檢測(cè)技術(shù)是我國(guó)制造技術(shù)的短板
發(fā)布時(shí)間：2015-10-21
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來(lái)源：中國(guó)計(jì)量網(wǎng)
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9月10日下午，中國(guó)-以色列機(jī)器人與智能制造項(xiàng)目對(duì)接會(huì)暨發(fā)展戰(zhàn)略交流會(huì)在廣州舉行。新華網(wǎng)廣東頻道對(duì)此次會(huì)議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播。華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院院長(zhǎng)張憲民教授做關(guān)于“納米機(jī)器人與納米定位控制器”主題演講。張憲民研究的主要方向是精密定位與精密操作、機(jī)器人技術(shù)、精密制造裝備等。他表示，目前，我國(guó)制造技術(shù)的短板主要是檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)裝備沒(méi)有完善。在微納操作里，這是一個(gè)比較大的市場(chǎng)。
以下是講話全文：
剛才席勒教授講的機(jī)器人，從應(yīng)用機(jī)器人到工業(yè)機(jī)器人，實(shí)際上應(yīng)該說(shuō)，可能在未來(lái)的發(fā)展上都會(huì)對(duì)我們的工業(yè)界有很大的貢獻(xiàn)。
我所在的華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院有300多名教職工，有2600本科生、1800研究生，有5個(gè)系，2個(gè)所，有機(jī)械制造工程系、汽車工程系、工業(yè)裝備工程系、機(jī)電裝備工程系。我們有兩個(gè)研究所，也是國(guó)家基地、國(guó)家工程中心。
我的演講題目是“納米機(jī)器人與納米定位控制器”，剛才席勒教授講的是宏觀的，在整個(gè)機(jī)器人體系上面既有宏觀的，也有微觀的。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上，比如說(shuō)在納米層面上，其實(shí)未來(lái)它在工業(yè)界會(huì)起一個(gè)非常重要的作用，可能未來(lái)對(duì)工業(yè)的貢獻(xiàn)也是巨大的。我介紹一下我們這方面的基本情況和研究情況。
首先介紹一下背景，我們?nèi)庋劭梢钥吹降?，大概是亞毫米?jí)，我們看到幾百個(gè)微米的東西，再小我們就看不見(jiàn)了，實(shí)際上我們看不見(jiàn)的東西更精彩。我們周圍充滿微小的顆粒，我們看不見(jiàn)，包括PM2.5，它是客觀存在的。
美國(guó)的一個(gè)特別有名的物理學(xué)家談到，在底層、在微小領(lǐng)域有太多事情可做。這一定會(huì)引起工業(yè)界足夠的重視，他所說(shuō)的這個(gè)東西，指的就是微納，納米技術(shù)與生物技術(shù)、信息技術(shù)并列為21世紀(jì)的三大科技，廣州是科技中心，科學(xué)城是廣州的科技中心。這三大技術(shù)是高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，納米制造和納米制造相關(guān)的，例如納米機(jī)器人是支撐他們走向應(yīng)用的一個(gè)重要基礎(chǔ)。這塊應(yīng)該引起產(chǎn)業(yè)界、引起各個(gè)方面的足夠重視。
我們這里說(shuō)的Nanorobotics（注：納米機(jī)器人），它并不是指機(jī)器人的本身是Nanorobotics。它做的事情，它自身的移動(dòng)精度是納米級(jí)的?；诩{米、微納，它也是一種生產(chǎn)加工的手段，這里說(shuō)的就是這種微納操作。大家對(duì)這種常規(guī)的操作，就是常規(guī)的加工，我們比較熟悉的，像車洗爆膜，還有更小的范圍，在雅納米級(jí)里面，還有自組裝等設(shè)備。Nanorobotics是目前彌補(bǔ)我們?cè)瓉?lái)傳統(tǒng)生產(chǎn)的不足，目前這方面我們和德國(guó)在合作。
到底可以做什么呢？比如說(shuō)這里的納米探管，納米探管一直是一個(gè)非常熱的研究領(lǐng)域。納米探管怎么組裝，組裝成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)，納米探管的檢測(cè)。前幾年，克隆技術(shù)非常的火爆，現(xiàn)在大家還在不斷的研究，克隆技術(shù)的一個(gè)重要工作是什么呢？就是不斷的做細(xì)胞相關(guān)的工作，細(xì)胞相關(guān)的操作也是用了微納機(jī)器人。
