完好而准确的丈量信息获取是配备规划优化、制作进程调控和执役状况坚持的根底，是完结严峻配备“上水平”“高功用”的内涵要素。本文剖析了我国高端精细配备精度丈量根底理论展开所面对的严峻需求应战，总结了当时高端精细配备制作精度丈量理论、办法与技能范畴的首要展开，凝炼了该范畴未来5~10年的严峻要害科学问题，探讨了前沿研讨方向和科学基金赞助战略。
在以超精细光刻机、高端飞机舰船为代表的杂乱战略性配备制作范畴，多源、多维、多规范的丈量信息及其交融完结配备功用优化规划、部件精度查验匹配、制作进程精细调控、执役状况长时刻坚持的中心技能，是完结严峻配备“上水平”“高功用”的内涵要素支撑。
高端配备功用指标迫临理论极限，结构极点杂乱，规范愈加极点，资料物化特性愈加特别，多物理场耦合效应愈加明显，传统依据产品几许精度逐级分解单向传递的制作精度丈量理论体系难以确保超高功用指标要求。一方面，几许制作精度对终究功用的影响非线性效应明显，在零件—部件—组件—整机高度相关的序列制作进程中，单个环节的精度失调失配都会耦合发散传递；为防止配备全体功用失控，有必要具有大量程、高精度、高动态、全流程实时监控的丈量才干，在全体体系层面进行精度和谐优化，确保终究制作质量与功用；另一方面，为确保超高功用的安稳完结，有必要最大极限消除内涵应力，全面剖析资料物性、几许结构、环境工况等要素改动及其彼此影响，急需打破现有技能条件，经过多源、多维、多规范丈量信息获取，对制作进程进行全面操控，使整机配备运转于规划最优状况，然后确保最高功用体现。在当时全球制作面对智能化晋级，我国以超高精度光刻机、先进飞机船只为代表的许多中心配备普遍存在“卡脖子”现象的布景下，招集相关范畴同行专家，为我国高端精细配备制作精度丈量技能展开评脉选向、凝集一致，研讨面向高端精细配备制作的高精度丈量展开道路，尤为火急重要。
当时高端配备制作已从传统机械、电子、光学等单一制作范畴主导，展开为立异集合、信息集成、才智赋能的多范畴归纳杂乱工业体系，包括从芯片等中心元件到高端飞机船只等严峻配备各个方面。高端配备终究可以完结的功用源于对每个环节精度的精细调控，源于对全体状况信息的充沛获取，源于丈量理论办法及技能设备的不断完善。探究树立面向杂乱配备制作的丈量理论、办法与技能，支撑多环节、多层次、高精度的精度匹配调控现已成为精细杂乱配备制作中的重要根底问题，并聚集于：极点条件下可直接溯源几许量超精细丈量；多物理场耦合多束缚精度调控；多源、多维、多规范丈量信息高功用传感；智能制作大场景精细丈量办法等四个重要方面(图1)。
在高端精细配备制作范畴，极点条件下的可直接溯源几许量超精细丈量，贯穿了配备中心零部件制作、整机集成、在役作业、制质量量表征和工艺进步整个进程，是配备本身精度和配备线工艺质量调控不可或缺的中心技能根底。可溯源才干将超精细丈量效果直接参考到国际计量基准，可为极限丈量精度的安稳完结供给根本确保，最大极限进步配备功用和运转质量，是超精细丈量技能的公认展开方向。
传统计量溯源体系树立在严格操控、环境安稳的试验室条件下，而高端精细配备制作及运转进程随同高速运转、严苛环境等极点条件，对完结可直接溯源的几许量超精细丈量提出严峻应战。如在光刻机制作范畴，依据干与原理的超精细多轴丈量可将丈量效果溯源至光波长基准，对进步配备精度功用含义严峻。下一代EUV光刻机线 nm，其中心部件——双工件台的运动速度逾越1 m/s。为在高速运转条件下确保优于1 nm的超高定位精度，需求对工件台和曝光镜头进行高达22轴的冗余丈量。能满意ASML光刻机丈量要求的高端超精细双频激光干与仪只要美国Keysight、ZYGO等公司出产，“卡脖子”问题严峻。尤其在下一代光刻机开发中，针对更高速、更多轴数的纳米精度丈量问题，国内相关技能与配备需求从光源体系、信号处理体系、光学元件和集成式干与体系等方面打开全面深化研讨，追逐国际先进水平。
