青島打造0.5微米“工業(yè)之眼”

“這個(gè)項(xiàng)目，我們前前后后花了近十年的時(shí)間進(jìn)行技術(shù)突破，也培養(yǎng)了一大批高精度測(cè)量裝備的人才。”郝健告訴記者。新技術(shù)要實(shí)現(xiàn)0.5μm的超高精度，堪比“在螺螄殼里面做道場(chǎng)”。

精密儀器，被稱為科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的“眼睛”和“神經(jīng)”。

7月18日舉行的青島市科技創(chuàng)新大會(huì)上，?？怂箍抵圃熘悄芗夹g(shù)（青島）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“海克斯康”）的科研成果——基于微納多傳感信息融合的0.5μm（微米）超高精密四軸聯(lián)動(dòng)高端測(cè)量?jī)x器的研發(fā)與應(yīng)用，榮獲2024年度青島市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、海克斯康制造智能大中華區(qū)執(zhí)行總裁郝健表示，該研究成果將廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、新能源、醫(yī)療器械、精密制造等高端制造業(yè)，如今已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，并可對(duì)標(biāo)國(guó)際一流水平。研究成果最終目的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)精密儀器的高精度測(cè)量技術(shù)自主可控和國(guó)產(chǎn)化替代，打破國(guó)外技術(shù)封鎖和依賴進(jìn)口的困境，解決國(guó)內(nèi)制造業(yè)存在的高精度測(cè)量問(wèn)題。

“小細(xì)節(jié)”成就“大裝備”

在智能制造領(lǐng)域，?？怂箍狄跃苡?jì)量技術(shù)聞名。

在青島?？怂箍祱@區(qū)的研發(fā)區(qū)域，一臺(tái)看似普通的檢測(cè)儀器正在進(jìn)行機(jī)器人性能的關(guān)鍵測(cè)量——RV減速器齒輪圈精度檢測(cè)。RV減速器齒輪圈作為機(jī)器人關(guān)節(jié)的核心部件，其精度直接決定了機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)柔和、精準(zhǔn)的咬合動(dòng)作，進(jìn)而影響機(jī)器人整體運(yùn)行的安全性和可靠性。

一根成年人頭發(fā)絲平均直徑約為75μm，即0.000075米。

0.5μm的誤差閾值，僅相當(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)絲直徑的1/150，卻決定著機(jī)器人能否安全運(yùn)行。

這臺(tái)設(shè)備，能在小于千分之一毫米的精度范圍內(nèi)捕捉產(chǎn)品的微小誤差，在復(fù)雜曲面上測(cè)量出微納米級(jí)的形貌變化，以每秒數(shù)千次的頻率實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。

檢測(cè)過(guò)程中，紅寶石探針以微米級(jí)的精度掃描齒輪圈的復(fù)雜曲面，每秒捕捉著上千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再通過(guò)高精度算法分析精度誤差，不到五分鐘，就形成了完整的數(shù)字孿生報(bào)告。

“這一過(guò)程不僅需要超高的硬件精度，更依賴強(qiáng)大的軟件算法支撐?！焙陆〗榻B說(shuō)。這正是基于微納多傳感信息融合的0.5μm超高精密四軸聯(lián)動(dòng)高端測(cè)量?jī)x器的研發(fā)與應(yīng)用的精密儀器之一。

2024年12月，多家知名品牌汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)向國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局備案了召回計(jì)劃，宣布召回共計(jì)86.76萬(wàn)輛汽車(chē)。其中，不乏由于生產(chǎn)制造的偏差造成的安全隱患。

一個(gè)零部件的好壞，測(cè)量環(huán)節(jié)起到了決定性作用。

國(guó)內(nèi)眾多高精度測(cè)量機(jī)測(cè)量精度多為1.5μm，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)有著不小的差距，以致高精度測(cè)量機(jī)主要依賴進(jìn)口，這也使得中國(guó)精密檢測(cè)儀器的研發(fā)亟待突破。

精密檢測(cè)儀器的價(jià)值在于，它不僅確保了零部件的制造質(zhì)量，更推動(dòng)了智能制造向更高精度、更可靠的方向發(fā)展。沒(méi)有這樣的精密計(jì)量技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)的高效、精準(zhǔn)、安全便無(wú)從談起。

