一、引言
长轴深孔（深度＞1000mm，深径比＞20）在航空航天、能源装备等领域应用广泛，其测量精度直接影响装备性能。传统测量方法在面对长径比大、结构复杂的深孔时，存在效率低、精度不足等问题。激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借长量程、高精度及非接触特性，为长轴深孔测量提供了创新解决方案。
二、传统长轴深孔测量方法的局限性
（一）接触式测量的效率与精度瓶颈
内径千分尺对 2000mm 深孔逐点测量需耗时超 4 小时，且探针在深孔中弯曲变形导致直径测量误差达 ±0.1mm。机械臂式接触测量虽自动化，但探头在深孔内摆动误差（＞0.5°）使轮廓坐标偏差超 ±0.08mm，无法满足 ±0.03mm 的精度要求。
（二）非接触式测量的适应性不足
工业 CT 检测受射线穿透厚度限制，对 150mm 以上金属壁厚深孔，图像分辨率降至 0.5mm，难以识别≤0.3mm 的缺陷。激光三角法在深孔中受漫反射影响，测量距离超 1500mm 时精度从 ±0.02mm 降至 ±0.15mm，且无法完整获取复杂结构轮廓数据。
三、激光频率梳检测系统原理与架构
（一）硬件系统构成
检测系统由飞秒激光频率梳光源（重复频率 100MHz，相干长度＞5m）、刚性支撑内窥模块（直径 30-50mm，工作距离 0-4m）、六轴机械臂（定位精度 ±0.005mm）及相位干涉探测器组成。特制长焦深光学镜头（视场角 70°）配合光束整形技术，实现深孔内壁均匀照明与光斑直径≤5μm 的聚焦。
（二）测量原理
基于光频梳相干测距与飞行时间融合原理，发射的飞秒脉冲经分束器分为测量光与参考光。测量光入射至深孔内壁，反射光与参考光干涉，频域分析获取飞秒级时间差 Δt，通过公式d = c \cdot \Delta t / 2计算距离。结合螺旋扫描轨迹构建三维点云，轴向精度达 ±5μm，径向 ±2μm。
四、长轴深孔测量方法
（一）分段螺旋扫描策略
针对 3000mm 级深孔，采用 1000mm 分段螺旋扫描：先以 50mm 层间距粗扫获取概貌，通过 NDT 算法识别重叠区域，再以 0.1mm 步长精扫。深孔轴线偏移＞0.2mm 时，机械臂实时补偿，确保同轴度误差＜0.01mm。
（二）多物理场数据融合算法
开发光强 - 相位 - 温度 - 振动四场融合算法：通过 1030nm/1550nm 双波长激光解算相位，反射光强识别油污；引入 ±0.05℃精度温度传感器补偿温漂，20kHz 采样振动传感器抑制干扰。高斯滤波与形态学滤波去噪，RANSAC 算法拟合轴线与特征平面，形位公差评估误差＜20nm。
五、实验验证与应用
（一）航空发动机长轴深孔检测
对某型航空发动机长轴深孔（直径 100mm，深度 2500mm，含 3 处阶梯结构）检测，螺旋扫描（螺距 0.5mm）获取点云密度 12 点 /mm²。结果显示，阶梯面平面度误差≤0.015mm，高度差误差≤0.01mm，效率较传统提升 30 倍，识别出 4 处≤0.1mm 划痕。
（二）能源装备锥度深孔检测
在能源装备锥度深孔（直径 80-120mm，深度 2000mm，锥度 1°）检测中，分区扫描（分 3 区），配准误差＜10μm。测量显示，锥度角误差≤0.002°，直径偏差≤0.02mm，检测时间从 5 小时缩至 35 分钟。
（三）应力集中区精细测量
针对长轴深孔过渡圆角应力集中区，启用 0.02mm 步长局部扫描。在某疲劳试验件检测中，捕捉到≤40μm 微裂纹，该裂纹致应力集中系数增加 15%，为结构强度分析提供关键数据。
六、技术优势分析
该方法优势显著：非接触测量保护硬铬镀层等易损表面；0-4m 测量范围与 ±2μm 径向精度满足长轴深孔全尺寸检测；三维轮廓与有限元分析融合，可评估轮廓误差对承载性能的影响。深径比＞25 时，效率较传统提升 40 倍以上，为高端装备长轴深孔制造与维修提供核心检测技术。
激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介：
20世纪80年代，飞秒锁模激光器取得重要进展。2000年左右，美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术，成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器，标志着飞秒光学频率梳正式诞生。2005年，Theodor.W.Hänsch（德国马克斯普朗克量子光学研究所）与John.L.Hall（美国国家标准和技术研究所）因在该领域的卓越贡献，共同荣获诺贝尔物理学奖。
系统基于激光频率梳原理，采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术，打破传统光学遮挡限制，专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下，仍能保持微米级精度，革新自动化检测技术。
核心技术优势
①同轴落射测距：独特扫描方式攻克光学“遮挡”难题，适用于纵横沟壑的阀体油路板等复杂结构；
（以上为新启航实测样品数据结果）
②高精度大纵深：以±2μm精度实现最大130mm高度/深度扫描成像；
（以上为新启航实测样品数据结果）
③多镜头大视野：支持组合配置，轻松覆盖数十米范围的检测需求。
（以上为新启航实测样品数据结果）