在航空航天特种配备范畴，其高温、高压、高速、高真空等特别运用环境也对超精细丈量技能提出极高要求。如航空超高音速飞行器的新式复材的作业温度逾越1 600 ℃，准确丈量复材热膨胀系数可为飞行器气动外形规划和全周期寿数评价供给重要依据（图2b）；对地观测用相机的地上装调和在轨作业环境条件彻底不同，火急需求习惯真空、超低温且失重环境的在线原位超精细丈量技能支撑等。我国在极点条件下精细丈量方面的研讨全体处于起步阶段，相关丈量理论、技能配备和试验条件仍不齐备，面对国内相关需求的急切性和普遍性，展开可溯源的极限丈量技能攻关，将具有重要战略含义和社会效益。
高端配备制作与执役环境愈加恶劣，功用要求愈加严苛，智能化要求愈加火急。杂乱恶劣环境下多物理场高精度感知技能、智能在线动态监测技能、丈量牢靠性与可溯源性已成为完结高端严峻配备智能制作与高牢靠执役的中心驱动技能和本范畴前沿热门、难点问题。
国内外学者在多物理场智能感知方面的研讨，聚集于智能制作进程中的多物理场在位丈量与重构办法、多物理场动态监测与猜测办法、典型构件制作工艺参数调控办法等方向。在工业使用层面，波音、空客等航空公司已使用数字孪生技能开始完结了零构件制作中大局力位状况监测，但当时仍处于体系工程技能探究与优化阶段。我国在配备构件制作及执役进程中的多物理场感知范畴亦展开了较深化研讨，如在飞机机翼、发动机压缩盘等薄壁件制作中位移/应变/温度场动态监测与重构、复材构件加工中多物理场多参量监测、配备执役进程温度场、磁场全场感知与动态重构等方面，已构成了系列静/动态多物理场全场在线感知与重构办法，但没有构成齐备的理论与技能体系。面向高端配备制作及执役工况高温、强磁场、狭小空间等极点杂乱化的展开新趋势，多参量丈量及精度溯源、多物理量强耦合动态演化机制、多物理场全场状况与鸿沟束缚映射联系、工艺参数实时调控，以及航空高端配备制作及执役保护功用的高功用动态丈量等方面的研讨需求将愈加火急，未来需求要点重视杂乱物理场耦合原位高精测验、智能制作中的多物理量丈量与解耦等相关原理与技能（图3）。
半导体芯片工业是国民经济的要害根底，芯片制作现已上升为国家最紧迫和最重要的战略任务之一。半导体芯片的制作是一项极点杂乱的体系性工程，其制作质量高度依赖于高精度检测技能及设备的支撑，检测技能呈现出多源、多维、多规范、高功用感测等杰出特色，研发难度大、归纳要求高，相关高端仪器配备已成为我国要点“卡脖子”问题。
在半导体芯片制作范畴，台积电和三星已完结了5 nm制程大规模量产并正在展开3 nm制程试产，而国内现在14 nm以下制程没有量产。一起，半导体芯片制程现已从二维向三维展开，现有技能难以对具有深邃宽比纳米结构的三维芯片进行准确丈量，新式丈量办法和相关设备的技能革新火烧眉毛。从半导体芯片的展开趋势看，未来在工艺制程中，丈量精度必定要求到达亚纳米量级。因为界面效应和规范效应的影响，在加工进程中资料除了产生几许规范改动，还经常随同着理化特色改动，使得在高功率、高频以及高速运转状况下，芯片热态参数的获取成为技能应战。半导体芯片丈量技能及配备除了要求具有传统几许量丈量才干，还需求具有热、磁、电等多物理场表征才干，亟需展开微观规范下逾越散粒噪声极限的多维/多物理场芯片原位测验技能及仪器研讨，构成具有自主知识产权的半导体芯片中心丈量办法和技能，处理三维半导体芯片中纳米结构多维多规范丈量难题（图4），推进新一代半导体芯片制作技能的展开，为我国在芯片范畴完结“并跑”乃至“领跑”供给支撑。
