引言

在制造業中，深凹槽深度的精確檢測是保證零部件質量的關鍵環節。隨著智能制造的推進，在線檢測需求日益迫切，傳統檢測方法在效率和精度上的不足逐漸顯現。本文將梳理在線深凹槽深的傳統檢測方法，并重點探討激光頻率梳 3D 輪廓檢測技術的應用。

傳統在線深凹槽深檢測方法

接觸式檢測方法

電感測微儀檢測

電感測微儀通過測頭與凹槽底部接觸，基于電磁感應原理將位移轉化為電感量變化來測量深度。該方法測量范圍通常為 0 - 50mm，分辨率可達 1μm，適用于精度要求較高的場合。但測頭直接接觸易劃傷工件表面，單點測量速度慢，深凹槽內若存在油污或切屑會影響測量準確性，難以滿足在線快速檢測需求。

容柵式檢測

容柵式檢測利用容柵傳感器的電容變化實現深度測量，測桿插入深凹槽后通過顯示屏讀取數據，量程可達 0 - 300mm，精度 ±0.05mm。然而，深凹槽內的切削液或雜質可能導致測桿卡滯，影響測量可靠性，且無法實現自動化在線檢測。

非接觸式檢測方法

超聲波檢測

超聲波檢測通過發射超聲波脈沖并接收凹槽底部反射回波，根據傳播時間計算深度。可測深度達 1000mm，精度約 ±0.5%，適用于較大尺寸深凹槽。但超聲波在不同介質界面會產生折射與衰減，當深凹槽內壁不平整或存在涂層時，回波信號易畸變，導致測量誤差增大，且無法獲取凹槽內輪廓信息。

工業 CCD 視覺檢測

工業 CCD 視覺檢測采用相機配合結構光投射器，通過三角測量原理獲取深凹槽三維信息，測量視野靈活，深度分辨率約 5μm。但深徑比超過 5:1 時，凹槽底部易因光線遮擋形成盲區，環境光干擾也會影響圖像質量，在線檢測時需嚴格控制光照條件，應用場景受限。

激光頻率梳 3D 輪廓檢測方法

檢測原理與系統構成

激光頻率梳 3D 輪廓檢測基于飛秒激光鎖模技術，其光譜呈等間隔梳狀分布，可實現高精度時間與距離測量。系統由飛秒激光光源（重復頻率 100MHz - 1GHz）、光纖耦合模塊、二維掃描振鏡及高速光譜儀組成。光源發出 1550nm 超短脈沖激光，經振鏡掃描深凹槽內壁，反射光與參考光干涉后，通過光譜分析解算各點三維坐標，從而確定凹槽深度。

技術優勢

該技術具有非接觸特性，避免對工件表面的損傷，適用于各類材料深凹槽；測量精度高，深度測量不確定度可達 ±0.3μm，能滿足微米級精度要求；檢測效率顯著提升，100mm 深凹槽檢測僅需數秒，可實現生產線實時在線檢測；抗干擾能力強，通過波長調諧技術避開切削液干擾，適應工業現場復雜環境。

典型應用場景

在汽車發動機缸體深凹槽檢測中，針對 50 - 100mm 深的水套凹槽，采用激光頻率梳 3D 輪廓檢測技術，8 秒內可完成深度測量，精度達 ±1.2μm，同時識別凹槽底部積屑瘤等缺陷，集成于生產線后將缸體漏水故障率從 0.3% 降至 0.05%。航空發動機燃燒室深凹槽檢測中，運用該技術實現 500mm 深凹槽的深度測量，精度 ±0.5μm，且可同步完成偏心量與表面粗糙度的復合測量，滿足航空領域高可靠性要求。對于半導體封裝基板的淺而窄深凹槽，微型激光頻率梳檢測系統實現深徑比 20:1 的窄凹槽檢測，深度測量精度 ±0.3μm，保障芯片鍵合可靠性。

檢測流程與誤差抑制

在線檢測時，先對深凹槽進行預處理以清除表面雜質，機械臂驅動檢測頭對準深凹槽，激光頻率梳發射脈沖激光進行螺旋掃描，數據采集與處理同步完成，實時生成凹槽深度數據及三維輪廓圖。為抑制誤差，采用溫度傳感器實時監測并補償激光頻率梳的頻率漂移，利用慣性測量單元修正振動引起的誤差，針對深凹槽底部信號衰減問題，通過光纖探針陣列增強信號采集，確保測量精度穩定。

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）