книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

Рис. 4.18. Варианты конструкции модулятора:

л—чашеобразный; б — сборный; / — модулятор; 2 — КПУ; 3 — несущая диафрагма; 4 — кольцо-держатель

пряжения, поэтому в технологический процесс изготовления мо­ дулятора должен быть включен отжиг. Для повышения стабиль­ ности формы модулятора этой конструкции необходимо переход от дна к цилиндру выполнять с возможно меньшим радиусом, а на

получить различные варианты сборных модуляторов, сопрягаемых •с типовыми КПУ. На рис. 4.18,6 показан модулятор, в котором в качестве несущей детали использована унифицированная диафраг­ ма с базовыми отверстиями и держателями. К диафрагме с одной стороны приварена диафрагма модулятора, а с другой — кольцо с фланцем для закрепления КПУ. В сборных конструкциях важно обеспечить точность ориентации отверстия модулятора по базо­ вым элементам, так как в противном случае нарушается соосность всей ЭОС.

Современная технология традиционно предусматривает такую последователь­ ность сборки арматуры ЭОС, при которой в большинстве конструкций модулятор сразу монтируется в арматуру. В некоторых случаях в сборке арматуры участ­ вует несущая диафрагма с кольцом, а диафрагма модулятора приваривается до вставления КПУ. Перед этим выполняются все подготовительные операции мон­

многоэлектродной арматуре сложно и целесообразно только при наличии спе­ циального автоматизированного оборудования для массового производства.

производства и при испытаниях по причинам, не связанным с точ­ ностью сборки (эмиссионный брак, дефекты люминофорного по­ крытия и т. п.), остается проверенная арматура, которая может быть повторно использована.

Повторное использование элементов конструкции ЭЛП, пред­ ставляющей собой неразборные и неремонтопригодные изделия,- является важным моментом в организации и экономике производ­ ства. Специфика электровакуумных приборов не позволяет исклю­ чить некоторый отход изделий в процессе их изготовления и конт­ роля, который оценивается понятием «процент выхода годных: изделий». Рассматривая арматуру ЭОС с течки зрения возмож­ ностей регенерации, необходимо уточнить, на каком этапе про­ изводственного цикла это целесообразно и возможно. Наиболее часто арматура отбраковывается после посадки электродов на.

гается разрушением стекла и освобождением держателей, что не требует сложного оборудования. Если отбраковка собранных при­ боров произошла после заварки ножки и термовакуумной обра­ ботки, возможности регенерации арматуры ограничены, что объ­ ясняется невозможностью повторного использования катодов, про­ шедших активировку и тренировку, необходимостью их замены и пересадки арматуры на новую ножку. Таким образом, в этом случае прежде всего стоит вопрос о замене КПУ.

В патентной литературе и в отдельных публикациях (напри­ мер, в [83]) описан ряд конструктивных решений разборного' крепления катодов в модуляторе (в частности, резьбовые сочле­ нения), но традиционный способ сочленения элементов конструк­ ции ЭЛП основан на контактной точечной электросварке, исклю­ чающей разборку соединений. При рассмотрении вопроса о воз­ можности регенерации нельзя решать частную задачу замены КПУ, так как необходимо одновременно выбрать способ разде­ ления держателей и соединителей электродов с выводами ножки: без повреждения арматуры.

Важнейшим моментом в регенерации арматуры является недо­ пустимость механического воздействия на арматуру и ее детали,, которое могло бы вызвать какое-либо смещение электродов, преж­ де всего — модулятора, так как соосность электродов задается: относительно отверстия модулятора. Известные методы механиче­ ского разделения деталей путем «выкусываиия» сварных точек или обрезки флажков держателей со сварными точками неприем­ лемы, особенно без обеспечения производства надежными средст­ вами контроля соосности электродов в арматуре после регенера­ ции, что само по себе экономически не оправдано.

Наиболее радикальным решением задачи регенерации является подбор таких: материалов для держателей КПУ и соединителей или переходных деталей, кото-

;рые отличаются по химической стойкости к определенным реагентам от материала остальных деталей арматуры. В этом случае регенерация сводится к селективно­ му травлению деталей, «подлежащих удалению в соответствующих реактивах. Растворение удаляемых деталей обеспечивает полную регенерацию арматуры и ее пригодность для повторного использования после соответствующей мойки и сушки. Вероятность смещения электродов в этом процессе исключена.

Следует также иметь в виду, что отбор забракованных прибо­ ров для регенерации арматуры должен проводиться на основе строгой оценки причин забракования, чтобы не допустить повтор­ ного использования дефектной арматуры. При раздельной сборке двух частей арматуры проблема регенерации решается относи­ тельно просто и достаточно экономично.

