Изготовление прецизионных элементов лазеров

Таким образом, могут быть достигнуты единство измерений и однозначность оценок качества оптических материалов. По результатам испытаний, без дополнительных процедур, оценка свили может быть определена набором численных параметров: локальным искажением волнового фронта (или его удельным значением, нормированным на единицу длины хода лучей в образце), ее геометрическими размерами, максимальным градиентом показателя преломления и т.д.

Поэтому в настоящей работе для анализа деталей из ситалла марки СО-115М, получения количественных характеристик их свильности использовалась методика фазосдвигающей интерферометрии с построением карт локальных искажений волнового фронта в объеме материала. Отдельные результаты сопоставлялись с данными, полученными тенеграфическим методом.

Особенности контроля свильности в прозрачной стеклокерамике.

Для стеклокристаллических материалов, как правило, характерно наличие более грубых свилей и в больших количествах. В отличие от оптических стекол, для оценки свильности стеклокерамики используется метод контроля величины двулучепреломления, обусловленного механическими напряжениями в области свили [17,18]. Эти значения не могут быть предметом сравнения с данными, получаемыми для оптических стекол с использованием тенеграфических методов. Тем не менее, они являются важным фактором предварительного отбора материала. Например, в [17] утверждается, что образцы стеклокерамики zerodur с отсутствием свилей, обнаруживающих двулучепреломление, пригодны для анализа на соответствие классам качества, установленным в [14].

В настоящей работе все исследованные образцы были изготовлены из ситалла СО-115М, прошедшего предварительный отбор по двулучепреломлению материала еще на стадии заготовок.

Метод фазосдвигающей интерферометрии для исследования свильности деталей из стеклокерамики

Рассмотрим процесс измерения и исследования качества материала оптических деталей на предмет неравномерности структуры материала. Схема получения данных, на основе которых цифровой обработкой получают результаты измерения на рис. 3.9.

Рассмотрим отдельно взятые точки А и B. Ввиду малого клина между поверхностями исследуемой детали (рабочей и обратной поверхностями) будем считать их строго параллельными друг другу. Преобразованный в параллельный пучок света луч He-Ne лазера, проходит через опорную пластину Р1, разделяясь светоделительной пластиной на два синусоидально модулированных луча одинаковых по фазе луча. Луч Еa1 отразившись от возвратного зеркала, возвращается обратно, в то время как луч Еa2 доходит до поверхности образца, проходит через деталь толщиной d и показателем преломления nA, отражается от возвратного зеркала и накладывается на луч Еa1 в точке А.

Возникающие в точках А и В вследствие разности хода отраженных волн:

,

И в точках А и B регистрируются сигналы, представляющие собой синусоидальные функции с относительным сдвигом фаз.

Для достаточно близко расположенных (соседних) точек А и B из запаздывания фазы регистрируемых сигналов однозначно можно определить разность показателей преломления материала (nA-nB). Полную картину оптических искажений в исследуемой детали можно восстановить при последовательном сравнении фазовых характеристик (при переходе от точки к точке) всей интерференционной картины.

В данной работе эта процедура выполняется специальной компьютерной программой. Полная картина оптических искажений (или вариаций показателя преломления материала) отражается в различных форматах на экране монитора.

3. Результаты экспериментальных измерений и их анализ

3.1 Результаты измерения формы поверхностей

В данной работе рассматривается контроль параметра неплоскостности на примере оптической детали лазерного гироскопа типа диск при помощи интерферометра Физо на базе фазосдвигающей интерферометрии с горизонтальной схемой, анализ полученных данных цифровой, длина волны лазера, входящего в состав установки, 632,8 нм. В интервале от даты получения исходной детали до даты посадки ее на ОК данный тип детали дважды проходит этап контроля параметра неплоскостности (трижды при возникновении спорных ситуаций). Существуют четыре вариации детали типа диск, которые по диаметру и по высоте условно можно разделить на два. Первый тип (013 диск) представляет собой диск диаметром 50 мм и высотой 10мм с шестью сквозными отверстиями под электроды, расположенные по окружности и одно отверстие в центре большего диаметра под штенгель. Второй тип это диск диаметром 45 мм, существенное отличие в том, что диск имеет высоту 3,5 мм на расстоянии 2 мм от края, а оставшаяся поверхность диаметром 41 мм имеет высоту 7,5 мм. В зависимости от расположения отверстий и внутренней конфигурации различают три типа дисков малого диаметра. Двоим из оставшихся трех, аналогично 013 диску, штенгель припаивается в центре, а третий имеет боковой вывод.

Изначально деталь представляет собой диск без каких-либо металлических элементов выполненная из материала ситалл (СО-115М) или клеокерам. Сначала на микроскопах определяется класс оптической чистоты. Следующей операцией является определение параметра неплоскостности. Измерение проводится на интерферометре Физо и построение реального профиля поверхности исследуемого образца производится на основе измерения в каждой точке контролируемой детали разности фаз отраженного излучения с использованием метода фазовой развертки, получаемой управляемым пьезоэлектрическим смещением базовой плоскости интерферометра. В силу чувствительности системы необходимо обеспечить отсутствие сильного влияния вибраций и воздушных потоков во время измерений, исключая возможные искажения интерференционной картины. Ниже наглядно показаны возможные искажения интерференционных полос в сравнении с нормой.

В случае исследовании относительно тонких образцов при такой рабочей длине волны возможна межплоскостная интерференция отражений от противоположных граней исследуемых пластин. Для того чтобы убрать возможность получения некорректного результата измерения, применяются иммерсионные жидкости, наносимые на обратную (не рабочую) поверхность.

