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- 发布日期:2024-11-27 23:26 点击次数:60
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常见的眼镜镜片两面,实则有着不一样的轮廓。若要测量镜片尺寸,需要在测完一面数据后,翻面再测量另一面。
看似简单的操作,在“高端局”却无法施展——半导体晶圆、玻璃面板和透镜等,不仅在工业和民用领域应用广泛,而且它们作为高精度双界面(即具有两个面)器件,蕴含了较高的技术水平和利润。这些器件的“翻面测量”,会导致测量定位基准丧失,从而无法保证精度。
“这是工业测量领域的世纪难题!”德国国家联邦物理技术研究院(PTB)主任科学家冯·哈尔提格感叹。他所在的研究院以精密测量著称,走出了普朗克等科学巨匠。冯·哈尔提格表示,解决多界面器件轮廓测量问题,是提升这类器件质量品控水平的关键技术。
如今,在广州理工学院高等信号分析方向周延周教授和徐维超教授主持下,历经二十年来千余次失败,广州理工学院团队全面系统地突破了冯·哈尔提格所谓的“世纪难题”。
引入激光提升测量精度和稳定性
简单的“翻面”操作,何难之有?
“根据基本机械原理,夹持一个物品,哪怕是短暂地松开再重新夹持,也会导致定位基准的丧失。这在高精度测量中,是绝不允许的。”周延周谈到,高精度透镜如摄像头的镜片,在此情况下会造成“失之毫厘,谬以千里”的后果。
以自动驾驶汽车的摄像头为例,一旦镜片出现小误差,或者摄像头被眩光、反光等因素干扰,都会影响到成像效果,进而让后续的AI识别出现紊乱,产生重大交通风险。随着自动驾驶技术迈向精进,摄像头的图像获取会变得愈发重要。
有没有办法,一次性测量,就能同时穿透器件的两面呢?
2003年,周延周在英国参加一个引力波探测研讨会时,突发灵感,把几何量最高测量精度的引力波测量方法——激光干涉——引入到多界面器件测量中,认为如果解决稳定性问题,就可以解决这个世纪工业难题。2004年,他和合作者共同完成了第一篇研究论文,在国际上首次提出激光波数/波长扫描干涉透视测量多界面器件内部轮廓方法。
反射式透视测量,一次装夹、一次定位和一次同步测量,纳米级精度多层界面透视测量。
“激光透视,穿过高精度双界面器件就像穿过玻璃。在此过程中,无需‘二次夹持’,即可实现双面乃至多面轮廓的测量。” 周延周介绍。沿着这个路径他和团队成员俯首深耕了二十年,大幅度提高测量方法的精度和稳定性。
如今,周延周团队解决了一系列从基础数学原理到系统设计的关键问题。例如,多界面信号混叠秩次相关分析盲源分离问题;深度分辨率与最大量程问题;透镜装夹、瞄准、对焦和标定问题等等。
相关成果获得了国内外学界的认可。
“高精度透视测量多界面器件表面轮廓方法摘下工业测量领域皇冠上的明珠。”国内光学测试权威,哈尔滨工业大学航天学院光学测试系主任范志刚教授指出,取得在透镜和薄平板生产的质量控制新高度和制高点,是我国实力提升的一个重要标志,在产品定价方面中国厂商有了最终话语权。美国Zygo公司首席科学家P. Groot同样表示:“广州理工学院团队在技术上取得了突破,在生产工艺上展现出了卓越的创新能力。”
“二次创业”推动成果转化
在周延周看来,这项技术突破诞生于广州,有其产业发展的历史必然。
“透镜这类高精度设备产品,在广东省的生产量是全国最大,广东的光电产业在全球都走在前列,这里各种光学器件都有生产。”周延周说,随着自动驾驶、集成电路与半导体等产业的深入发展,对器件轮廓测量精度要求会提升。
目前,相关技术已在广东质检局等院所和厂家应用,业内评价其“效果超预期”。“我们是透镜生产厂商的上游环节,他们的产品出来后会应用到汽车制造等领域。”周延周提到,快速的产业化也是他们作为高校科研人员“二次创业”的结果。
2024年,周延周往广州理工学院任职帽峰学者。广州理工学院探索新型教育机构模式,针对科学突破和工业应用之间的差距,不仅在科学技术支持方面,而且在组织敏捷性和制度上,展现了快速反应和创新能力的适应性。
近年来,广州理工学院不断加大投入,引进了一批国内外知名学者,学校科研水平发展迅速。在几何量测量领域和机器人自动控制及其视觉领域,处于国际知名地位,在工业应用方面国内领先。
“广州理工学院通过产学研转化的机制创新,建立智能制造与人工智能研究院,实现了研制机器人系统产业化。每年有稳定年销售收入。”周延周介绍,研究院设成果转化办公室,将科技成果转化落地。
目前,周延周团队的科研成果,已获得2020年的广东省科技发明一等奖和2019年广东省自然科学二等奖。今年5月,团队设计的“离轴激光波数扫描菲索干涉测量仪”,获得第49届日内瓦国际创新发明展银奖。
第49届日内瓦国际创新发明展银奖。
接下来,周延周希望将透视测量技术在业界全面铺开,在广州理工学院借助机器视觉识别系统平台,进一步为实体经济发展和制造业转型升级贡献力量。
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