作為在全球制造業(yè)版圖上占據(jù)重要位置的國(guó)家，中國(guó)要進(jìn)一步提升自身的制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，就不能在精密儀器領(lǐng)域長(zhǎng)期處于“仰人鼻息”的境地。

毫厘之間見(jiàn)匠心

“這個(gè)項(xiàng)目，我們前前后后花了近十年的時(shí)間進(jìn)行技術(shù)突破，也培養(yǎng)了一大批高精度測(cè)量裝備的人才?！焙陆「嬖V記者。

新技術(shù)要實(shí)現(xiàn)0.5μm的超高精度，堪比“在螺螄殼里面做道場(chǎng)”。

“保持超高精度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是研發(fā)過(guò)程的關(guān)鍵?！焙陆〗榻B，項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)遇到并解決了多個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：面對(duì)影響超高精度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的材料形變、熱膨脹、振動(dòng)等挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)采用低熱膨脹系數(shù)的花崗巖框并結(jié)合可以減少摩擦的多孔氣浮塊來(lái)提升結(jié)構(gòu)剛性；設(shè)計(jì)對(duì)稱橫梁降低阿貝誤差；使用高阻尼材料抑制振動(dòng)；通過(guò)有限元仿真優(yōu)化框架應(yīng)力分布，確保精密檢測(cè)儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

面對(duì)影響傳動(dòng)系統(tǒng)精度的絲杠傳動(dòng)剛性不足、Z軸傳動(dòng)帶易振動(dòng)的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)采用固定式絲杠支撐結(jié)構(gòu)，減少熱變形影響；優(yōu)化柔性連接設(shè)計(jì)降低應(yīng)力集中；提升Z軸傳動(dòng)帶預(yù)緊力并選用高剛性材料，結(jié)合主動(dòng)減振系統(tǒng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償振動(dòng)。

“我們?cè)谇鄭u已經(jīng)深耕了四十多年，企業(yè)前身為中航工業(yè)前哨科研二所，曾于1988年研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)?！焙陆≌f(shuō)。得益于年復(fù)一年的積累，郝健和他的團(tuán)隊(duì)取得了技術(shù)突破?！皽y(cè)量一個(gè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，可能要10分鐘，使用這臺(tái)設(shè)備，通過(guò)多傳感器的融合技術(shù)，不到2分鐘就能完成?！?/p>

2024年，工業(yè)和信息化部網(wǎng)站上公布的智能制造系統(tǒng)解決方案“揭榜掛帥”項(xiàng)目名單中，?？怂箍蛋裆嫌忻Ｋ麄兘野竦摹盎跀?shù)據(jù)和模型的質(zhì)量綜合管控方案”要達(dá)到“研制航空航天行業(yè)QBI質(zhì)量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可視化圖形不少于20種，質(zhì)量分析算法模型不少于10種，產(chǎn)品不良率下降15%”的效果。

不久前，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)鏈面臨挑戰(zhàn)的消息傳來(lái)，在中國(guó)國(guó)產(chǎn)C919機(jī)身上，國(guó)產(chǎn)航發(fā)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的裝配精度已悄然提升至微米級(jí)，中國(guó)航空航天企業(yè)不再有“測(cè)量精度焦慮”。在這背后，基于微納多傳感信息融合的0.5μm超高精密四軸聯(lián)動(dòng)高端測(cè)量?jī)x器的研發(fā)與應(yīng)用在其中發(fā)揮著重要作用。

“新能源電池、手機(jī)、電腦等核心零部件的檢測(cè)，都會(huì)用到我們的設(shè)備?！焙陆「嬖V記者，他們成功構(gòu)建了從原材料供應(yīng)、精密加工到性能測(cè)試的完整產(chǎn)業(yè)鏈，為航空航天、汽車(chē)、新能源、醫(yī)療器械、精密制造等高端制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了有力保障。

“研究成果前期實(shí)現(xiàn)了本地化生產(chǎn)與推廣應(yīng)用，我們已啟動(dòng)0.28微米全球精度最高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)攻關(guān)，未來(lái)三年要讓青島造出全球最精密的‘工業(yè)之眼’?！边@是目前郝健以及團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室正在沖刺的新紀(jì)錄，這把青島鍛造的“高精度標(biāo)尺”，標(biāo)定著中國(guó)精密智造攀登“計(jì)量珠峰”的新坐標(biāo)。