стенки камеры вмонтированы стандартные фланцы размером от KF16 до ISO160. Фланцы позволяют пользователю легко присоединять к камере необходимую электрическую, жидкостную и газовую аппаратуру. В двери камеры установлено кварцевое смотровое окно со световым диаметром 85 мм. Предусмотрена возможность замены стекла на любое другое стандарта ISO160 с требуемыми оптическими характеристиками.
Термоплита нагревается с помощью патронных тэнов, электрическое подключение которых осуществляется через специальные вводы. Такая конструкция позволяет при необходимости легко проводить замену нагревательных элементов. На термоплите установлен термопарный датчик температуры, подключенный через специальный электрический ввод, при этом учтена возможность его демонтажа и поверки.
В откачной системе использованы безмасляные форвакуумный и турбомолекулярный насосы на керамических подшипниках, что исключает возможное попадание паров масла в рабочий объем камеры, как в случае применения масляной системы откачки. Для защиты от загрязнений ротора турбомолекулярного насоса во время работы форвакуумного насоса применен шиберный затвор. Для регулирования необходимой степени вакуума в камере установлен электромеханический натекатель, а также широкодиапазонный вакуумметр с кристаллическим и магнетронным детектором с холодным катодом и цифровой индикацией. Вакуумметр внесен в Госреестр, а конструкция ввода позволяет легко демонтировать его для проведения периодической поверки.
Система управления параметрами среды в рабочей камере основана на промышленных контроллерах и программном обеспечении собственной разработки. Для поддержания заданных значений температуры и степени вакуума использованы пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы.
Интерфейс пользователя реализован с помощью сенсорной графической операторской панели размером 7". Дисплей выполнен на основе матрицы TFT 16,7 млн цветов, с разрешением 800x480 пикселей. Использован также процессор с тактовой частотой 600 МГц, что позволяет реализовать максимально удобные для оператора алгоритмы управления и вывода информации. Отображение значений степени вакуума и температуры осуществляется в цифровом и графическом виде. Реализованы функции архивации данных и возможность удаленного управления параметрами среды в рабочей камере.
Опыт, приобретенный в процессе разработки и изготовления уникальной установки в рамках совместного проекта с НИУ ИТМО, позволит в дальнейшем выпускать еще более эффективные системы для решения сложных научно-технических задач.
Литература
- Калашников Е. В., Калашникова С. Н., Томеев К. А. Исследование свойств поверхности при ее загрязнении продуктами газовыделения полимерных композиционных материалов в вакуумных условиях // Журнал технической физики. 2014. Т. 84, вып. 2.