国测时栅：从重庆出发，二十年磨一“尺”，匠心丈量“中国精度”

左贡人 · 发表于: 2023-2-3 17:14:00

源自：红星新闻

　　　　导语：
　　从时速两万八千公里的“天神组合体”，交会误差不超1毫米，到大拇指指甲大小的手机芯片，4个硅原子排排坐，仅有1纳米的长度。做出这些精准动作的背后，精密测量功不可没。换句话说，小到一个个体，大到整个民族甚至全人类的命运，都与测量息息相关。
　　要知道，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要指标，更是发展高端制造业的必备条件。
　　随着科学家对测量技术的不断探索，我们甚至可以“以时间测量空间”。通过发挥时间量是人类测量精度最高的物理量这一优势，实现精度测量的突破与跨越。简单理解就是用计时来确定距离。听起来很科幻，事实上这项创新技术已落地，并取得世界领先成就。
　　而这项神奇的纳米时栅技术，正是来自于通用技术集团国测时栅科技有限公司（以下简称“国测时栅”），就是这样一家“名不见经传”的重庆本土企业，却在2022年作为“中国精度”代表之一入选《坐标中国》，同时作为十年标志性成果之一入选国家“奋进新时代”主题成就展。为何能取得如此亮眼的成绩？今天，我们一起走进这家企业，探索其背后的故事。

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　　国测时栅企业大楼
　　“我们的纳米时栅技术，测量精度最高可达±0.06角秒，相当于360度圆周内任意1度的六万分之一，精度水平已达现有检测仪器水平的极限。”在实验室里，国测时栅董事长、总经理王勇讲述着原创的纳米时栅技术，脸上洋溢着骄傲和自豪。
　　这份自豪来源于，纳米时栅技术已发展成为我国精密位移测量领域的标志性成果，并正式进入规模产业化运用阶段。要问其中奥秘，在王勇看来，既有抓住机遇、填补国内高端精密位移测量领域空白的天时，也有技术生根重庆、落户西部（重庆）科学城的地利，更有团队协作、奋勇拼搏的人和。

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　　国测时栅十万级无尘车间
　　天时：从0到1，实现关键核心技术自主可控
　　说到测量，大家都不陌生，日常生活中常见的测量工具有角尺、卷尺、直尺……这些工具可以用来测量肉眼可见的空间距离，常见的长度单位一般有米、分米、厘米、毫米。
　　而对于肉眼无法看到的空间距离，比头发丝还细成千上万倍，如数控机床、量具量仪、3C加工等高端精密制造领域，测量精度就需要精确到微米，甚至是纳米（1毫米等于1百万纳米），简单的测量工具便不再能满足需求。
　　“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”当代科技和工业领域，高水平的精密位移测量技术及器件是数控机床、仪器设备等高端精密装备的核心技术和关键功能部件，被称为“精密制造之眼”，其性能水平直接决定了加工制造的精度与质量水平。而这双“眼睛”，被国外技术垄断多年。
　　这是摆在我国高端制造业面前的一道难题，由此还带来一系列的负面连锁反应。比如进口产品价格高、货期长、售后难，国产品牌附加值低，长期在中低端赛道打价格战等。
　　近年来，全球疫情持续蔓延、国际局势变幻莫测，产业链与供应链的不确定性与不稳定性为我国高端装备制造业的发展带来了严峻的挑战。据了解，目前一些企业面临核心零部件断供和交期延长的风险，严重来说，更是直接威胁到国家安全。
　　二十大报告指出，要“着力提升产业链供应链韧性和安全水平”，高端制造行业深有体会，要想真正实现这一点，核心技术自主研发，核心功能部件自主生产，推动国产替代方案落地才是根本。
　　为真正实现核心技术自主研发，时栅团队从技术源头上另辟蹊径，从原理上进行创新──突破“用空间测量空间”传统测量思路局限，利用“用时间测量空间”的重要原创学术思想，研发出超高精度超高分辨率的位移传感器，为高精密化测量提供了一条切实可行的国产化技术和产品路线，填补了国内高端精密位移测量领域空白。
　　这一创新是极具前瞻性与突破性的，为什么这么说？因为时间是国际单位制中七个基本物理量之一，是目前所有物理量中测量精度最高物理量，比空间高六个数量级。国际单位制中“米”就是用时间来定义的，最高长度基准溯源到时间，因此选择以时间为切口，通过构建一种高匀速的运动作为参考系，利用时间上的时刻比较来实现位移测量。
　　截至2022年，国测时栅拥有37项专利，其中在美国、日本、德国获得10项国际PCT发明专利。纳米时栅技术成果发表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”。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，入选国家“十三五”科技创新成就展和“奋进新时代”主题成就展。

