Як народжується точність
Штатні співробітники PSM
«Коли виготовляють скло для високоточної оптики, потрібно враховувати, що якщо матеріал охолоджується дуже швидко, в ньому виникає напруга, - розповів Ханс Вайнбух (Hans Weinbuch) з Leica Geosystems під час моєї екскурсії по будівлях компанії Swiss Optics - основного постачальника Leica Geosystems, який знаходиться в її кампусі в Хеербругге (Швейцарія). - Скло повинно охолоджуватися протягом кількох днів або тижнів. Весь цей час вона перебуває в формах, в яких підтримується температура розплавленого скла. Інакше напруги в матеріалі можуть зробити його непридатним для високоточної оптики ».
Трохи раніше я запитав Вайнбуха, чи можемо ми побачити, як виготовляються нові прилади Leica Geosystems Nova MS50 - всі етапи, які вони проходять, поки не будуть встановлені на штатив користувачем. У Leica Geosystems Вайнбух прийшов в 1956 році, коли компанія ще називалася Wild. На його очах в галузі відбувалися неймовірні зміни, і він бачив, як уніфікуються стандарти всього обладнання, яке виробляє Leica Geosystems.
Сучасні геодезичні прилади відносяться до числа найскладніших і високоточних вимірювальних інструментів в світі. Зрозуміло, існують метрологічні прилади, призначені для роботи з мікронною точністю, але лише деякі з них здатні витримувати суворі погодні умови і різні нештатні ситуації, які з кожним днем відбуваються при польовий зйомці. А клієнти в цій області відносяться до числа найбільш вимогливих і розбірливі. Про геодезист говорять так: дай їм золоте яйце, вони і тоді поскаржаться на недосконалість форми.
Якщо ж говорити про історію приладів Wild і Leica Geosystems, то про їх репутації відгукуються з повагою і не без гумору: «швейцарське скло ніколи не помиляється», а то й «виготовлено альпійськими ельфами». Подейкують навіть, що для того щоб звернути будь-гвинт, потрібні роки навчання і вивчення спеціалізованих інструкцій. І мені хотілося побачити весь процес - від створення вузлів і оптики до тестування і сертифікації.
Шлях до високої точності
І ця модель спрацювала: на тій же виробничій території сьогодні знаходяться ще кілька колишніх підрозділів, які займаються високоточною обробкою і виробництвом компонувальних вузлів. За винятком деяких електронних схем і мікропроцесорів, практично всі компоненти електроннихтахеометрів і GNSS-приймачів Leica Geosystems виробляються в Хеербругге.
Продовжуючи екскурсію по Swiss Optics, Вайнбух вказав мені на гору вилучених лінз і призм, які не відповідають стандарту. Він взяв у руку призму 360 і з посмішкою сказав: «Клієнти часто скаржаться, скільки вона коштує. Звичайно, вони не знають, що в її виробництві задіяні 90 виробничих ділянок ».
Нам показали спеціальні випробувальні установки для оптичних компонентів всіх типів. «Тут сотні самих різних оптичних приладів, - розповів Вайнбух. - Наприклад, ми наносимо спеціальне покриття, завдяки якому поверхня призми може розділяти промені: одна частина проходить всередину, а інша відбивається ».
Таким же одкровенням для мене стало відвідування механічних майстерень партнерів (правда, фотографувати в них заборонено). Для кожної деталі, яка передається в складальний цех, тут проводиться таке ж ретельне тестування - саме для кожної деталі, ніякого вибіркового контролю.
Головний складальний цех
«Працівник складального цеху може провести кілька років, займаючись тільки вузлами, - розповідає галлус Шлахтер (Gallus Schlachter), начальник технологічного відділу головного складального цеху, - а потім ще кілька років за складальним столом. Тільки після цього він може перейти на юстировку або іншу подібну роботу ».
Еріка Маттле (Erika Mattle) починала з чотирирічної стажування в Swiss Optics і вже п'ять років працює за складальним столом. З кожного такого столу сходять по 10 приладів в тиждень, які передаються на завершальний складальний етап. Маттле показала мені інструкцію по збірці MS50, якими вона займається. Кожному з компонентів в ній присвячено не менше сторінки. Кожен гвинт або група гвинтів можуть затягуватися окремої динамометричної викруткою.
«При складанні приладів повинні дотримуватися одні й ті ж стандарти, - каже Шлахтер, - в тому числі і на силу, з якою закручуються гвинти. Якщо одні гвинти будуть затягнуті тугіше інших, прилад може реагувати не так, як інший інструмент з тієї ж серії. Основна наша мета - щоб всі пристрої були строго однаковими ». Якщо гвинти з одного боку деталі будуть затягнуті занадто сильно, може виникнути натяг або викривлення, а це порушить хід або юстирування камер, лазерів, п'єзоприводи або інших високоточних компонентів приладу.
Стажер, який навчається кожному етапу зборки, юстування або тестування, повинен вивчити і здати всі розділи навчального посібника. За словами Шлахтера, це «і перша допомога, і оптичні випробувальні прилади, і інструменти, і використовувані рідини і мастильні матеріали, і чистячі розчини, і робота за поворотними складальними столами, і регулювання затискних пристроїв на них. У кожного стажиста є залікова книжка; коли та чи інша операція освоєна, його керівник ставить там свій підпис ».
Слідом за поворотним складальним столом прилади потрапляють на цілий ряд юстіровочних станцій, які більше схожі на традиційну складальну лінію. Наприклад, в MS50 використовується нова система автофокусування; вона тестується в головному складальному цеху. Координати різних типів марок визначені за допомогою еталонного приладу. Потім свідчення електронний далекомір (EDM) на різних відстанях порівнюються з отриманої фокусуванням. Після такого компарування прилад може фокусуватися на будь-якої заданої дистанції. Для того щоб визначити якість зображення використовується спеціальна мішень.
