今日要聞

二十一世紀(jì)測量技術(shù)與儀器的發(fā)展趨勢

2019年12月23日 17:15來源:廣東宏展科技有限公司 >>進(jìn)入該公司展臺人氣:2419


發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)

測量技術(shù)與儀器涉及所有物理量的測量,對于材料、工程科學(xué)、能源科學(xué)關(guān)系密切。目前的發(fā)展趨勢有以下幾點:

(1)以自然基準(zhǔn)溯源和傳遞,同時在不同量程實現(xiàn)比對。如果自己沒有能力比對就要依靠其它國家。

(2)高精度。目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為0.25μm,并正向0.18μm過渡,2009年的預(yù)測線寬是0.07μm。如果定位要求占線寬的1/3,那么就要求10nm量級的精度,而且晶片尺寸還在增大,達(dá)到300mm。這就意味著測量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3×10的-8次方,相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)該是10的-9次方數(shù)量級。

(3)高速度。目前加工機(jī)械的速度已經(jīng)提高到1m/sec以上,上世紀(jì)80年代以前開發(fā)研制的儀器已不適應(yīng)市場的需求。例如惠普公司的干涉儀市場大部分被英國Renishaw所占領(lǐng),其原因是后者的速度達(dá)到了1m/sec。

(4)高靈敏,高分辨,小型化。如將光譜儀集成到一塊電路板上。

(5)標(biāo)準(zhǔn)化。通訊接口過去常用GPIB,RS232,目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB、IEEE1394和VXI?,F(xiàn)在,技術(shù)者設(shè)法控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),參與標(biāo)準(zhǔn)制訂是儀器開發(fā)的基礎(chǔ)研究工作之一。

我國儀器科技的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)由于長期習(xí)慣于仿制國外產(chǎn)品,我國的儀器儀表工業(yè)缺乏創(chuàng)新能力,跟不上科學(xué)研究和工程建設(shè)的需要。

(2)我國儀器科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域積累了大量科研成果,許多成果處于水平,有待篩選、提高和轉(zhuǎn)化,但產(chǎn)業(yè)化程度很低,沒有形成具有競爭力的完整產(chǎn)業(yè)。

未來發(fā)展趨勢

1.發(fā)展方向與學(xué)科前沿

(1)配合數(shù)控設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新(如主軸速度,精度創(chuàng)成)

數(shù)控設(shè)備的主要誤差來源可分為幾何誤差(共有21項)和熱誤差。對于重復(fù)出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差,可采用軟件修正;對于隨機(jī)誤差較大的情況,要采用實時修正方法。對于熱誤差,一般要通過溫度測量進(jìn)行修正。我國機(jī)床行業(yè)市場萎縮同時又大量進(jìn)口國外設(shè)備的原因之一就是因為這方面的技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用。為此,需要高速多通道激光干涉儀:其測量速度達(dá)60m/min以上,采樣速度達(dá)5000次/sec以上,以適應(yīng)熱誤差和幾何誤差測量的需要??諝庹凵渎蕦崟r測量應(yīng)達(dá)到2×10的-7次方水平,其測量結(jié)果和長度測量結(jié)果可同步輸入計算機(jī)。

(2)運行和制造過程的監(jiān)控和在線檢測技術(shù)

綜合運用圖像、頻譜、光譜、光纖以及其它光與物質(zhì)相互作用原理的傳感器具有非接觸、高靈敏度、高柔性、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點。在這個領(lǐng)域綜合創(chuàng)新的天地十分廣闊,如振動、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。

(3)配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新

為了在開放環(huán)境下求得生存空間,沒有自主創(chuàng)新技術(shù)是沒有出路的。因此應(yīng)該根據(jù)有權(quán)、有技術(shù)含量、有市場等原則選擇一些項目予以支持。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀,信息、生命醫(yī)學(xué)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)給予優(yōu)先支持。如醫(yī)學(xué)中*的精密儀器設(shè)備、電子工業(yè)中的超分辨光刻和清潔方法和機(jī)理研究等。

2.優(yōu)先領(lǐng)域

在基礎(chǔ)研究的初期,對于能否有突破性進(jìn)展是很難預(yù)測的。但是,當(dāng)已經(jīng)取得突破性進(jìn)展時,則需要有一個轉(zhuǎn)化機(jī)制以進(jìn)入市場。