4.3. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ОТРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ

Макетирование. До создания численных методов исследования элементов электронной оптики значения параметров конструкции ЭЛП проверялись на основе макетирования отдельных узлов, ко­ торое было единственно возможным путем проверки принимаемых конструкторских решений. Для определения токовых характерис­ тик электронной пушки и режима оптимальной фокусировки элек­ тронных линз образцы изготавливаются из типовых деталей в

.цилиндрических пробниках. Изготовление макетов таких ФЭ, как отклоняющие системы и СПУ, значительно сложнее, так как для каждого варианта готовится несколько комплектов деталей. При макетировании СПУ изготавливается оснастка для сферизации электродов и сборки их в арматуре. При этом необходимо иметь баллон, форма и размеры которого как можно меньше отлича­ ются от проектируемого. В любом случае при макетировании но­ вого ФЭ он должен монтироваться в ЭОС, где остальные элемен­ ты ранее отработаны и их параметры известны.

Важнейшим фактором в оценке результатов эксперимента явля­ ются метрологические характеристики испытательных стендов, которые в силу своей универсальности должны иметь многопре­ дельные измерительные приборы и регулируемые стабилизирован­ ные источники питания. Поскольку параметры ФЭ, и тем более их совокупности, имеют сложные зависимости от многих факторов, между одинаковыми экспериментальными макетами, так же как и между образцами приборов одного типа, всегда имеется ощути­ мый разброс результатов измерений, обусловленный как отклоне­ ниями в конструкции (в пределах допусков), так и погрешностями аппаратуры, а в ряде случаев — субъективными ошибками испы­ тателя. В связи с этим для получения достоверных результатов и подтверждения соответствия выбранной конструкции необходимо изготавливать и испытывать большое число одинаковых макетов.

Значительную помощь в натурных опробованиях может ока-

зат.ь так называемая «разборная трубка», представляющая собой сложный агрегат с постоянной откачкой. Устройство состоит из собственно вакуумной камеры с откачной системой, источников питания электродов и измерительных приборов. Вакуумная каме­ ра имеет несколько кинематических управляемых извне вводов с держателями, на которых закрепляются элементы исследуемых узлов; положение последних может меняться в процессе испыта­ ний. На одной стенке камеры смонтирован вакуумно-плотный за­ жим для установки на оси исследуемой системы планшайбы или баллона с люминофориым экраном [84]. В такой системе можно за одну установку исследовать конструкцию ФЭ в широком диа­ пазоне межэлектродиых расстояний и в разных режимах работы. Имеется также возможность качественной оценки влияния нару­ шений соосности электродов.

Создание и внедрение САПР ЭЛП создает условия для пре­ дельного сокращения объема натурных исследований, необходи­ мость в которых остается для испытаний опытных образцов при­ боров с целью окончательной доводки конструкции..

Отклонение размеров в арматуре. В процессе технического проектирования после принятия решения о конструктивном испол­ нении прибора и его узлов, выбора конструкции электродов и определения способа сборки арматуры важнейшим этапом являет­ ся согласование требований принципиальной схемы и технологи­ ческих возможностей производства. Полученные в результате эс­ кизного проектирования принципиальные схемы ФЭ и ЭОС в це­ лом дают основные значения размеров рабочих поверхностей электродов и межэлектродных расстояний, а окончательные зна­ чения их корректируются и уточняются в процессе численных исследований. При этом большое значение имеет определение величин предельных отклонений размеров и расстояний, допусти­ мых с точки зрения принципиальной схемы, при которых еще обес­ печиваются заданные параметры ЭЛП с учетом возможностей регулировки параметров режима. Получаемые таким путем зна­ чения являются ограничениями для конструктора и технолога, выход за которые вызывает неприемлемые изменения параметров.

Относительность влияния отклонения некоторой величины на параметр в зависимости от значения самой величины, лежащая в основе всей системы допусков, приводит к стремлению получить требуемые параметры при возможно больших размерах элемен­ тов конструкции, участвующих в формировании ЭОС, хотя оно часто входит в противоречие с отдельными положениями элект­ ронной оптики (например, для электронной пушки) и ограниче­ ниями на размеры прибора. Такое положение объясняется тем, что каждая ступень повышения точности изготовления любого конструктивного элемента требует соответствующего повышения трудозатрат, а в ряде случаев — введения специальных технологи­ ческих приемов и применения более сложного оборудования и ос­

настки. Поэтому при проектировании следует устанавливать обо­ снованные ограничения отклонений, но при технологической под­ готовке производства указанные ограничения являются законом и стремление некоторых технологов «облегчить» условия подготовки производства под различными «обоснованными» предлогами недо­ пустимо.

