摘要：在深孔光學(xué)掃描領(lǐng)域，深度遮擋與低精度測量長期阻礙技術(shù)發(fā)展。新啟航激光頻率梳技術(shù)猶如 “深孔望遠(yuǎn)鏡”，憑借獨特的光學(xué)原理與系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)對 130mm 深度深孔的有效穿透，并達(dá)成 2μm 精度測量，為深孔光學(xué)掃描技術(shù)帶來重大突破，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：新啟航激光頻率梳；光學(xué)掃描；深孔望遠(yuǎn)鏡；2μm 精度；130mm 深度

一、引言

在航空航天、精密模具制造等行業(yè)，深孔零部件的質(zhì)量對產(chǎn)品性能起著決定性作用。光學(xué)掃描作為獲取深孔結(jié)構(gòu)信息的重要手段，在面對 130mm 深度的深孔時，受內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的光學(xué)遮擋影響，難以實現(xiàn)高精度測量。新啟航激光頻率梳技術(shù)以創(chuàng)新的測量方式，如同專為深孔觀測打造的 “望遠(yuǎn)鏡”，有效解決了深度與精度難題，成為深孔光學(xué)掃描領(lǐng)域的革新力量。

二、傳統(tǒng)深孔光學(xué)掃描技術(shù)的局限

傳統(tǒng)深孔光學(xué)掃描技術(shù)在 130mm 深度的挑戰(zhàn)下，暴露出諸多問題。普通激光掃描技術(shù)，因光線在深孔內(nèi)傳播時易被孔壁、臺階等結(jié)構(gòu)遮擋，隨著深度增加，光線強度衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致大量區(qū)域無法掃描，形成測量盲區(qū)。光學(xué)顯微鏡雖能提供一定精度的成像，但景深有限，難以對深孔底部進(jìn)行清晰觀測，更無法滿足 2μm 級的高精度測量需求。此外，這些技術(shù)在面對復(fù)雜深孔結(jié)構(gòu)時，缺乏有效的穿透和數(shù)據(jù)處理能力，難以獲取完整且精確的深孔三維信息，嚴(yán)重制約了深孔零部件的質(zhì)量檢測與優(yōu)化。

三、新啟航激光頻率梳技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu)成

新啟航激光頻率梳技術(shù)基于飛秒激光鎖模原理，產(chǎn)生一系列穩(wěn)定且等間隔的光頻梳齒。在深孔光學(xué)掃描過程中，超短脈沖激光經(jīng)分光分為測量光和參考光，測量光進(jìn)入深孔后，在孔壁多次反射，反射光與參考光發(fā)生干涉，形成干涉光譜。通過對干涉光譜中光頻梳齒的精確分析，利用其穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)，可準(zhǔn)確計算測量光的光程差，進(jìn)而獲取深孔各點的三維坐標(biāo)信息，實現(xiàn)高精度掃描。

該技術(shù)系統(tǒng)主要由高穩(wěn)定性飛秒激光頻率梳光源、精密光學(xué)干涉模塊、高速光譜采集裝置和智能數(shù)據(jù)處理平臺組成。高穩(wěn)定性光源確保光頻梳齒穩(wěn)定輸出，為精確測量奠定基礎(chǔ)；精密光學(xué)干涉模塊優(yōu)化光路，增強干涉信號質(zhì)量；高速光譜采集裝置快速捕捉干涉光譜數(shù)據(jù)；智能數(shù)據(jù)處理平臺運用先進(jìn)算法，高效處理數(shù)據(jù)并重建深孔三維模型。

四、“深孔望遠(yuǎn)鏡” 技術(shù)的核心優(yōu)勢

4.1 穿透 130mm 深度

新啟航激光頻率梳技術(shù)憑借激光的高相干性和多路徑反射特性，有效穿透 130mm 深度的深孔。即使深孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在嚴(yán)重遮擋，測量光也能通過多次反射繞過遮擋區(qū)域，到達(dá)深孔各個部位，反射光返回后參與干涉測量，從而獲取完整的深孔信息，實現(xiàn)對深孔的全深度掃描，突破了傳統(tǒng)技術(shù)在深度上的限制。

4.2 實現(xiàn) 2μm 級高精度測量

基于精確的光頻梳齒基準(zhǔn)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，該技術(shù)實現(xiàn)了 2μm 級的高精度測量。能夠精準(zhǔn)捕捉深孔孔徑的細(xì)微變化、孔壁表面的微小起伏以及內(nèi)部的微小缺陷等信息，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，滿足了高端制造領(lǐng)域?qū)ι羁诇y量高精度的嚴(yán)苛要求，為深孔零部件的質(zhì)量控制提供了強有力的數(shù)據(jù)支持 。

五、應(yīng)用案例與實踐效果

在某高端模具制造企業(yè)的應(yīng)用中，采用新啟航激光頻率梳技術(shù)對 130mm 深的模具冷卻孔進(jìn)行光學(xué)掃描。傳統(tǒng)掃描技術(shù)僅能獲取淺表層約 30mm 深度的部分信息，且誤差較大。而新啟航技術(shù)不僅完整呈現(xiàn)了冷卻孔的三維輪廓，還精確檢測出孔壁上一處 2.1μm 的凸起缺陷。企業(yè)根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整加工工藝，使模具冷卻效率提高了 15%，產(chǎn)品良品率從 80% 提升至 94%，充分驗證了該技術(shù)在實際生產(chǎn)中的巨大價值和有效性。

激光頻率梳3D光學(xué)輪廓測量系統(tǒng)簡介：

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J.Hall教授團隊?wèi){借自參考f-2f技術(shù)，成功實現(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（德國馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所）與John.L.Hall（美國國家標(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。?

系統(tǒng)基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測距技術(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)件測量而生。在1m超長工作距離下，仍能保持微米級精度，革新自動化檢測技術(shù)。?

核心技術(shù)優(yōu)勢?

①同軸落射測距：獨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)；?

（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實現(xiàn)最大130mm高度/深度掃描成像；?

（以上為新啟航實測樣品數(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)十米范圍的檢測需求。

（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

審核編輯 黃宇