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飞机起落架轮轴深孔中间段电解扩孔内轮廓检测 - 激光频率梳 3D 轮廓检测

news 2025/8/20 12:13:58

摘要：飞机起落架轮轴深孔中间段电解扩孔内轮廓检测存在精度要求高、结构复杂等挑战。本文针对电解扩孔特殊工艺特征，探讨激光频率梳 3D 轮廓检测技术的应用，分析其检测原理、技术优势及在轮轴深孔检测中的实践，为电解扩孔内轮廓高精度检测提供解决方案。

关键词：起落架轮轴；深孔电解扩孔；内轮廓检测；激光频率梳；3D 轮廓检测

一、引言

飞机起落架轮轴作为承载起降载荷的核心部件，其深孔中间段电解扩孔内轮廓精度直接影响轮轴疲劳寿命与装配可靠性。电解扩孔工艺在深孔中间段形成的锥度过渡面、电解纹特征（纹深 0.05-0.1mm）及直径渐变区（渐变率 0.02°-0.5°），对检测技术提出特殊要求。传统接触式测头因电解孔壁薄（壁厚≤2mm）易造成形变，工业 CT 对微小电解纹路识别能力不足（分辨率 > 0.15mm）。因此，亟需适配电解扩孔工艺特征的内轮廓检测技术。

二、检测技术原理与系统构建

激光频率梳通过飞秒激光产生频率间隔为100\,\text{MHz}的脉冲序列，利用光纤耦合探针（直径 1.2mm）导入深孔电解区域。基于光频域反射（OFDR）原理，当脉冲光照射电解孔壁时，反射光与参考光在光谱仪产生干涉条纹，通过傅里叶变换解析相位差，计算距离信息d = c·N/(2f_r)（N为干涉条纹数）。检测系统集成振镜扫描模块（扫描角度 ±30°）与运动控制平台，实现轴向 0.03mm、周向 0.1° 的采样密度，构建电解扩孔内轮廓三维点云模型。

三、电解扩孔内轮廓检测技术优势

（一）电解纹特征高保真采集

针对电解扩孔特有的 0.08mm 深度纹路，激光频率梳可实现 0.02mm 垂直分辨率的轮廓采集。某型轮轴电解孔检测实验显示，该技术对电解纹走向、深度的还原度达 98%，较工业内窥镜（还原度 70%）与涡流检测（还原度 65%）显著提升。

（二）薄壁厚孔检测零损伤

非接触测量方式避免了传统触针（针尖力 > 0.5mN）对电解孔壁的塑性变形。在壁厚 1.8mm 的轮轴深孔检测中，激光频率梳的光压力 < 0.1μN，满足薄壁件无损检测要求，经三坐标复测验证，测量引起的形变误差 < 0.005mm。

（三）渐变锥度高精度量化

通过光程差相位解算算法，对电解扩孔 0.1°-0.3° 的微小锥度实现 0.01° 的测量精度。在某型轮轴 φ30mm×120mm 电解孔检测中，激光频率梳测得的锥度值与设计值偏差 < 0.008°，优于传统测微仪 ±0.05° 的误差。

四、工程应用实践

（一）电解扩孔直径一致性检测

在 C919 主起落架轮轴 φ28mm 电解扩孔检测中，激光频率梳系统沿孔深方向每 5mm 采集一组直径数据，发现距孔口 45mm 处存在 0.03mm 的直径突变，通过三维轮廓分析确定为电解工艺参数波动导致的局部过蚀，传统超声测厚仪因分辨率不足未识别该缺陷。

（二）电解过渡面位置度校准

轮轴深孔电解扩孔过渡面位置度公差要求≤0.1mm，传统离线检测需拆卸轮轴。激光频率梳便携探头（长度 150mm）伸入轮轴安装状态的深孔内，12 分钟完成过渡面三维坐标测量，检测数据与 CAD 模型比对偏差控制在 0.07mm 以内，实现装机状态下的在线校准。

（三）电解纹粗糙度定量分析

建立基于三维轮廓的电解纹粗糙度评价模型，提出电解纹特征参数Rz_e（十点高度）。某轮轴电解孔检测数据显示，激光频率梳测得的Rz_e为 0.32μm，与触针式粗糙度仪（0.35μm）偏差 < 9%，满足航空标准中电解纹Rz_e≤0.5μm的要求，且避免了触针损伤电解层。

五、技术挑战与优化路径

当前检测技术在强反光电解层（反射率 > 90%）中存在信号饱和问题，深孔中段杂散光干扰导致 0.01mm 级缺陷漏检率约 5%。未来可通过偏振光调制技术（抑制镜面反射）、深度学习去噪算法（提升信噪分离能力）优化检测系统，同时开发自适应曲率的柔性探针，增强对复杂电解轮廓的适配性。

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。