超精密测量技术在高精尖装备中的应用现状调查汇总
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浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术是一种应用于工业制造、科学研究和其他领域的高精度测量方法,对于产品质量的控制和工艺改进起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展和工业制造水平的不断提高,精密测量技术也不断迭代更新,取得了许多重大突破。
本文将围绕精密测量技术的现状和发展进行详细阐述。
我们可以从精密测量技术的现状入手。
目前,随着3D打印、云计算、大数据、机器学习等先进技术的不断涌现,精密测量技术也得到了有效的推动和促进。
传统的测量方法往往受限于材料、设备、环境等方面,精度、稳定性和精密度都无法达到更高的要求。
而借助于先进的科技手段,精密测量技术在精度、稳定性和可靠性上都得到了较大的提升。
激光干涉计、电子电容式测量、光栅编码器、光学三坐标测量等新技术的应用,使得测量精度得到了大幅度提高。
随着信息技术的快速发展,传感器技术、数据处理技术等也取得了重大突破,大大提升了精密测量技术的全面水平和适用范围。
我们可以从精密测量技术的发展方向进行探讨。
未来,精密测量技术将朝着更高的精度、更广的适用范围、更便捷的操作方式、更高效的数据处理和更智能的系统集成等方向发展。
高精度的测量是精密测量技术的核心要求,未来的精密测量技术将不断追求更高的精度和更小的测量误差,以满足不同领域对精密测量的需求。
随着智能制造和工业互联网的不断发展,精密测量技术将朝着智能化和自动化的方向发展,通过引入机器学习、人工智能等先进技术,实现测量数据的自动分析和处理,提高测量的效率和可靠性。
无人化测量、远程测量、实时监测等也将成为未来精密测量技术的发展方向。
我们可以从精密测量技术的应用领域进行阐述。
精密测量技术广泛应用于机械制造、航空航天、电子电器、医疗健康、生物工程、地质勘探、环境保护等领域。
在机械制造领域,精密测量技术可以用于零部件的尺寸测量、形位公差的测量、表面粗糙度的测量等,为产品质量的控制和工艺改进提供了重要的技术支持。
在航空航天领域,精密测量技术可以用于飞机零部件的测量、航天器的结构测量、火箭发动机的性能测试等,为飞行器的设计和制造提供了关键的技术支持。
浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术是一种广泛应用于各种工业和科学领域的技术,它主要用于实现对各种物理量的高精度测量,包括长度、角度、电流、压力、温度等。
随着科技的不断发展和进步,精密测量技术也在不断创新和突破,为各种领域的科研和生产提供了更准确、更可靠的测量手段。
本文将对精密测量技术的现状和发展进行浅谈。
一、精密测量技术的现状1. 高精度、高稳定性随着现代工业的发展,对于产品的精度和稳定性要求越来越高,而精密测量技术正是能够满足这种需求的技术之一。
现在的高精度测量设备,能够实现纳米级甚至亚纳米级的测量精度,可以满足微电子、微机械和其他高精度行业的要求。
这些设备的稳定性也得到了显著提高,可以长时间稳定地工作,满足生产线上的连续测量需求。
2. 宽泛的应用领域精密测量技术的应用领域非常广泛,涉及到机械制造、航空航天、汽车制造、电子电器、医疗器械、生物医药、环境监测等诸多领域。
与此随着科技的发展,精密测量技术也逐渐应用于新兴领域,如人工智能、无人机、智能制造等,为这些领域的发展提供了强有力的支撑。
3. 多元化的测量方法随着科技的发展,精密测量技术的方法也变得越来越多元化。
除了传统的机械测量、光学测量、精密电子测量等方法外,现在还出现了一些新的测量方法,如激光干涉测量、超声波测量、微纳米加工测量等,为不同领域的测量需求提供了更多的选择。
4. 发展的趋势1. 新材料的应用新材料的应用是精密测量技术发展的重要推动力。