在一個(gè)特別重要的領(lǐng)域，就是測(cè)量領(lǐng)域。比如說(shuō)大工程電路，線寬、光刻的深度。大工程電路的量產(chǎn)可以到40幾個(gè)納米，它怎么檢測(cè)？所以必須要用到有納米級(jí)精度的定位系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)去做。
這里舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，例如AFM，這個(gè)顯微鏡，大家看這個(gè)操作臺(tái)，右邊的操作臺(tái)，上面有待檢測(cè)的目標(biāo)，實(shí)際上我要對(duì)這個(gè)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行掃描檢測(cè)?，F(xiàn)在顯微鏡用的非常普及，對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，我們要進(jìn)行全域的掃描，全域的掃描就需要一個(gè)納米精度的掃描器，最后才可以檢測(cè)出結(jié)果。現(xiàn)在在生物領(lǐng)域、材料領(lǐng)域、電子制造領(lǐng)域，這樣的事情是經(jīng)常要做的。這是一個(gè)掃描電鏡，它是怎么工作的。它一定要有一個(gè)納米精度的載物臺(tái)。
這是一個(gè)大工程電路，從研磨板、鏡頭、硅片，我們?cè)诠饪痰倪^(guò)程中，不是一蹴而就的，不是一下子就光刻出來(lái)的，它需要中途反復(fù)多次的換研磨板，這個(gè)精度要在幾個(gè)納米中間。如果我們做45大工程電路，就需要5納米的精確定位。我們的手機(jī)里面用的芯片，大部分是大工程電路的制造方式做出來(lái)的芯片，實(shí)際上這些技術(shù)，我們可能不了解，但實(shí)際上就在我們身邊。
還有我們的光纖對(duì)接，像我們這個(gè)年齡，我們的父輩、母親，小時(shí)候他們給我們做衣服，要有針有線，把針和線穿在一起。我們兩只手的正常定位精度就是幾個(gè)毫米，現(xiàn)在光纖定位，這個(gè)定位精度，光纖里面跑了幾百路的信號(hào)，它的對(duì)接精度是幾十個(gè)納米。我還是用兩只手，什么手？機(jī)械手，微納操作的機(jī)械手來(lái)完成納米級(jí)定位操作。這也是一個(gè)高技術(shù)，這里面一定有豐厚的利潤(rùn)?，F(xiàn)在類似的光纖對(duì)接，等等相關(guān)的類似產(chǎn)業(yè)一定是一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)。我想未來(lái)我們的科學(xué)城，未來(lái)廣州應(yīng)該有相應(yīng)的企業(yè)來(lái)承擔(dān)這樣的事情，不僅僅是做一般的工業(yè)機(jī)器人。
目前，我們國(guó)家很多的制造技術(shù)短板是檢測(cè)技術(shù)不行，檢測(cè)裝備不完善。往往檢測(cè)裝備對(duì)精度有更高的要求，大家對(duì)這樣的事情要做測(cè)試的時(shí)候，你想想我們的工具，我們納米級(jí)的機(jī)器人，有時(shí)候往往要用幾十甚至幾百個(gè)，一起來(lái)協(xié)同操作。我們宏觀的、正常的機(jī)器人操作是一樣的。但是到微觀里面操作，往往這樣的事情就需要非常高的精度。高精度就意味著它一定有高附加值，目前我們的機(jī)器人上了很多，都做傳統(tǒng)機(jī)器人，其實(shí)這里面的利潤(rùn)是越來(lái)越薄了。如果我們想再往前踏一步，我們就必須到相應(yīng)的這些領(lǐng)域里面試水。
德國(guó)做的用于微納測(cè)試的機(jī)器人，它的精度到了0.25個(gè)納米。這就是為什么德國(guó)人賺了很多錢，它總是在喝頭啖湯，未來(lái)我們的廣州科學(xué)城能不能有幾個(gè)企業(yè)喝頭啖湯。這是我們和德國(guó)一所大學(xué)在合作，我們希望在掃描電鏡聯(lián)合運(yùn)用做微納操作的事情，這也歡迎未來(lái)有朋友到我們實(shí)驗(yàn)室去參觀。
稍微說(shuō)一下我們的實(shí)驗(yàn)室，前面我們說(shuō)的都有涉獵。我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)室叫PEMT，我們大概做幾件事情？我們學(xué)院跟廣州機(jī)械科學(xué)研究院共同在做一個(gè)工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新支撐平臺(tái)，這個(gè)創(chuàng)新支撐平臺(tái)，我們做三件事情。第一件事情是做共性技術(shù)；另外一個(gè)事情是做檢測(cè)，現(xiàn)在我們?yōu)楣I(yè)界服務(wù)，這些機(jī)器人該怎么檢測(cè)？現(xiàn)在我們馬上開(kāi)始在做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就是機(jī)器人的可靠性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。