等效原理“遭”质疑

随人类对地球上最小粒子的理论认知有了新发展，物理学家现在开始对惯性和引力质量的等效原理提出质疑。

为验证这些猜想，德国国家计量研究院 (PTB)开发出了圆柱形检测质量块，质量块的所有几何特征的加工精度均达到了2µm至3 µm。这一工程成就的实现，则要归功于来自Benzinger的高精度车床与雷尼绍的OMP400测头的有机结合。

PTB受委托为法国国家空间研究中心 (CNES) 生产十个圆柱形检测质量块，将用在CNES发射的一颗名为MICROSCOPE的小卫星上。CNES将与包括欧洲航天局在内的其他合作伙伴一起，利用MICROSCOPE卫星检验等效原理的普适性。

PTB表面计量工作组的Daniel Hagedorn博士发现目前的加工技术存在一些局限性：“我们现有的机器能在一或两个方向上毫无困难地实现2µm至3 µm的定位精度，但于我们的检测质量块，需要在整个三维空间达到这一高精度。”

在单一、不间断制程中完成从坯件到成品的全过程制造

按照要求的精度水平制造检测质量块是一个巨大的挑战。生产前，工程师需对执行该任务的刀具进行优化。

PTB的科学仪器设计团队的成员意识到，只有不间断地一次性完成制造过程，精度水平才能达到最初设计要求。

为了使整个制程的精度达到要求，PTB的专家们要将高精度测量功能直接集成到加工过程中。为此，Hagedorn博士测试了不同供应商的多套工业测量解决方案。“唯一能够满足这些标准的解决方案是像雷尼绍OMP400这样的高精度测头。”他总结道。

OMP400测头经验证可实现1 µm的精度

OMP400测头是采用基于应变片技术的测量系统，能对最轻微的触发力作出反应，测量精度不受测针复位力的影响；最大限度地消除测量时常见的滞后现象— 轻松实现小于5 µm的精度。特殊的测量程序可防止由测头过快地接触表面而产生不准确的数据。

PTB科学仪器设计部与雷尼绍区域销售经理（右一）

PTB的专家们使用一系列复杂的验证过程来检验OMP400测头和高精度车床组合的最终加工效果。团队将所有的测量结果进行比较以获取补偿数据，当车床加工轮廓时，以及在工作区域内使用OMP400执行测量时，这些数据可用于更新该高精度车床的数控系统。

通过将多个工件的机内测量结果与来自坐标测量机的测量结果进行比较可证，如照此种方式对测头进行标定，并将补偿数据应用到车床加工顺序中的测量过程中，可实现1µm以内的测量精度。

为了测量圆度和直径，对每个质量块，测头记录了超过三十个圆周测量点的数据。对圆柱度，也按照类似模式进行测量。测量圆柱正面的六个球状压痕最具挑战性，在将圆柱放入差分加速度计中时，这些压痕可用作支承点。

对多个加工步骤进行迭代以实现±1 µm的精度

在生产了多个用于试验和比较的样件后，利用迭代过程以Pt-Rh和TiAl4V6为材料制造出最终的检测质量块。Hagedorn博士自豪地宣布，

正如计划，我们能够对所有几何特征实现±1µm的加工精度。雷尼绍OMP400测头的精度与可靠性是我们成功的一个关键因素。鉴于铂铑合金原材料的成本就需数万欧元，我们对这一结果非常满意。”

等效原理

早在1636年，自然科学家伽利略 (GalileoGalilei) 就宣称，惯性质量和引力质量始终相等。这一理论几乎成为至今依然适用的所有物理学理论的基础，包括爱因斯坦的相对论。

*文章部分图片来源于网络

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