1、引言

聯(lián)合收割機谷物輸送螺旋軸是收獲系統(tǒng)的核心傳動與輸送部件，其內(nèi)部深孔兼具減重、散熱及潤滑通道功能，孔深精度直接影響螺旋軸的動平衡性能、傳動穩(wěn)定性及使用壽命。傳統(tǒng)測量技術如接觸式探針測量易劃傷孔壁、殘留金屬碎屑，且針對螺旋軸長徑比大、內(nèi)壁帶有螺旋槽干擾的深孔存在可達性差與測量精度低的問題；超聲測量受螺旋軸不銹鋼材料聲阻抗特性影響，測量誤差難以滿足精密檢測需求。激光頻率梳技術憑借等間隔頻率梳齒的高精度時頻基準優(yōu)勢，實現(xiàn)頻域與時域的精準轉(zhuǎn)換，為復雜深孔3D輪廓測量提供了有效解決方案。本文提出基于激光頻率梳的聯(lián)合收割機谷物輸送螺旋軸深孔孔深光學3D輪廓測量方法，旨在突破傳統(tǒng)技術瓶頸，滿足螺旋軸量產(chǎn)檢測的高精度與高效率需求。

2 、激光頻率梳3D輪廓測量原理

激光頻率梳通過飛秒激光器產(chǎn)生超短脈沖序列，經(jīng)非線性光學效應生成等頻率間隔的梳齒狀光譜，其重復頻率與載波包絡偏移頻率的雙鎖定機制，可提供精度達10?1?量級的時頻基準。在3D輪廓測量中，激光頻率梳輸出的脈沖光經(jīng)高精度微透鏡組縮束與準直調(diào)制后投射至螺旋軸深孔表面，反射光與參考光在探測器上形成干涉信號，相位差與光程差呈嚴格線性對應關系。通過傅里葉變換解析干涉信號，結(jié)合莫爾條紋相位調(diào)制原理，可將條紋偏移量轉(zhuǎn)化為孔壁與孔底的高度信息，即滿足h = (Δx·λ)/(2·sinθ)（其中Δx為條紋偏移量，λ為激光波長，θ為投影角度）。相較于傳統(tǒng)光學測量，該技術借助長相干長度特性（可調(diào)至130mm）突破螺旋軸深孔遮擋、螺旋槽干擾及長光程衰減限制，實現(xiàn)深孔孔底輪廓的完整、無干擾重建。

3 、測量系統(tǒng)設計與實驗驗證

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

測量系統(tǒng)由激光頻率梳模塊、微光束精準調(diào)制模塊、圖像采集模塊及數(shù)據(jù)處理模塊組成。激光頻率梳模塊選用750kHz高頻飛秒激光器，輸出670nm紅光脈沖以提升螺旋軸不銹鋼孔壁的反射效率，同時避免對孔壁造成損傷；微光束精準調(diào)制模塊通過高倍率微透鏡組實現(xiàn)光束聚焦（聚焦光斑直徑≤35μm），配合多自由度精密電動云臺驅(qū)動實現(xiàn)±160°俯仰掃描，確保覆蓋長行程螺旋軸深孔全深度區(qū)域；圖像采集模塊采用高靈敏度、高分辨率CCD相機，配合頻率梳時間戳標記實現(xiàn)干涉條紋的同步、清晰采集；數(shù)據(jù)處理模塊基于加權最小二乘法完成相位解包裹，結(jié)合螺旋軸深孔的圓柱面校準模型及螺旋槽干擾剔除算法修正坐標偏差，最終精確計算孔深值。

3.2 實驗驗證

實驗選取聯(lián)合收割機標準谷物輸送螺旋軸樣品，含直徑5-8mm、深度60-120mm的深孔共38個，以高精度X-CT測量值為基準。系統(tǒng)掃描速度設為18mm/s，點云密度90點/mm2，對每個深孔取45個計算點的深度平均值作為測量結(jié)果。實驗顯示，測量誤差范圍為±0.5μm，標準差

激光頻率梳3D光學輪廓測量系統(tǒng)簡介：

20世紀80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進展。2000年左右，美國J.Hall教授團隊憑借自參考f-2f技術，成功實現(xiàn)載波包絡相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，標志著飛秒光學頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國馬克斯普朗克量子光學研究所）與John.L.Hall（美國國家標準和技術研究所）因在該領域的卓越貢獻，共同榮獲諾貝爾物理學獎。?

系統(tǒng)基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測距技術，打破傳統(tǒng)光學遮擋限制，專為深孔、凹槽等復雜大型結(jié)構(gòu)件測量而生。在1m超長工作距離下，仍能保持微米級精度，革新自動化檢測技術。?

核心技術優(yōu)勢?

①同軸落射測距：獨特掃描方式攻克光學“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復雜結(jié)構(gòu)；?

（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實現(xiàn)最大130mm高度/深度掃描成像；?

（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

③多鏡頭大視野：支持組合配置，輕松覆蓋數(shù)十米范圍的檢測需求。

（以上為新啟航實測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

審核編輯 黃宇