На рис. 4.2 приведен пример интерференционной картины детали без применения иммерсионной жидкости, как видно из рисунка происходит наложение полос в результате даже визуально трудно интерпретировать картину.

Однако при использовании иммерсионной жидкости существует возможность попадания ее на обратную (рабочую) поверхность детали. При удалении жидкости самостоятельно безворсовой салфеткой смоченной эфиросодержащим спиртом можно нанести ущерб качеству состояния поверхности или оставить некоторое количество иммерсионной жидкости на поверхности. Это может уменьшить вероятность посадки на ОК детали в виду наличие царапин или загрязнении поверхности.

Для датчиков лазерных гироскопов актуален вопрос температурной устойчивости соединений посредством оптического контакта, в связи с чем, необходим контроль плоскостности оптических комплектующих в широком температурном диапазоне. Операция по впаиванию в оптическую деталь металлических элементов (электродов и штенгеля) производится при температуре порядка 700єС и после операции позволяет наблюдать явные отклонения профиля контролируемой поверхности оптической детали из-за того что при пайке на такой температуре материал диска стягивается к металлическим элементам. Появляется внутренняя напряженность. Со временем материал может релаксировать, стремясь к изначальному профилю поверхности. Но все же профиль будет несколько искажен относительно начального состояния поверхности (рис. 4.3, рис.4.4). Производился контроль деталей конструкций датчиков лазерных гироскопов, представляющих собой круглые пластины диаметром 45 мм и толщиной 7,5 мм из стеклокерамики (ситалла марки СО-115М) с впаянными в них титановыми электродами и центральным штенгелем (также с титановой втулкой). Во всех случаях нижняя поверхность оказывается выпуклой, что и следует ожидать из разности коэффициентов термического расширения контактирующих материалов, знака механических напряжений, возникающих в оптическом элементе при остывании затвердевшего припоя.

Внутреннее кольцо не рассматривается, в виду отличая по высоте относительно внешнего кольца.

После пайки и прохождения контроля по всем параметрам изделие передается на операцию остекловки штенгеля и впаивания лепестка после данной операции производится контроль параметра оптической чистоты и ВП перед сборкой. В случае, когда у изделия параметр неплоскостности был в предельных значениях, он проверяется дополнительный раз после остекловки. Как показывает практика, после проведения процесса, полностью релаксировавшая ножка после остекловки не сильно меняет свое значение, но иногда случается рост параметра, в результате чего изделие на данном этапе бракуется.

Так же рассмотрены реставрационные диски, которые доводились до значения минус по общему показателю неплоскостности, т.е. наполировывали на яму. Имея изначально занижение по высоте после операции по впайки в них металлических элементов и «стягивания» материала вокруг металлических элементов параметры ножки не будут выходить за пределы допустимых (рис. 4.5 и рис. 4.6)

Таким образом, при впайке в них металлических элементов профиль, выгибаясь, редко когда доходит до критических значений.

Однако существует вероятность того, что после сборки лазерного гироскопа проведения испытаний с различными температурными режимами уже собранной детали (1 сборка - посадка на ОК), при условии того что диски до операции пайки имели некоторое занижение по параметру неплоскостности выше нормы, они могут нарушить целостность ОК. ОК может нарушиться ввиду того, что со временем деталь стремится к своей первоначальной форме.

Далее после проверки изделие допускается до сборки, там сажается на ОК. На качество посадки влияет чистота поверхности (отсутствие сторонних примесей), оптическая чистота (наличие сколов, царапин, трещин на посадочной поверхности) и неплоскостность (состояние профиля поверхности). Если операция посадки прошла успешно, то далее основной причиной нарушение целостности ок являются термотренировки на предмет стабильной работы без сбоев при различных режимах температур, а так же при давлении. На термических испытаниях есть ряд испытаний, в которых нагрев происходит соразмерно нагреву, производимому при пайке, поэтому изделие может принять форму, которая была сразу после пайки. Диск может выгнуться и сойти с о.к. может выгнуться, а затем снова сесть на о.к. обратно. При нарушении целостности о.к. во внутренний объем прибора запускаются лишние газы, и нарушается заданное давление. Так как при нагреве профиль поверхности меняется, нижняя грань из выпуклой превращается в вогнутую. Для термоциклов характерен гистерезис регистрируемых величин, который воспроизводится при повторных процессах с теми же режимами нагрева и охлаждения. Скорость изменений профиля существенно зависит от температуры и уменьшается при нагреве.

Результаты многократного повтора термоциклов с анализом данных о профиле поверхности прецизионных оптических деталей на основе метода динамической интерферометрии могут стать основой подхода к предсказанию термической усталости паяных соединений, прогнозирования долговечности конструкций в конкретных условиях эксплуатации.

Кроме контролируемых входных параметров в виду неоднородности материала (свилей), существует вероятность натекания по грубым свилям.

