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chen1210

2014-06-08 23:02

用于太空探測的高精密測量技術

當歐洲航天局（ESA）在籌備進行需要多年宇宙旅行的太空探測器時，最首要的任務就是：達到精度的極致。LT Ultra（一家高光學精密金屬制造商）采用卡爾• 蔡司的測量技術來保證如此高的精度要求。

作為歐洲首個水星計劃，探測器將在歷時6 年的旅程中，軌道運行預計一年甚至兩年，經(jīng)歷的溫度范圍從零下40 到零上300 攝氏度，該計劃當然不會像是在公園里散步那樣愜意。因此，針對2014 年所有預計運行到達離太陽最近的行星的部件都必須滿足特殊的高要求。其中包括測高儀，伯爾尼大學的空間研究人員已經(jīng)在測高儀的電路板上放置了探頭。它將以小于一米的精度計算行星的整體表面數(shù)據(jù)。

測高儀由三個主要部分組成：向行星發(fā)射短脈沖的激光儀、捕獲從表面和反射板反射的激光束的望遠鏡、四個精心加工的鋁制零件。這些反射板反射強烈的太陽光和以一定的角度入射的雜散光，保護激光儀和望遠鏡不受損傷或損壞。由位于德國Herdwangen-Schonach 的LT ULTRA 技術有限公司生產(chǎn)的七個組件將其配置到每一個反射板上。因而它們的制造必須滿足很高的要求，生產(chǎn)和質(zhì)量檢驗需要自始至終保證嚴格控制。

測量技術需同步配置

擁有70 名員工的LT Ultra 精密技術有限公司，是高性能金屬光學、超精密設備、空氣軸承組件和激光束引導組件的制造商。公司成立于1995 年，其產(chǎn)品常用于機場的行李掃描儀，也用于日內(nèi)瓦歐洲粒子物理研究所所需要的新型粒子加速器的制造。

LT Ultra 專業(yè)從事超精密設備的制造：機床精度小于1 微米。然而，他們認為只有準確的加工是遠遠不夠的：“如果沒有相應的測量設備，要達到今天的高精度要求完全不可能，”LT Ultra 總裁Richard Wideman 先生解釋說，“我們的生產(chǎn)裝備正變得越來越精密。測量技術也必須保持同步配置。”正是這個原因，公司從卡爾• 蔡司購買了PRISMO ultra 測量機。過去， LT Ultra 對許多精度要求特別高的測量主要依賴于外部服務供應商提供的設備。由于常常無法按要求完成各種任務，因此大大放慢了工作進度，致使許多項目無法按時進行。對該公司來說，要接受歐洲核子研究委員會或歐洲航空局的訂單，PRISMO ultra 測量機是非常必要的。

推動測量技術達到極限

“該測量機對我們來說是一個重要的技術里程碑，”Wideman 總結說。卡爾• 蔡司專為該公司配置的PRISMO ultra 已經(jīng)在此期間投入運行。該標準型號的橋式測量機已經(jīng)達到0.6 微米的精度。對大多數(shù)產(chǎn)品來說，這種高水平的精確度通常已經(jīng)足夠，但并不表示可以滿足所有需求。例如：用于水星計劃的厚度僅為幾十分之一毫米反射板上的零件，要求精度小于250 納米，達到這樣的要求一切工作才能正常進行。這對測量技術來說可不是一件輕松的事情。

卡爾• 蔡司廣泛地與應用技術、電子技術和軟件開發(fā)的專家一起工作，成功地解決了這些挑戰(zhàn)。PRISMO ultra 的每個組件都經(jīng)過手選，并經(jīng)過了精心的裝配，每一個細節(jié)都考慮得仔細周全，從而使得PRISMO ultra 能夠完全滿足這些高精度要求。

然而，反射板對測量技術提出了額外的要求：鋁部件的光學面是極為敏感的，容易被接觸式傳感器劃傷。通常可以通過使用光學掃描和非接觸式傳感器克服這種困難。然而，具體零件復雜的幾何形狀和不同的表面結構，與高精度要求結合在一起，使光學測量技術的使用成為泡影。接觸式測量成為了不二的選擇。