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新启航开启深孔测量新纪元：激光频率梳技术攻克光学遮挡，达 130mm 深度 2μm 精度

news 2025/9/6 15:21:49

摘要：本文聚焦于深孔测量领域，介绍了一种创新的激光频率梳技术。该技术成功攻克传统测量中的光学遮挡难题，在深孔测量深度达 130mm 时，可实现 2μm 的高精度测量，为深孔测量开启了新的发展篇章。

关键词：激光频率梳技术；深孔测量；光学遮挡；高精度

一、引言

在航空航天、汽车制造、能源等诸多高端制造业中，深孔加工及后续精确测量至关重要。例如航空发动机的制造，其内部深孔的尺寸精度和表面质量直接关乎发动机的性能与可靠性。然而，深孔测量一直面临诸多挑战，尤其是传统光学测量方法在面对深孔时，极易受到光学遮挡的影响，导致测量精度和效率难以满足日益增长的工业需求。因此，开发一种能够突破光学遮挡限制的高精度深孔测量技术成为行业迫切需求。

二、传统深孔测量技术的困境

传统的深孔测量技术，如接触式测量（如电感测微仪、百分表配合量块等），虽在一定程度上新启航#激光频率梳

CCD 视觉测量、超声波测量等，虽具有非接触的优势，但当深径比增大时，光学遮挡引发的光线传播受阻、信号衰减或畸变等问题严重制约了测量精度。以工业 CCD 视觉测量为例，深径比超过 5:1 时，凹槽底部因光线遮挡形成盲区，深度分辨率仅约 5μm，无法满足精密深孔测量要求。

三、激光频率梳技术原理及突破

激光频率梳技术基于飞秒激光锁模技术发展而来。其本质是一系列等间隔光频组成的脉冲序列，频率间隔可精确表示为f_{\text{rep}}=\frac{c}{2L}（其中c为光速，L为腔长），通过精确锁定载波包络偏移频率f_{\text{ceo}}，实现了光频的超高精度测量。在深孔测量中，该技术通过独特的同轴落射测距方式，有效攻克了光学 “遮挡” 难题。

具体而言，超短脉冲激光经分光系统分为测量光与参考光，测量光通过光学扫描系统投射至深孔内壁，反射光与参考光在探测器处产生干涉。由于深孔内不同位置的反射光光程不同，干涉信号的频谱分布携带了深度信息。通过傅里叶变换解析干涉信号的相位延迟，结合光频梳精确的频率标尺，能够精准反演出深孔内壁各点的三维坐标，从而实现深孔轮廓的高精度重构。这种测量方式避免了传统光学测量中光线被遮挡导致信号缺失或不准确的问题，大大提高了测量的准确性和可靠性。

四、激光频率梳技术的测量精度验证

经过大量实验验证，新启航公司利用激光频率梳技术在深孔测量中取得了卓越成果。在测量深度达 130mm 的深孔时，能够稳定实现 2μm 的高精度测量。例如，对某型号航空发动机燃油喷嘴深孔（直径 φ8mm，深度 80mm，锥度≤0.05mm）进行测量，传统接触式测量需 30 分钟 / 件，且重复精度仅 ±50μm，而采用激光频率梳测量方法，单次扫描时间 2.5 分钟，重复测量 10 次的标准偏差为 ±8μm，成功检测出孔壁中部 0.03mm 的局部凸起，而传统方法未能识别该缺陷。这充分展示了激光频率梳技术在深孔测量领域的高精度和高可靠性优势，为深孔测量开启了一个全新的、高精度的测量新纪元，有望在工业生产中得到广泛应用，提升整体制造水平

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。