【新启航】飞机起落架外筒深孔型腔的测量方法 - 激光频率梳 3D 轮廓检测
一、引言
飞机起落架外筒深孔型腔（深度 1500-3000mm，直径 80-200mm）作为承力与导向关键结构，其内壁轮廓精度直接影响起落架收放可靠性与疲劳寿命。该类深孔型腔常含阶梯面、锥度段及退刀槽等复杂结构，传统测量方法面临效率低、精度不足等挑战。激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借长量程、纳米级精度及非接触特性，为外筒深孔型腔的精密测量提供了创新解决方案。
二、传统测量方法的局限性
（一）接触式测量效率与精度瓶颈
内径千分尺对 3000mm 深孔逐点测量需耗时超 5 小时，且探针在深孔中弯曲变形导致直径测量误差达 ±0.15mm。机械臂式接触测量虽实现自动化，但探头在深孔内的摆动误差（摆动角度＞0.5°）使轮廓坐标偏差超 ±0.1mm，无法满足起落架外筒 ±0.03mm 的装配精度要求。
（二）非接触式测量的适应性不足
工业 CT 检测受限于射线穿透厚度，对 200mm 以上金属壁厚的外筒深孔，图像分辨率降至 0.8mm，难以识别≤0.5mm 的内壁缺陷。激光三角法在深孔中受漫反射与光路遮挡影响，测量距离超过 2000mm 时，精度从 ±0.03mm 降至 ±0.2mm，且无法完整获取阶梯面等复杂结构的轮廓数据。
三、激光频率梳检测系统原理与架构
（一）硬件系统构成
检测系统由飞秒激光频率梳光源（重复频率 100MHz，相干长度＞5m）、刚性支撑内窥模块（直径 40mm，工作距离 0-3.5m）、六轴机械臂（定位精度 ±0.005mm）及相位干涉探测器组成。特制长焦深光学镜头（视场角 70°）配合光束整形技术，实现深孔内壁的均匀照明与光斑直径≤5μm 的聚焦能力。
（二）测量原理
基于光频梳相干测距与飞行时间融合原理，发射的飞秒脉冲序列经分束器分为测量光与参考光。测量光通过刚性内窥模块入射至型腔内壁，反射光与参考光在探测器处产生干涉，通过频域分析获取飞秒级时间差 Δt，利用公式d = c \cdot \Delta t / 2计算测点距离。结合六轴机械臂的螺旋扫描轨迹，构建内轮廓三维点云，轴向测量精度达 ±5μm，径向精度达 ±2μm。
四、外筒深孔型腔测量方法
（一）分段螺旋扫描策略
针对 3000mm 级深孔型腔，采用 1000mm 分段螺旋扫描方式：先以 50mm 层间距粗扫描获取轮廓概貌，通过点云配准算法（如 NDT）识别相邻段重叠区域，再以 0.1mm 扫描步长对全孔精扫描。在深孔轴线偏移＞0.2mm 时，机械臂启动实时补偿机制，确保扫描轨迹与孔轴线同轴度误差＜0.01mm。
（二）多物理场数据融合算法
开发光强 - 相位 - 温度 - 振动四场融合算法：通过 1030nm/1550nm 双波长激光解算相位歧义，利用反射光强分布识别油污区域；引入高精度温度传感器（精度 ±0.05℃）补偿温漂对光速的影响，结合三轴振动传感器（采样频率 20kHz）抑制环境振动干扰。采用高斯滤波与形态学滤波组合去噪，通过 RANSAC 算法拟合深孔轴线与特征平面，实现圆度、圆柱度等形位公差的高精度评估（误差＜20nm）。
五、实验验证与应用
（一）主起落架外筒深孔检测
对某型客机主起落架外筒深孔（直径 180mm，深度 2800mm，含 4 处阶梯结构）进行检测，螺旋扫描（螺距 0.5mm）获取点云密度 12 点 /mm²。检测结果显示，阶梯面平面度误差≤0.015mm，阶梯高度差测量误差≤0.01mm，较传统内径千分尺效率提升 30 倍，成功识别出 5 处≤0.1mm 的内壁划痕缺陷。
（二）前起落架外筒锥度腔检测
在前起落架外筒锥度腔（直径 100-150mm，深度 2000mm，锥度 1.2°）检测中，采用分区扫描（分 3 个区域），公共特征点配准误差＜10μm。测量显示，锥度角测量误差≤0.002°，大端与小端直径偏差≤0.02mm，检测时间从传统方法的 6 小时缩短至 40 分钟，满足起落架外筒与活塞杆的配合精度要求。
（三）应力集中区精细测量
针对外筒深孔应力集中区（如过渡圆角处），启用局部放大扫描（扫描步长 0.02mm）。在某型起落架疲劳试验件检测中，捕捉到圆角处≤40μm 的微裂纹，该裂纹会导致应力集中系数增加 15%，为起落架结构强度分析提供了关键微观数据。
六、技术优势分析
该检测方法在起落架外筒深孔型腔测量中具有显著优势：非接触测量避免了传统接触式测量的探头磨损问题，适用于硬铬镀层等易损伤表面；长量程高精度特性（0-3.5m 测量范围，±2μm 径向精度）满足外筒深孔的全尺寸检测需求；三维轮廓与有限元分析的深度融合，可直接评估内轮廓误差对起落架承载性能的影响。在深径比＞25 的极端深孔检测中，效率较传统方法提升 40 倍以上，为飞机起落架的制造与维修提供了核心检测技术保障。
激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介：
20世纪80年代，飞秒锁模激光器取得重要进展。2000年左右，美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术，成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器，标志着飞秒光学频率梳正式诞生。2005年，Theodor.W.Hänsch（德国马克斯普朗克量子光学研究所）与John.L.Hall（美国国家标准和技术研究所）因在该领域的卓越贡献，共同荣获诺贝尔物理学奖。
系统基于激光频率梳原理，采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术，打破传统光学遮挡限制，专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下，仍能保持微米级精度，革新自动化检测技术。
核心技术优势
①同轴落射测距：独特扫描方式攻克光学“遮挡”难题，适用于纵横沟壑的阀体油路板等复杂结构；
（以上为新启航实测样品数据结果）
②高精度大纵深：以±2μm精度实现最大130mm高度/深度扫描成像；
（以上为新启航实测样品数据结果）
③多镜头大视野：支持组合配置，轻松覆盖数十米范围的检测需求。
（以上为新启航实测样品数据结果）
