芯耀
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摘要
本文圍繞機械零件深孔測量展開，分析傳統(tǒng)測量方法不足，重點探究激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)在機械零件深孔測量中的應用。闡述該技術(shù)原理，結(jié)合實例說明其優(yōu)勢，為機械零件深孔測量提供新的技術(shù)思路與參考。
關(guān)鍵詞
機械零件；深孔測量；激光頻率梳；3D 輪廓測量
一、引言
在機械制造領(lǐng)域，深孔零件應用廣泛，如液壓缸、發(fā)動機噴油嘴、動車空心主軸等。深孔的精確測量對機械零件性能和設(shè)備整體運行至關(guān)重要。傳統(tǒng)機械零件深孔測量方法，如內(nèi)徑千分尺、塞規(guī)、三坐標測量機等，在面對高精度、大長徑比深孔時，存在測量效率低、精度不足、適應性差等問題。隨著激光技術(shù)發(fā)展，激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)為機械零件深孔測量提供了高效精準的解決方案。
二、傳統(tǒng)機械零件深孔測量方法及其局限性
2.1 內(nèi)徑千分尺測量
內(nèi)徑千分尺基于三點定圓原理，理論精度可達 1μm，屬接觸式測量。但測量時接觸點位置選取具偶然性，結(jié)果難反映深孔實際情況，且測量效率低、可測深孔長度有限，不適用于批量機械零件深孔檢測。
2.2 塞規(guī)測量
塞規(guī)精度最高達 1μm，可測直徑、評估圓度及判斷直線度，但屬定性測量，對大長徑比深孔無法給出具體數(shù)值，僅得大概范圍，且不適用于盲孔檢測，難以滿足機械零件高精度深孔測量需求。
2.3 三坐標測量機測量
三坐標測量機可測孔的多種幾何參數(shù)，加裝加長測針可測一定范圍深孔。但受環(huán)境溫度、濕度、振動等因素制約嚴格，對操作者技能要求高，檢測效率和可測深孔尺寸范圍限制其在企業(yè)批量深孔檢測中的應用。
三、激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)原理
激光頻率梳是具精確頻率間隔的光頻源，頻譜呈梳狀結(jié)構(gòu)，可作頻率和時間測量 “標尺”。該技術(shù)基于光的干涉原理，發(fā)射的超短激光脈沖經(jīng)分光棱鏡分為測量光路與參考光路。測量光路激光脈沖射向深孔底部，反射光與參考光路光在分束器合束產(chǎn)生干涉信號，由光柵光譜儀接收，借助法布里－珀羅標準具模式濾波原理對光頻梳稀疏化。通過處理干涉測距數(shù)據(jù)，由光譜解算出孔深，同時依據(jù)光頻梳各梳齒干涉強度信息傅里葉變換，推算相位延遲，獲取深孔不同位置深度信息，實現(xiàn) 3D 輪廓測量。
四、激光頻率梳 3D 輪廓測量在機械零件深孔測量中的應用
4.1 液壓缸深孔測量
液壓缸深孔精度影響液壓系統(tǒng)密封性和穩(wěn)定性。某液壓件生產(chǎn)企業(yè)采用激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)，對液壓缸深孔進行測量，測量精度達 ±5μm，可同時檢測孔深、直線度、圓度等參數(shù)。相比傳統(tǒng)測量方法，效率提升 5 倍，廢品率從 12% 降至 2%，保障了液壓缸質(zhì)量。
4.2 發(fā)動機噴油嘴深孔測量
發(fā)動機噴油嘴深孔精度影響燃油噴射效果和發(fā)動機性能。傳統(tǒng)測量方法在批量檢測時效率低、誤差大。應用激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)，可快速非接觸測量噴油嘴深孔，每分鐘檢測數(shù)十個零件，測量精度達 ±20μm，某發(fā)動機廠采用后，噴油嘴加工質(zhì)量提升，發(fā)動機油耗降低 5%。
4.3 動車空心主軸深孔測量
動車空心主軸深孔精度對動車運行穩(wěn)定性和安全性重要。激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)可對其深孔進行高精度 3D 輪廓測量，測量精度達 ±10μm，不僅獲取孔深，還檢測孔壁各項參數(shù)，滿足高端動車零件加工要求，提升動車運行可靠性。
五、激光頻率梳 3D 輪廓測量技術(shù)的優(yōu)勢
5.1 高精度測量
利用激光頻率梳高相干性，測量精度達微米級甚至納米級，滿足機械零件高精度深孔測量需求，如航空航天機械零件深孔加工精度控制。
5.2 非接觸式測量
無需與深孔內(nèi)壁接觸，避免損傷孔壁，降低測量對深孔質(zhì)量影響，適合光學機械零件等對表面質(zhì)量要求高的深孔測量。
5.3 快速測量與實時監(jiān)測
可快速發(fā)射激光脈沖并采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機械零件深孔實時測量和加工過程監(jiān)測，及時調(diào)整參數(shù)，提高生產(chǎn)效率，保障加工質(zhì)量。
5.4 強環(huán)境適應性
受環(huán)境因素影響小，可在惡劣工業(yè)環(huán)境穩(wěn)定工作，如機械加工現(xiàn)場高溫、高濕、有粉塵環(huán)境下，準確測量機械零件深孔孔深。
激光頻率梳3D光學輪廓測量系統(tǒng)簡介：
20世紀80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進展。2000年左右，美國J.Hall教授團隊憑借自參考f-2f技術(shù)，成功實現(xiàn)載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，標志著飛秒光學頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國馬克斯普朗克量子光學研究所）與John.L.Hall（美國國家標準和技術(shù)研究所）因在該領(lǐng)域的卓越貢獻，共同榮獲諾貝爾物理學獎。?
系統(tǒng)基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測距技術(shù)，打破傳統(tǒng)光學遮擋限制，專為深孔、凹槽等復雜大型結(jié)構(gòu)件測量而生。在1m超長工作距離下，仍能保持微米級精度，革新自動化檢測技術(shù)。?
核心技術(shù)優(yōu)勢?
①同軸落射測距：獨特掃描方式攻克光學“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復雜結(jié)構(gòu)；?
（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
②高精度大縱深：以±2μm精度實現(xiàn)最大130mm高度/深度掃描成像；?
（以上為新啟航實測樣品數(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)十米范圍的檢測需求。
（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