航空航天大型杂乱配备的超高功用有必要依托准确外形操控来完结，外形规范信息是操操控作进程、确保制作质量、进步产品功用的要害条件。现在，以激光盯梢仪为代表的球坐标单站丈量仪器仍是该范畴干流丈量设备。以大飞机机身制作为例，经过一台或多台盯梢仪对大部件要害操控点坐标进行精准丈量，为姿势剖析、工装协同定位供给根底数据和决策依据，已成为机身数字化对接、总装等中心环节的规范工艺要求。
作为数字化制作的展开进阶，智能制作将进一步由针对少量工艺操控点的坐标丈量定位拓宽为对人员、设备、物料、环境等多元实体外形、位姿及彼此联系的全面、全程丈量感知，丈量需求体现出大局、并发、多源、动态、可重构、共融等全新特色。大规模、多层次、实时继续的物理空间数据获取，特别是高精度空间几许量获取是完结杂乱配备智能制作的条件和国内外相关研讨的重视要点。尽管新式盯梢仪、激光雷达等经过肯定测距技能立异部分克服了传统盯梢仪遮挡导致断光的问题，进步了丈量功率，但单站球坐标丈量形式原理上只能完结单点空间坐标次序丈量，视角受限、功用单一，无法满意智能制作现场多方针、多自由度、快节拍的自动化丈量需求。以室内GPS、激光盯梢干与仪为代表的多站全体丈量设备选用空间视点、长度交会束缚原理完结大规范空间坐标丈量，具有时刻和空间基准一致的杰出优势，但体系组成较为杂乱，差错要素多，精度操控难度大，简化结构、操控本钱、进步动态丈量功用是其未来面对的技能应战。现在，上述高端仪器大部分处于欧、美、日少量厂商独占出产状况，针对“工业4.0”等智能制作场景的预研布局也已发动。国内高校及研讨机构虽已展开相关仪器研发，还需严密掌握全球智能制作晋级机会，面向下一代智能制作大场景新需求新特色，继续探究精细丈量新体制、新办法、新技能，完结原理、技能、器材、配备体系性打破（图5），为我国制作业晋级转型供给强有力的丈量感知技能支撑。
(1) 几许量超精细丈量精度极限行将进入皮米规范。当时干流光刻机中平面反射镜面型丈量精度优于1 nm，下一代面型检测重复精度将到达10 pm，光刻机集成和长时刻在役作业中超精细运动部件的丈量精度正从1 nm量级打破至0.1 nm量级；硅片光刻进程特征线宽丈量精度也已进入原子规范；空间引力波勘探配备中镜片面型检测精度到达0.1 nm，相对位移丈量精度达10 pm。面向高端配备中心零部件制作的皮米级超精细丈量已成为下一阶段展开必定要求和要点攻关方向。
(2) 从静态/准静态丈量向高速高效动态丈量展开。超精细机床、光刻机等加工配备中，超精细运动方针的速度从0.1 m/s量级逐渐进步到3 m/s以上；引力波勘探中超精细位移丈量方针，也将从地上的停止方针转变为4 m/s的准静态方针。跟着上述动态丈量技能和仪器的展开，相应的仪器计量校准设备也需从现在的彻底静态计量测验晋级到高速率动态计量测验。
(3) 从一维单参量离线丈量转向多维杂乱参量在线、在役丈量。光刻机、超精细数控机床等先进配备多参量耦合、多轴运动加工的作业特性对传统机床依据单维多步丈量的定时校准办法提出巨大应战，火急需求嵌入可直接溯源的7~22轴精细仪器进行在线在役丈量。航空发动机叶片丈量中，传统离线条件下丈量低速滚动叶片形状精度已无法满意研发需求，实践高速滚动作业状况下对叶片形状进行在线在役的超精细丈量成为亟待处理的问题。
(4) 从传统物理量/场精细测验到依据量子传感的超精细测验。先进制作技能与配备在制作进程中需求展开方位、姿势、压力等多维力学量的超精细感知，磁、温、电等多物理场的准确丈量，即高功用高质量信息传感才干。未来亟需打破超高精度、超高分辩传感与溯源等要害技能，不只需求经过技能和工艺立异，完结传统传感技能的微型化、精细化和智能化，更要展开依据量子信息调控的多场解耦办法与信息解算要害技能研讨，研发中心传感器材与测验仪器，完结传感技能的跨越式展开。
