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飞机起落架减震筒的深孔检测方法探究 - 激光频率梳 3D 轮廓检测

news 2025/8/24 9:03:55

摘要：针对飞机起落架减震筒深孔检测中高精度与复杂结构适配的需求，本文探究激光频率梳 3D 轮廓检测技术的应用路径。通过分析减震筒深孔特性、技术原理及工程验证，为该类零件的缺陷识别与尺寸管控提供技术方案。

一、引言

飞机起落架减震筒作为冲击载荷的主要承载体，其深孔结构（深径比达 25:1）内壁质量直接影响缓冲性能。该类深孔兼具阶梯孔、倒角过渡等复杂特征，传统涡流检测难以量化几何偏差，而接触式测头在深孔段的挠度误差可达 ±15μm。激光频率梳 3D 轮廓检测技术以飞秒级时间测量精度，为减震筒深孔的全要素检测提供了新手段。

二、减震筒深孔检测特性分析

（一）结构复杂性

某型减震筒深孔包含 φ50mm 主孔与 φ30mm 过渡孔的阶梯结构，孔深 650mm，且在深孔段分布 3 处 45° 倒角。这种非均匀截面设计对检测系统的空间分辨率提出更高要求，传统线激光扫描在阶梯过渡处易产生数据缺失。

（二）性能关联性

深孔内壁的圆度偏差（允许值≤10μm）与表面粗糙度（Ra≤0.8μm）直接影响密封件寿命。实测表明，当深孔直线度超过 0.1mm/100mm 时，减震筒在着陆冲击中可能出现油液泄漏，因此检测需同时覆盖几何参数与表面质量。

三、激光频率梳检测技术原理

该技术基于光频梳的双光梳干涉原理，通过飞秒激光器产生重复频率稳定（波动≤1Hz）的脉冲序列。当光束经光纤探针导入深孔后，孔壁反射光与参考臂光在光谱仪形成干涉条纹，通过解析频域干涉图谱（分辨率达 10^-15 秒），计算光脉冲飞行时间。配合五轴联动扫描机构（轴向进给精度 0.3μm，旋转精度 0.1°），实现深孔内壁点云数据的高密度采集（采样密度 10 点 /μm²）。

四、技术优势与工程验证

（一）复杂结构适应性

在阶梯孔检测中，系统通过变光斑直径模式（孔口 50μm / 孔底 20μm），成功捕捉到过渡倒角处的 0.5mm 微小凸台。某机型减震筒检测数据显示，传统 CMM 测量在深孔段的阶梯尺寸偏差达 + 8μm/-12μm，而激光频率梳检测偏差控制在 ±1.5μm 以内。

（二）动态应力检测

集成压电陶瓷驱动的探针模块，可在检测时施加 0-5N 动态压力，模拟减震筒工作状态下的孔壁形变。实验测得，当施加 3N 压力时，深孔段局部产生 5μm 的弹性变形，该数据为疲劳寿命分析提供关键参数，而传统静态检测无法获取此类动态特征。

（三）多物理场融合检测

系统耦合红外热成像模块，同步监测检测过程中孔壁温度变化（分辨率 0.1℃）。在某批次减震筒检测中，通过分析深孔内壁温度场分布，成功定位到因磨削过热导致的显微裂纹区域，检测效率比传统荧光探伤提高 4 倍。

五、检测系统构建与应用

（一）硬件方案设计

采用 “光纤激光器 + 相位敏感探测器” 架构，激光器中心波长 1550nm（适配深孔光纤传输），探针采用蓝宝石涂层保护（耐冲击强度 500MPa）。扫描机构配备直线电机与力矩电机，实现轴向 0.1mm/s-5mm/s 可调扫描速度，满足不同深度段的检测效率需求。

（二）典型检测流程

以某型减震筒为例：首先通过 CT 扫描建立数字孪生模型，生成螺旋扫描轨迹（螺距 0.15mm）；检测时探针从孔口以 2mm/s 速度进给，同步采集三维坐标与光谱数据；数据经小波变换去噪后，与标准模型进行偏差分析，自动标记超差区域（颜色编码显示偏差值）。整个检测过程耗时 28 分钟，较传统方法缩短 72%。

（三）缺陷识别算法

开发基于深度学习的缺陷识别模型，通过 1000 + 组缺陷样本训练，实现对划痕（≥0.2mm）、凹坑（≥0.3mm³）、氧化斑等缺陷的自动识别，识别准确率达 96.3%。某维修案例中，该算法成功检出人工目视漏检的深孔段 0.15mm 微裂纹，避免了减震筒的非必要更换。

六、技术挑战与优化方向

当前技术在深孔段的光斑能量衰减（每 100mm 深度能量衰减 12%）仍需优化，可通过光纤阵列探针增强反射光收集效率。此外，针对钛合金材料的表面特性，需进一步优化光频梳的波长匹配，以提升粗糙表面的测量信噪比。

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。