随着新材料的不断涌现和应用,对于材料的精密测量需求也日益增加。
精密测量技术将会不断与新材料相结合,研发出更加适用于新材料测量的方法和设备,以更好地满足市场需求。
2. 智能化与自动化智能化与自动化是精密测量技术发展的重要趋势。
随着人工智能、互联网、大数据等新技术的不断应用,智能化和自动化将成为未来精密测量技术发展的重要方向。
智能测量系统将更加智能化、自动化,能够实现自主识别、自主判断和自主纠正,大大提高了测量效率和可靠性。
浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术是现代制造业不可或缺的一项基础技术,它广泛应用于航空、航天、国防、汽车、机械、电子、医疗等领域。
它在制造过程中实现了量化、精确的测量,通过测量结果进行生产、品质控制,为企业提供了可靠的数据保障。
但精密测量技术面临的问题也比较明显,现状是市场需求细分化和复杂化,对高品质、高精度、高稳定性和高一致性的精密测量设备需求不断增加。
目前,随着科技的发展和工业化的进程,精密测量技术也取得了飞跃式的发展。
在精密加工、高科技制造、国防安全、环境保护、医学检测等领域,尤其是在智能制造和工业4.0 发展趋势下,精密测量技术将为制造业提供更加精准、高效、智能、绿色的支持。
精密测量技术的发展主要体现在以下几个方面:一、提高精度和可靠性随着工业制造和科学技术的发展,精密测量技术的精度和可靠性要求也越来越高。
针对传统测量技术存在的缺陷,精密测量技术对测量机构、传感器、信号处理、数据采集等方面进行了持续研发,实现了高精度、高稳定性和高精确度的测量。
比如,在检测领域,高精度激光测量技术、高分辨率图像处理技术、高频数字信号处理技术等,将在未来更加广泛地应用于精密测量。
二、应用推广和系统化近年来,随着信息技术和智能技术的飞速发展,精密测量技术也得到了进一步的推广和应用。
从传统测量手段向数字化和智能化方向转型,数控精密测量、在线测量和自动化测试等技术已经成为制造业和科技领域的热门研究领域。
同时,精密测量技术也由点状单测点扩展到面、线、体等多维测量。
精密测量系统的高度自动化和集成化也不断提高。
将来,由智能化技术支持的多通道、高速率,大规模、高可靠的精密测量系统将大量应用于生产实践。
三、多元化和高端化精密测量技术的应用领域日益多元化,从单纯的实时测量到包括全局性、趋势性甚至是全周期性的测量。
在高端领域,精密测量技术不仅满足了高精度和高灵敏度的要求,还要具备环境兼容性、快速响应、多种信号识别等高级特性。
高精度机械加工与测量技术研究随着科技的飞速发展,高精度机械加工与测量技术在现代制造业中起着至关重要的作用。
这项技术的研究旨在提高机械加工的精度和质量,以满足人们对精密产品的需求。
本文将深入探讨高精度机械加工与测量技术的研究现状、挑战和前景。
一、高精度机械加工技术的研究现状高精度机械加工技术是制造业中的关键技术之一,其主要目标是提高零件加工的精度和表面质量。
目前,高精度机械加工技术主要包括数控机床加工、激光加工和电火花加工。
其中,数控机床加工是最常用的一种方法,通过编写数控程序对工件进行精确控制,实现高精度加工。
然而,高精度机械加工技术仍面临一些挑战。
首先,工件材料的选择对加工精度有重要影响。
不同材料的加工难度不同,其中硬质合金、陶瓷等材料的加工难度较大。
其次,机床结构和刀具等硬件设备的精度也对加工结果产生重要影响。
此外,加工过程中的热变形、切割力等因素也会对加工精度造成影响。
为了解决这些问题,研究人员采取了一系列的策略。
首先,他们通过优化机床结构和刀具设计,提高加工的刚性和稳定性,降低不确定性。
同时,利用模拟计算和数学建模,对加工过程进行精细调节,减小加工误差。
此外,研究人员还开发了一系列的高精度测量设备,用于实时监测加工过程中的误差,保证加工的精度。
二、高精度测量技术的研究现状高精度测量技术是衡量机械加工精度的重要手段,其主要目标是实时监测加工过程中产生的误差和变形。