Визуально обнаруживаемые свили отражают локальные неоднородности областей материала, отличающие их составом и структурой от бездефектного объема. В частности, для стеклокерамик с предельно низким тепловым расширение это может являться свидетельством нарушения строгого баланса, необходимого в твердом растворе композита между долей нанокристаллической фазы и остальной стеклообразной массой (соответственно с отрицательным и положительным ТКЛР). Если для стекол негативное влияние свилей, в первую очередь, связано с качеством изображения, формируемого проходящими световыми пучками, то для ситаллов их наличие (при соответствующей интенсивности и концентрации), помимо прочего, сопряжено с возможной опасностью ухудшения локальных теплофизических характеристик. Поэтому выявление критериев, устанавливающих уровни этого влияния, является важной практической задачей. интерференционный оптический бессвильность деталь

Кроме того, объемные неоднородности могут усложнять процесс полировки прецизионных деталей из стеклокерамики, приводить к появлению дефектов обработки при выходе свилей на оптические поверхности. Нельзя, например, отрицать возможность локализации в этих местах условий для образования каналов микротечей в вакуумных приборах из ситалла, полированные детали которых соединяются посредством оптического контакта. Для определения степени такого влияния, установления критического уровня, влияющего на работоспособность изделий из стеклокерамических материалов, необходимо знание не только концентрации свилей, но и их параметров.

Наконец, уже за рамками рассмотрения конструкционных возможностей материала, свильность ситаллов, в полной аналогии со стеклами, является важным параметром, определяющим особенности оптических явлений при прохождении света через прозрачную деталь. Например, уровень обратного рассеяния подложек интерференционных зеркал может влиять на рабочие характеристики такого прецизионного прибора, как лазерный гироскоп.

Целью исследований настоящей работы являлось уточнение критериев контроля свильности оптических ситаллов, введение в него количественных характеристик посредством использования методик фазосдвигающей интерферометрии с построением карт локальных искажений волнового фронта в объеме материала. Анализу подвергались детали конструкций резонаторов лазерных гироскопов, изготовленные из серийного ситалла марки СО-115М. Образцы представляли собой диски с плоскопараллельными полированными гранями. Рассматривались детали блоков ввода электродов и подложки для интерференционных зеркал.

3.2 Результаты исследования свилей в деталях из ситалла СО-115М

Итогом измерительного процесса является построение для исследуемого образца карты локальных искажений волнового фронта, обусловленных оптической неоднородностью объема материала.

Перед процедурой контроля свильности производилось измерение плоскостности каждой из поверхностей исследуемых деталей на той же установке, однако образец в этом случае располагался на месте задней возвратное зеркало (рис.4.6.), заменяя ее. Задняя поверхность при этом смачивалась иммерсионной жидкостью для устранения ее влияния. Небольшие фазовые сдвиги, связанные с отклонением профиля поверхностей от идеальной плоскости, принимались во внимание в ходе анализа искажений волнового фронта излучения, проходящего через образцы.

На Рис.4.6 представлены примеры интерферограмм с локальными искажениями, которые обусловлены наличием свилей в объеме материала. Образцом служил один из элементов датчика лазерного гироскопа из серийного ситалла марки СО-115М, диск блока электродов. Диаметр дисковой детали составлял 45 мм, толщина - 7 мм. Рис. 18а отражает общую картину, в то время как на Рис.18б - увеличенную область с наблюдаемыми неоднородностями. Количественные характеристики обнаруживаемых свилей (при оптимальном наклоне образца) после выполнения всех компьютерных процедур обработки данных фазосдвигающей интерферометрии отражают цветные 2D- карты локальных искажений плоского волнового фронта (Рис.4.7а и 4.7б) и их презентация в 3D- формате (Рис.4.7в). Цветная шкала передает интенсивность локальных искажений.

В измерительной установке излучение дважды проходит исследуемый образец. Но для определенности в характеристике материала все представленные результаты пересчитаны на один проход. Таким образом, в рассматриваемой области отдельные нитевидные свили вносят искажения от 15 до 60 нм. В пересчете на единицу длины это соответствует величинам от 21 до 86 нм/см. Для специальных целей из полученных данных математическими методами без труда могут быть определены значения крутизны локальных искажений, параметры их пространственной периодичности в потоке свилей и другие характеристики. Не исключено, что такой набор дополнительной информации о качестве материала в условиях производства деталей для прецизионных приборов может оказаться основой для установления не обнаруженных до этого взаимосвязей тонких физических процессов.

Если представленные свили с характерной степенью интенсивности могут быть зафиксированы традиционным тенеграфическим способом, то для отобранного материала более высокого качества, используемого в производстве подложек зеркал лазерных гироскопов, чувствительности тенеграфического метода оказывается недостаточно.

На Рис.4.8,а изображена одна из интерферограмм при исследовании ситаловых подложек для интерференционных зеркал. Пример относится уже к готовой детали, т.е. с многослойным покрытием, нанесенным на ее центральную часть. Эти зеркала предназначены для отражения лазерного луча при наклонном (под углом 45о) падении, поэтому имеют меньший размер в направлении, перпендикулярном плоскости падения. Диаметр подложки равен 30 мм, ее толщина - 4 мм. Интерферограмма показывает наличие периодической структуры в виде объемной решетки, приводящей к искажениям плоского волнового фронта световой волны.

Результаты фазосдвигающей интерферометрии и численного анализа объема чистой подложки из идентичной заготовки ситалла в 3-D формате представлены на Рис.4.8б. Объемная решетка имеет период около 0.9 мм, а средняя амплитуда периодической модуляции вносимых искажений приблизительно равна 3 нм. У подложек в составе датчиков прецизионных лазерных гироскопов такие возмущения могут приводить к нежелательно повышенному уровню рассеянию той части лазерного излучения, которая проходит через зеркало [3] .

4. Раздел по безопасности жизнедеятельности

Охрана труда - система законодательных актов, а также предупредительных и регламентирующих социально-экономических, организационных, технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий, средств и методов, направленных на обеспечение безопасных условий труда (статья 209 Трудового кодекса Российской Федерации N 197-ФЗ от 30 декабря 2001 года).

