А в конце мая сорок третьего я как-то зашел к ЧПУшникам - а у них на станке какой-то короб длиной десять сантиметров.
- Что это ?
- Оптическая линейка ! - а сами сияют от радости.
Оказалось, к ним как-то зашли микроэлектронщики чтобы пошушукаться насчет автоматического управления перемещением исполнительных органов - благо и у тех и других такого хватало с избытком, да и общались плотно, так как станочникам постоянно требовались дополнительные элементы для блока управления станком, вот они и бегали к электронщикам, ну а те мало того что предоставляли нужные микросхемы, так еще и помогали составлять принципиальные схемы узлов, а потом их отлаживать. Так что контакт был плотным. Вот и дообщались до того, что электронщики сделали закрашенную стеклянную полосу, но с прорезями. Вдоль нее ездила каретка со стеклянной пластиной, тоже с прорезями, но короткая. Прорези то оказывались друг напротив друга, то нет - соответственно, просвет то возникал, то пропадал. И через эту систему прорезей то проходил то не проходил свет от ламп, который ловился фотоэлементами. Ну понятно - они развернули "колесико мышки" в длинную планку.
- А в чем выгода ?
- Так пропадает колесико ! Отсутствует механическая передача, соответственно, нет люфта, износа - каретка просто ездит вдоль планки.
- Ну и как ?
- Да отлично ! Правда, мы кое-что усовершенствовали.
А усовершенствования заключались в добавлении второй решетки и дифференцирующих схем. Прорези решеток были сдвинуты на половину Пи, с них снимали четыре прямоугольных сигнала, три из которых сдвинуты на половину Пи, с их фронтов - нарастающего и убывающего - получали дифференцированные короткие сигналы, и через схему совпадения получали импульсы и направление движения.
Первая простенькая схема выдавала разрешение в половину шага растра, то есть при шаге в сто микрометров - одну десятую миллиметра - получали точность измерений в пятьдесят микрометров - уже в два раза лучше, чем со старым колесиком. Так дополнительным усложнением схемы совпадения сигналов точность была повышена сначала до четверти шага решетки, а потом и до восьмой части, так что вскоре эта же линейка с шагом в сто микрометров выдавала точность уже 12,5 микрометра. А этого достаточно уже для 95% всех поверхностей обработки, а по ряду деталей - и для 100%.
Так, точность изготовления валов "пляшет" от так называемой единицы допуска - кубического корня из диаметра вала, но в микрометрах. Например, для вала диаметром восемь миллиметров единица допуска равна двум (кубический корень из восьми), но микрометрам, а для вала диаметром 27 миллиметров - три микрометра. И уже для каждого класса точности принимается определенное количество этих единиц. Например, для первого класса количество единиц допуска - не более 3,5, то есть для вала диаметром 8 миллиметров максимальное отклонение для первого класса - 2 х 3,5 = 7 микрометров, а для вала диаметром 27 миллиметров - 3 х 3,5 = 11,5 микрометров. Для второго класса точности количество единиц уже 4,8 - то есть для наших валов максимальное отклонение от диаметра будет уже 2 х 4,8 = 9,6 и 3 х 4,8 = 14,4 микрометра соответственно. Класс 2а требует 7,5 единиц, 3 - 15, 3а - 30 - и так далее до 9го класса, у которого уже 475 единиц - то есть для вала диаметром 8 миллиметров допустимое отклонение в таком классе будет 2 х 475 = 950 микрометров - почти миллиметр. Вряд ли, конечно, конструктор назначит такой допуск для такого сравнительно тонкого вала - но как знать.
Причем микроэлектронщики твердо обещали станочникам сделать планки с шагом уже в пятьдесят микрометров - а это точность измерений уже 6,3 микрона. И начали подумывать - как бы делать планки с шагом в двадцать микрон, что даст точность 2,5 микрона. Правда, пока все эти планки были короткими, всего пять сантиметров, то есть подходили для небольших измерений - либо поперечного хода суппорта, либо небольших продольных ходов. Впрочем, этого было достаточно для многих ответственных деталей - тех же пуансонов для выдавливания гильз, да и многих других деталей, требовавших повышенной точности - мы пока решили сосредоточиться на станках для таких небольших изделий, а для более габаритных использовать эти планки с растром только для измерения поперечных перемещений, а для продольных - датчики перемещения на колесиках - для большинства деталей диаметр обработки гораздо важнее чем длины - допуски совершенно различны.
И это я говорю только про прямое измерение линейных перемещений, а если такие датчики совместить с винтовыми подачами, точность еще больше увеличивается. Например, для винта диаметром два сантиметра длина витка грубо говоря два-пи-эр = 6,28 сантиметра. Которые мы можем измерять с точностью 2,5 микрона (если электронщики все-таки выдадут растры с шагом в двадцать микрометров, в чем я не сомневался). То есть на один виток придется 25 000 единиц измерения (62,8 миллиметра делить на 2,5 микрона). Соответственно, при шаге винтовой поверхности в 1 миллиметр мы на каждом обороте получим эти 25 000 измерений, то есть продольное перемещение можем измерять с точностью 1 / 25 000 = 40 нанометров (ха-ха). Да там вибрации и тепловые деформации могут быть больше этой величины ! И этого с учетом резерва на погрешности измерений более чем достаточно для измерений с точностью, скажем, в 200 нанометров. Ну или с учетом погрешности изготовления резьбы - пусть даже полмикрона. Собственно, электронщики активно пользовались резьбовыми приводами для повышения точности измерений и без растровых решеток, да и металлообработка массово применяла микрОметры на винтовом ходу - а по другому ловить микроны и не получится.