第三件事情是做培訓(xùn)。我感到現(xiàn)在很多企業(yè)界的朋友，實(shí)際上對(duì)工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)并不是很深刻。有些老板一聽(tīng)到機(jī)器人換人都非常的激動(dòng)，是啊，把人換成機(jī)器人，又好管理，又穩(wěn)定。但是有些事情不一定適合機(jī)器人做，有些企業(yè)界的朋友往往從一個(gè)很大的希望，很快就收獲一個(gè)很大的失望。實(shí)際上這對(duì)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展不是一件好事情，所以我們就做了一個(gè)培訓(xùn)中心?，F(xiàn)在培訓(xùn)中心已經(jīng)運(yùn)行非常良好，而且有規(guī)模。我們是國(guó)內(nèi)國(guó)外的機(jī)器人都有，我們有普卡的，ABB的，典型的機(jī)器人，我們都有，給大家做案例培訓(xùn)，也歡迎大家去看一看。
我們做微納機(jī)器人，它的技術(shù)是什么呢？它很多方面顛覆了我們的設(shè)計(jì)方法，所以我們同時(shí)做一些設(shè)計(jì)方法的研究。我們目前主要做的是拓?fù)溆彤嫷?，把拓?fù)溆彤嫷募夹g(shù)用到機(jī)器人設(shè)計(jì)上面。與工業(yè)界結(jié)合，做成裝配?；诮z網(wǎng)印刷的相應(yīng)配套，包括太陽(yáng)能、光伏太陽(yáng)能生產(chǎn)設(shè)備，電路板無(wú)鉛檢驗(yàn)設(shè)備。
這是我們的實(shí)驗(yàn)室一部分場(chǎng)景和設(shè)備，我介紹一下，我們?cè)趺醋鲞@個(gè)微納精密定位系統(tǒng)。我們現(xiàn)在是用一些柔順機(jī)構(gòu)的思想。就是把我們傳統(tǒng)的機(jī)器人，機(jī)構(gòu)里面的那些腳鏈去掉了。傳統(tǒng)的機(jī)器人，比如說(shuō)幾個(gè)關(guān)節(jié)，那幾個(gè)地方的關(guān)節(jié)間隙，無(wú)論是滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，這個(gè)間隙都是不可避免的。你要達(dá)到納米級(jí)別是很難做到的，我們就用柔順機(jī)構(gòu)，這樣就可以做到納米級(jí)的精度。這里不可以展開(kāi)說(shuō)，未來(lái)有機(jī)會(huì)到我們實(shí)驗(yàn)室，我再詳細(xì)介紹。
這是我們實(shí)驗(yàn)室做的事情，目前微納精度方面，我們可以做到1個(gè)納米左右的精度。這是我們的實(shí)驗(yàn)，我們走了一個(gè)50微米的園，定位跟蹤精度是怎樣的？比如說(shuō)我們的速度，假如是4微米每秒的話，我們的精度可以到達(dá)2.9的納米，如果速度更快的話，我們的精度就可以到達(dá)1個(gè)納米以下。
這里面有一些核心的東西，技術(shù)上的東西，我們?cè)谟胻opology的技術(shù)，這里舉一個(gè)例子，未來(lái)可能會(huì)顛覆你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案方法。這是一個(gè)反執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)拓?fù)溆彤?，你只是給我這塊設(shè)計(jì)，指定這邊是輸入，指定那邊是輸出。用這套方法就把設(shè)計(jì)做出來(lái)了，下面就是我們實(shí)驗(yàn)室做出來(lái)的。
現(xiàn)在拓?fù)溆彤嬁梢愿?D打印有機(jī)結(jié)合，目前我們和3D打印實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。通過(guò)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)比傳統(tǒng)的方法還要好，這個(gè)研究論文昨天剛在行內(nèi)一個(gè)著名期刊上面發(fā)表了。我們還想做一個(gè)事情，希望未來(lái)可以跟企業(yè)家合作。目前微納操作里面，這是一個(gè)比較大的市場(chǎng)，但是微納操作里面的操作系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有人生產(chǎn)，基本上都是買德國(guó)的東西。目前國(guó)家有一個(gè)重大的研究計(jì)劃，我們?cè)诶锩娉袚?dān)一個(gè)重要的項(xiàng)目，就是專門做微納系統(tǒng)的。比如說(shuō)這是SEM系統(tǒng)，目前我們的理想是在這個(gè)里面的微納操作可以達(dá)到1個(gè)納米以內(nèi)，可以滿足相應(yīng)市場(chǎng)的需求，這樣產(chǎn)業(yè)化的前景會(huì)非常好，希望大家與我們一起合作。
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