Условия труда - совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда (ГОСТ 19605-74).

Условия труда на производстве характеризуются совокупностью факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Для создания оптимальных условий труда на рабочем месте необходимо, чтобы на предприятии были установлены оптимальные показатели этих условий для того или иного вида производства, состоящие из данных, характеризующих производственную среду.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме, острому отравлению или другому внезапному резкому ухудшению здоровья или смерти.

4.1 Пожарная безопасность

В помещениях и на рабочих местах должны соблюдаться правила пожарной безопасности. К работе с электрооборудованием должны допускаться лица, прошедшие инструктаж и проверку знаний правил и инструкций по охране труда, пожарной безопасности и электробезопасности.

По пожарной и взрывопожарной опасности помещения и здания подразделяют на категории А, Б, В, Г, Д (статья 27 Технического регламента о требованиях пожарной безопасности N 123-ФЗ от 22 июля 2008 года).

Категории помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении
А повышенная взрывопожаро-опасность	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 градусов Цельсия в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5кПа
Б взрывопожаро-опасность	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 28 градусов Цельсия, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5кПа.
В1-В4 пожароопас-ность	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они находятся (обращаются), не относятся к категории А или Б. Отнесение помещения к категории В1, В2, В3 или В4 осуществляется в зависимости от количества и способа размещения пожарной нагрузки в указанном помещении и его объемно-планировочных характеристик, а также от пожароопасных свойств веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку.
Г умеренная пожароопас-ность	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени, и (или) горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д пониженная пожароопас-ность	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

При выполнении данной дипломной работы расчет проводится в помещении, где отсутствуют горючие газы и жидкости, способные взрываться. Поэтому используемое помещение можно отнести к категории Д.

При работе пользователи электроборудования должны соблюдать определенные правила поведения, они должны также обладать навыками пользования средствами пожаротушения и оказания первой медицинской помощи в экстремальных ситуациях.

Помещения с электрооборудованием должны быть оснащены средствами пожаротушения.

Примерные нормы первичных средств пожаротушения на действующих промышленных предприятиях:

Помещение, сооружение, установка	Единица измерения, м2	Углекислотные огнетушители	Пенные, химические, возду-шнопенные и жидкостные огнетушители	Аэрозольные и углекисло-тно -бромэтиловые огнету-шители	Порошковые огнетуш ители	Ящик с песком вместимо-стью 0,5; 1; 3 м3 и лопата	Войлок, кошма или асбест	Бочка с водой вместимо-стью не меньше 0,2 м3 и ведро
		Ручные ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8	Передви жные ОУ-25, ОУ-80, ОУ-400
А, Б, Е	400-500	2	-	4	-	-	1	1	-
В	500-600	1	-	4	-	-	-	-	2
Г	600-800	1	-	2	-	-	1	1	-
Д	600-800	1	-	1	-	-	-	-	-
Административные и вспомогательные здания и сооружения	200	1	-	1	-	-	1	-	-

Система мер по предотвращению пожарной ситуации должна содержать правильную эксплуатацию аппаратуры, применение электрооборудования, соответствующего классу пожаро- и взрывоопасных зон; применение технологического процесса и оборудования, удовлетворяющих требованиям электростатической безопасности; устройства молниезащиты зданий, сооружений и оборудования; регламентацию максимально допустимой температуры нагрева поверхности оборудования и др.

4.2 Микроклимат в рабочей зоне

Микроклимат оказывает влияние на самочувствие работников. Поэтому в рабочем помещении необходимо обеспечивать нормальные метеорологические условия. В соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 и ГОСТом 12.1.005-88 (2001) установлено, что наиболее благоприятен климат со следующими параметрами.

Оптимальные нормы для рабочего места:

период года	Температура, оС	относительная влажность, %	скорость движения воздуха (не более), м/с
холодный и переходный	20-23	60-40	0.2
теплый	22-25	60-40	0.2

Допустимые нормы для рабочего места

период года	Температура, оС	относительная влажность (не более), %	скорость движения воздуха (не более), %
холодный и переходный	19-25	75	0.2
теплый	23-28	55(при 28оС)	0.2-0.5

Отклонение от этих параметров создает дискомфорт, вызывает быструю утомляемость работников. Основные средства, поддерживающие микроклимат - отопительная система и система вентиляции. Отопительная система должна компенсировать потерю теплоты через строительные ограждения, а так же нагрев воздуха, поступающего в помещение в холодное время года.

В помещении, где проводился расчет, применяется система водяного отопления в период октябрь-апрель и система кондиционеров в период май-сентябрь.

Вентиляционные системы должны соответствовать нормам, оговоренным в ГОСТе 12.1.005-88 (2001) "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны". По имеющимся данным кондиционирование воздуха может повысить производительность труда на 4-10 %. Другой путь обеспечения воздухообмена может быть достигнут установлением в оконных рамах автономных кондиционеров. Режим работы кондиционера должен обеспечить максимально возможное поступление наружного воздуха, но не менее 50% от производительности кондиционера.

В целях исключения влияния на микроклимат солнечной радиации и создания равномерного естественного освещения необходимо предусмотреть для окон солнцезащитные регулируемые устройства, типа жалюзи, расположенные снаружи или в межстекольном пространстве.

Крайне важным фактором является качественный состав воздуха и понятия предельно допустимых концентраций. ПДК ВВ в РЗ - это концентрации, которые при ежедневном 8-ми часовом рабочем дне и в течение всего рабочего стажа не вызывают заболеваний и отклонений состояния здоровья.