目前,高精度测量技术主要包括激光测量、光学测量和仪器测量。
其中,激光测量技术是最为常用的一种方法,通过激光束的探测和分析,可以实时监测加工结果的精度和误差。
然而,高精度测量技术仍存在一些挑战。
首先,测量设备本身的精度对测量结果产生重要影响。
如果测量设备的精度较低,无法准确捕捉加工过程中的微小误差和变形。
其次,测量环境的稳定性和测量过程中的干扰也会对测量结果产生影响。
此外,传感器与目标物之间的距离和角度等因素也会对测量精度造成影响。
超精密加工技术的研究和应用随着社会技术的不断发展,超精密加工技术已成为现代工业生产不可或缺的重要组成部分。
经过几十年的长期研究和实践,现在已经形成了一套完整的研究理论和应用体系。
本文将介绍超精密加工技术的定义、特点、分类、研究现状及其应用情况。
一、超精密加工技术的定义和特点超精密加工技术是高度精密、高度集成、高性能、高效率的加工技术。
它是利用先进的加工设备和先进的材料科学理论,对工件进行尺寸、形状和表面特性的高精度加工。
它既能满足产品的精度要求,也能满足产品的寿命、可靠性等要求。
超精密加工技术可以实现工件的高速、高效、环保生产,对于现代工业的快速发展有着重要的作用。
超精密加工技术具有以下几个显著特点:1. 高精度:超精密加工技术的精度通常在纳米和亚纳米级别,比普通机器加工的精度高出数十倍。
2. 高复杂度:超精密加工技术能够加工出复杂度极高的零部件,包括包括微机电系统(MEMS)器件、整合电路(IC)、光学元件、多曲面模具等。
3. 高集成度:超精密加工技术可以把高度精密的加工工艺与测量、控制、自动化设备紧密融合,成为一体化的生产线。
4. 高效率:超精密加工技术可以实现高速、高效、节能、环保的生产,大大提高了生产效率和质量。
二、超精密加工技术的分类和研究现状根据超精密加工技术的特点,可以把它分为以下几类:1. 光学加工技术:超精密光学加工技术是一种利用光学加工设备进行微米或纳米级别的精密加工的技术。
主要应用于光学元件、光学仪器等。
2. 电火花加工技术:电火花加工技术是通过使用电的放电现象进行微米甚至亚微米级别的加工技术。
3. 车削加工技术:车削加工技术是一种通过使用机床进行加工的技术,主要应用于零部件的加工及采用不同的数控加工机床,可以实现多轴高速复杂加工。
4. 喷射加工技术:喷射加工技术是利用高能粒子或高温气流等对工件进行加工的技术。
目前,超精密加工技术的研究重心主要集中在以下几个方面:1. 加工实验方面的研究,例如高速车削加工技术、激光加工技术等。
浅谈精密测量技术现状及发展【摘要】现代社会对精密测量技术的需求日益增长,本文从浅谈精密测量技术现状及发展的角度展开探讨。
在介绍了背景信息,研究目的以及研究意义。
在首先概述了精密测量技术的基本概念,然后探讨了其在各个应用领域的具体应用情况,接着分析了其未来的发展趋势和面临的挑战,最后深入探讨了精密测量技术发展的关键技术。
在展望了精密测量技术的未来发展方向,强调了其重要性,并对其发展进行了展望。
本文全面探讨了精密测量技术的现状和未来发展,对于进一步推动精密测量技术的发展具有重要意义。
【关键词】精密测量技术、现状、发展、概述、应用领域、趋势、挑战、关键技术、未来发展方向、重要性、展望。
1. 引言1.1 背景介绍精密测量技术是一种基于高精度仪器和设备的测量方法,广泛应用于工业生产、科学研究、医疗诊断等领域。
随着现代科技的不断发展,精密测量技术也在不断完善和创新,成为促进技术进步和产业发展的重要支撑。
背景介绍部分旨在探讨精密测量技术的起源和发展历程,介绍其在各个领域的应用及其重要性。
也将重点介绍目前该领域存在的问题和挑战,为接下来的内容铺设基础。
通过对精密测量技术的背景介绍,我们可以更好地了解其在现代社会中的重要作用和发展前景。
1.2 研究目的本文旨在探讨精密测量技术现状及发展,通过对精密测量技术的概述、应用领域、发展趋势、面临的挑战和关键技术的研究,来全面了解该领域的最新进展。