На стінах немає ніяких плакатів (та й взагалі в приміщенні немає нічого зайвого), але в кінці кімнати знаходиться простий цифровий екран, на якому відображається вищевказана мішень і показаний хід випробувань. Поруч з екраном позначена ширина ліній для визначення дозволу при різних кутових кроків, наприклад: 1 '= 3 куб. см = 0,000006 рад = 5 мм / 1000 м. По всій дліне60-метрової кімнати розставлені випробувальні установки і марки для різних компонентів, таких як коаксіальна і оглядова камери.
У директора з виробництва TPS / GNSS-рішень Симона Кальдераро (Simon Calderara) я поцікавився, чи дають вони своїм збирачам можливість попрактикуватися в роботі з тахеометрами. «Для того щоб збирати прилади, це не так необхідно, - відповів він. - Набагато важливіше сконцентруватися на науці і технологіях, які стоять за кожним вузлом. Втім, - додав він, - приблизно раз в два роки фахівці з продажу проводять для них практику - це допомагає налаштуватися на роботу і краще пізнати прилади. Однак це дуже серйозна команда, і всю свою увагу вони приділяють своїм завданням, вузлів, з якими працюють, і проведення випробувань ».
Ми вийшли з складального цеху, спустилися по сходах, і Кальдерара відкрив камеру для кліматичних випробувань - приміщення, в якому кожен прилад, в залежності від типу, піддається багатогодинного тестування при температурі від -20 ºC до +50 ºC. Працівники тут носять спеціальні захисні костюми, зобов'язані робити періодичні перерви, і навіть можуть отримувати надбавку за роботу в таких умовах.
Під час наступних випробувань перевіряється не тільки відповідність стандартам Leica Geosystems; калібрувальні лабораторії (SCS079) сертифіковані Швейцарської акредитаційної службою (SAS). У випробувальних лабораторіях розвішано безліч офіційних сертифікатів і протоколів тестування. На нижньому поверсі знаходяться ще кілька цехів контролю і випробувань, в яких підтримуються стабільні кліматичні умови.
Своїми розмірами виділяється випробувальний стенд для теодолітів TPM (Theodoliten Prüf-Maschine), за допомогою якого поверяется Коллимационная помилка в електронних тахеометрах. Працівники Leica Geosystems самі побудували це унікальний пристрій з дотриманням федеральних стандартів. «Точність вимірювань у цій установки - до 0,1 '' - пояснює Шлахтер. - Тестування триває цілу ніч, і якщо відхилення перевищує 0,2 '', то ми повторюємо весь процес калібрування ».
За словами Шлахтера, задані характеристики зазвичай дотримуються з запасом. «У більшості окремих компонентів точність вище, ніж у системи в цілому, - зазначив Шлахтер і додав, - але і вже зібрані прилади ніколи не виходять за встановлені межі». Кальдерара зауважив, що хоча їм і не хотілося б перебільшувати можливості інструментів, але вони впевнені: точність обладнання набагато вище заданої.
Найважливіший компонент, лазерний далекомір EDM, тестується на автоматизованому конвеєрі довжиною 120 метрів (2 × 60 м). На рухомому конвеєрі через кожні кілька сантиметрів встановлені призми, на які проводиться безліч вимірів, які порівнюються з показаннями інтерферометра. Шлахтер показав мені діаграму результатів і розповів про допуски: «Всі вони набагато нижче, ніж один міліметр на 60 м».
Ця технологія працює так, - продовжив Цогг. - Інструмент посилає цифровий сигнал, а потім визначає і зберігає його вектор. Під час вимірювання невелика частина цього сигналу передається прямо через внутрішній контур приладу і служить для калібрування. Якби це можна було показати на графіку, ви б побачили початковий імпульс сигналу з каліброваного контуру, а потім кінцевий імпульс повернутого сигналу, який відбився від об'єкта. З огляду на те, що відбиті сигнали накопичуються, ви можете перетворити початкові і кінцеві сигнали в цифрову форму і по ним вже розрахувати спостерігається відстань.
Про традиції високої точності і неухильного дотримання технології при виробництві інструментів, яка відрізняє заводи в Хербругге, іноді говорять як про свого роду нав'язливою ідеєю. Вайнбух провів мене в міні-музей приладів Wild і Leica Geosystems, де я не помітив жодного експоната, в якому упор робився б на показні ефекти. Замість цього вони розповідали історію безперервного вдосконалення відомих приладів, популярних в геодезичної середовищі, - історію спадкоємності і постійної готовності створювати високоточні інструменти і системи.
Примітка
Що таке п'єзоприводи?
П'єзоприводи дозволяє швидко повертати інструмент і відрізняється низьким енергоспоживанням. Leica Geosystems вже кілька років як взяла цю цікаву розробку на озброєння. Привід складається з декількох невеликих пластин п'єзоелектричного матеріалу. Коли на них подається заряд, вони згинаються - приблизно так, як гусінь в русі, тільки набагато швидше - і штовхають пластину.
Від застарілих сервомоторів з редукторами такі приводи відрізняє висока швидкість і точність, а також відсутність тертя і зносу. Крім того, вони зовсім не витрачають енергію, за винятком моментів, коли вони активовані. Строго кажучи, приводи запускаються і зупиняються в точності в той момент, коли подається і відключається струм. Є і ще одна перевага: ці приводи набагато стійкіші до магнітних перешкод, ніж стандартні моторизовані і магнітні приводи.