Согласно ГОСТ 12.1.007-76 (2007) по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности:

1-й - вещества чрезвычайно опасные;

2-й - вещества высокоопасные;

3-й - вещества умеренно опасные;

4-й - вещества малоопасные.

Таблица: Нормы классов опасностей.

Наименование показателей	Норма для класса опасности
	1-го	2-го	3-го	4-го
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Менее 0,1	0,1-1,0	1,1-10,0	Более 10,0
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3	Менее 500	500-5000	5001-50000	Более 50000

Таблица: ПДК и их нормирование.

№ п/п	Наименование вещества	ПДК, мг/м3	Класс опасности
1.	Ацетон	200	4
2.	Бензин	300	4
3.	Медь	0,5	2
4.	Ртуть и свинец	0,01	1
5.	Сода - кальценированная	2	3
6.	Серная кислота	1	1
7.	Соляная кислота	2	2
8.	Окись углерода	20	4
9.	Хлор	1	2
10.	Едкие щелочи	0,5	2
11.	Пыль (двуокись кремния)	1	3

Содержание кислорода в помещении должно быть в пределах

21-22 об. %. Двуокись углерода не должна превышать 0.1 об.%, озон - 0.1 мг/м3, аммиак - 0.2 мг/м3, хлористый винил - 0.005 мг/м3, формальдегид - 0.003 мг/м3. Концентрация аэроионов должна соответствовать допустимым значениям: для положительных - 400-50000; для отрицательных - 600-50000. Коэффициент униполярности (отношение концентрации аэроионов положительной полярности к концентрации аэроионов отрицательной полярности) должен находиться в пределах от 0.4 до 1 (СанПиН 2.2.4.1294-03).

4.3 Освещенность в рабочей зоне

Минимальная освещенность рабочей поверхности стола должна быть 100-500 лк. Согласно СНиП 11-4-79 - нормативному документу по искусственному освещению - необходимый коэффициент искусственной освещенности для 3-го разряда зрительных работ 300(400) лк.

Нормы освещенности поверхностей в производственных помещениях

Характеристика зрительной работы по степени точности	Наименьший размер объекта различения, мм	Подразряд зрительной работы	Освещеность, лк
			при газоразрядных лампах	при лампах накаливания
			комбини-рованное освещение	одно общее освещение	комбини-рованное освещение	одно общее освещение
Высокая точность	от 0,3 до 0,5	А	2000	500	1500	300
		Б	1000	300	750	200
		В	750	300	600	200
		Г	400	200	400	150
Средняя	от 0,5 до 1,0	А	750	300	600	200
		Б	500	200	500	150
		В	400	150	400	100
		Г	300	150	300	100
Малая точность	от 1,0 до 5,0	А	300	200	300	150
		Б	200	150	300	100
		В	200	100	300	50
		Г	200	100	300	50

Величина коэффициента пульсации не должна превышать 10%, для

чего следует применять многоламповые светильники с компенсирующими

ПРА, осуществлять расфазировку светильников при электромонтаже

осветительных установок.

В производственных помещениях используется три вида освещения: естественное, искусственное и смешанное. Искусственное освещение создается с помощью специально сконструированных источников света, при смешанном одновременно используются естественное и искусственное освещения.

Помещения для работы должны иметь естественное и искусственное

освещение. Для снижения перепадов яркости в поле зрения при естественном освещении должны применяться средства солнцезащиты: пленки с металлизированным покрытием, регулируемые жалюзи, светорассеивающие плотные шторы. Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещения следует проводить чистку стекол оконных проемов и светильников не реже двух раз и год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

В условиях производства применяются системы общего; местного и комбинированного искусственного освещения. Общее предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным (световой поток распределяется равномерно без учета расположения рабочих мест) и локализованным (при распределении светового потока с учетом расположения рабочих мест). Местное используется для освещения только рабочих поверхностей; оно может быть стационарным и переносным. Комбинированное освещение состоит из общего и местного.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное и специальное.

Основными требованиями, предъявляемыми к производственному освещению, являются:

* достаточная освещенность рабочих мест;

* равномерность во времени и пространстве;

* отсутствие резких теней и слепящих бликов;

* комфортность спектрального состава света;

* минимальность значений тепловыделений и уровня шума, электро- и пожаробезопасность;

* экономичность;

* удобство, надежность и простота эксплуатации.

Нормирование искусственного освещения производится по абсолютной величине освещенности в люксах. Величина минимальной освещенности устанавливается для различных источников света и систем освещения в зависимости от условий зрительной работы, которые определяются наименьшим размером объекта размещения на расстоянии не более 0,5 м от глаз работающего, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. В СНиП 11-4-79 значения нормированной освещенности для газоразрядных ламп выше, чем для ламп накаливания, для системы комбинированного освещения - выше, чем для общего, т.е. в нормах заложена тенденция повышения освещенности в случаях; когда ее можно увеличить за счет повышения экономичности установки.

Рекомендуется, чтобы неравномерность освещения - отношение максимальной освещенности к минимальной в пределах рабочей поверхности была не более 3:1.

Для искусственного освещения применяются лампы накаливания и газоразрядные.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения: электрическая энергия превращается в электромагнитную при нагревании нити накаливания до температуры свечения. Эти лампы дают непрерывный спектр излучения, более обогащенный желтыми и красными лучами по сравнению со спектром естественного дневного света. Они просты и надежны в эксплуатации. Недостатками их являются низкая световая отдача (не более 20 лм/Вт), ограниченный срок службы (до 1000 часов), преобладание излучения в желто-красной, части спектра, что искажает цветовое восприятие.

