先進(jìn)制造中的現(xiàn)代精密測量技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，現(xiàn)代精密測量技術(shù)對一個國家的發(fā)展起著十分重要的作用。如果沒有先進(jìn)的測量技術(shù)與測量手段，就很難設(shè)計和制造出綜合性能和單相性能均優(yōu)良的產(chǎn)品，更談不發(fā)展現(xiàn)代高新尖端技術(shù)，因此世界各個工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視和發(fā)展現(xiàn)代精密測量技術(shù)。

精密測量技術(shù)

現(xiàn)代精密測量技術(shù)是一門集光學(xué)、電子、傳感器、圖像、制造及計算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性交叉學(xué)科，涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展需要眾多相關(guān)學(xué)科的支持。

在現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)和科學(xué)研究中，測量儀器具有精密化、集成化、智慧化的發(fā)展趨勢。發(fā)展高速坐標(biāo)測量機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。同時，作為下世紀(jì)的重點發(fā)展目標(biāo)，各國在微/納米測量技術(shù)領(lǐng)域開展了廣泛的應(yīng)用研究。

微/納米級精密測量技術(shù)

科學(xué)技術(shù)向微小領(lǐng)域發(fā)展，由毫米級、微米級繼而涉足到納米級，即微/納米技術(shù)。

納米級加工技術(shù)可分為加工精度和加工尺度兩方面。加工精度由本世紀(jì)初的最高精度微米級發(fā)展到現(xiàn)有的幾個納米數(shù)量級。金剛石車床加工的超精密衍射光柵精度已達(dá)1nm，已經(jīng)可以制作10nm以下的線、柱、槽。

微/納米技術(shù)的發(fā)展，離不開微米級和納米級的測量技術(shù)與設(shè)備。具有微米及亞微米測量精度的幾何量與表面形貌測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如HP5528雙頻激光干涉測量系統(tǒng)(精度10nm)、具有1nm精度的光學(xué)觸針式輪廓掃描系統(tǒng)等。

因為掃描隧道顯微鏡、掃描探針顯微鏡和原子力顯微鏡用來直接觀測原子尺度結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，使得進(jìn)行原子級的操作、裝配和改形等加工處理成為近幾年來的前沿技術(shù)。

納米測量的掃描X射線干涉技術(shù)

以SPM為基礎(chǔ)的觀測技術(shù)只能給出納米級分辨率，卻不能給出表面結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的納米尺寸，這是因為到目前為止缺少一種簡便的納米精度(0.10～0.01nm)尺寸測量的定標(biāo)手段。

美國NIST和德國PTB分別測得硅(220)晶體的晶面間距為192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒溫下對220晶間距進(jìn)行穩(wěn)定性測試，發(fā)現(xiàn)其18天的變化不超過0.1fm。實驗充分說明單晶硅的晶面間距具有較好的穩(wěn)定性。

掃描X射線干涉測量技術(shù)是微/納米測量中的一項新技術(shù)，它正是利用單晶硅的晶面間距作為亞納米精度的基本測量單位，加上X射線波長比可見光波波長小兩個數(shù)量級，有可能實現(xiàn)0.01nm的分辨率。該方法較其它方法對環(huán)境要求低，測量穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，是一種很有潛力的方便的納米測量技術(shù)。

自從1983年D.G.Chetwynd將其應(yīng)用于微位移測量以來，英、日、意大利相繼將其應(yīng)用于納米級位移傳感器的校正。國內(nèi)清華大學(xué)測試技術(shù)與儀器國家重點實驗室在1997年5月利用自己研制的X射線干涉器件在國內(nèi)首次清楚地觀察到X射線干涉條紋。軟X射線顯微鏡、掃描光聲顯微鏡等用以檢測微結(jié)構(gòu)表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微缺陷。邁克爾遜型差拍干涉儀，適于超精細(xì)加工表面輪廓的測量，如拋光表面、精研表面等，測量表面輪廓高度變化最小可達(dá)0.5nm，橫向(X，Y向)測量精度可達(dá)0.3～1.0μm。渥拉斯頓型差拍雙頻激光干涉儀在微觀表面形貌測量中，其分辨率可達(dá)0.1nm數(shù)量級。