摘要：在深孔光學(xué)掃描領(lǐng)域，深度遮擋與低精度測(cè)量長(zhǎng)期阻礙技術(shù)發(fā)展。新啟航激光頻率梳技術(shù)猶如 “深孔望遠(yuǎn)鏡”，憑借獨(dú)特的光學(xué)原理與系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 130mm 深度深孔的有效穿透，并達(dá)成 2μm 精度測(cè)量，為深孔光學(xué)掃描技術(shù)帶來(lái)重大突破，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：新啟航激光頻率梳；光學(xué)掃描；深孔望遠(yuǎn)鏡；2μm 精度；130mm 深度

一、引言

在航空航天、精密模具制造等行業(yè)，深孔零部件的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品性能起著決定性作用。光學(xué)掃描作為獲取深孔結(jié)構(gòu)信息的重要手段，在面對(duì) 130mm 深度的深孔時(shí)，受內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的光學(xué)遮擋影響，難以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。新啟航激光頻率梳技術(shù)以創(chuàng)新的測(cè)量方式，如同專為深孔觀測(cè)打造的 “望遠(yuǎn)鏡”，有效解決了深度與精度難題，成為深孔光學(xué)掃描領(lǐng)域的革新力量。

二、傳統(tǒng)深孔光學(xué)掃描技術(shù)的局限

傳統(tǒng)深孔光學(xué)掃描技術(shù)在 130mm 深度的挑戰(zhàn)下，暴露出諸多問(wèn)題。普通激光掃描技術(shù)，因光線在深孔內(nèi)傳播時(shí)易被孔壁、臺(tái)階等結(jié)構(gòu)遮擋，隨著深度增加，光線強(qiáng)度衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致大量區(qū)域無(wú)法掃描，形成測(cè)量盲區(qū)。光學(xué)顯微鏡雖能提供一定精度的成像，但景深有限，難以對(duì)深孔底部進(jìn)行清晰觀測(cè)，更無(wú)法滿足 2μm 級(jí)的高精度測(cè)量需求。此外，這些技術(shù)在面對(duì)復(fù)雜深孔結(jié)構(gòu)時(shí)，缺乏有效的穿透和數(shù)據(jù)處理能力，難以獲取完整且精確的深孔三維信息，嚴(yán)重制約了深孔零部件的質(zhì)量檢測(cè)與優(yōu)化。

三、新啟航激光頻率梳技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu)成

新啟航激光頻率梳技術(shù)基于飛秒激光鎖模原理，產(chǎn)生一系列穩(wěn)定且等間隔的光頻梳齒。在深孔光學(xué)掃描過(guò)程中，超短脈沖激光經(jīng)分光分為測(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，形成干涉光譜。通過(guò)對(duì)干涉光譜中光頻梳齒的精確分析，利用其穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)，可準(zhǔn)確計(jì)算測(cè)量光的光程差，進(jìn)而獲取深孔各點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)高精度掃描。

該技術(shù)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)處理平臺(tái)組成。高穩(wěn)定性光源確保光頻梳齒穩(wěn)定輸出，為精確測(cè)量奠定基礎(chǔ)；精密光學(xué)干涉模塊優(yōu)化光路，增強(qiáng)干涉信號(hào)質(zhì)量；高速光譜采集裝置快速捕捉干涉光譜數(shù)據(jù)；智能數(shù)據(jù)處理平臺(tái)運(yùn)用先進(jìn)算法，高效處理數(shù)據(jù)并重建深孔三維模型。

四、“深孔望遠(yuǎn)鏡” 技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)

4.1 穿透 130mm 深度

新啟航激光頻率梳技術(shù)憑借激光的高相干性和多路徑反射特性，有效穿透 130mm 深度的深孔。即使深孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在嚴(yán)重遮擋，測(cè)量光也能通過(guò)多次反射繞過(guò)遮擋區(qū)域，到達(dá)深孔各個(gè)部位，反射光返回后參與干涉測(cè)量，從而獲取完整的深孔信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔的全深度掃描，突破了傳統(tǒng)技術(shù)在深度上的限制。

4.2 實(shí)現(xiàn) 2μm 級(jí)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，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 2μm 級(jí)的高精度測(cè)量。能夠精準(zhǔn)捕捉深孔孔徑的細(xì)微變化、孔壁表面的微小起伏以及內(nèi)部的微小缺陷等信息，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，滿足了高端制造領(lǐng)域?qū)ι羁诇y(cè)量高精度的嚴(yán)苛要求，為深孔零部件的質(zhì)量控制提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持 。

五、應(yīng)用案例與實(shí)踐效果

在某高端模具制造企業(yè)的應(yīng)用中，采用新啟航激光頻率梳技術(shù)對(duì) 130mm 深的模具冷卻孔進(jìn)行光學(xué)掃描。傳統(tǒng)掃描技術(shù)僅能獲取淺表層約 30mm 深度的部分信息，且誤差較大。而新啟航技術(shù)不僅完整呈現(xiàn)了冷卻孔的三維輪廓，還精確檢測(cè)出孔壁上一處 2.1μm 的凸起缺陷。企業(yè)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整加工工藝，使模具冷卻效率提高了 15%，產(chǎn)品良品率從 80% 提升至 94%，充分驗(yàn)證了該技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的巨大價(jià)值和有效性。

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