Основные типы: вакуумные (В), газонаполненные смесью аргона и азота (Г), газонаполненные биспиральные криптоновые (БК).

В газоразрядных лампах свет возникает в результате электрического разряда в газах, парах металлов или в их смесях. К ним относятся люминесцентные, в которых внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, (ЛД - дневного света, ЛДЦ - с улучшенной цветопередачей, ЛБ - белого света, ЛХБ - холодно-белого света, ЛТБ - тепло-белого света и др.), дуговые ртутные (ДРЛ), дуговые ртутные с йодидами металлов (ДРИ) и ксеноновые лампы.

Газоразрядные лампы имеют высокую световую отдачу (до 100 лм/Вт) и большой срок службы (10000.... 14000 ч). Газоразрядным лампам присущи некоторые недостатки, к числу которых относится пульсация светового потока. Пульсации оказывают отрицательное влияние на состояние зрительных функций и работоспособность человека. Значительную опасность при использовании газоразрядных ламп представляет так называемый стробоскопический эффект, который обусловлен пульсацией светового потока и зрительной инерцией; он создает травмоопасную ситуацию, увеличивает вероятность ошибок.

Для перераспределения светового потока от источника искусственного света используются приборы, называемые светильниками. Светильник состоит из лампы и аркатуры. Основными светотехническими характеристиками светильников являются кривые силы света, соотношения потоков, излучаемых в нижнюю и верхнюю полусферы, к.п.д. и защитный угол.

Выбор светильников производится с учетом требований: светотехнических, экономических, связанных с параметрами среды, эстетических. Серьезное значение имеет создание достаточной яркости потолков и стен помещения. Например, в общественных зданиях (поверхности стен и потолка имеют высокий коэффициент отражения) следует применять светильники, излучающие в верхнюю полусферу не менее 15% своего потока.

5. Экологическая часть

5.1 Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека

Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако в связи со спектральными особенностями поражаемых органов и различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы человека.

Согласно ГОСТ 12.1.040-83 (96) выработана классификация опасных и вредных производственных факторов по степени опасности генерируемого излучения при эксплуатации лазеров (лазерных установок).

По причине таких свойств как возможность формирования узких пучков излучения, высокая плотность излучаемых колебаний и монохроматичность лазеры имеют широкое применение в промышленности. Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются лазеры с длинами волн 0,49 - 0,51; 0,53 - 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:

1) Первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;

2) Вторичные эффекты - неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.

Зеркально отраженное излучение опасно в той же мере, что и прямое. Излучение лазера, выходящее из резонатора, направляется через различные оптические элементы (фильтры, линзы, призмы, светоотделительные пластинки и т.д.) на какую-либо мишень. Все эти элементы в некоторой степени отражают или рассеивают излучение лазеров. Кроме того, зеркально-отраженный луч лазера может многократно зеркально или диффузно отражаться от различных поверхностей.

Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, отражения и рассеяния излучения, окружающих условий.

Воздействие лазерного излучения на глаза

Глаза являются наиболее уязвимым органом человека, так как обладают способностью фокусировать лазерное излучение. Рассмотрим более подробно, как работает человеческий глаз.

Строение глаза показано на рис. 7.1

Наружная оболочка глаза определяется склерой. Поверхность ее покрыта очень тонкой прозрачной пленкой - конъюнктивной. В передней части глаза склера переходит в прозрачную для световых лучей роговицу. Позади роговицы находится радужная оболочка. В центре радужной оболочки находится отверстие - зрачок.

Оптическая система глаза состоит из хрусталика, роговицы и стекловидного тела. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую линзу, кривизна которой может изменяться в зависимости от удаленности рассматриваемого объекта. Хрусталик и стекловидное тело фокусируют изображение рассматриваемого объекта на светочувствительную оболочку глаза - сетчатку.

Глаз человека воспринимает электромагнитное излучение (видимый свет) в диапазоне от 0,4 до 0,78 мкм. Оптическая система глаза способна пропустить свет в более широком диапазоне: от 0,4 до 1,4 мкм. Наибольшая прозрачность глаза, доходящая почти до 100%, лежит в области длин волн от 0,5 до 0,9 мкм (рис. 7.2). Спектральные характеристики глаза определяют способность воздействия на него электромагнитного излучения различных диапазонов.

Излучение ультрафиолетового диапазона (6-380 нм) интенсивно поглощается роговицей и хрусталиком глаза и до сетчатки не доходит. Поэтому поражение глаз мощным ультрафиолетовым излечением носит характер поверхностного ожога.

При длине волны 320-400 нм часть энергии проникает в хрусталик и может вызывать в нем нежелательные изменения.

Наибольшее поражение роговицы происходит при длине волны излучения 288 нм, когда происходит резонансное поглощение ультрафиолетового излучения. Пороговая энергия, вызывающая при этом поражение роговицы, составляет около 10-6 Дж/см2.

Излучение видимого диапазона (380-740 нм) свободно проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на поверхности сетчатки. При этом за счет фокусировки плотность потока мощности излучения на сетчатке может быть на 4-5 порядков выше, чем на роговице глаза. Поэтому диапазон видимого света является наиболее опасным для глаза с точки зрения лазерного поражения.

Характер поражения сетчатки глаза сфокусированным лазерным излучением определяется плотностью энергии на поверхности сетчатки. При относительно небольших энергиях лазера наблюдается явление “вспышечной слепоты”, когда под действием излучения обесцвечиваются (отбеливаются) зрительные пигменты. При этом глаз на некоторое время теряет способность различать предметы.