具体目的包括:一方面,借助对精密测量技术的深入分析,揭示其在工业制造、科学研究等领域的重要性和应用前景,为相关领域的技术发展提供参考和指导;探讨精密测量技术所面临的挑战,分析发展趋势,寻找解决方案,促进该领域的进一步发展和创新。
通过本文的研究,旨在为精密测量技术的未来发展提供有益的探讨与启示,推动相关领域的技术进步和应用推广。
1.3 研究意义精密测量技术在现代工业生产中起着至关重要的作用,它可以用于各种领域的测量和测试,如机械制造、航空航天、光电子技术等。
超精密加工技术的发展现状超精密加工技术的发展现状,哎呀,真是个让人觉得又神奇又复杂的话题啊!咱们得先了解一下超精密加工是什么。
它其实就是用极高的精度来加工材料,想想看,能把东西做到这么精准,真是令人叹为观止。
现在的制造业可离不开它,尤其是在航空、医疗、电子这些领域,越是高端的东西,越离不开超精密加工。
想象一下,微米级别的加工,那得多细腻啊!说真的,这技术的发展,真的是让人感觉到科技的力量。
在这过程中,咱们得提到几项关键技术,比如说光刻、超声波加工,还有激光加工。
光刻技术可谓是个“大明星”,在芯片制造中大显身手,像是在细致的画布上作画,光线勾勒出无数精致的图案。
超声波加工呢,哎,别小看它,利用声波的振动来加工,能把很多材料轻松处理掉,真是个“小帮手”。
激光加工嘛,嘿,那可是一把双刃剑,精准又快速,火花四溅的场景让人忍不住想为它点赞。
不过,话说回来,技术再先进,也得面对一些挑战。
比如说,成本问题。
超精密加工的设备可不是白菜价,维护保养更是个大开销。
这让很多小企业在这条路上犹豫不决,真是让人心疼。
材料的选择也非常重要,有些材料在超精密加工中表现得特别好,而有些则像个“死胖子”,怎么都弄不动。
为了追求更好的效果,研究人员们可是费尽心思,真是“煞费苦心”啊。
还有就是人才的培养。
这方面可不能马虎,超精密加工需要的人才既要有理论知识,又要有丰富的实践经验。
现在的大学里,很多学校已经开始设置相关课程,目的就是希望能培养出更多的技术人才,未来可得靠他们“撑门面”呢。
真心希望越来越多的人能加入这个行业,给我们带来更多的惊喜。
说到应用,超精密加工的舞台可大了!像航天器、手术刀、手机的内部零件等等,几乎无处不在。
你看看,航天器上那些复杂的零部件,没有超精密加工,恐怕就飞不起来了!还有手术刀,医生可不能用个普通的刀子,精细的切口直接关系到手术的成功与否,这可是关乎生命的大事啊!而手机的微小零件,哪个能离开超精密加工的加持?所以说,这技术的重要性,不用多说,大家都懂。
浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术是指利用精确的仪器设备和科学的方法对各种物理量进行准确测量的技术。
精密测量技术在现代工业生产、科学研究和生活中都扮演着重要的角色,它的发展水平直接影响着生产制造的质量和效率,科学研究的深度和广度,以及人们生活的舒适和便利程度。
目前,精密测量技术已经取得了许多重要的成就,并且在不断推进着发展。
下面我们就来浅谈一下精密测量技术的现状及发展趋势。
从测量设备的角度来看,随着微电子技术的飞速发展和功能集成度的不断提高,各种先进的测量仪器在外观上趋向于小型化、轻量化和智能化,功能上也趋于多样化和全面化。
传感器技术的不断创新和应用,使得现代精密测量技术得以实现对多种复杂物理量的实时监测和测量,而且在工业生产过程中,传感器的使用还能够实现自动化控制,提高生产效率和产品质量。
随着激光技术、光学技术和电子技术的进步,各种高精度的测量装置也不断涌现,使得测量的范围和精度得以进一步提高。
从测量方法和实现技术来看,随着计算机技术和信息技术的不断革新,精密测量技术也在不断地丰富和完善。
利用计算机模拟技术和数值分析方法,可以对复杂的物理量进行快速、准确的仿真计算,从而在理论上使得测量的精度得以提高。
借助于互联网和云计算技术,可以实现远程监测和数据共享,从而使得测量的范围大大扩展。
