【新启航】航空飞机起落架深孔型腔的内轮廓测量方法探究 - 激光频率梳 3D 轮廓检测
一、引言
航空飞机起落架深孔型腔（深度超 1000mm、直径 50-150mm）的内轮廓精度直接影响起落架的装配强度与疲劳寿命。其复杂结构（如阶梯孔、退刀槽）和电解抛光表面使传统测量方法面临挑战：接触式测量易损伤表面，非接触式测量难以识别微观缺陷。激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借非接触、纳米级精度特性，为该类内轮廓的精密测量提供创新方案。
二、传统测量方法的局限性
（一）接触式测量的缺陷
内径千分尺测量时，探针压力（＞50g）会使电解抛光表面（Ra≤0.4μm）粗糙度恶化 30%，且对深径比＞20 的型腔，探针弯曲导致直径偏差＞0.1mm。机械臂式接触测量的探针曲率半径（≥0.5mm）无法贴合 0.5°-1° 的微小锥度，轮廓数据偏差超 0.05mm。
（二）非接触式测量的瓶颈
工业 CT 对≤0.1mm 的电解产物附着识别率不足，图像灰度差异＜5% 时难以区分。激光三角法受镜面反射影响，深孔中间段（＞1000mm）信号衰减超 70%，轮廓坐标误差达 ±0.15mm，无法满足 ±0.02mm 的装配精度要求。
三、激光频率梳检测系统原理与架构
（一）硬件系统构成
系统由飞秒激光频率梳光源（80MHz，相干长度＞4m）、柔性光纤传导模块（直径 25mm）、五轴机械臂（定位精度 ±0.008mm）及相位干涉探测器组成。特制偏振分光内窥镜头（视场角 75°）配合去偏振涂层，抑制镜面反射，实现光信号高效接收。
（二）测量原理
基于光频梳相干测距与偏振光干涉融合，飞秒脉冲经偏振分束器分为测量光与参考光。测量光通过光纤至型腔内壁，反射光经偏振滤波后与参考光干涉，频域分析获取飞秒级时间差 Δt，用d = c \cdot \Delta t / 2计算距离。结合螺旋扫描轨迹构建三维点云，轴向精度 ±8μm，径向 ±3μm。
四、深孔型腔内轮廓测量方法
（一）偏振光自适应扫描策略
针对镜面反射，采用分时扫描：先以水平偏振光粗扫（层间距 20mm），通过偏振度分析高反射区域，再用 45° 偏振光以 0.03mm 步长精扫。深孔中间段（800-1200mm）启用动态光强补偿，调节激光功率（10%-100%），确保信噪比＞30dB。
（二）多参数融合补偿算法
开发偏振度 - 光强 - 相位 - 工艺参数融合算法：通过 1064nm/1535nm 双波长激光解算相位，偏振度分布识别电解产物附着；引入电流密度、电解液温度等工艺参数，建立附着层厚度与光强衰减映射模型。非局部均值滤波去噪，B 样条曲面拟合锥度，锥度角测量误差＜0.005°。
五、实验验证与应用
（一）起落架支柱型腔检测
对某型客机起落架支柱深孔型腔（直径 120mm，深度 2500mm）检测，螺旋扫描（螺距 0.2mm）获取点云密度 20 点 /mm²。结果显示，台阶面平面度误差≤0.02mm，高度差误差≤0.015mm，效率较传统提升 20 倍，识别出 3 处≤0.1mm 的电解产物残留。
（二）缓冲器安装腔检测
在缓冲器安装腔（直径 80mm，深度 1800mm，带退刀槽）检测中，分区偏振扫描（分 6 区），配准误差＜20μm。测量显示，退刀槽圆角半径误差≤0.03mm，垂直度误差≤0.008°，检测时间从 4 小时缩至 30 分钟。
（三）应力集中区精细测量
针对油孔连接处应力集中区，启用高分辨率扫描（步长 0.015mm）。在某型起落架大修中，捕捉到抛光纹间距≤50μm 的周期性缺陷，该缺陷使应力集中系数增加 10%，为疲劳寿命预测提供数据。
六、技术优势分析
该方法优势显著：非接触偏振光测量保护电解抛光表面，适用于大修复检测量；纳米级精度（±3μm 径向）与偏振解析能力结合，可量化评估微观形貌；三维轮廓与电解工艺仿真融合，优化参数使废品率从 8% 降至 1.5% 以下。深径比＞30 时，效率提升 30 倍以上，为起落架精密制造提供核心检测技术。
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）
