一、引言

在机械零件深凹槽检测中，传统方法常因定心不准导致检测误差。如平台推表检测时零件基准面与测量平台难以精准对齐，三坐标测量需人工找正，效率低且误差大。激光频率梳 3D 轮廓检测虽精度高，但缺乏自定心机制会影响深凹槽轴线与检测系统的同轴度。为此，研发自定心深凹槽参数检测装置，结合激光频率梳技术，可实现高精度、自动化的深凹槽参数检测。

二、自定心深凹槽参数检测装置结构与原理

（一）装置结构

该装置主要由自定心夹持机构、激光频率梳检测模块和控制系统组成。自定心夹持机构采用对称弹性爪结构，爪体表面设有防滑纹路，可适应不同直径的零件。激光频率梳检测模块包含激光发射器、探测器和扫描系统，安装在可三维移动的机械臂上。控制系统集成运动控制和数据处理功能，协调各模块工作。

（二）自定心原理

装置通过弹性爪的对称收缩实现自定心。当零件放入夹持机构，弹性爪受径向力均匀变形，利用弹性回复力将零件轴线自动对准装置中心轴线。采用三点定心原理，三个弹性爪均匀分布，通过传感器实时监测爪体受力情况，控制系统调整夹持力，确保零件定心精度在 ±5μm 以内。

三、基于激光频率梳的自定心深凹槽检测方法

（一）检测流程

将零件放入自定心夹持机构，控制系统启动自定心程序，完成后激光频率梳发射激光脉冲对深凹槽扫描。激光脉冲经深凹槽表面反射回探测器，系统记录飞行时间计算距离，结合扫描轨迹生成三维点云数据。数据处理系统对数据滤波、降噪，重构深凹槽三维轮廓，计算深度、宽度等参数。

（二）关键技术

自定心与扫描同步控制是关键。控制系统根据自定心后的零件位置，自动调整激光扫描轨迹，保证扫描轴线与深凹槽轴线同轴。采用动态校准技术，在检测前用标准件校准激光频率梳系统，补偿环境因素对测量精度的影响。数据处理时运用自适应阈值分割算法，准确提取深凹槽边界特征。

四、装置在深凹槽检测中的应用

（一）航空航天领域

用于检测航空发动机涡轮盘榫槽，自定心装置快速对准榫槽轴线，激光频率梳精确测量槽深、槽宽和侧壁角度。某型发动机榫槽检测中，装置检测深度误差≤0.8μm，满足其 ±2μm 的公差要求，且检测效率比传统三坐标测量提高 3 倍。

（二）汽车零部件检测

在汽车变速箱齿轮轴深凹槽检测中，装置自动定心齿轮轴，扫描检测润滑油槽的深度和表面粗糙度。某汽车零部件生产线应用表明，装置每小时可检测 80 个零件，表面粗糙度测量误差≤0.1μm，实现 100% 在线全检。

（三）模具制造

检测模具深凹槽时，自定心装置适应不同模具尺寸，激光频率梳获取凹槽三维轮廓。某注塑模具企业使用该装置，将模具深凹槽检测时间从原来的 40 分钟 / 件缩短至 12 分钟 / 件，且能检测出≤5μm 的加工缺陷。

五、自定心深凹槽检测装置的优势

该装置实现自定心与高精度检测一体化，避免人工定心误差，检测精度达纳米级。自动化程度高，从定心到完成检测全程自动，提高效率。非接触测量保护零件表面，适用于精密零件。三维轮廓重构功能可全面分析深凹槽参数，为零件加工提供数据支持，在机械制造高精度深凹槽检测中具有显著应用价值。

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）