一、引言

油路板作為液壓系統(tǒng)核心部件，其凹槽深度與平面度精度直接影響油液流動(dòng)特性與密封性能。傳統(tǒng)測(cè)量方法在面對(duì)復(fù)雜油路結(jié)構(gòu)時(shí)存在效率低、精度不足等問(wèn)題。激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)憑借時(shí)頻基準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)，為油路板關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量提供了新路徑，其在微米級(jí)精度控制場(chǎng)景中展現(xiàn)出獨(dú)特應(yīng)用價(jià)值。

二、測(cè)量系統(tǒng)工作原理

（一）激光頻率梳的光程測(cè)量機(jī)制

飛秒激光器產(chǎn)生重復(fù)頻率穩(wěn)定（f_rep=100MHz）的脈沖序列，經(jīng)光纖分束后分為測(cè)量光與參考光。測(cè)量光聚焦于油路板表面，反射光與參考光在平衡探測(cè)器產(chǎn)生干涉，其相位差 Δφ 與光程差 ΔL 滿足 ΔL=λ?Δφ/(4π)（λ 為中心波長(zhǎng) 1550nm）。通過(guò)鎖定載波包絡(luò)偏移頻率（f_ceo=20MHz），將光程測(cè)量不確定度控制在 ±0.15μm，為凹槽深度絕對(duì)測(cè)量提供基準(zhǔn)。

（二）三維輪廓重建算法

采用多線激光掃描模式，線激光器（波長(zhǎng) 635nm）以 45° 角投射到油路板表面，工業(yè)相機(jī)（分辨率 2048×2048）同步采集變形條紋。通過(guò)頻率梳的飛秒脈沖對(duì)條紋圖像進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記（精度 10ps），建立全局時(shí)間坐標(biāo)系。利用相位解包裹算法（如質(zhì)量引導(dǎo)法）計(jì)算條紋相位分布，結(jié)合頻率梳光程數(shù)據(jù)，通過(guò)三角測(cè)量原理解算凹槽深度 h 與平面度偏差 δ：

h = frac{L_1 - L_2}{costheta}, quad delta = max(z_i) - min(z_i)

其中 L1、L2 為凹槽底部與開(kāi)口處光程，θ 為激光入射角，zi 為平面采樣點(diǎn)高度值。

（三）油路板專用測(cè)量流程

針對(duì)油路板多孔道、深凹槽特性，系統(tǒng)采用分層掃描策略：首先通過(guò)低分辨率掃描（點(diǎn)間距 0.5mm）構(gòu)建全局形貌，識(shí)別凹槽位置；然后對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行高分辨率掃描（點(diǎn)間距 10μm），掃描速度隨凹槽深度自動(dòng)調(diào)節(jié)（深度 > 10mm 時(shí)速度降至 20mm/s）。數(shù)據(jù)處理時(shí)，通過(guò)閾值分割提取凹槽區(qū)域，采用最小二乘法擬合平面度，結(jié)合頻率梳的絕對(duì)坐標(biāo)溯源，實(shí)現(xiàn)凹槽深度與平面度的一體化測(cè)量。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）超高測(cè)量精度與重復(fù)性

在 10mm 深凹槽測(cè)量中，頻率梳光程基準(zhǔn)使深度測(cè)量不確定度達(dá) ±0.3μm，平面度測(cè)量分辨率達(dá) 0.1μm/m。某航空發(fā)動(dòng)機(jī)油路板實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)對(duì) 5mm 寬、8mm 深凹槽的深度測(cè)量偏差 <0.5μm，較傳統(tǒng)接觸式測(cè)針（偏差> 5μm）提升 10 倍；平面度測(cè)量結(jié)果與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）一致性達(dá) 98.7%，標(biāo)準(zhǔn)偏差 < 0.2μm。

（二）復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性

對(duì)于交叉孔、盲孔等復(fù)雜油路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)通過(guò)多角度掃描（最大俯仰角 ±75°）結(jié)合頻率梳的長(zhǎng)相干長(zhǎng)度（可調(diào)至 50mm），實(shí)現(xiàn)凹槽底部 100% 覆蓋。在 φ3mm 通孔連接的 T 型槽測(cè)量中，傳統(tǒng)激光三角法因陰影效應(yīng)存在 20% 盲區(qū)，而該技術(shù)通過(guò) 0.1mm 步距分層掃描，盲區(qū)占比 < 1%，成功獲取槽底圓角半徑（測(cè)量值 R0.25mm，真值 R0.23mm）。

（三）非接觸測(cè)量與高效數(shù)據(jù)采集

非接觸測(cè)量模式避免了測(cè)針接觸引起的油路板表面損傷，特別適合硬質(zhì)陽(yáng)極氧化涂層（厚度 50μm）的油路板檢測(cè)。系統(tǒng)單點(diǎn)采集時(shí)間 10μs，100mm×100mm 區(qū)域掃描僅需 3 分鐘，數(shù)據(jù)采集效率是 CMM 的 20 倍。配合自動(dòng)聚焦功能（響應(yīng)時(shí)間 50ms），可快速完成不同深度凹槽的連續(xù)測(cè)量，滿足批量生產(chǎn)質(zhì)檢需求。

四、技術(shù)局限性

（一）深窄凹槽測(cè)量盲區(qū)

當(dāng)凹槽寬深比 <1:5（如 1mm 寬、5mm 深）時(shí)，激光入射角度受限（θ<20°），導(dǎo)致三角測(cè)量基線縮短，深度測(cè)量誤差增大（>±2μm）。某液壓閥塊中 0.8mm 寬、6mm 深的阻尼槽測(cè)量顯示，槽底測(cè)量誤差達(dá) ±3.2μm，需結(jié)合顯微視覺(jué)輔助定位。

（二）高反光表面測(cè)量挑戰(zhàn)

油路板電鍍金表面（反射率 > 90%）會(huì)導(dǎo)致激光散斑噪聲增強(qiáng)，干涉信號(hào)對(duì)比度下降至 30% 以下，相位解算誤差增加 50%。實(shí)驗(yàn)表明，未處理金表面的平面度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差達(dá) 0.8μm，而噴涂 0.5μm 厚顯影劑后，標(biāo)準(zhǔn)差降至 0.3μm，但增加了測(cè)量工序與成本。

（三）數(shù)據(jù)處理效率瓶頸

高分辨率掃描（點(diǎn)云密度 100 點(diǎn) /mm2）產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)（單工件數(shù)據(jù)量 500MB）需專用 GPU 加速處理，三維重建時(shí)間達(dá) 15 分鐘，難以滿足實(shí)時(shí)在線檢測(cè)需求。在汽車油路板生產(chǎn)線（節(jié)拍 2 分鐘）應(yīng)用中，需壓縮點(diǎn)云密度至 20 點(diǎn) /mm2，導(dǎo)致深度測(cè)量精度下降至 ±1μm

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