摘要：本文聚焦新啟航發(fā)布的深孔測(cè)量新方案，其核心技術(shù)激光頻率梳通過(guò)創(chuàng)新測(cè)量原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成功突破深孔測(cè)量中的光學(xué)限制，實(shí)現(xiàn)對(duì) 130mm 深度深孔的 2μm 級(jí)高精度測(cè)量，為深孔測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)全新解決方案，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新啟航；深孔測(cè)量；激光頻率梳；光學(xué)限制；測(cè)量精度

一、引言

在現(xiàn)代高端制造產(chǎn)業(yè)中，深孔零部件廣泛應(yīng)用于航空航天、精密模具等關(guān)鍵領(lǐng)域。對(duì)深孔進(jìn)行高精度測(cè)量是保障零部件質(zhì)量與性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，深孔內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光線傳播受限，光學(xué)遮擋問(wèn)題成為制約深孔測(cè)量精度與深度的主要瓶頸。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)難以滿足對(duì)130mm 深度深孔 2μm 級(jí)精度的測(cè)量需求，新啟航發(fā)布的基于激光頻率梳的深孔測(cè)量新方案，為解決這一難題提供了有效途徑。

二、傳統(tǒng)深孔測(cè)量技術(shù)面臨的光學(xué)限制

傳統(tǒng)深孔測(cè)量技術(shù)在面對(duì) 130mm 深度的深孔時(shí)，光學(xué)限制問(wèn)題十分突出。光學(xué)測(cè)量方法中，普通激光測(cè)量受限于光線在深孔內(nèi)的散射、吸收和反射，隨著深度增加，光線強(qiáng)度急劇衰減，難以到達(dá)深孔底部，且遇到孔壁凸起、臺(tái)階等結(jié)構(gòu)時(shí)，易產(chǎn)生測(cè)量盲區(qū)。即使采用增加光源強(qiáng)度等方式，也無(wú)法有效改善光線在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的傳播，難以獲取完整的深孔三維信息。其他非光學(xué)測(cè)量方法，如超聲測(cè)量，雖然不受光線影響，但分辨率低，無(wú)法滿足 2μm 級(jí)的高精度測(cè)量要求，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔細(xì)微結(jié)構(gòu)的精確檢測(cè)。

三、新啟航激光頻率梳深孔測(cè)量新方案

3.1 技術(shù)原理

新啟航激光頻率梳深孔測(cè)量新方案基于飛秒激光鎖模技術(shù)，產(chǎn)生一系列頻率間隔穩(wěn)定的光頻梳齒。測(cè)量時(shí)，超短脈沖激光被分為測(cè)量光和參考光，測(cè)量光進(jìn)入深孔后，在孔壁多次反射，反射光與參考光發(fā)生干涉。通過(guò)對(duì)干涉光譜中光頻梳齒的精確分析，利用光頻梳的頻率基準(zhǔn)特性，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出測(cè)量光的光程差，進(jìn)而獲得深孔各點(diǎn)的三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)深孔的高精度測(cè)量。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

該測(cè)量系統(tǒng)主要由高穩(wěn)定性飛秒激光頻率梳光源、精密光學(xué)干涉模塊、高速光譜采集裝置和智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。高穩(wěn)定性光源確保光頻梳齒的穩(wěn)定輸出，為測(cè)量提供可靠基準(zhǔn)；精密光學(xué)干涉模塊優(yōu)化光路，提高干涉信號(hào)質(zhì)量；高速光譜采集裝置能夠快速、準(zhǔn)確地采集干涉光譜數(shù)據(jù)；智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則通過(guò)先進(jìn)算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，實(shí)現(xiàn)深孔三維輪廓的快速重建。

四、新方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4.1 突破光學(xué)限制

新啟航激光頻率梳新方案憑借激光的高相干性和獨(dú)特的多路徑反射設(shè)計(jì)，有效突破了深孔測(cè)量中的光學(xué)限制。對(duì)于 130mm 深度的深孔，即使存在復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光學(xué)遮擋，光線也可通過(guò)多次反射到達(dá)被遮擋區(qū)域，并返回參與干涉測(cè)量，從而獲取完整的深孔三維信息，消除了測(cè)量盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了深孔全域測(cè)量。

4.2 實(shí)現(xiàn) 2μm 高精度測(cè)量

基于精確的光頻梳齒基準(zhǔn)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 130mm 深度深孔的 2μm 級(jí)高精度測(cè)量。無(wú)論是深孔的孔徑尺寸、圓度誤差，還是孔壁表面的微觀缺陷，都能被精準(zhǔn)檢測(cè)，為深孔零部件的質(zhì)量控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，滿足了高端制造業(yè)對(duì)深孔測(cè)量高精度的嚴(yán)苛要求。

五、應(yīng)用案例與實(shí)踐效果

在某航空航天零部件制造企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，新啟航激光頻率梳深孔測(cè)量新方案對(duì) 130mm 深孔進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量方法僅能獲取深孔淺表層部分信息，而新方案不僅完整呈現(xiàn)了深孔的三維輪廓，還精確檢測(cè)出深孔內(nèi)部存在的微米級(jí)尺寸偏差和表面微小裂紋。企業(yè)依據(jù)檢測(cè)結(jié)果優(yōu)化加工工藝，使零部件的合格率從原來(lái)的 80% 提升至 95%，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，充分驗(yàn)證了新方案在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和先進(jìn)性。

激光頻率梳3D光學(xué)輪廓測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

20世紀(jì)80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進(jìn)展。2000年左右，美國(guó)J.Hall教授團(tuán)隊(duì)?wèi){借自參考f-2f技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，標(biāo)志著飛秒光學(xué)頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國(guó)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所）與John.L.Hall（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所）因在該領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，共同榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

系統(tǒng)基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測(cè)距技術(shù)，打破傳統(tǒng)光學(xué)遮擋限制，專為深孔、凹槽等復(fù)雜大型結(jié)構(gòu)件測(cè)量而生。在1m超長(zhǎng)工作距離下，仍能保持微米級(jí)精度，革新自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)。

核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①同軸落射測(cè)距：獨(dú)特掃描方式攻克光學(xué)“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實(shí)現(xiàn)最大130mm高度/深度掃描成像；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

③多鏡頭大視野：支持組合配置，輕松覆蓋數(shù)十米范圍的檢測(cè)需求。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

審核編輯 黃宇