引言

精密模具冷却孔的内轮廓精度直接影响注塑成型效率与制品质量。冷却孔具有深径比大（可达 25:1）、结构复杂（多为螺旋形或异形）、表面质量要求高（Ra≤0.2μm）等特点，传统检测方法难以满足其高精度检测需求。激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借飞秒激光的相干性与绝对测距优势，为冷却孔内轮廓检测提供了创新解决方案。

检测难点分析

结构与精度挑战

精密模具冷却孔多为螺旋形或随形结构，孔径从 5mm 渐变至 2mm，深径比达 25:1，孔壁常分布扰流槽以增强冷却效果。传统接触式检测如三坐标测量机，受探针直径限制（最小 φ1mm），难以进入复杂结构冷却孔，且接触力易导致模具变形。非接触式检测中，工业 CT 的空间分辨率无法识别 0.01mm 级轮廓偏差，激光三角法在深径比＞20:1 时测量误差＞5μm。

功能关联性误差影响

冷却孔内轮廓的圆度误差需≤1μm，直径公差 ±2μm，表面粗糙度 Ra≤0.1μm。1μm 的轮廓偏差会导致冷却液流速差异 8%，造成模具局部过热，影响制品尺寸精度。传统检测方法无法准确获取扰流槽等复杂结构的轮廓数据，难以满足精密模具冷却系统的检测要求。

检测系统设计

柔性探头集成

针对冷却孔的复杂结构，设计直径 2mm 的柔性光纤探头。探头内置 1550nm 光频梳激光模块（重复频率 800MHz，脉宽 50fs），配合微型柔性振镜（弯曲半径≥5mm）实现周向扫描，轴向进给机构采用形状记忆合金驱动（分辨率 0.1μm），适应螺旋形冷却孔的检测需求。探头前端采用耐磨陶瓷窗口，耐磨损性能达 HRC65，适应模具钢表面检测环境。

抗干扰光学系统

为解决冷却孔内切削液残留的光吸收问题，系统采用双波长光频梳互补技术：1550nm 波长用于常规测距，1310nm 波长穿透切削液层（穿透深度＞3mm）获取真实轮廓。光路中集成光纤陀螺振动补偿模块，实时校正由机床振动引起的波前畸变，将测量误差控制在 ±0.5μm 以内。

检测方法与工艺实现

自适应扫描策略

采用 “全局建模 - 局部精扫” 的测量模式。全局建模阶段以 3mm/s 速度、300 点 /mm 密度快速获取冷却孔整体形貌，识别扰流槽等关键特征位置；局部精扫阶段在关键区域将扫描速度降至 0.3mm/s，采样密度提升至 1500 点 /mm，确保 0.02mm 窄槽的轮廓重构。某手机外壳模具冷却孔检测中，该策略使 φ3mm×75mm 深冷却孔的测量时间控制在 30 秒内，较传统方法效率提升 10 倍。

智能数据处理算法

开发基于深度学习的点云去噪网络，通过训练 3000 组标准模具点云数据，实现对切削液反光点和金属碎屑干扰点的智能剔除（误检率＜0.5%）。内轮廓参数计算采用局部坐标系拟合法：以冷却孔入口平面为基准，沿轴线建立 150 个截面，每个截面通过最小二乘法拟合圆度，生成轮廓偏差色谱图，红色区域标识＞1μm 的偏差位置，绿色区域为合格区间（偏差≤0.5μm）。

精度验证实验

对某型号精密模具冷却孔（φ4mm×100mm）进行测量重复性实验，连续测量 50 次的统计结果显示：深度测量标准偏差 0.3μm，直径测量标准偏差 0.4μm，圆度测量标准偏差 0.6μm。与扫描电镜的比对实验表明，激光频率梳测量结果与实际轮廓的吻合度达 98.5%，可准确识别 0.2μm 的加工纹路和 0.1mm 的微小缺陷。

工程应用与技术挑战

在某汽车模具生产线中，该检测系统集成于全自动检测设备，实现每小时 200 件模具的 100% 全检。系统通过工业以太网与模具管理系统实时交互数据，当检测到轮廓偏差＞1.5μm 时自动触发电火花加工参数调整，使模具冷却效率达标率从 88% 提升至 96.7%。

当前面临的技术挑战包括：超深径比（＞30:1）冷却孔的底部信号衰减问题，需研发高灵敏度光频梳探测器；模具表面涂层对激光反射率的影响，需优化自适应增益控制算法。

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）