芯耀
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摘要
本文圍繞機(jī)械零件深孔測(cè)量展開(kāi)，分析傳統(tǒng)測(cè)量方法不足，重點(diǎn)探究激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)在機(jī)械零件深孔測(cè)量中的應(yīng)用。闡述該技術(shù)原理，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)，為機(jī)械零件深孔測(cè)量提供新的技術(shù)思路與參考。
關(guān)鍵詞
機(jī)械零件；深孔測(cè)量；激光頻率梳；3D 輪廓測(cè)量
一、引言
在機(jī)械制造領(lǐng)域，深孔零件應(yīng)用廣泛，如液壓缸、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴、動(dòng)車空心主軸等。深孔的精確測(cè)量對(duì)機(jī)械零件性能和設(shè)備整體運(yùn)行至關(guān)重要。傳統(tǒng)機(jī)械零件深孔測(cè)量方法，如內(nèi)徑千分尺、塞規(guī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，在面對(duì)高精度、大長(zhǎng)徑比深孔時(shí)，存在測(cè)量效率低、精度不足、適應(yīng)性差等問(wèn)題。隨著激光技術(shù)發(fā)展，激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)為機(jī)械零件深孔測(cè)量提供了高效精準(zhǔn)的解決方案。
二、傳統(tǒng)機(jī)械零件深孔測(cè)量方法及其局限性
2.1 內(nèi)徑千分尺測(cè)量
內(nèi)徑千分尺基于三點(diǎn)定圓原理，理論精度可達(dá) 1μm，屬接觸式測(cè)量。但測(cè)量時(shí)接觸點(diǎn)位置選取具偶然性，結(jié)果難反映深孔實(shí)際情況，且測(cè)量效率低、可測(cè)深孔長(zhǎng)度有限，不適用于批量機(jī)械零件深孔檢測(cè)。
2.2 塞規(guī)測(cè)量
塞規(guī)精度最高達(dá) 1μm，可測(cè)直徑、評(píng)估圓度及判斷直線度，但屬定性測(cè)量，對(duì)大長(zhǎng)徑比深孔無(wú)法給出具體數(shù)值，僅得大概范圍，且不適用于盲孔檢測(cè)，難以滿足機(jī)械零件高精度深孔測(cè)量需求。
2.3 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可測(cè)孔的多種幾何參數(shù)，加裝加長(zhǎng)測(cè)針可測(cè)一定范圍深孔。但受環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)等因素制約嚴(yán)格，對(duì)操作者技能要求高，檢測(cè)效率和可測(cè)深孔尺寸范圍限制其在企業(yè)批量深孔檢測(cè)中的應(yīng)用。
三、激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)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(shí)間測(cè)量 “標(biāo)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(cè)量光路與參考光路。測(cè)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(hào)，由光柵光譜儀接收，借助法布里－珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模式濾波原理對(duì)光頻梳稀疏化。通過(guò)處理干涉測(cè)距數(shù)據(jù)，由光譜解算出孔深，同時(shí)依據(jù)光頻梳各梳齒干涉強(qiáng)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(shí)現(xiàn) 3D 輪廓測(cè)量。
四、激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量在機(jī)械零件深孔測(cè)量中的應(yīng)用
4.1 液壓缸深孔測(cè)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(cè)量技術(shù)，對(duì)液壓缸深孔進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度達(dá) ±5μm，可同時(shí)檢測(cè)孔深、直線度、圓度等參數(shù)。相比傳統(tǒng)測(cè)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(dòng)機(jī)噴油嘴深孔測(cè)量
發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴深孔精度影響燃油噴射效果和發(fā)動(dòng)機(jī)性能。傳統(tǒng)測(cè)量方法在批量檢測(cè)時(shí)效率低、誤差大。應(yīng)用激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)，可快速非接觸測(cè)量噴油嘴深孔，每分鐘檢測(cè)數(shù)十個(gè)零件，測(cè)量精度達(dá) ±20μm，某發(fā)動(dòng)機(jī)廠采用后，噴油嘴加工質(zhì)量提升，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗降低 5%。
4.3 動(dòng)車空心主軸深孔測(cè)量
動(dòng)車空心主軸深孔精度對(duì)動(dòng)車運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性重要。激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)可對(duì)其深孔進(jìn)行高精度 3D 輪廓測(cè)量，測(cè)量精度達(dá) ±10μm，不僅獲取孔深，還檢測(cè)孔壁各項(xiàng)參數(shù)，滿足高端動(dòng)車零件加工要求，提升動(dòng)車運(yùn)行可靠性。
五、激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
5.1 高精度測(cè)量
利用激光頻率梳高相干性，測(cè)量精度達(dá)微米級(jí)甚至納米級(jí)，滿足機(jī)械零件高精度深孔測(cè)量需求，如航空航天機(jī)械零件深孔加工精度控制。
5.2 非接觸式測(cè)量
無(wú)需與深孔內(nèi)壁接觸，避免損傷孔壁，降低測(cè)量對(duì)深孔質(zhì)量影響，適合光學(xué)機(jī)械零件等對(duì)表面質(zhì)量要求高的深孔測(cè)量。
5.3 快速測(cè)量與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
可快速發(fā)射激光脈沖并采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件深孔實(shí)時(shí)測(cè)量和加工過(guò)程監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整參數(shù)，提高生產(chǎn)效率，保障加工質(zhì)量。
5.4 強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)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(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)高溫、高濕、有粉塵環(huán)境下，準(zhǔn)確測(cè)量機(jī)械零件深孔孔深。
激光頻率梳3D光學(xué)輪廓測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介：
20世紀(jì)80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進(jìn)展。2000年左右，美國(guó)J.Hall教授團(tuán)隊(duì)?wèi){借自參考f-2f技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，標(biāo)志著飛秒光學(xué)頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國(guó)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所）與John.L.Hall（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所）因在該領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，共同榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。?
系統(tǒng)基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測(cè)距技術(shù)，打破傳統(tǒng)光學(xué)遮擋限制，專為深孔、凹槽等復(fù)雜大型結(jié)構(gòu)件測(cè)量而生。在1m超長(zhǎng)工作距離下，仍能保持微米級(jí)精度，革新自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)。?
核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)?
①同軸落射測(cè)距：獨(dú)特掃描方式攻克光學(xué)“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)；?
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
②高精度大縱深：以±2μm精度實(shí)現(xiàn)最大130mm高度/深度掃描成像；?
（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)需求。
（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）