В настоящее время можно считать, что изготовление конст­ руктивных элементов ЭОС с допусками на размеры рабочих от­ верстий, позиционными допусками на них и на взаимное распо­ ложение рабочих и базовых элементов по седьмому квалитету в большинстве случаев может обеспечить удовлетворительную ста­ бильность параметров, зависящих от точности размеров электро­ дов, при условии соответствующей оснащенности сборочных операций. Однако в каждом конкретном случае должна быть прове­ дена проверка устанавливаемых допусков на соответствие требо­

Следует отметить также, что в конструкции арматуры ЭОС есть элементы, специфика которых не позволяет пользоваться си­ стемой допусков и посадок. Так, в технической документации на арматуру, собираемую на стеклянных штабиках, допустимые отклонения размеров межэлектродных расстояний традиционно устанавливают на основе этой системы в зависимости от их номи­ нальных значений. Квалитет допуска определяется требованиями разработчика прибора, а направление отклонений задается в со­ ответствии с принятой системой «в тело» электродов. Такое поло­ жение не учитывает специфики конструкции арматуры и техно­ логии ее сборки, что приводит к противоречию между требования­ ми чертежей и реально достижимыми размерами, а следователь­ но, к увеличению разброса некоторых параметров ЭЛП. Несмотря на наличие технических решений [85, 86], позволяющих контро­ лировать этот разброс, в производстве они не используются. След­ ствием этого являются значительные расхождения в требованиях к точности межэлектродных расстояний в технической документа­ ции разных типов приборов.

Среди факторов, предположительно влияющих на точность и воспроизводимость межэлектродных расстояний, в различных ис­ точниках приводятся:

число несущих изоляторов в арматуре; последовательная или одновременная посадка штабиков;

тепловой режим штабиков в момент посадки, время выдерж­ ки арматуры на оправке после посадки штабиков и способ извле­ чения спейсеров из собранной арматуры;

деформация штабиков и держателей при остывании и связь разброса размеров с длиной участка штабика между держателя­ ми смежных электродов.

Специфика требований к конструкторской документации. За­ вершающим этапом проектирования является оформление в соот­ ветствии с ЕСКД комплекта конструкторской документации, ко­ торая вместе с техническими условиями представляет полное ко­ нечное описание изделия, достаточное для его производства.

Если в комплекте технической документации на изделия ра­ диоэлектроники и электроники обязательными документами явля­ ются принципиальная и монтажная схемы, то в комплект черте­ жей на ЭЛП эти документы ранее не включались. До последнего времени комплект чертежей практически полностью обеспечивал производство необходимой информацией, по которой вместе с тех­ нологическими документами ведется изготовление приборов.

Отсутствие принципиальной схемы можно объяснить подходом к арматуре ЭОС как к чисто механическому устройству и ее от­ личием от электрических схем, так как она прежде всего отобра­ жает требуемые размеры элементов электронной оптики и их вза­ имное расположение, а затем схему соединения электродов между собой и с внешними элементами, что больше относится к монтаж­ ной схеме. Однако с повышением сложности ЭОС возникла необ­ ходимость введения образцовых узлов, и прежде всего арматуры, на различных стадиях ее сборки, что объясняется сложностью отображения на сборочных чертежах схемы монтажа арматуры. Поэтому следует считать необходимым введение в конструктор­ скую документацию принципиальной схемы как исходного доку­ мента, соответствие которому есть главное условие обеспечения заданных параметров изделия, а также монтао/сной схемы (для сложных ЭОС), наличие которой позволит упростить сборочные чертежи.

При освоении нового изделия разными изготовителями часто возникает необходимость в некоторых корректировках отдельных элементов конструкции. Кроме того, уже в процессе производства появляются предложения по усовершенствованию каких-либо час­ тей конструкции ;с целью снижения трудоемкости, повышения тех­ нологичности и т. п. Такие корректировки конструкции прибора могут быть разрешены только при отсутствии изменений в прин­ ципиальной схеме. Действующее положение требует согласования изменений с главным конструктором разработки, но при наличии принципиальной схемы право принятия решения о возможности проведения изменений может быть дано главному конструктору и главному контролеру изготовителя, что должно быть внесено в технические условия на ЭЛП.

