摘要：本文聚焦于深孔測量領域，介紹了一種創新的激光頻率梳技術。該技術成功攻克傳統測量中的光學遮擋難題，在深孔測量深度達 130mm 時，可實現 2μm 的高精度測量，為深孔測量開啟了新的發展篇章。

關鍵詞：激光頻率梳技術；深孔測量；光學遮擋；高精度

一、引言

在航空航天、汽車制造、能源等諸多高端制造業中，深孔加工及后續精確測量至關重要。例如航空發動機的制造，其內部深孔的尺寸精度和表面質量直接關乎發動機的性能與可靠性。然而，深孔測量一直面臨諸多挑戰，尤其是傳統光學測量方法在面對深孔時，極易受到光學遮擋的影響，導致測量精度和效率難以滿足日益增長的工業需求。因此，開發一種能夠突破光學遮擋限制的高精度深孔測量技術成為行業迫切需求。

二、傳統深孔測量技術的困境

傳統的深孔測量技術，如接觸式測量（如電感測微儀、百分表配合量塊等），雖在一定程度上新啟航#激光頻率梳

CCD 視覺測量、超聲波測量等，雖具有非接觸的優勢，但當深徑比增大時，光學遮擋引發的光線傳播受阻、信號衰減或畸變等問題嚴重制約了測量精度。以工業 CCD 視覺測量為例，深徑比超過 5:1 時，凹槽底部因光線遮擋形成盲區，深度分辨率僅約 5μm，無法滿足精密深孔測量要求。

三、激光頻率梳技術原理及突破

激光頻率梳技術基于飛秒激光鎖模技術發展而來。其本質是一系列等間隔光頻組成的脈沖序列，頻率間隔可精確表示為f_{\text{rep}}=\frac{c}{2L}（其中c為光速，L為腔長），通過精確鎖定載波包絡偏移頻率f_{\text{ceo}}，實現了光頻的超高精度測量。在深孔測量中，該技術通過獨特的同軸落射測距方式，有效攻克了光學 “遮擋” 難題。

具體而言，超短脈沖激光經分光系統分為測量光與參考光，測量光通過光學掃描系統投射至深孔內壁，反射光與參考光在探測器處產生干涉。由于深孔內不同位置的反射光光程不同，干涉信號的頻譜分布攜帶了深度信息。通過傅里葉變換解析干涉信號的相位延遲，結合光頻梳精確的頻率標尺，能夠精準反演出深孔內壁各點的三維坐標，從而實現深孔輪廓的高精度重構。這種測量方式避免了傳統光學測量中光線被遮擋導致信號缺失或不準確的問題，大大提高了測量的準確性和可靠性。

四、激光頻率梳技術的測量精度驗證

經過大量實驗驗證，新啟航公司利用激光頻率梳技術在深孔測量中取得了卓越成果。在測量深度達 130mm 的深孔時，能夠穩定實現 2μm 的高精度測量。例如，對某型號航空發動機燃油噴嘴深孔（直徑 φ8mm，深度 80mm，錐度≤0.05mm）進行測量，傳統接觸式測量需 30 分鐘 / 件，且重復精度僅 ±50μm，而采用激光頻率梳測量方法，單次掃描時間 2.5 分鐘，重復測量 10 次的標準偏差為 ±8μm，成功檢測出孔壁中部 0.03mm 的局部凸起，而傳統方法未能識別該缺陷。這充分展示了激光頻率梳技術在深孔測量領域的高精度和高可靠性優勢，為深孔測量開啟了一個全新的、高精度的測量新紀元，有望在工業生產中得到廣泛應用，提升整體制造水平

激光頻率梳3D光學輪廓測量系統簡介：

20世紀80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進展。2000年左右，美國J.Hall教授團隊憑借自參考f-2f技術，成功實現載波包絡相位穩定的鈦寶石鎖模激光器，標志著飛秒光學頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國馬克斯普朗克量子光學研究所）與John.L.Hall（美國國家標準和技術研究所）因在該領域的卓越貢獻，共同榮獲諾貝爾物理學獎。?

系統基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測距技術，打破傳統光學遮擋限制，專為深孔、凹槽等復雜大型結構件測量而生。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。?

核心技術優勢?

①同軸落射測距：獨特掃描方式攻克光學“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復雜結構；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實現最大130mm高度/深度掃描成像；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

③多鏡頭大視野：支持組合配置，輕松覆蓋數十米范圍的檢測需求。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）