原创深孔加工的方法及测量方法探究 —— 激光频率梳 3D 轮廓测量

 2025-6-18 11:36  17 0 分类: 测试测量

引言

深孔加工在航空航天、汽车制造、船舶工程等领域应用广泛，其加工质量直接影响零件性能与设备运行可靠性。随着工业技术发展，对深孔加工精度和表面质量要求日益提高，探索高效加工方法与精准测量技术成为研究热点。

深孔加工的方法

深孔加工方法丰富多样，不同方法适用于不同工况与精度要求。

枪钻加工是经典深孔加工方法，采用特制枪钻刀具，适用于长径比大的深孔加工，能获得较高精度和表面质量，但加工效率相对较低，且对切削液压力和流量要求严格。

BTA 深孔加工系统采用单刃深孔镗刀，通过高压切削液排屑，加工效率较高，可加工较大直径深孔，常用于批量生产，但设备成本较高。

喷吸钻加工结合了 BTA 系统和负压抽屑原理，利用切削液流速产生负压吸屑，排屑效果好，加工精度稳定，适用于中等直径深孔加工。

振动深孔加工通过在加工过程中施加振动，改善切削状态，降低切削力和切削温度，提高加工表面质量和刀具寿命，尤其适合难加工材料深孔加工。

然而，这些深孔加工方法存在一些共性问题。加工过程中，刀具磨损难以实时监测，影响加工精度和一致性；深孔内冷却润滑困难，易导致刀具过热和切削性能下降；排屑不畅可能引发堵屑，造成加工中断甚至零件报废。

深孔的测量方法

传统深孔测量方法有很多。接触式测量如塞规、内径千分尺等，操作简便，但测量效率低，且可能因接触力导致测量误差，无法获取深孔全轮廓信息。非接触式测量如超声波测量、工业 CT 测量等，可实现非接触检测，但超声波测量受材质影响大，工业 CT 测量成本高昂，限制了其在批量生产中的应用。

激光频率梳 3D 轮廓测量技术为深孔测量提供了新途径。激光频率梳是基于飞秒激光锁模技术的新型相干光源，具有频率间隔精确、光谱覆盖范围宽等特点。该测量技术通过光频梳发出超短脉冲激光，经分光系统分为测量光和参考光，测量光照射深孔表面后反射，与参考光干涉，通过光谱分析干涉信号，解算出深孔各点三维坐标，构建表面轮廓。

此技术在深孔测量中优势明显。测量精度可达纳米级，能捕捉深孔内壁微小缺陷和形状偏差；非接触测量避免了对深孔表面的损伤；可实现快速三维扫描，大幅提高测量效率；抗干扰能力强，适应工业现场复杂环境。测量时，先对深孔进行预处理，确保表面清洁，然后调整激光频率梳系统参数，对深孔进行扫描，最后通过专用软件对采集数据处理，得到深孔三维轮廓和各项几何参数。

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。