При плотности энергии 2 Дж/см происходит ожог сетчатки, чувствительность пораженного места к свету полностью утрачивается. Степень потери зрения глазом зависит от места расположения ожога. Если ожог произошел в периферической части сетчатки, степень потери зрения невелика; при ожоге центральной ямки потеря зрения 70-90%.

Лазерное излучение ближней части инфракрасного диапазона с длинной волны от 0,8 до 1,4 мкм довольно хорошо проходит через оптическую систему глаза, при этом возможен ожог сетчатки. Поражение глаза излучением этого диапазона имеет такой же характер, как поражение видимым светом, только при несколько больших уровнях мощности, так как коэффициент поглощения излучения сетчатки глаза уменьшается с ростом длины волны. В диапазоне длин волн 1,3-1,7 мкм начинается интенсивное поглощение излучения тканями, содержащими воду, в том числе роговицей, хрусталиком и жидкостью в передней камере глаза, расположенной между роговицей и хрусталиком. Излучение не доходит до сетчатой оболочки, а поглощается роговицей, хрусталиком и радужной оболочкой. Вследствие наличия пигмента радужная оболочка глаза интенсивно поглощает инфракрасное излучение в диапазоне от 0,8 до 1,7 мкм, особенно в интервале длин волн 0,8-1,3 мкм, где роговица практически прозрачна. Поглощение излучения радужной оболочкой приводит к ее термическому ожогу, который происходит при плотности энергии излучения, превышающей 4 Дж/см2. Тепло, выделяющееся при нагревании радужной оболочки, передается соседним тканям, в том числе хрусталику, что приводит к его помутнению. Кроме того, к помутнению хрусталика может привести его нагревание мощным лазерным излучением в диапазоне длин волн 1,2-1,7 мкм.

Инфракрасное излучение с длиной волны более 1,7 мкм полностью поглощается роговицей и в ткани, расположенные глубже, не проникает. Лазерное излучение этого диапазона менее опасно для глаз; возникающее под действием такого излучения поражение глаз носит исключительно поверхностный характер.

Энергия лазерного луча, падающего на глаз, зависит от мощности лазера, размеров лазерного пучка и от диаметра входного окна глаза. В зависимости от освещенности диаметр зрачка изменяется в пределах от 1,6-2 до 7-8 мм. При этом энергия лазерного луча, попадающая в глаз, изменяется в 15-20 раз. Поэтому лазерное излучение представляет большую опасность в затемненных помещениях.

Воздействие лазерного излучения на кожу

Кожа человека поражается лазерным излучением в значительно меньшей степени, чем глаза, тем не менее ее поражения встречаются довольно часто, так как кожа является практически не защищенным органом человека.

Наиболее сильно действует на кожу излучение ультрафиолетового диапазона. Под действием ультрафиолетового излучения происходит не только нагревание ткани, но так же фотохимические процессы, в частности распад связей, которые типичны для соединений, входящих в состав внутриклеточной структуры.

Относительно небольшие дозы ультрафиолетового облучения вызывают покраснение кожи (эритемный эффект), исчезающее на следующий день. Минимальная эритемная доза составляет для разных людей от 8 до 30 Дж/см2. Максимальный эритемный эффект наблюдается при длине волны излучения 260 нм. Несколько меньшее воздействие оказывают излучения с длинной волны от 270 до 290 нм. Эритемная реакция на излучение с длинной волны более 320 нм невелика, что связано с неспособностью фотонов низкой энергии вызывать фотохимические реакции.

Излучение видимого и инфракрасного диапазона приводит в основном к нагреванию кожи и может привести к ожогам.

Кожа человека достаточно хорошо противостоит непрерывному инфракрасному облучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру вследствие испарения влаги с поверхности.

Импульсное излучение и особенно излучение лазеров в режиме модуляции добротности более опасно для кожи, так как тепло не успевает распространиться на соседние ткани.

При воздействии излучения импульсных лазеров с энергией от 3 до 100 Дж на коже возникают кровоизлияния с различной степенью тяжести. Если энергия лазера менее 3 Дж, то структурные изменения в коже не наблюдаются, а происходит нарушение деятельности ферментов, входящих в состав стенок капилляров. Это понижает антимикробную сопротивляемость кожи и повышает ее чувствительность к внешним воздействиям.

Нарушение деятельности ферментов может привести к образованию токсичных веществ, которые, распространяясь по всему организму, ухудшают общее состояние человека.

5.2 Классы опасности лазерного излучения

Степень воздействия лазерного излучения на оператора зависит от физико-технических характеристик лазера -- плотности мощности (энергии излучения), длины волны, времени облучения, длительности и периодичности импульсов, площади облучаемой поверхности.

Биологический эффект лазерного облучения зависит как от вида воздействия излучения на ткани организма (тепловое, фотохимическое), так и от биологических и физико-химических особенностей самих тканей и органов.

Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны:

3801400 нм -- для сетчатки глаза,

180380 нм и свыше 1400 нм -- для передних сред глаза (конъюнктивная пленка, склера, роговица),

180105 нм (т.е. во всем рассматриваемом диапазоне) -- для кожи.

В соответствии с СанПиН 5804-91 лазерные изделия по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса.

Определение класса лазера основано на учете его выходной энергии (мощности) и предельно допустимых уровней при однократном воздействии генерируемого излучения.

Лазеры класса 1 безопасны по своей природе (т.е. максимально допустимый уровень облучения не может превышаться ни при каких условиях) или по своей конструкции. Их излучение не представляет опасности при облучении глаз и кожи.