随着人工智能技术的不断成熟和应用,精密测量技术也有望实现更加智能化和自动化,从而减少人为因素的干扰,提高测量的准确性和稳定性。
从应用领域来看,精密测量技术已经不仅仅局限于工业生产领域,而且在许多其他领域也得到了广泛的应用。
在科学研究领域,各种精密的测量技术被用于对微观世界和宇宙空间的探测和研究,为科学家们提供了宝贵的数据来源。
在医疗领域,精密测量技术也被用于对人体健康状态进行监测和诊断,帮助医生提早发现疾病,及时给予治疗。
在环境监测领域,各种精密测量技术被用于对大气、水质和土壤等环境因素进行监测和评估,为环保工作提供了科学依据。
行业综述超精密加工技术的发展现状与趋势北京机床研究所精密机电有限公司(100102) 贺大兴 盛伯浩 在全球技术竞争日益激烈的今天,超精密加工作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注。
超精密加工技术是尖端技术产品发展不可缺少的关键手段,它不仅适于国防应用,而且可以大量应用于高端民用产品中,例如惯导仪表的关键部件、核聚变用的透镜与反射镜、大型天文望远镜透镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘基底及复印机磁鼓、现代光学仪器设备的非球面器件、高清晰液晶及背投显示产品等。
超精密加工技术促进了机械、计算机、电子、光学等技术的发展,从某种意义上来说,超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命,也是衡量一个国家制造技术水平的重要标志[1]。
超精密加工是一个相对的概念,它是相对于精密加工而言的。
当前普遍认为超精密加工是指加工精度高于0.1μm,加工表面粗糙度小于R a0.02μm 的加工方法。
超精密加工通常包括超精密切削(车削、铣削、刻划等)、超精密磨削、超精密研磨和抛光等,另外广义的超微细加工、纳米级以及原子级的加工等也属于超精密加工的范畴。
1 超精密加工技术的发展现状商业化的超精密加工技术应用可以追溯到上一世纪60年代美国,由于军事领域精密元件的需求,促使这一技术迅速发展。
到80~90年代,由于激光在各领域的广泛应用,各种类型的金刚石车床和镜面铣削机床不断出现,超精密加工技术在许多国家相继发展,除美国以外,英国、德国、前苏联、法国、日本、荷兰等许多国家都发展了这一技术,它的应用领域也不局限于军事领域,扩展到大量需求的民用领域。
到90年代中后期,超精密加工技术的多种配套技术包括工艺技术进入成熟期,定型的超精密设备逐渐增加,开始出现专业化制造的特点。
国际上从事超精密开发应用的公司以及机构经历了市场筛选和优势重组的阶段(例如新的Precitech公司合并了Pneumo超精密公司、Moore Nanotechnology Sys2 tem的形成等),众多分散的小的超精密单位逐步淡出,具有优势的典型企业和机构的进一步突显。
浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术是指通过测量仪器和仪表来对物理量进行精确测量的技术。
随着科学技术的不断发展和社会经济的进步,精密测量技术在生产、科研和生活等各个领域得到了广泛应用。
本文将对精密测量技术的现状及发展进行浅谈。
目前,精密测量技术在制造业中的应用十分广泛。
随着制造业向高精度、高自动化方向发展,精密测量技术不断得到重视和发展。
在机械加工领域,精密测量技术可以用于对零部件的尺寸、形位误差等进行测量和控制,以保证产品质量;在汽车制造领域,精密测量技术可以用于对汽车车身的尺寸和形状进行测量和控制,以提高车身的装配精度和外观质量。
精密测量技术还广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域,为这些领域的发展提供了可靠的技术支撑。
精密测量技术的发展主要表现在以下几个方面。
测量仪器的精度和稳定性不断提高。