(1)納米溯源技術(shù)和系統(tǒng)。

(2)介入安裝和制造的坐標(biāo)跟蹤測量系統(tǒng)。

關(guān)鍵理論和技術(shù):超半球反射器(n=2或在機(jī)構(gòu)上創(chuàng)新),快速、多路干涉儀(頻差3~5兆),二維精密跟蹤測角系統(tǒng)(0.2″~0.5″),通用信號處理系統(tǒng)(工作頻率5兆),無導(dǎo)軌半導(dǎo)體激光測量系統(tǒng)(分辨率1μm),熱變形仿真,力變形仿真。

這些內(nèi)容不局限于一種技術(shù)方案,而是幾種不同技術(shù)方案中概括出來的共同點。如采用無導(dǎo)軌干涉儀,對跟蹤系統(tǒng)的要求可以降低;采用二維精密跟蹤測角系統(tǒng)在1M3測量范圍內(nèi)可以得到高精度;有了超半球反射鏡可以提高4路跟蹤方案的精度。在現(xiàn)場進(jìn)行介入制造和裝配不能等待很長時間,力和熱變形的補(bǔ)償是必須的而且需要足夠快,現(xiàn)在的技術(shù)還有相當(dāng)大的差距,所以這些進(jìn)展是關(guān)鍵性的。

應(yīng)用范圍:新型并行機(jī)構(gòu)機(jī)床的鑒定,飛機(jī)裝配型架的鑒定,大型設(shè)備安裝,用于生物芯片精密機(jī)器人校準(zhǔn)等。

(3)非接觸測頭以及各種掃描探針顯微鏡

航空航天行業(yè)對此已經(jīng)提出迫切要求,這是今后坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前接觸式測頭已*被國外所壟斷,非接觸測頭還沒有發(fā)展成熟,我們有參與競爭的機(jī)遇。以前較多采用的激光三角法原理受到很多限制,難以有突破性進(jìn)展,但可在原理創(chuàng)新上下功夫。應(yīng)該突破0.1~0.5μm分辨率。

(4)計算機(jī)輔助測量理論

信號處理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、兼容和集成。例如,目前多數(shù)采用ISA總線、IEEE488口,今后計算機(jī)可能取消ISA總線,用于筆記本電腦的USB接口將廣泛應(yīng)用。過去,我國生產(chǎn)的儀器滿足于數(shù)字顯示,沒有數(shù)據(jù)交換接口,難以進(jìn)入市場。國外生產(chǎn)的儀器普遍配備IEEE488(GPIB)口。RS232:目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB、IEEE1394和VXI。在此轉(zhuǎn)折期為我們提供了機(jī)遇。目前虛擬儀器的工作頻段在千赫數(shù)量級,對于干涉信號處理顯得太低,可以采取聯(lián)合互補(bǔ)的方法形成模塊系列,同時降低成本,從總體上提高研發(fā)工作的效率。根據(jù)已有基礎(chǔ),發(fā)展特長,有利于克服重復(fù)研究。

(5)新器件,新材料

過去,科研評價體系存在偏重于整機(jī)和系統(tǒng),忽視材料和器件的趨向。新的突破點可能出現(xiàn)在新光源、新型高頻探測器。目前探測器的響應(yīng)頻率只有10的9次方,而光頻高達(dá)10的14次方,目前干涉儀實際上是起著混頻器的作用,適應(yīng)探測器的不足(如果探測器的響應(yīng)果真能超過光頻,干涉儀也就沒有用了)。如果探測器的性能得到顯著提高,對于通訊也是很大的突破。

(6)半導(dǎo)體激光器計量特性的研究和創(chuàng)新

半導(dǎo)體激光器用于計量需要解決很多問題(如線寬、定標(biāo)、變頻等)。但如果解決了諸多問題以后,半導(dǎo)體激光系統(tǒng)比氣體激光系統(tǒng)更復(fù)雜,就不會有競爭力。有些問題在物理層面上也沒有完*。例如半導(dǎo)體激光器如果能形成雙頻,無疑是一種十分重要的特性,如果既能掃頻又有兩個相近的頻率掃描,就會成為一種新的無導(dǎo)軌測量工具。
關(guān)鍵詞:傳感器 機(jī)器人
  • 凡本網(wǎng)注明"來源:農(nóng)機(jī)網(wǎng)"的所有作品,版權(quán)均屬于農(nóng)機(jī)網(wǎng),轉(zhuǎn)載請必須注明農(nóng)機(jī)網(wǎng),http://m.qktnz.cn。違反者本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
  • 企業(yè)發(fā)布的公司新聞、技術(shù)文章、資料下載等內(nèi)容,如涉及侵權(quán)、違規(guī)遭投訴的,一律由發(fā)布企業(yè)自行承擔(dān)責(zé)任,本網(wǎng)有權(quán)刪除內(nèi)容并追溯責(zé)任。
  • 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性,不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品來源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
  • 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。