高端制造裝備協(xié)同創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園工程項(xiàng)目可行性研究報(bào)告(編輯修改稿)
2025-06-09 12:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 車軸承股份有限公司全自動(dòng)、全參數(shù)檢測239（稅前）2條 該技術(shù)帶來的超額利潤見表2。表2序號名稱簡稱價(jià)格（萬）成本（萬）利潤（萬）技術(shù)利潤（萬）每年銷售（條）合作10年銷售（條）總技術(shù)利潤（萬）1圓錐滾子軸承全自動(dòng)全參數(shù)檢測裝配線完整版36030654181101802圓錐滾子軸承全自動(dòng)裝配線簡裝版120903063301803圓錐滾子軸承全自動(dòng)多參數(shù)檢測裝配線檢測版130~35090~260~～220240總超額技術(shù)利潤（萬）600（四） 高精度制造計(jì)量、測量器具與儀器該項(xiàng)目已獲得2011年國家重大科學(xué)儀器專項(xiàng)。也是工程中心儀器系的主攻方向，已有成熟的儀器和技術(shù)。隨著科學(xué)研究和先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品表面形貌與結(jié)構(gòu)越來越多樣化，由傳統(tǒng)工程表面，發(fā)展到越來越多科學(xué)表面，如生物表面、IC表面、MEMS表面、能源器件表面、信息存儲(chǔ)表面、結(jié)構(gòu)光學(xué)表面、功能表面等，由平滑表面發(fā)展到結(jié)構(gòu)性表面，由簡單幾何表面發(fā)展到自由曲面，由毫米微米尺度形貌發(fā)展到納米尺度形貌，精度要求也越來越高。我國多項(xiàng)重大工程、國家重大專項(xiàng)項(xiàng)目的研究中，離不開高端表面形貌與結(jié)構(gòu)測量儀器。如星空探測、點(diǎn)火工程、同步輻射工程中，諸多超精密平面和曲面鏡面的制備，需要既有納米分辨率、又有大范圍的表面測量分析手段來進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測和控制；在我國重大專項(xiàng)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)中，迫切需要大范圍、高精度自由曲面綜合測量、分析系統(tǒng)，以用于精密加工工藝分析；在極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝專項(xiàng)中，要求能對微結(jié)構(gòu)和微納形貌進(jìn)行測量分析的的儀器系統(tǒng)。另外有如MEMS、光伏器件、通訊器件、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究中，也面臨多樣的表面形貌測量分析需要。本項(xiàng)目針對我國重大工程和重大專項(xiàng)研究及先進(jìn)制造科研領(lǐng)域多樣化表面形貌測量、分析和評定不斷提高的現(xiàn)實(shí)需要，及我國表面輪廓測量儀器產(chǎn)品處于低水平，表面形貌三維測量儀器產(chǎn)品尚處于空白的現(xiàn)狀，提出研究開發(fā)系列高端表面形貌測量儀器。系列高端表面形貌測量儀器的開發(fā)，對于滿足諸多領(lǐng)域表面形貌和結(jié)構(gòu)的測量、分析需要，具有重要意義。本項(xiàng)目擬開發(fā)高端表面形貌測量系列儀器，包括①大范圍觸針掃描表面形貌綜合測量儀； ②白光干涉垂直掃描表面形貌綜合測量儀；③可溯源原子力探針掃描顯微鏡。技術(shù)路線如下：首先研究表面形貌測量系列儀器的共性技術(shù)支撐，包括基于雙正交衍射光柵干涉的共基面二維位移同步計(jì)量掃描工作臺，粗精兩級驅(qū)動(dòng)大范圍垂直掃描及控制技術(shù)，多樣性表面形貌與結(jié)構(gòu)的特征提取、分析技術(shù)。其次，采用相位光柵干涉技術(shù)，研發(fā)觸針掃描位移傳感器，并基于音圈電機(jī)測力控制設(shè)計(jì)，建立微恒力觸針掃描表面形貌測量傳感器；研究邁克爾遜白光干涉技術(shù)；研究白光干涉垂直定位計(jì)量技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)大范圍觸針掃描表面形貌綜合測量儀，白光干涉垂直掃描表面形貌綜合測量儀及可溯源原子力探針掃描顯微鏡。具體各部分技術(shù)方案如下：①基于雙正交衍射光柵干涉的二維位移同步計(jì)量當(dāng)一束準(zhǔn)直激光束垂直入射到柵線和工作面都互相平行的兩透射正交衍射光柵，它被它們多次衍射，在柵線方向產(chǎn)生衍射干涉特征。且干涉特征周期變化對應(yīng)光柵相對移動(dòng)。通過兩個(gè)光電探測器同時(shí)對兩正交方向干涉條紋分析計(jì)數(shù)，便可同時(shí)得到光柵相對位移，從而實(shí)現(xiàn)二維位移同步測量。