時(shí)間，我們通常在一起說話，好像我們從來(lái)沒有分開過。但是，時(shí)間是一個(gè)抽象的概念，看不見，摸不著；光是一種看得見摸得著的物質(zhì)。兩者的聯(lián)系最多只能在愛因斯坦的相對(duì)論中找到，也是時(shí)間和光速的聯(lián)系。

反正光和時(shí)間，根據(jù)它們的原理創(chuàng)造出來(lái)的裝置和衍生應(yīng)用，在我們的生活中隨處可見。與光同行，與時(shí)俱進(jìn)。今天，我們將學(xué)習(xí)位移測(cè)量中的光和時(shí)間。

測(cè)量——進(jìn)步的階梯

測(cè)量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得量化觀念的認(rèn)知過程。在這個(gè)過程中，人們會(huì)發(fā)明創(chuàng)造許多特殊的工具來(lái)幫助自己做實(shí)驗(yàn)和分析，獲得對(duì)客觀事物的數(shù)量概念和內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)。在現(xiàn)代社會(huì)，無(wú)論是科學(xué)實(shí)驗(yàn)還是生產(chǎn)過程，一旦離開測(cè)量，都會(huì)給工作帶來(lái)很大的盲目性。

根據(jù)被測(cè)對(duì)象，選擇特定的測(cè)頭、測(cè)針，測(cè)量包括機(jī)械測(cè)量、電學(xué)測(cè)量和光學(xué)測(cè)量...這些不同的分類有共同的問題需要解決，如測(cè)量系統(tǒng)分析、測(cè)量誤差分析等。它們有不同的特點(diǎn)，如各種物理參數(shù)的測(cè)量原理、方法和工具。

位移-測(cè)量的基礎(chǔ)

它是測(cè)量分類之一，是指測(cè)量物體在位移方向上的絕對(duì)或相對(duì)位置。一般來(lái)說，位移測(cè)量包括線位移和角位移的測(cè)量，通常理解為長(zhǎng)度和角度的測(cè)量。位移測(cè)量有廣泛的應(yīng)用，如工程。第一，可以直接檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)——機(jī)床工作臺(tái)的位移、轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向運(yùn)動(dòng)誤差等。二、小/最小位移的測(cè)量可以反映其他物理量的大小——水平測(cè)量。

位移測(cè)量可以是接觸式或非接觸式的。測(cè)量方法有很多，如積分法、回波法、線位移和角位移轉(zhuǎn)換法、位移傳感器法等。

傳感-精確的伴侶。

位移傳感器法是目前應(yīng)用最廣泛的位移測(cè)量方法。位移傳感器分為線位移傳感器和角位移傳感器。

精密測(cè)量是精密加工的基礎(chǔ)，是制造業(yè)中影響制造精度的決定性因素之一。在精密加工和工業(yè)測(cè)控(動(dòng)態(tài)測(cè)量)領(lǐng)域，精密位移傳感器是不可缺少的重要組成部分，被稱為“智能制造的眼睛”。其性能水平直接決定了加工制造的精度水平。

光柵高端閾值

目前常見的位移傳感器主要有應(yīng)變式、電感式、光柵式、容柵式和磁柵式。其中，光柵傳感器因其精度高、安裝方便、易于數(shù)字化而被廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工、檢測(cè)儀器等行業(yè)。

光柵位移測(cè)量起源于二十世紀(jì)五十年代。1954年，在英國(guó)建立了第一臺(tái)用莫爾條紋測(cè)量線位移的工作樣機(jī)。然后，各國(guó)開始不斷研究，逐漸建立和發(fā)展了基于干涉和衍射的測(cè)量系統(tǒng)。比較知名的有:德國(guó)Heidenhain在60年代開始生產(chǎn)線性光柵尺，之后又推出開放式光柵尺。日本佳能從90年代開始申請(qǐng)大量衍射光干涉專利，不斷研發(fā)位置傳感器；中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所于1959年自主研制出第一臺(tái)光柵刻劃?rùn)C(jī)和第一個(gè)光柵。近年來(lái)，它還生產(chǎn)了高精度的階梯光柵。

光柵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，德國(guó)和日本的一些供應(yīng)商控制著高端光柵的主導(dǎo)權(quán)。國(guó)內(nèi)高端智能設(shè)備大多配備國(guó)外光柵，國(guó)內(nèi)光柵廠商主要參與中低端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。此外，從巴黎協(xié)調(diào)委員會(huì)到瓦塞納爾協(xié)議，高端光柵技術(shù)作為核心功能部件，一直被國(guó)外巨頭進(jìn)行嚴(yán)密的戰(zhàn)略封鎖。能進(jìn)口的光柵也有一些問題，比如價(jià)格高，交貨期長(zhǎng)，售后難。為了在我國(guó)精密位移測(cè)量領(lǐng)域得到更好的發(fā)展，我們面臨著多重困難，高端光柵的國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)到了刻不容緩的地步。

中國(guó)制造業(yè)選擇的總體趨勢(shì)

雖然中國(guó)近年來(lái)在高端制造領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)一些制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、制造工藝和產(chǎn)業(yè)整體水平仍相對(duì)落后。就光柵制造設(shè)備而言，雖然國(guó)內(nèi)可以雕刻出光柵原型，但受限于加工設(shè)備和工藝的整體水平，只能在局部小范圍內(nèi)達(dá)到納米級(jí)精度水平，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。

近年來(lái)，以智能控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高速高質(zhì)量發(fā)展，由人力、資源、能源等要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。目前全球疫情和貿(mào)易戰(zhàn)催生了產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)，進(jìn)一步釋放了智能制造裝備市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)高端光柵的需求。

當(dāng)前，我國(guó)高端制造業(yè)迫切需要突破核心瓶頸，解決關(guān)鍵技術(shù)受制于人、自主創(chuàng)新體系布局、先進(jìn)制造基礎(chǔ)扎實(shí)等緊迫問題。但由于國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)薄弱、高端光柵制造技術(shù)封鎖、數(shù)控系統(tǒng)限制等原因，我國(guó)高端制造業(yè)發(fā)展緩慢。為了擺脫國(guó)外技術(shù)的束縛，搶占新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，在國(guó)產(chǎn)替代的大趨勢(shì)下，高端核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、自主化，關(guān)鍵功能部件自主創(chuàng)新是大勢(shì)所趨。