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　　国测时栅部分所获奖项展示
　　人和：二十载厚积薄发，匠心镌刻中国精度
　　十年磨一剑，二十年磨一“尺”。回望来时路，更加坚定了砥砺前行的决心。
　　万事开头难。时栅团队从1996年提出“时栅角度传感器”理念起，始终坚持自主研发道路，历经了第一代机械式时栅、第二代磁场式时栅再到第三代电场式时栅（即“纳米时栅”）。在此历程中，研发团队每天泡在实验室里，不断提出新的构思、绘制产品图纸、设计产品模型、实验验证标准。如果没有达到标准，便讨论分析，重新来过。就是在这样精益求精的态度下，日复一日地进行了成千上万次的实验，持续攻克了“提高测量精度与增加测量范围的矛盾”、“精度提高导致的误差溯源困难”、“突破光学衍射极限改善分辨力”等技术难题，逐步实现了从毫米到微米再到纳米精度的跨越。
　　如今国测时栅已经成长为百余人的团队，研发团队已从最初的两三人增加到了三十余人。除了技术上的难题，还遇到了产品可靠性、应用场景多样化、市场认可度等多只“拦路虎”。所谓关关难过关关过，为此团队成立多个项目小组逐一攻克难题。比如，售后成员扎根客户生产现场数月，解决产品适配问题；产线团队克服疫情、高温等难题，保障正常生产交付等。王勇表示，“每一次技术难题的解决，每一次产品性能的优化，每一次重大项目的交付，都能感受到团队那种发自内心的喜悦和成就感。”
　　当纳米时栅技术在数控机床、芯片制造、计量检测等领域得到批量应用时，当一把中国的“精密尺子”解决了高精度位置检测难题时，所有的艰辛和汗水都化作了激动。

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　　纳米时栅团队攻关技术难题
　　地利：“重庆造”走向全国，开启产业化道路
　　在科技创新领域有一个“死亡之谷”的理论。简单来说，就是科技创新从提出到真正走向产业化之间，有很长的路要走，而其中大多数项目都会死在这条路上。数据显示，目前我国每年有3万项经过鉴定的科技成果、100多万项的专利技术，但能转化为批量生产的仅占20%、能形成产业规模的只有5%。
　　如何跨越这一“死亡之谷”，是科技创新的重中之重，也是很多创新型企业绕不过的话题。国测时栅选择直面问题，并给出了答案：大胆走出实验室，疏通转化链上的层层“梗阻”，推动技术、资金、政策、人才协同开发，实现企业从0到1的成功孵化。
　　而打通科技成果向现实生产力转化“最后一公里”的关键，就在于以市场为导向、以企业为主体。其中，国有企业特别是中央企业是科技创新的国家队，是科技成果转化的重要参与主体。
　　十八大以来，国资央企接续奋斗、苦干实干，科技创新能力和水平得到了实质性提升，取得了一批具有标志性意义的重大科技成果，在科技创新领域发挥了引领作用。
　　国有企业特别是中央所属国有企业，一定要加强自主创新能力，研发和掌握更多的国之重器。作为中央直接管理的国有重要骨干企业，中国通用技术（集团）控股有限责任公司（以下简称“通用技术集团”）始终认真落实党中央国务院加快科技自立自强的重大决策部署，大力发展战略性新兴产业。2021年5月，通用技术集团和重庆理工大学合资成立国测时栅公司，落户重庆高新区。通过进一步深化央地合作，全力推动重大科技任务攻关、加强科技创新体系建设、强化科技人才队伍建设等，助力纳米时栅成果正式驶向转化应用、服务市场用户的“快车道”，全面提速产业化进程，赋能原创纳米时栅技术走向全国。
　　国测时栅一落户，就享受着系列政策扶持。重庆市政府、科技局等在政策落地、项目推进、人才引进、产品上市方面为国测时栅创新发展提供全方位服务和有力支持。属地高新区更是给出了五年内免租金、争取国家级平台和项目、经费支持等优惠政策。
　　然而企业产业化之路的成功与否，终究还是要靠市场来检验。于国测时栅来说，也不例外。
　　据悉，目前国测时栅已推出直线时栅和圆时栅两大系列新品。直线时栅最高精度可达±2.5μm（1微米等于0.001毫米），广泛应用于需要极高位置测量精度的设备和装备，包括超精密机床、量具量仪、半导体加工等；圆时栅最高测量精度可达±1角秒，主要用于机床回转工作台、伺服电机、自动化设备、工业机器人等领域。与市面同性能产品相比，更是具有明显价格优势，平均可为客户节约20%～30%的使用成本，为行业与市场提供“更优的性能、更短的交期、更低的价格、更稳的供应、更好的服务”创造了可能。

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　　圆时栅角位移传感器批量生产
　　良好的市场应用反馈，更加坚定了团队的信心。国测时栅有一个小目标──成为全球领先的精密位移测量全国产解决方案提供商。
　　可以预见的是，在未来，国测时栅将赋能重庆智造，推动精密测量技术和高端装备制造业向更高水平发展。用他们自己的话说，要争当未来科技创新的“排头兵”，为中国制造备好“尺子”，“丈量”好中国高端制造业的精度与高度。
　　红星新闻/特别策划
　　图片来源/通用技术国测时栅

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[纪实·新闻] 国测时栅：从重庆出发，二十年磨一“尺”，匠心丈量“中国精度”

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