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有一种神奇的材料只有我们知道-上至天文下至测量

2015-07-13 09:04:23 点击: 来自:企划编辑

We Believe in Dreams.(我们相信你的梦想)。”这简单的一句话近日在网络上被疯狂转载的北大宣传片《星空日记》的末尾,十几分钟的影片以一个小镇少年逐梦摘星征程为主线,历经磨难与残酷也曾放弃妥协,却终在北大天文系教授的鼓励下站上了自己的梦想舞台——与星空亲密连线。

 

星空日记

 

穿越那浩瀚的宇宙研究美丽的星空,天文学是一门神秘的学科,与之紧密联系的大型天文望远镜作为重要的观测工具,不断推动着人类对于宇宙的认知。
而玻璃陶瓷(微晶玻璃),一种级的高科技材料,具有玻璃与陶瓷的双重特性,其独到的不受温度影响的物理特性,可运用于天文望远镜的主镜及副镜上,提供优异的热平衡适应性能,更因其物理性质稳定可加工出佳的光学表面。

 

天文装备

图:天文装备


除此之外,该材料亦应用于与芯片集成电路纳米级生产相关的步进扫描光刻机及坐标测量机等域所需的直线光栅尺基体材料。

 

蔡司扫描光刻技术

图:步进扫描光刻技术


直线光栅尺,作为测量系统是坐标测量机的重要组成部分,于设计坐标测量机时,选择适合的光栅尺基体材料,对于提升测量机长期的精度稳定性及性能非常关键。

 

蔡司三坐标光栅尺手绘图

图:坐标测量机三轴配备光栅尺


热胀冷缩为材料的常规物理特性,当前国际计量标准所规定的基准温度为20℃,偏离该温度将导致材料长度的变化,而计量实验室日常使用时难以长期保证20℃的理想条件,因此,光栅材料的热膨胀系数CTE不可忽略,材料成分的微量差异将导致CTE变化,即便对于相同材料不同信息渠道所获取的热膨胀系数亦有差异,难以借此进行精确的长度补偿,相关精确热膨胀数据通常由具有DAkkS等权威认证的校准实验室进行检定及提供,但校准不确定度及温度测量误差等影响对于大部分材料而言不可忽视。
玻璃陶瓷光栅尺有效消除测量误差的影响
以ZERODUR“零度”玻璃陶瓷光栅尺为例,即便于0℃至50℃较大温度范围条件下,线性热膨胀系数CTE仍为零,其优点在于:
无需进行温度补偿
无需温度传感器,更小化误差
光栅尺热膨胀系数的测量不确定度及温度测量误差是系统测量误差的重要来源,以500mm光栅尺为例,22℃条件下(详看下图),钢基体光栅尺热膨胀系数的不确定度(紫)达0.5um,温度测量误差(绿)亦达0.58um,两者的综合影响不可消除及忽略,采用ZERODUR玻璃陶瓷基体直线光栅尺,热膨胀系数的不确定度小至0.05um,由于其热膨胀系数为零,更无需额外的温度量测及补偿,长期精度精确及稳定性更佳。

 



图:常用光栅尺基体材料误差比对


因此,测量机的性能很大程度取决于直线光栅尺的热膨胀系数,同时也是决定精度的关键要素之一,玻璃陶瓷光栅尺已于高精度桥式测量机产业中得以广泛应用,其长久耐用性亦得到业界的一致认可。
与此同时,随着批量化生产的质量管控要求日益提升,测量机更接近于实际加工位置,车间型测量技术令测量值得以快速直接进入生产控制过程,显著提升加工精度及成本效益。鉴于恶劣的车间环境相较于计量实验室对于测量机提出更高的要求,零膨胀系数玻璃陶瓷光栅尺将可于实际应用中发挥更加积的作用。

 



图:配备玻璃陶瓷光栅尺的车间型测量机

 

本文来自蔡司三坐标授权代理昆山友硕(www.cmm-yosoar.com)@ALVA 转载请注明

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