我国精密测量技术发展现状-时栅技术

我国精密测量技术发展现状——时栅技术国之大器，始于毫末“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”没有精密的测量，就没有精密的产品，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是发展高端制造业的必备条件。随着人类对世界的探索不断深入，被测对象不断延展，测量目的不断延伸，各种测量技术陆续登上历史舞台。时至今日，我们甚至可以做到以时间测量空间，这听起来也许很科幻，但绝不是天方夜谭。来自重庆的时栅团队基于我国精密测量技术发展现状，根据“时空转换”的思维方式提出了以“时间测量空间”这一重要学术思想，并由此诞生了这把原创于中国的“精密尺子”——时栅技术，实现了我国精密位移测量技术及器件的自主可控。从1996年的尝试探索，到如今成功研发出可媲美高端光栅的第三代纳米时栅，二十年的厚积薄发，浸透了科技工对自主创新、中国精度的坚守，凝聚着他们闯关夺隘、奋楫笃行的勇气，展示着中国人顽强拼搏、永不言败的精气神。从无到有，是“冲云破雾”的勇气担当在精密加工、工业测控（动态测量）领域，精密位移传感器是不可或缺的重要组成部分，被称为“智能制造之眼”，它的性能直接决定了加工制造环节的精度。定位精度高、可靠性好、使用方便的精密位移传感器在机床加工、检测仪表等行业中得到广泛应用。然而，精密位移测量器件作为核心功能部件，长期被国外巨头们严格战略性封锁，进口传感器存在价格高、货期长、售后难的问题，我国精密位移测量领域面临多重困境，亟待摆脱受制于人的局面，高端位移测量器件的国产替代已到了刻不容缓的地步。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，要实现本领域的突破，必须依靠自主创新，需要变换研究思路，从原理上进行创新，从根本上解决问题。实现从0到1的突破绝非易事，必得风雨兼程、劈波斩浪。面对种种困难，时栅团队迎难而上，瞄准科技前沿，勇攀高峰。没有案例可模仿，他们自己就做拓荒人；没有经验可借鉴，他们就负重前行；没有理论可参考，他们创造性地提出了利用“时间测量空间”的重要原创学术思想，将梦想命名为“时栅位移测量技术”，突破了高端装备的精密位置检测难题，掌握了精密位移测量关键核心技术的自主知识产权。科技工用责任、担当，用勤勉、实干，实现了从微米到纳米精度的跨越，开辟出了一条高端核心功能部件的国产化道路，让智能制造业卡脖子短板破局重生，走出了一条自主可控之路，使我国精密位移测量领域摆脱了受制于人的局面。经过多年的沉淀和发展，时栅技术已发展成为我国智能制造领域的标志性成果，获得国家技术发明二等奖1项、中国专利金奖1项、重庆市技术发明一等奖2项，成功申请国外专利12项、国内专利25项。从有到优，是精益求精的创新追求时栅技术作为我国自主研发的首创性成果，通过建立空间位移和时间基准之间的关系，发挥时间量是人类测量精度最高的物理量这一客观优势，利用时间上的时刻比较来实现位移测量，从而达到高精度的测量目的。可通俗理解为：在相对匀速运动的两个坐标系上互相观察对方，一方的位置之差（位移）表现为另一方观察到的时间之差。十年磨一剑，二十年磨一尺。时栅团队从1996年提出“时栅角度传感器”理念起，坚持自主研发道路，从第一代机械式时栅、第二代磁场式时栅到第三代电场式时栅（即“纳米时栅”），持续攻克“提高测量精度与增加测量范围的矛盾”“精度提高导致的误差溯源困难”与“突破光学衍射极限改善分辨力”三座技术大山，破解产品的可靠性、应用场景的多样化、市场的认可度等多只“拦路虎”，开发出高精度、高可靠性的时栅位移传感器。纳米时栅到底有多精密？在我国最高法定计量机构—中国计量科学研究院的两次现场测试结果和国家角度基准的比对结果显示，纳米时栅精度达到了惊人的±0.06角秒（1°等于3600角秒），精度水平已经达到了现有检测仪器水平的极限。在漫长的时光里，时栅团队用精益求精、一丝不苟的科学家精神，只争朝夕，在承载着责任与梦想的实验室，坚持不懈，让“精耕细作”焕发出新的时代风采。从优到强，是全面提速的伟大跨越一粒种子的破土而生，需要合适的温度、湿度、环境以及优质胚胎。同样，任何一项科研成果的成功转化，离不开人才、技术、资金、政策的支持和帮助。“将纳米时栅技术走出实验室，实现产业化”——光有美好的愿景是不够的，闯过了技术关，随之面对的就是应用关和市场关。纳米时栅项目总工程师王勇说，“2021年4月，通用技术集团和重庆理工大学共同成立了通用技术集团国测时栅科技有限公司，标志着纳米时栅成果正式开启转化应用、服务市场用户的新阶段。”现实和理想的距离，正一步步靠近。纳米时栅产业化进程全面提速，当纳米时栅技术在数控机床、半导体行业、计量检测等领域得到批量应用时，当一把中国的精密尺子解决了高精度位置检测难题时，所有人的艰辛和汗水化成两个字：值了！纳米时栅正在逐步填补国内高端精密位移测量领域空白，成为国内高端装备企业发展道路中的坚强后盾。2021年10月，“大量程纳米时栅位移测量技术及器件”作为35项代表科技成果转化的典型案例之一，亮相国家“十三五”科技创新成就展，作为创新科技成果转化制度的第一典型案例参展，展示中国高端装备关键功能部件研发“智造”水平。直过万水千水，伋需跋山涉水和时栅技术一样由我国自主研发的首创性成果不胜枚举。科研是一条严谨与浪漫并存的路，从无到有、从有到优、从优到强的蝶变跃升，是中国科技工“冲云破雾”的责任担当、精益求精的完美展现，更是他们沿着强国之路迎难而上、敢闯敢干的生动诠释