(1) 面向严峻配备的杂乱物理场耦合原位高精度测验。严峻配备制作、执役进程随同高温、高压、高转速、高冲击等杂乱物理场强耦合效果，惯例办法“测不了”“测禁绝”“难存活”。聚集极点环境下感知机理与信号传输、多场环境因子耦合效果机制与按捺、多场耦合环境标定与量值溯源等科学问题，要点研讨杂乱物理场强耦合环境下传感测验新办法、环境因子效果模型及按捺/衰减办法、封装防护、可溯源测验与标校办法等，展开面向精细杂乱丈量体系的人工智能技能，经过才智赋能处理杂乱物理场耦合环境下超/跨量程、大动态规模、高精度测验难题，为原位高精测验拓荒新思路。
(2) 面向高端配备制作的多物理量丈量与解耦。高端配备要害部件制作进程待测参量呈多元、高动态、强耦合、表里统筹等展开新趋势，传统丈量办法难以满意。聚集多物理场活络机制与一体化传感解耦、多物理场全场状况与鸿沟束缚间映射、杂乱多要素强耦合丈量精度调控等科学问题，侧重多源数据的有用集成，要点研讨高端配备多参数丈量多活络功用柔性传感器、杂乱环境下多物理场全场状况信息智能感知与预算、多参量相关演化下的工艺参数调控等，为确保高端配备制作功用供给理论支撑与技能根底。
(3) 微纳规范形状功用多参数丈量。微纳制作进程中资料形状、功用参数改动进程彼此相关耦合，多参数一起观测是准确提醒制作进程内涵规则机理的条件条件。聚集高空间分辩力激光共焦显微成像、近场光学显微成像和原子力显微成像等原理，要点研讨上述显微成像技能与散射光谱、LIBS光谱和质谱的高效、高分辩率联合丈量办法，研讨新式光谱/质谱信息高活络度勘探机理与办法，完结微纳米制作中微纳规范下力学、热学、光学等功用的多参数高分辩、高活络、高准确勘探。
(1) 纳米/亚纳米量级高分辩率检测。跟着半导体工艺结点的不断缩小，高分辩率检测技能面对空前应战。比方：EUV掩模版检测分辩率需求到达原子级，等效检测分辩率到达10 nm以下。现在仅有德国Zeiss和日本LaserTech有商业化产品，我国在这方面尚无技能储备；前道晶圆检测方面，国际规模内10 nm以下节点的CD和缺点在线检测技能仍未老练。
(2) 三维杂乱微纳结构准确检测。芯片制程正在从二维向三维展开。具有三维结构FinFET现已成为14 nm以下乃至5 nm工艺节点的首要结构，存储芯片也向具有大深宽比（80∶1）三维笔直结构的3D NAND展开，工艺难度随层数呈指数上升，有必要对芯片三维结构进行准确丈量，才干辅导工艺优化并确保芯片功用。但现有检测设备仍难以对上述结构进行无损定量检测，极限特征规范下的大深宽比芯片结构检测现已上升为国际性难题。
(3) 满意量产速度的高功用在线检测。量产速度决议出产本钱。依据英特尔发布的需求数据，更大晶圆规范和更小工艺结点已成展开趋势，裸晶圆的量产速度需到达2～3分钟/片，这对检测设备的速度提出了更高的要求，极大地增加了研发难度。现在满意量产速度的在线检测办法在全球规模内仍处于研讨探究阶段，高功用在线检测技能与设备将在半导体工业发挥至关重要的效果。
(1) 新式智能制作归纳丈量体系构建理论。面向智能制作进程超高精度、高动态、多模态、多规范、多维度丈量需求的大局信息丈量感知是当时研讨要点和难点。需求从底层理念立异下手，探究掩盖杂乱智能制作大场景需求的归纳丈量新理论，处理一致空间、时刻基准构建，多物理场耦合束缚条件下的精度调控，面向出产场景的丈量体系规划重构等根底原理问题，打破具有多方针肯定测距才干的新式可溯源光学定位、制作场景多模型精度剖析及优化规划、制作环境要素实时监测与批改等要害技能，终究构建可服务智能制作大场景、全流程的多维、多层次、多任务可溯源高精度归纳丈量体系。
(2) 广域大局空间、时刻基准一致测验办法。依据“丈量场”概念构建全域全体丈量体系可完结大场景空间基准一致，具有多任务、高精度、可扩展等共同优势，进一步完善多体、多自由度动态丈量才干是相关技能能否融入智能制作的要害和要点。需求打破现有静态丈量理论结构，探究交融时刻—空间信息的高精度、可溯源动态丈量新原理办法，研讨全体网络准确时统、多观丈量高速同步获取、时刻—运动—空间信息联合建模表达及精度操控、溯源与补偿等系列要害技能，有用进步丈量网络动态丈量才干。
