• 正文
    • 一、引言
    • 二、傳統(tǒng)機(jī)械零件深孔測(cè)量方法及其局限性
    • 三、激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)原理
    • 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
    • 五、激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
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機(jī)械零件深孔測(cè)量方法的探究 激光頻率梳 3D 輪廓測(cè)量

05/29 14:58
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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)

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