隨人類對地球上最小粒子的理論認知有了新發(fā)展，物理學家現(xiàn)在開始對慣性和引力質(zhì)量的等效原理提出質(zhì)疑。
為驗證這些猜想，德國國家計量研究院 (PTB)開發(fā)出了圓柱形檢測質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的所有幾何特征的加工精度均達到了2μm至3 μm。這一工程成就的實現(xiàn)，則要歸功于來自Benzinger的高精度車床與雷尼紹的OMP400測頭的有機結(jié)合。
PTB受委托為法國國家空間研究中心 (CNES) 生產(chǎn)十個圓柱形檢測質(zhì)量塊，將用在CNES發(fā)射的一顆名為MICROSCOPE的小衛(wèi)星上。CNES將與包括歐洲航天局在內(nèi)的其他合作伙伴一起，利用MICROSCOPE衛(wèi)星檢驗等效原理的普適性。
PTB表面計量工作組的Daniel Hagedorn博士發(fā)現(xiàn)目前的加工技術(shù)存在一些局限性：“我們現(xiàn)有的機器能在一或兩個方向上毫無困難地實現(xiàn)2μm至3 μm的定位精度，但于我們的檢測質(zhì)量塊，需要在整個三維空間達到這一高精度?！?/FONT>
在單一、不間斷制程中完成從坯件到成品的全過程制造
按照要求的精度水平制造檢測質(zhì)量塊是一個巨大的挑戰(zhàn)。生產(chǎn)前，工程師需對執(zhí)行該任務的刀具進行優(yōu)化。
PTB的科學儀器設計團隊的成員意識到，只有不間斷地一次性完成制造過程，精度水平才能達到最初設計要求。
為了使整個制程的精度達到要求，PTB的專家們要將高精度測量功能直接集成到加工過程中。為此，Hagedorn博士測試了不同供應商的多套工業(yè)測量解決方案。“唯一能夠滿足這些標準的解決方案是像雷尼紹OMP400這樣的高精度測頭。”他總結(jié)道。
OMP400測頭經(jīng)驗證可實現(xiàn)1 μm的精度
OMP400測頭是采用基于應變片技術(shù)的測量系統(tǒng)，能對最輕微的觸發(fā)力作出反應，測量精度不受測針復位力的影響;最大限度地消除測量時常見的滯后現(xiàn)象— 輕松實現(xiàn)小于5 μm的精度。特殊的測量程序可防止由測頭過快地接觸表面而產(chǎn)生不準確的數(shù)據(jù)。
PTB科學儀器設計部與雷尼紹區(qū)域銷售經(jīng)理(右一)
PTB的專家們使用一系列復雜的驗證過程來檢驗OMP400測頭和高精度車床組合的最終加工效果。團隊將所有的測量結(jié)果進行比較以獲取補償數(shù)據(jù)，當車床加工輪廓時，以及在工作區(qū)域內(nèi)使用OMP400執(zhí)行測量時，這些數(shù)據(jù)可用于更新該高精度車床的數(shù)控系統(tǒng)。
通過將多個工件的機內(nèi)測量結(jié)果與來自坐標測量機的測量結(jié)果進行比較可證，如照此種方式對測頭進行標定，并將補償數(shù)據(jù)應用到車床加工順序中的測量過程中，可實現(xiàn)1μm以內(nèi)的測量精度。
為了測量圓度和直徑，對每個質(zhì)量塊，測頭記錄了超過三十個圓周測量點的數(shù)據(jù)。對圓柱度，也按照類似模式進行測量。測量圓柱正面的六個球狀壓痕最具挑戰(zhàn)性，在將圓柱放入差分加速度計中時，這些壓痕可用作支承點。
對多個加工步驟進行迭代以實現(xiàn)±1 μm的精度
在生產(chǎn)了多個用于試驗和比較的樣件后，利用迭代過程以Pt-Rh和TiAl4V6為材料制造出最終的檢測質(zhì)量塊。Hagedorn博士自豪地宣布，
正如計劃，我們能夠?qū)λ袔缀翁卣鲗崿F(xiàn)±1μm的加工精度。雷尼紹OMP400測頭的精度與可靠性是我們成功的一個關(guān)鍵因素。鑒于鉑銠合金原材料的成本就需數(shù)萬歐元，我們對這一結(jié)果非常滿意。”
等效原理
早在1636年，自然科學家伽利略 (GalileoGalilei) 就宣稱，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量始終相等。這一理論幾乎成為至今依然適用的所有物理學理論的基礎，包括愛因斯坦的相對論。
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