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精密制造之眼 — 时栅传感器

时栅位移传感器是全球首款使用“时间测量空间”思想的位移传感器,通过对电场耦合获得的电行波进行高频时钟脉冲插补,得到和位移关系成正比的时间周期值,从而完成位移测量。在实现高测量精度和高分辨率的同时,还能实现绝对位移信号输出,拥有优异的动态性能,也兼具较高的可靠性(抗干扰、抗冲击、抗油污)和较大的安装允差,时栅产品包括直线时栅和圆时栅两种。

01 国家重大需求

精密位移测量技术及器件是高端机床装备的核心技术和关键功能部件,直接决定主机的性能,是实现精密定位与控制的“眼睛”,属我国高端装备领域亟待突破的一项关键核心技术。高精度位移传感器国产化刻不容缓,研发具有自主知识产权的高精度位移传感器产品能很好地服务集团布局并有助于解决我国高端数控机床核心关键技术的重大需求。

02时栅技术介绍

◉思想提出

彭东林教授最初提出“通过构建一种高匀速的运动作为时间基准,利用时间上的时刻比较来实现位移测量”的新思想,由于时间量是人类目前测量精度最高的物理量,比空间高六个数量级,因此通过“以时间测量空间”来提高位移测量精度,逐步形成了“利用时间脉冲构成空间位移测量基准”的原创学术思想和“时栅传感”重大技术发明。

◉阐扬光大

刘小康教授及其团队不断对时栅传感技术进行迭代,2011年提出利用正交变化的电场构建一种等效空间域运动作为运动参考系,建立空间位移和时间基准之间的关系,发挥时间量是人类测量精度最高的物理量这一客观优势,通过简化和优化时间基准的传递过程,科学缩短时间基准传递链的长度,从而提高运动参考系的匀速性,同时通过解决传感器结构与参数优化、器件制造和信号处理智能化等一系列关键技术问题进而提高测量精度,逐步实现从毫米到微米再到纳米精度的跨越。这种新一代的时栅传感器又称作“纳米时栅”。

◉发展历程

时栅位移传感器经历从原理创新、技术突破、高品质产品到新兴产业二十多年的发展历程,为传统的几何测量精密学科引入新鲜血液。

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▲发展历程


◉技术成果

时栅技术是公司技术团队历经20余年研发成功的世界级首创性成果,是由我国科学家首次提出的基于时空坐标转换的原理而发明的高精度位移传感器。

纳米时栅经我国最高法定计量机构——中国计量科学研究院检定,性能指标全面达到国际领先水平。获得专利37项,其中在美国、日本、德国获得6项国际PCT发明专利。纳米时栅研究成果发表SCI一区TOP期刊论文6篇,被国外同行专家评价为“首创”、“原创的工作”。研究成果已在多家重要单位得到批量应用。相关成果获得国家技术发明二等奖1项、中国专利金奖1项,重庆市技术发明一等奖2项。

03时栅技术优势

◉精度高

采用高频时钟脉冲作为空间位移的测量基准,利用时间尺度提高空间尺度的测量精度和分辨力,测量性能的提高不依赖于机械制造的“精”和“密”,从原理上就具备了高精度和高分辨率的基础。

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▲精度高



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▲精度高



◉工艺简单

采用制造尺度在毫米级的传感“栅面”而不是传统的微米、亚微米级的细密“栅线”来传感信号,摆脱制造装备和工艺水平对大量程纳米测量技术的制约,因此MEMS非硅基加工或印制电路板加工工艺技术即可实现栅尺制造,制造成本较低。

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▲时栅主要组件


◉环境适应性强

以电容阵列作为传感单元,以交变电场作为信号载体,在耐油污粉尘、抗冲击振动等环境适应性方面具有明显的优势。

04产品介绍

产品分为直线时栅位移传感器和圆时栅位移传感器两类。

◉直线时栅位移传感器

直接反馈直线轴位移,无其他机械传动件,能够避免潜在误差源影响,包括丝杠发热导致形变的定位误差、反向误差以及滚珠丝杠螺距补偿导致的运动特性误差。

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▲直线时栅位移传感器




◉圆时栅位移传感器

能直接体现伺服电机、旋转轴承等部件转动角度,具有精度高、尺寸灵活、适应能力强、安装简单等优点。

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▲圆时栅位移传感器


05市场应用

精密位移测量传感器广泛用于需要极高测量精度的机器设备,或安装环境较为恶劣的加工场景,是高档数控机床、集成电路专用设备等领域精密高端装备的核心技术和关键功能部件之一,直接决定主机性能水平。

通用技术集团国测时栅科技有限公司围绕原创纳米时栅技术,开展基础研究、产品开发及生产销售,开发出的系列位移传感器突破了高档数控机床、半导体加工、量具量仪、工业机器人等领域的关键核心技术。已批量应用于沈机集团、深圳大族激光等多家重要单位。

06公司介绍

通用技术集团国测时栅科技有限公司由通用技术集团和重庆理工大学共同合资设立,位于重庆市高新区西部(重庆)科学城。

公司面向国家和集团高端装备领域的重大需求,围绕原创纳米时栅技术打造“科学装置+国家工程中心+产业化基地”三合一平台,构建“基础研究-应用研究-技术开发-产业化”的创新链条,着力突破高精度高可靠性位移测量领域核心技术。同时以纳米时栅技术为核心竞争力,发展测量、驱动和控制一体化技术,研发“纳米时栅+”关键功能部件和智能装备。

通用技术集团国测时栅科技有限公司由通用技术集团和重庆理工大学共同合资设立,位于重庆市高新区西部(重庆)科学城。

公司面向国家和集团高端装备领域的重大需求,围绕原创纳米时栅技术打造“科学装置+国家工程中心+产业化基地”三合一平台,构建“基础研究-应用研究-技术开发-产业化”的创新链条,着力突破高精度高可靠性位移测量领域核心技术。同时以纳米时栅技术为核心竞争力,发展测量、驱动和控制一体化技术,研发“纳米时栅+”关键功能部件和智能装备。

通用技术集团国测时栅科技有限公司

联系电话:17783697979(王先生)

邮箱:office@gctg.cn

公司地址:重庆市九龙坡区新凤大道99号