(3) 物理信息交融丈量新原理。经过丈量完结物理状况到信息数据的高质量转化，是树立物理信息交融，完结智能出产和精准服务的根底条件。还可预见，在全新物理信息交融环境下，高功用算力大为丰厚、多元要素交互更为广泛、大数据记载愈加齐备，将为机械测验学科展开更高功用的新式感知丈量理论供给史无前例的根底条件。面向未来物理信息交融制作环境的丈量新原理将改动以往从“物理”到“信息”的单向传感形式，引进有限元剖析模型、人工智能、大数据发掘等先进信息手法与AR、VR新式交互形式，和现有物理传感办法构成映射联动，完结多源时空信息处理与物理实测手法彼此弥补，构建面向“人—机—环”共融的丈量新形式，为进一步打破现有丈量办法物理分辩率，拓宽机械测验学科研讨范畴供给新的根底手法。
针对以超精细光刻机、高端飞机舰船为代表的杂乱战略性配备制作的“卡脖子”丈量难题以及未来展开战略，经过顶层规划、集中力量、先期布局和协同攻关，在未来5～10年时刻应完结以下打破：
(1) 微纳特征结构(深)亚纳米级在位/动态丈量办法及微环境差错传递与微环境超精细调控根底理论，多维高速高动态超精细丈量办法与动态计量校准根底理论，量子精细丈量与溯源办法；
(2) 面向高端制作的微区形状功用多物理场多参数耦合机理、不确定度评价与量值溯源，光子—声子/自旋量子调控及其高精度传感与丈量办法，以及传感器材与测验仪器；
(3) 面向半导体制作的电磁波与物质彼此效果的纳米量测新机理，泛薄膜体系跨规范光学精细丈量新原理，触摸—非触摸复合丈量新形式，以及丈量配备的校准与可溯源问题；
(4) 面向智能制作的新式可溯源光学定位原理办法，交融惯性、时刻信息的高功用大局丈量网络动态丈量办法，现场环境要素实时监测与批改办法，以及物理—信息交融丈量新原理与办法。
主张侧重环绕以下4个范畴，经过要害技能攻关、前沿探究及多学科穿插深化展开原创性研讨。
(1) 面向高端精细配备的中心零部件加工、集成及执役中的精细丈量根底理论与杂乱物理场耦合原位高精测验理论；
(2) 面向高端制作与微纳精细制作的多物理量、多参数的形性丈量根底理论；
(3) 面向半导体制作的丈量新原理，特别是超光学衍射分辩极限、高功用非损坏、智能质量检测等方面的丈量根底理论；
(4) 面向智能制作的丈量根底理论，特别是归纳丈量体系构建办法，现场广域大局空间、时刻基准一致测验新办法，物理信息交融丈量新原理等。
在当时国际形势深化杂乱改动的时代布景下，展开自主可控的高端精细配备精度丈量技能及仪器，满意我国以超高精度光刻机、先进飞机船只为代表的许多中心配备制作急需，为我国制作在智能化晋级中供给强有力支撑，是前史赋予的重要任务。精细丈量技能研讨有必要坚决贯彻“四个面向”的科研思维，深化高端配备一线，继续盯梢、预判高端精细配备精度丈量根底理论最新动向，抽取真科学问题，深度处理应战性问题；有必要快速推进根底研讨、技能打破及效果转化，与国家要点范畴展开规划无缝联接，完结对国家严峻工业亟需的快速呼应。一起，主张往后对高端精细配备精度丈量根底理论继续高强度支撑，推进要点打破，建立严峻项目、要点项目群、或严峻研讨方案，赞助“极点条件下可直接溯源几许量超精细丈量办法”、“多物理场耦合丈量与精度调控”、“多源、多维、多规范丈量信息高功用传感”、“智能制作大场景精细丈量办法”等前沿范畴，引领机械测验研讨新方向，推进全国优势研讨资源的协同攻关，完结“并跑”，乃至“领跑”，为全面支撑我国高端配备制作才干跨越式展开供给精细丈量理论与技能确保。回来搜狐，检查更多
