船舶机械零件的深孔工艺及检测方法 —— 激光频率梳 3D 轮廓测量

引言

在船舶制造领域，船舶机械零件的深孔加工至关重要，如船用柴油机气缸体、主轴承壳、齿轮箱壳体等零件均涉及深孔工艺。深孔加工通常指孔径大于 3 倍长度的孔加工，因其加工难度大、精度要求高，一直是制造技术工作者关注的重点。

船舶机械零件的深孔工艺

深孔加工方法多样，主要包括钻削、铰削、镗削、磨削、滚压等。由于船舶机械零件深孔工艺精度要求极高，一般需借助数控加工中心、车床等设备开展加工。加工时，需依据零件材料、尺寸以及加工要求，合理选择切削用量、切削速度等参数。同时，为满足高精度需求，还需运用特殊工艺技术，例如采用自动进刀、退刀系统，选用合适的润滑冷却剂等。

然而，实际的船舶机械零件深孔工艺存在诸多问题。首先，加工难度大，要求切削刀具具备足够刚性，良好的冷却润滑条件以及适当的进刀、退刀系统，这对加工设备和技术提出了很高要求；其次，加工时间长，因深孔工艺特殊性，完成一件零件的深孔加工往往需要较长时间，常需采用自动化生产线提升效率；再者，加工精度要求极高，加工过程中不能出现偏差、振动等状况；最后，钻屑排除困难，深孔加工过程中产生的大量钻削屑难以排出。

激光频率梳 3D 轮廓测量检测方法

激光频率梳，作为测量频率和时间的精准工具，在频谱上呈现为一系列分立且严格等间隔的梳状频谱线。它能提供时间相干性与空间相干性俱佳的相干光源。基于激光频率梳的 3D 轮廓测量技术，是将单点绝对距离测量与机械扫描相结合，实现对物体表面轮廓的非接触式测绘，可准确获取待测物体的表面轮廓信息。

在船舶机械零件深孔检测中，激光频率梳 3D 轮廓测量具有显著优势。其一，可测量物体绝对位移，无需物体发生位移或形变即可进行测量，弥补了传统激光测量方法的不足；其二，该技术采用波长为近红外的微腔光频梳，能最大程度降低物体表面可见光波段杂散光对测量的干扰，使系统具备较强抗干扰能力，满足船舶机械零件深孔检测的复杂工程环境需求；其三，检测精度高，能够精准检测出深孔内部的微小缺陷、尺寸偏差等问题，为保障船舶机械零件质量提供有力支持。

运用激光频率梳 3D 轮廓测量技术进行船舶机械零件深孔检测时，一般流程如下：首先，光频梳发出超短激光脉冲，对待测零件进行照射；随后，利用分光棱镜将激光脉冲分为测量光路与参考光路，测量光路的激光经深孔表面反射后与参考光路激光发生干涉；接着，通过光栅光谱仪接收干涉信号，并利用法布里－珀罗标准具的模式滤波原理对光频梳进行稀疏化处理；最后，对干涉测距数据进行处理，通过光谱解算出深孔的各项参数，从而完成对深孔的检测。

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.H?nsch（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）