随着电子、机械、光学和计算机等各个领域的相互融合,测量仪器的设计和制造水平不断提高,使得测量的精度和稳定性得到了大幅度提升。
测量方法和技术不断创新。
传统的测量方法在高精度测量中已经不能满足需求,人们不断研究和开发新的测量方法和技术。
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术、三维激光扫描技术、数字图像处理技术等都被广泛应用于精密测量领域,为测量的精确性和效率提供了有力支持。
数据处理和分析的能力大幅提升。
随着计算机技术和数学统计学的不断进步,人们能够更加准确和高效地处理和分析大量的测量数据,进一步提高了测量的可靠性和精确性。
人工智能和机器学习等新兴技术的应用。
人工智能和机器学习等新兴技术的应用加速了精密测量技术的发展。
基于人工智能的模型识别和故障诊断技术可以快速识别和判断测量中的异常情况,提高测量的准确性和可靠性。
精密测量技术的发展仍然面临一些挑战。
还有一些关键技术和仪器设备需要进一步完善和发展。
在自动化精密测量领域,自动化测量装置的设计和制造仍然存在一些技术难题,需要进一步研究和解决。
测量过程中的干扰源和误差需要进一步控制和消除。
超精密测量技术在高精尖装备中的应用现状调查学校:哈尔滨工业大学调查组成员:安丽军庄嫣媛王佳铭指导教师:胡鹏程摘要超精密测量是一门集光学、电子、传感、图像、制造及计算机技术为一体的综合性交叉学科,它是信息科学发展的源头,为众多的高精尖装备提供微纳米级的物理量和工程量信息,因此超精密测量技术是高精尖装备发展的关键,代表着一个国家科技实力的先进水平。
通过本次调查活动,我们小组成员初步掌握了超精密测量技术的基本内容和技术特点、国际发展趋势,并能够明确指出其在高精尖装备中的具体应用,加深了对超精密测量技术的理解,对本专业的前景和未来的发展方向有了比较明确的认识。
关键词:超精密测量技术;仪器科学与工程;高端装备制造目录摘要 (2)1 问题的提出 (4)1.1调查背景 (4)1.2调查方式 (4)1.3调查意义 (5)2 超精密测量技术 (5)2.1组成 (5)2.1.1 微力接触式测量技术 (5)2.1.2 振动扫描式测量技术 (7)2.2 特点 (8)3 高精尖装备与超精密测量 (9)3.1 我国高精尖装备发展现状 (9)3.1.1 光刻机现状 (10)3.1.1.1 行业现状 (10)3.1.1.2 国际国内现状 (11)3.2 超精密测量技术在高精尖装备中的应用 (12)3.2.1 超精密测量在光刻机中的应用 (12)4 小结与建议 (14)4.1 小结 (14)4.2 意见与建议 (14)参考文献 (15)1 问题的提出1.1 调查背景仪器仪表是信息产业的三大重要组成部分(测试技术、通信技术、微电子技术)之一,是信息工业的源头,是一个国家科技实力的综合反映,在工业发展中具有前导地位。
仪器仪表集机、电、计算机、信息处理等多学科于一体,是多学科相互交叉、渗透、结合的综合学科。
其中以超精密测量技术所代表的测量技术在国防、航天、航空、航海、铁道、机械、轻工、化工、电子、电力、电信、钢铁、石油、矿山、煤炭、地质、勘侧等领域有极其广泛的应用,在国民经济建设中占有重要的地位。
在发展高端装备制造业的背景下,提高我国在超精密测量方面的科研实力和技术水平,成为不得不解决的迫切问题。
因此我们小组结合本专业的科研方向和哈尔滨工业大学的特色,希望通过本次调查,了解我国在超精密测量技术在高端装备制造业特别是高精尖装备(以光刻机和超精密车床为例)中的应用现状,并且能够加强对本专业的认识。
1.2 调查方式我们小组结合寒假寒假小组成员分散各地,无法进行统一调查活动的实际,借助网络,通过访问各大仪器公司网站、阅读仪器科学和超精密测量方面的相关文献、发放调查问卷、采访超精密测量专业相关方向的硕士研究生等形式,对该问题进行了较为深入的调查研究。
