КТИ НП: к высоким технологиям вместе с нами!

Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН — учреждение необычное. Созданный более 50 лет назад как лаборатория, обслуживавшая другие институты, сегодня он стал полноправным членом академической семьи, успешным как в научном, так и в финансовом плане.

В числе основных специализаций института — разработка бесконтактных методов измерений. На смену линейкам и штангенциркулям ученые призвали свет. Одними из первых заинтересовались предложением атомщики: новый метод решал вопрос геометрического контроля тепловыделяющих элементов — ТВЭЛов. Эти тонкие стержни длиной несколько метров, в которых находится радиоактивный уран, — сердце атомной станции. Понятно, насколько важна идеальная форма стержня и решетки: малейшие отклонения ТВЭЛа от оси, небольшая деформация ячейки, где он закреплен, приводят к вибрации внутри реактора, деформации и разрушению стержней.

Много лет контрольные замеры были головной болью атомщиков: медленно, дорого, ненадежно. КТИ НП предложил использовать теневой метод: изучается не сам стержень, а его проекция в проходящем световом потоке, при этом в качестве инструмента используется фотодиодная линейка. Стержни один за другим протягиваются через оптико-электронное устройство, где происходит до 300 замеров в секунду. Когда ТВЭЛ выходит из аппарата, уже готово его полное досье — паспорт изделия, причем погрешность результатов измеряется микронами.

Не менее оригинально подошли в КТИ НП и к исследованию дистанционирующих решеток для ТВЭЛов. В конструкции, напоминающей пчелиные соты, — несколько сотен отверстий, в которые вставляются стержни с ураном. При слишком тесном отверстии на стержне образуется задир, металл будет корродировать; при слишком просторном стержень может вибрировать и даже выпасть. Раньше для исследования ячейки применялся специальный щуп, однако его показания нельзя назвать точными. Инженеры института предложили принципиально новый способ с использованием метода кольцевого структурного освещения. Новая система оказалась в 300 раз эффективнее, чем традиционная. На полное обследование решетки из нескольких сотен ячеек, в каждой из которых производится 12 — 16 замеров, уходит всего 12 минут!

Кроме того, более десяти лет назад сотрудники института разработали, создали и внедрили на заводе химконцентратов три образца низкокогерентной интерферометрической системы для 3D-контроля глубины и профиля дефектов ТВЭЛ. Идея оказалась настолько плодотворной, что удалось буквально «ворваться» в нанообласть. В результате родился комбинированный прибор, который нашел широкое применение в институтах СО РАН: интерференционный микроскоп-нанопрофилометр. Благодаря использованию в качестве опорных объектов атомно-гладких зеркал, изготовленных в Институте физики полупроводников СО РАН, а также оригинальных алгоритмов обработки измерительной информации удалось впервые в мире получить рекордное по глубине разрешение — около 50 пикометров, что позволяет различать атомные слои на поверхности полупроводниковых структур. Пилотный образец прибора применяется в институтах СО РАН при решении задач наноинженерии и востребован в промышленности для измерения микро- и нанорельефа поверхностей.

Также ученые КТИ НП разработали лазерный генератор нового поколения, способный создавать дифракционные оптические элементы для космических аппаратов. Чтобы получить качественное изображение поверхности Земли со спутника, используются объективы с большой апертурой, включающие несколько оптических элементов общим весом в сотни килограммов. Доставка оборудования на орбиту стоит около 10 тысяч долларов за каждый килограмм. С помощью фотоплоттера, созданного в КТИ НП СО РАН совместно с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН, можно производить дифракционные оптические элементы — тонкие пластины, которые заменяют тяжелый объектив из нескольких линз. Это позволяет снизить затраты на транспортировку к орбите в десятки раз.

Для обеспечения качества изделий из технической вакуумной керамики ОАО «НЭВЗ-Союз» заказало КТИ НП оптико-электронную систему для бесконтактного контроля геометрических параметров керамических кольцевых изделий. Задача оказалось не из простых, и тем не менее удалось ее решить. В созданной установке каждая деталь в процессе измерения перемещается манипулятором на измерительную позицию, где проводится полный ее обмер (с погрешностью 5 — 10 мкм). По результатам измерения через 8 секунд происходит разбраковка деталей («годен», «брак», «исправимый брак»). Разработанная за короткий срок система успешно прошла производственные испытания и с апреля 2011 года находится в промышленной эксплуатации в ХК ОАО «НЭВЗ-Союз». В настоящее время институт разрабатывает еще три подобных системы для других керамических изделий, в том числе для бронекерамики.

КТИ НП СО РАН активно сотрудничает и с другими отраслями промышленности — алмазодобывающей и горнорудной, железнодорожной, нефтедобывающей, производя уникальные системы, не уступающие зарубежным образцам либо превосходящие их.