Лазеры класса 2 являются маломощными приборами, которые могут работать в непрерывном или импульсном режиме. Выходная мощность или энергия таких систем ограничена ПДУ для класса 1 при длительности облучения до 0,25 секунд. Для непрерывных лазеров пределом является мощность 1 мВт. К лазерам класса 2 относят такие лазеры, входное излучение которых представляет опасность при облучении глаз и (или) кожи прямым или зеркально отраженным излучением (диффузно отраженное излучение безопасно как для глаз, так и для кожи). Лазеры этого класса не считаются безопасными, хотя для их использования достаточно непосредственного требования безопасности - не попадать под воздействие прямого и зеркального отраженного излучения.

Лазеры класса 3 могут излучать невидимое лазерное излучение с уровнями, не превышающими ПДУ. Непрерывные лазеры не могут превышать мощности 0,5 Вт, а энергетическая экспозиция для импульсных лазеров должна быть менее 105 Дж м-2. У указанных лазеров выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности, и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в видимом и ближнем ИК - диапазонах спектра.

Лазеры класса 4 являются высоко мощными приборами, их выходная мощность превышает ПДУ для класса 3. К лазерам класса 4 относят такие лазеры, которые способны создавать опасное для кожи и глаз диффузное отражение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.и даже создавать опасность пожара.

Для защиты от лазерного излучения используются:

1. оградительные устройства (кожухи, экраны и т.д.)

2. устройство сигнализации

3. маркировка знаком «лазерная опасность»

4. средства индивидуальной защиты (средства защиты глаз и лица: защитные очки, щитки, насадки; средства защиты рук, специальная одежда).

6. Экономическая часть

Средняя месячная зарплата 37 750,00 руб.

Накладные расходы 191% от фонда оплаты труда (ФОТ)

Отчисления на социальные нужды от ФОТ, % 30,2

Стоимость опытного образца лазерного интерферометра Физо составила 3 700 000,00 руб.

В таблице №1 приведен перечень работ и трудоемкость по доработке прибора с целью улучшения эксплуатационных характеристик.

Таблица 1. Трудоемкость работ по доработке интерферометра фирмы «Zygo»

№	Наименование работы	Квалификация специалиста	Количество чел. * мес.
1	Сборка, монтаж электронных блоков, юстировка и регулировка интерферометра.	Ведущий инженер-конструктор Ведущий инженер Техник	1х0,25 1х0,25 1х0,25
2	Корректировка программного обеспечения блока управления интерферометра	Инженер-программист	1х0,4
3	Разработка и отладка ПО привязки центра тяжести накопленного массива.	Инженер-программист	1х0,25
4	Изготовление и настройка платы источника импульсного лазерного излучения с доработанным лазером.	Ведущий инженер	1х0,25
5	Испытания модернизированного образца высотомера.	Главный конструктор Ведущий инженер	1х0,25 1х0,25

Итого: 2,15 чел.*мес.

Таким образом, трудоемкость по создания модернизированного интерферометра составляет 2,15 чел.*мес.

При средней зарплате, установленной в «НИИ «Полюс» на 2013г. в размере 37 750,00 руб.

фонд оплаты труда для интерферометра составляет:

37 750,00 х 1,9 = 71 725,00 руб.

Доработка интерферометра по выработанным предложениям осуществлялась в части:

1) Изготовления блока источника лазерного излучения.

2) Изготовления оснастки и приспособлений для измерения входных параметров исследуемых деталей.

Для доработки образца потребовались материалы и комплектующие, перечень которых приведен в таблице 2:

Стоимость материалов по состоянию на 20 марта 2013г, по данным из интернета:

Таблица 2. Перечень компонентов для доработки интерферометра

Наименование	Кол-во, шт.	Стоимость итого с НДС, руб.
Объектив GOYO-GMUV 42528C	1	67 440,00
Оптические плиты	2	240 000,00
Пьезоэлектрический актюатор АМП-2-7	3	4 361,90
He-Ne лазер	1	100 000,00
Линзы из КУ	2	10 000,00

Итого: 421801,00 руб.

Доработка лазерного высотомера ДЛ-5 осуществляется следующими специалистами:

№ п.п.	Наименование должности	Количество чел.*мес.	Месячная Зар.плата (руб.)	Сумма зар.платы (руб.)
1. 2. 3. 4. 5.	Главный конструктор Ведущий инженер-конструктор Ведущий инженер Техник Инженер-программист	1*0,25 1*0,25 1*0,75 1*0,25 1*0,45	60 000,00 48 200,00 42 800,00 28 150,00 33 409,00	15 000,00 12 050,00 32 100,00 7 037,50 15 034,05

Итого 2,15 чел.*мес. 81 221,55 руб.

Себестоимость изделия складывается из затрат на материалы и комплектующие, фонда оплаты труда основного производственного персонала, отчислений на социальные нужды, накладные расходы.

Таблица 3. Структура цены доработки интерферометра

№ п.п.	Наименование статьи	Сумма, руб.
1.	Затраты на материалы	421 801,00
2.	Работы и услуги сторонних организаций	-
3.	Спецоборудование	-
4.	Фонд оплаты труда (ФОТ)	81 221,55
5.	Отчисления на социальные нужды 30,2% от ФОТ	24 528,90
6.	Накладные расходы 191% от ФОТ	115 133,16
7.	Прочие	-
8.	Себестоимость	618 155,71

Итого: 618 155,71 руб.

Затраты на доработку интерферометра с учетом накладных расходов, принятых в ОАО «НИИ «Полюс» составляют 6...