[新启航]模具深孔测量革新：新启航激光频率梳实现 2μm 重复精度下 130mm 无死角扫描

摘要：针对模具深孔测量中深度遮挡与精度不足的行业痛点，新启航激光频率梳技术通过创新的相干测量原理，实现了 2μm 重复精度下对 130mm 深孔的无死角扫描。本文阐述该技术的核心架构与优势，为模具制造领域的高精度质量控制提供了全新解决方案。

关键词：模具深孔测量；激光频率梳；重复精度；无死角扫描

一、引言

在模具制造行业，深孔结构（如注塑模具冷却孔、压铸模具导流孔）的加工精度直接影响模具寿命与产品质量。当深孔深度达到 130mm 时，传统测量技术受限于光学遮挡与精度瓶颈，难以对孔壁轮廓、孔径偏差及表面缺陷进行有效检测。新启航激光频率梳技术通过突破传统测量原理，实现了深孔测量在精度与覆盖范围上的双重革新，为模具深孔质量控制提供了关键技术支撑。

二、传统模具深孔测量技术的瓶颈

2.1 接触式测量的局限性

接触式测量（如三坐标探针）依赖物理接触获取数据，在 130mm 深孔环境中面临两大问题：一是探针刚性不足导致弯曲变形，测量力偏差引发的孔径误差可达 10μm 以上；二是测量效率低下，单点测量需多次校准，无法满足批量检测需求。此外，探针与孔壁的摩擦可能损伤精密加工表面，影响模具使用性能。

2.2 非接触式测量的光学遮挡难题

传统光学测量（如结构光、普通激光扫描）受限于光线直线传播特性，深孔内的台阶、拐角等结构易形成遮挡盲区。当深度超过 50mm 时，光线衰减与漫反射导致信号信噪比显著下降，测量误差随深度增加呈指数级增长，且无法获取被遮挡区域的轮廓数据，难以实现全孔道的三维重建。

三、新启航激光频率梳测量技术原理与系统架构

3.1 核心测量原理

新启航激光频率梳技术基于飞秒激光锁模技术，生成频率间隔为 Δf 的稳定光频梳（频率梳齿间隔精度达 10⁻¹⁵量级）。测量时，超短脉冲激光经分光系统分为两路：一路作为参考光直接进入干涉仪，另一路作为测量光射入深孔。测量光在孔壁发生反射后，与参考光产生干涉，形成包含光程差信息的干涉光谱。通过傅里叶变换解析光谱中梳齿的相位偏移，可精确计算测量光的往返光程差（精度达 λ/200，λ 为中心波长），进而重建深孔各点的三维坐标。

3.2 系统关键组件

高稳飞秒激光频率梳光源：采用全保偏光纤锁模技术，输出脉冲宽度 < 50fs，重复频率稳定性≤10⁻⁹，确保频率梳齿的长期相位相干性。

多维度扫描模块：集成高精度二维振镜与深度位移平台，实现对深孔轴向（130mm 范围）与径向（0.1° 角度分辨率）的复合扫描，覆盖全孔道表面。

智能数据处理平台：基于深度学习算法的噪声抑制模型，结合光频梳相位解缠技术，将原始信号信噪比提升 30dB 以上，保障复杂结构下的测量可靠性。

四、技术优势：精度与覆盖范围的双重突破

4.1 2μm 级重复精度测量

通过频率梳齿的绝对相位基准与纳米级光程差解算，新启航方案实现了 2μm 的重复测量精度（3σ）。在某汽车模具冷却孔检测中，对同一位置连续测量 100 次，孔径偏差波动范围≤±2μm，显著优于传统光学测量的 15μm 精度，满足高精度模具对孔道尺寸一致性的严苛要求。

4.2 130mm 深孔无死角扫描

针对深孔遮挡问题，该技术利用激光的高相干性与多路径反射特性，通过以下方式实现全域覆盖：

多次反射探测：允许测量光在孔壁进行 3-5 次反射，有效探测传统方法中的 “阴影区域”，如深度 100mm 处的 90° 拐角背后区域。

多角度复合扫描：通过振镜偏转实现 ±45° 入射角扫描，结合深度位移平台的 0.5mm 步进精度，确保孔道内壁每个点至少被 3 组不同角度的光束覆盖，消除测量盲区。

4.3 强抗干扰能力

在工业现场复杂环境（振动≤50μm、温度波动 ±2℃）下，频率梳的稳频控制系统可自动补偿环境噪声，维持测量精度稳定，相比传统激光测量技术抗干扰能力提升 5 倍以上。

五、应用案例与实践价值

在某精密模具企业的实际应用中，新启航方案对 130mm 深度的压铸模具导流孔进行检测。传统光学测量仅能获取前 50mm 深度的有效数据，且孔径误差达 12μm；而激光频率梳技术不仅完整重建了全深度三维轮廓，还检测出深度 115mm 处的 2.5μm 孔径收缩与 0.03° 的轴线偏移。企业据此调整电火花加工参数，使模具导流孔的充型效率提升 15%，铸件气孔缺陷率下降 22%，显著提升了模具使用寿命与产品良品率。

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）