1.3 调查意义本次社会实践调查,充分地锻炼了我们搜集、处理信息的能力,在团队调查过程中,小组成员分工明确,集思广益,极大的增强了我们的团队协作意识和团队精;通过本次调查,我们小组成员对本专业有了更加明确的认识,意识到我们国家在高端装备制造业的不足及精密测量特别是超精密测量对我国国民经济发展和国防现代化的极其重要的作用;同时我们更加感受到了作为新一代哈工大人身上的千钧重担,极大地增强了我们身为哈工大人的自豪感和责任感,坚定了我们投身国家现代化建设、为早日实现中华民族复兴的伟大中国梦奋斗终生的崇高信念!2 超精密测量技术2.1 组成超精密测量技术与仪器工程研究中包含的几个热点问题主要有: 二维和三维微小内尺度精密和超精密测量技术、超精密三维轮廓与坐标测量技术、无基准三维轮廓测量技术、超精密回转基准和直线基准技术、大输出力、高稳定性超微驱动技术等。
这些技术的研究代表了目前超精密测量技术和仪器工程研究的发展趋势 ,也是超精密测量技术领域的重要组成部分和技术难点。
我们小组对其中的微力接触式测量技术和振动扫描式测量技术进行了调查,下面我们将以以上两种关键性技术为例,介绍超精密测量技术的组成及特点。
2.1.1 微力接触式测量技术1997~ 1998年 ,德国联邦物理技术研究院 ( PTB)和天津大学先后提出了微力接触式测量技术 ,原理见图 1。
图 1 微力接触式测量原理图测量系统主要包括光学成像、照明单元、光纤触测单元和三维 CN C控制运动单元。
测量系统的原理是利用光学成像系统和 CCD 摄像机确定被照明的接触测头的球心位置。
经拉伸及弯曲后的光纤作为“测杆”置于光学系统的光轴上 ,在光纤的拉伸端粘有或利用热熔化方法形成的微型触测球体。
微型触测球体被调整到光学系统的焦平面内 ,并由光纤另一端的冷光源照明。
由被照明的触测球体反射或漫反射回来的光经光学成像系统在像平面的CCD上形成圆形亮光斑。
当系统触测工件时 (触测球体相对于CCD移动 ) ,亮光斑的位置将发生变化。
光斑中心位置的变化(与被测点的空间坐标相对应 )可以利用相应的图像处理软件以亚像素的精度计算出。
理论上讲,若光学系统采用 10倍的物镜 ,CCD 像素间距为10μm, 则光学系统标尺应为1μm 像素。
当亮光斑在 CCD上所成的像多于50个像素 ,则利用亚像素插分优化算法 ,光斑中心位置的横向分辨率可达 0.05μm。
当然 ,系统的实际横向分辨率还取决于图像算法和光斑的成像质量。
触测工件时触测球体在光轴方向上的离焦距离可以利用CCD上形成的亮光斑直径的变化计算确定后进行补偿 ,即当触测球体离焦时 ,将导致亮光斑的边界对比度减弱 ,若采用灰度阀值法进行边界判断时 ,则相当于亮光斑的直径被放大了(见图 2)。
亮光斑直径的变化和轴向离焦距离的关系可以通过实验标定出来。
实验表明,在焦平面附近的一段区域内其关系呈线性。
图 2 灰度阀值法边界判断时因离焦导致直径的变化该原理中,传感器测杆直径为20μm ,测头直径为40μm~100μm。
测量力小于10 mN ,测量不确定度小于1μm。
该技术的缺陷是,测深孔时由于反射光或漫反射光的部分遮挡效应,使测量不能正常进行。
2.1.2 振动扫描式测量技术该技术原理见图 3 。
图 3 振动扫描式测量技术原理图固定在测架上的振动器按照一定频率使探测器在被测表面的垂直方向上产生微小幅度的振动 ,当探测器与被测表面的距离减小至二者相接 近时,敏感电路将闭合。
由于探测器一直处于振动状态 ,所以电路闭合现象是间歇发生的(见图 3)。
当探测器按照一正弦信号激励振荡时 ,随着电压曲线的变化可获 V0 值。
当探测器与被测表面间的距离变化时 ,信号的载荷周期亦随之变化。
D 与Xo 之间的函数关系可由下式表示:D = 1 arc cos x 0 ( - a< x 0< a )c a 式中 , a 为振幅。
假定 a 已知 ,探测器与被测表面间的距离可通过测量D 和参考上式对应的理论曲线获得。
该技术可以测量100μm 左右的微孔 ,测量不确定度约为0.5μm 。
受探测器测杆刚度限制,测杆不能太长 ,所以该技术的不足之处是深度测量范围较小。
2.2 特点科学是从测量开始的—这是 19 世纪著名科学家门捷列夫的名言。
