引言

精密模具冷卻孔的內輪廓精度直接影響注塑成型效率與制品質量。冷卻孔具有深徑比大（可達 25:1）、結構復雜（多為螺旋形或異形）、表面質量要求高（Ra≤0.2μm）等特點，傳統檢測方法難以滿足其高精度檢測需求。激光頻率梳 3D 輪廓檢測技術憑借飛秒激光的相干性與絕對測距優勢，為冷卻孔內輪廓檢測提供了創新解決方案。

檢測難點分析

結構與精度挑戰

精密模具冷卻孔多為螺旋形或隨形結構，孔徑從 5mm 漸變至 2mm，深徑比達 25:1，孔壁常分布擾流槽以增強冷卻效果。傳統接觸式檢測如三坐標測量機，受探針直徑限制（最小 φ1mm），難以進入復雜結構冷卻孔，且接觸力易導致模具變形。非接觸式檢測中，工業 CT 的空間分辨率無法識別 0.01mm 級輪廓偏差，激光三角法在深徑比＞20:1 時測量誤差＞5μm。

功能關聯性誤差影響

冷卻孔內輪廓的圓度誤差需≤1μm，直徑公差 ±2μm，表面粗糙度 Ra≤0.1μm。1μm 的輪廓偏差會導致冷卻液流速差異 8%，造成模具局部過熱，影響制品尺寸精度。傳統檢測方法無法準確獲取擾流槽等復雜結構的輪廓數據，難以滿足精密模具冷卻系統的檢測要求。

檢測系統設計

柔性探頭集成

針對冷卻孔的復雜結構，設計直徑 2mm 的柔性光纖探頭。探頭內置 1550nm 光頻梳激光模塊（重復頻率 800MHz，脈寬 50fs），配合微型柔性振鏡（彎曲半徑≥5mm）實現周向掃描，軸向進給機構采用形狀記憶合金驅動（分辨率 0.1μm），適應螺旋形冷卻孔的檢測需求。探頭前端采用耐磨陶瓷窗口，耐磨損性能達 HRC65，適應模具鋼表面檢測環境。

抗干擾光學系統

為解決冷卻孔內切削液殘留的光吸收問題，系統采用雙波長光頻梳互補技術：1550nm 波長用于常規測距，1310nm 波長穿透切削液層（穿透深度＞3mm）獲取真實輪廓。光路中集成光纖陀螺振動補償模塊，實時校正由機床振動引起的波前畸變，將測量誤差控制在 ±0.5μm 以內。

檢測方法與工藝實現

自適應掃描策略

采用 “全局建模 - 局部精掃” 的測量模式。全局建模階段以 3mm/s 速度、300 點 /mm 密度快速獲取冷卻孔整體形貌，識別擾流槽等關鍵特征位置；局部精掃階段在關鍵區域將掃描速度降至 0.3mm/s，采樣密度提升至 1500 點 /mm，確保 0.02mm 窄槽的輪廓重構。某手機外殼模具冷卻孔檢測中，該策略使 φ3mm×75mm 深冷卻孔的測量時間控制在 30 秒內，較傳統方法效率提升 10 倍。

智能數據處理算法

開發基于深度學習的點云去噪網絡，通過訓練 3000 組標準模具點云數據，實現對切削液反光點和金屬碎屑干擾點的智能剔除（誤檢率＜0.5%）。內輪廓參數計算采用局部坐標系擬合法：以冷卻孔入口平面為基準，沿軸線建立 150 個截面，每個截面通過最小二乘法擬合圓度，生成輪廓偏差色譜圖，紅色區域標識＞1μm 的偏差位置，綠色區域為合格區間（偏差≤0.5μm）。

精度驗證實驗

對某型號精密模具冷卻孔（φ4mm×100mm）進行測量重復性實驗，連續測量 50 次的統計結果顯示：深度測量標準偏差 0.3μm，直徑測量標準偏差 0.4μm，圓度測量標準偏差 0.6μm。與掃描電鏡的比對實驗表明，激光頻率梳測量結果與實際輪廓的吻合度達 98.5%，可準確識別 0.2μm 的加工紋路和 0.1mm 的微小缺陷。

工程應用與技術挑戰

在某汽車模具生產線中，該檢測系統集成于全自動檢測設備，實現每小時 200 件模具的 100% 全檢。系統通過工業以太網與模具管理系統實時交互數據，當檢測到輪廓偏差＞1.5μm 時自動觸發電火花加工參數調整，使模具冷卻效率達標率從 88% 提升至 96.7%。

當前面臨的技術挑戰包括：超深徑比（＞30:1）冷卻孔的底部信號衰減問題，需研發高靈敏度光頻梳探測器；模具表面涂層對激光反射率的影響，需優化自適應增益控制算法。

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）