②粗精兩級驅(qū)動(dòng)大范圍垂直掃描及控制技術(shù)即通過壓電陶瓷精驅(qū)動(dòng)，電機(jī)粗驅(qū)動(dòng)，輔助計(jì)量系統(tǒng)和粗精耦合控制，實(shí)現(xiàn)粗精兩級掃描驅(qū)動(dòng)，完成大范圍、高精度位移掃描。③邁克爾遜白光干涉顯微鏡白光干涉顯微鏡，是實(shí)現(xiàn)白光干涉垂直掃描表面形貌綜合測量和基于白光干涉的可溯源原子力掃描探針顯微鏡的基礎(chǔ)。項(xiàng)目方案中，采用長工作距離顯微物鏡，LED同軸光源作為光源，構(gòu)成邁克爾遜白光干涉顯微鏡。④多樣性表面形貌與結(jié)構(gòu)特征提取、分析、評定技術(shù)多樣性表面形貌與結(jié)構(gòu)特征提取、分析、評定，即建立涵蓋多種分析工具的特征分析工具箱、標(biāo)準(zhǔn)評定算法和個(gè)性化評定算法的評定工具箱，共同組成特征提取、分析、評定軟件系統(tǒng)。b. 大范圍觸針掃描三維表面形貌綜合測量儀①相位光柵干涉觸針掃描位移傳感器相位光柵干涉觸針掃描位移傳感器是杠桿觸針掃描傳感器，采用相位光柵作為傳感元件。測針隨表面起伏上下移動(dòng)，引起杠桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)相位光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，光電探測器探測入射到相位光柵的激光發(fā)生的衍射干涉條紋移動(dòng)，得到相位光柵位移，進(jìn)而得到測針起伏，從而得到表面高度分布。②基于電磁作用的測力控制建立觸針掃描傳感器測量過程中的動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)音圈電機(jī)測力控制機(jī)構(gòu)作用于測桿后端，基于動(dòng)力學(xué)模型及傳感器角度位置和速度監(jiān)測，采取PID算法，控制測針測力。③大范圍觸針掃描傳感器垂直和水平定位的非線性誤差機(jī)理和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模型建立相位光柵計(jì)量結(jié)果與測針橫向和水平位移非線性關(guān)系模型，基于該模型，建立對于采樣數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模型和算法。c. 偏振相移白光干涉表面形貌綜合測量儀偏振相移白光干涉顯微鏡基于邁克爾遜白光干涉技術(shù)。該干涉顯微鏡采用白光源實(shí)現(xiàn)白光垂直掃描測量，加入濾光片獲取單色光，采用偏振相移，實(shí)現(xiàn)相移干涉測量，得到對超精密表面垂直方向nm分辨率測量?？伤菰丛恿μ结槖呙栾@微鏡利用白光干涉特征定位原理。探針隨著表面的起伏上下移動(dòng)，引起懸臂梁的變形，導(dǎo)致白光干涉顯微鏡下探針懸臂上初始零級條紋中心線移動(dòng)，通過條紋移動(dòng)量測量，可知表面的高度變化。對于大范圍測量，需要驅(qū)動(dòng)粗精兩級驅(qū)動(dòng)垂直掃描及計(jì)量系統(tǒng)，使零級條紋始終處于測針懸臂上，出現(xiàn)在CCD視場范圍內(nèi)。垂直掃描機(jī)構(gòu)所處位置始終疊加到探針零級條紋對應(yīng)高度值，作為采樣點(diǎn)高度。應(yīng)用開發(fā)分4個(gè)應(yīng)用任務(wù)執(zhí)行，分別對開發(fā)的系列儀器進(jìn)行示范應(yīng)用和應(yīng)用開發(fā)：采用項(xiàng)目研發(fā)的表面形貌綜合測量儀，對武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室(籌)開展的MEMS、半導(dǎo)體照明、光通訊、光伏發(fā)電、IC等領(lǐng)域器件研究或制備中的微結(jié)構(gòu)和微形貌特征進(jìn)行測量，以進(jìn)行相關(guān)樣件特征分析和功能、工藝分析，同時(shí)通過應(yīng)用，為開發(fā)儀器的改進(jìn)完善提供建議和方案。采用項(xiàng)目研發(fā)的可溯源原子力探針掃描顯微鏡，對上海微電子裝備有限公司光刻工藝硅片進(jìn)行高分辨率檢測和分析，提出影響光刻關(guān)鍵尺寸的工藝參數(shù)。同時(shí)，通過該顯微鏡的試用，不斷發(fā)現(xiàn)其功能和性能不足，以便于改進(jìn)、完善。應(yīng)用項(xiàng)目研發(fā)的大范圍觸針表面形貌綜合測量儀，在華中科技大學(xué)數(shù)控工程中心數(shù)控專項(xiàng)項(xiàng)目中，對五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控自由曲面加工表面進(jìn)行測量與分析，解決其工藝分析和優(yōu)化問題，提出多自由度數(shù)控銑削加工的表面質(zhì)量表征參數(shù)系列和工藝參數(shù)系列。同時(shí)
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