
近日,国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”专项“高精度多功能数字散斑检测仪”经国家科技部批复正式立项。该项目是由北京卫星制造厂牵头,联合天津大学、北京信息科技大学、清华大学、合肥工业大学共同申报,以期在5年研制周期内实现该仪器的高端化、国产化、自主化和普适性。
该项目以我国载人航天与探月工程、北斗导航、大飞机发动机、大型舰船等大型重点工程为代表的国家任务需求为牵引,瞄准产品结构庞大、在役时间长、机动性能要求高、长期暴露在高低温交变循环等恶劣复杂多物理场环境下,其结构缺陷、变形和力学性能必须要充分受控的技术难点开展技术攻关与检测仪器研制工作,如热防护结构在1200℃~1600℃高温下高速剪切气流对结构形面的影响规律,米级高稳定结构在真空、超低温环境下微米级变形的测量,同时,高精度数字散斑干涉技术在特殊应用对象(超光滑、超精密、超高温零部件)方面存在一些亟待解决的关键技术。因此,研制高精度数字散斑干涉仪已经成为我国提高重点工业领域产品指标和性能稳定的迫切需要。
本项目对我国重大科学仪器开发的意义体现在以下四个方面:首先,解决国家重大战略需求中的超高温、超精密结构测量的关键技术问题;其次,从研究高精度数字散斑干涉多参量集成检测系统自身而言,本仪器将填补国内在数字散斑干涉检测领域的空白,大幅提高我国自主研发数字散斑检测仪器能力,拥有核心知识产权,打破国际技术战略壁垒,使我国数字散斑干涉仪器开发能力跨入世界先进水平行列;第三,通过本项目的实施促进我国数字散斑检测仪器开发成熟技术体系的形成,通过广泛的优势合作,培养一支专业覆盖多学科、牢牢把握技术前沿的创新型高素质研发团队,提升数字散斑检测仪器核心技术攻关和持续创新发展能力;第四,目标仪器经过产业化后进行市场推广,可应用于航天、航空、船舶、兵器、重机、运输等多领域,提高材料及结构件检测技术水平,带动上下游相关产业的发展,成为国家重点工业领域产品研制成功的有力保证。
本项目瞄准超光滑、超精密、超高温零部件形貌及相关材料的力学性能测量、测试方法开展研究,主要包括如下几个方面:(1)数字散斑干涉及散斑视觉三维测量系统的集成与工程化应用;(2)基于散斑干涉的位移变形及力学性能高精度测量;(3)高温材料力学性能测试技术;(4)光滑表面无损检测技术;(5)散斑条纹的图像处理、三维重构及数值分析算法。通过上述几个方面的技术攻关研究与物理实现,能够有效解决目标仪器所涉及的技术难题。
由项目牵头单位北京卫星制造厂组织形成的项目研究团队在数字散斑测量方面具有坚实的研究基础,曾获得国家自然科学基金、国家科技支撑计划项目和省部级项目的多项资助,并在该领域已经取得了可喜的研究成果。项目组成员在全场光学测试方面已经发表了相关论文200余篇,专著或章节4本,获得多项散斑干涉专利,研制出多台全场散斑测量系统。目前在散斑测试方面,有一支由专家学者、工程技术人员、应用工程师等各层次人才组成的研究团队,包括在散斑测量和全场光学无损检测方面处于国际领先地位的知名学者。牵头单位北京卫星制造厂是国家专门从事卫星和飞船生产、装配、试验、检测等的科研与生产相结合的综合性研制厂,具有良好的仪器制造与产业化能力。
依托项目牵头单位北京卫星制造厂完善的研、产、销体系开展目标仪器的工程化和产业化,形成技术先进、皮实耐用的高精度数字散斑干涉仪,实现超光滑、超精密、超高温零部件形貌和误差以及相关材料的力学性能测量,为不同条件下材料力学性能精密测量和精密制造行业提供技术支撑。项目完成时产品通过可靠性测试,技术就绪度达到8级,发明专利3项,软件著作权3项,技术标准3项。项目验收后三年内预计年产值达到2000万元。
综上所述,我国立足自主研发,突破国际技术封锁,开发出具有自主知识产权的高精度数字散斑干涉仪已经迫在眉睫。同时,该仪器的产业化推广具有广阔的前景,其既能够很好的满足我国重点工业领域的迫切需求,又能够适时出口到其他需求国家,为我国在该领域技术走向世界前沿点亮曙光。
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