Глава 5.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛП

5.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СТРУКТУРА САПР ЭЛП. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТНЫХ ПОДСИСТЕМ

Использование ЭВМ в практике проектирования ЭЛП нача­ лось, как и в других отраслях, с отдельных попыток осуществле­ ния тех или иных громоздких вычислений, причем успех этих по­ пыток определялся, с одной стороны, доступностью ЭВМ, с дру­ гой— способностью разработчика ЭЛП четко сформулировать задачу.

На следующем этапе использовались программные комплексы,, нацеленные на решение типовых вычислительных задач, возника­ ющих при проектировании ЭЛП: полевой задачи, расчета траекто­ рий заряженных частиц в полях ЭОС, определения электронно­ оптических характеристик, прочностных расчетов и т. д. Для. этого этапа характерно появление машинно-ориентированных ме­ тодов моделирования и оптимизации важнейших узлов и элемен­ тов ЭЛП. Развитие этих методов, повышение производительности и расширение возможностей средств вычислительной техники, а также изучение ЭЛП как объекта проектирования позволили перейти к созданию и внедрению систем автоматизированного проектирования (САПР).

В соответствии с [89] САПР является организационно-технической системой, состоящей из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязан­ ного с подразделениями проектной организации, и выполняющей автоматизиро­ ванное проектирование. Отличием САПР от прежних форм использования средств, вычислительной техники является функциональная полнота рассмотрения объек­ тов и процесса (проектирования, позволяющая корректно ставить и решать задачи последовательной автоматизации этапов проектирования.

Основой для выбора вариантов структуры САПР является матричная струк­ турная схема, рекомендуемая [89], согласно которой в САПР могут выделяться, подсистемы, обеспечивающие получение законченных проектных решений и соот­ ветствующих проектных документов для узлов и элементов объекта проектиро­ вания, и виды обеспечения, соответствующие различным аспектам автоматизи­ рованного проектирования. В соответствии с ГОСТ 22487—77 и другими руко­ водящими .материалами [89, 90] выделяются следующие виды обеспечения САПР:

методическое, математическое, лингвистическое, информационное, программное, техническое и организационное.

Другим измерением матричной структуры САПР, по которому проводится ее декомпозиция (разделение на составные части), является выделение структурных

-звеньев, т. е. подсистем [89]. Объектно-ориентированные, или объектные, подси­ стемы предназначены для проектирования некоторого объекта на определенной

•стадии процесса проектирования. Объектно-независимые, или инвариантные, под­ системы предназначены для выполнения функций управления и обработки инфор-

мации, не зависящих от особенностей проектируемого объекта. Инвариантные подсистемы обеспечивают системное единство САПР. В составе «подсистем выде-

..ляются компоненты, каждый из которых выполняет определенную функцию и

При создании САПР рекомендуется [89] соблюдение принципов системного единства, включения, комплексности, информационного единства, совместимости

(языков и кодов, а также процедур различной степени автоматизации), развития

л инвариантности (универсальности).

Поскольку человек—важнейшая составляющая САПР, определяющая эффек­

тивность системы в целом, к перечисленным принципам следует добавить принцип учета человеческого фактора. При создании САПР необходимо исходить из того, что она является инструментом деятельности разработчика и средством повышения производительности его труда, поэтому выбор оптимальных вариан­ тов структуры и алгоритмов функционирования САПР и ее подсистем должен осуществляться с учетом этой конечной цели. Результаты системного анализа объектов и процессов проектирования, изложенные в гл. 1 и 2, содержат необхо­ димые сведения о предметной области и дают исходную информацию для по­ строения структуры САПР.

Структура САПР ЭЛП. Построение структуры САПР следует начинать с определения состава и структуры ее объектных подси­ стем, так как именно они отражают специфику объекта проекти­ рования. При этом можно рассматривать возможности ориентации объектных подсистем на следующие уровни: группа изделий, под­ группа изделий, изделие, узел, функциональный элемент. При определении состава, структуры и функций объектных подсистем ключевым моментом является выделение, типовых проектных про­ цедур над типовыми объектами проектирования.

С этой точки зрения ориентация объектной подсистемы на группу изделий нецелесообразна, поскольку объекты проектиро­ вания в пределах группы могут отличаться даже по структуре. На уровне подгруппы наличие единого паспорта объекта проектиро­ вания гарантирует единство его структуры, поэтому на этот уро­ вень может быть ориентирована объектная подсистема первого уровня (ОПС-1), назначением которой является проектирование изделий данной подгруппы (кинескопов, осциллографических ЭЛП и др.). Структура ОПС-1 определяется паспортом объекта проек­