近几十年来,仪器的精度经历了飞速的发展,从精密测量(0.5μm~ 0.05μm )到超精密测量( 0.05 μm~ 0.005μm ),呈现出不同的特点。
其中超精密测量技术主要呈现出如下的特点:测量精度明显提高一个数量级(同精密测量比较),达到了微米级甚至纳米级;测量仪器本身体现出多学科交叉、仪器大型化的特点,以三坐标测量仪为例,就有光学、精密机械学、电子电路、计算机等学科交叉融合,光机电一体化的趋势越来越明显。
复合型人才成为仪器科学的新宠儿;大型仪器工程项目更是对科研院所整体科研实力的检验。
超精密测量技术同时也在新兴的分子生物学、医药学领域大放异彩,与新型高技术学科的紧密结合也成为超精密测量的新方向。
3 高精尖装备与超精密测量3.1 我国高精尖装备发展现状装备制造业是任何一个发达工业体系的中枢,在经济成长和新型工业化过程中发挥着极为重要的作用,因而加快装备制造业特别是高端装备制造业的发展对于中国经济的健康运行具有重要的意义。
它是促进工业产业结构优化升级,增强国民经济运行质量,提高工业经济效益的要求,也是扩大就业和确保国家经济安全的需要。
而我国装备制造业尤其是高端装备制造业领域目前存在技术落后、产业研发能力弱以及重引进而不注重消化创新等问题。
由于装备制造业承担着对其他产业提供技术手段的重要职能,因而其落后状况已制约了国家工业结构调整的进程。
在当今激烈的国际竞争环境下,高端装备制造业领域的落后已经成为制约我们实现新型工业现代化的瓶颈。
而高精尖装备不得不依赖进口的现状也对我们国家的安全构成了威胁。
本文以被称为高精尖装备制造领域“珠穆朗玛峰”的光刻机为例,调查分析我国高精尖装备发展的现状,并试图提出意见与建议改变这种现状。
3.1.1 光刻机现状光刻是大规模集成电路制造中的核心步骤,它把要制作的电路结构(包括半导体器件、隔离槽、接触孔、金属互联线等图形)复制到硅片表面的光敏光刻胶上为下一步的刻蚀或离子注入做准备,因此集成电路集成度的提高与光刻技术密切相关,而事实上正是光刻技术的发展直接推动了集成电路的进步。
新一代集成电路的出现总是代表当时最先进的光刻技术水平的应用,而相比于其他单个制造工艺技术而言,光刻对芯片性能的发展有着革命性的贡献。
3.1.1.1 行业现状光刻机是光刻工艺的重要设备,随着科技的进步和人类对更高更精细工艺的追求,经历了从接触式光刻机、接近式光刻机、全硅片扫描投影式光刻机、分布重复投影式光刻机到目前普遍采用的步进式扫描投影式光刻机的发展历程。
根据最新的国际半导体技术发展形势,半导体制造技术早在 2007年就已经达到65nm节点级别和l1nm的套刻精度,2008年45nm级别的产品就已经问世并已投入于芯片生产,而各大厂商对32nm级别的研发工作同样紧锣密鼓地进行着。
近年来,国际上用于 65nm 节点的主流光刻机是193nm的ArF干式步进扫描投影式光刻机和193nm的浸没式光刻机,而用于45nm节点的主流光刻机是193nm的ArF浸没式光刻机。
现对于一些主要芯片生产商使用193nm浸没式光刻机的情况的统计可以看出 ASML(荷兰)、Nikon(美国)和 Canon(日本)三大厂商在 193nm 浸没式光刻机的研发和应用方面居于世界领先地位。
3.1.1.2 国际国内现状目前国际上光刻机的研发和制造几乎处于垄断地位,最大的三家生产商为ASMI(荷兰)、Nikon(美国)和 Canon(日本)。
根据2007年的统计数据,ASML在中高端和最高端(如沉浸式)光刻机市场分别占据约60%和约80%的市场份额;不过,其竞争对手 Nikon和Canon也在奋力追赶,它们的主要优势在于相对较低的价格.ASMI 的Twinscan系列光刻机是目前世界上精度最高、生产效率最高、应用最为广泛的高端光刻机型,全球绝大多数半导体生产厂商,如英特尔 (Inte1)、三星 (Samsung)、海力士 (Hynix)、台积电(TSMC)、中芯国际(SMI)等,均向 ASMI采购了该机型。