起落架深孔型腔内轮廓的检测探究 - 激光频率梳 3D 轮廓检测-电子发烧友网

关键词：起落架；深孔型腔；内轮廓检测；激光频率梳；3D 轮廓检测

一、引言

起落架作为飞行器起降关键部件，其深孔型腔内轮廓精度直接影响起落架的承载与缓冲性能。深孔型腔在起落架缓冲器缸筒、活塞杆连接部位等结构中常见，具有深径比大（可达 15:1）、内轮廓复杂（含阶梯面、锥面、环槽等）的特点。传统接触式检测如三坐标测量，受测头尺寸与刚性限制，难以深入复杂型腔；非接触式检测如工业内窥镜，仅能获取二维图像，无法完整表征三维轮廓。因此，亟需高效精准的深孔型腔内轮廓检测技术。

二、激光频率梳 3D 轮廓检测原理

激光频率梳利用飞秒激光产生频率间隔稳定的脉冲序列，形成梳状频谱。在深孔型腔内轮廓检测中，通过光纤将激光导入型腔，基于光飞行时间（ToF）原理测量距离：脉冲光照射型腔内壁反射后，与参考光干涉，通过测量相位差计算光程差，结合频率梳重复频率f_r，可得距离d = c·Delta t/2（c为光速，Delta t为时间延迟）。系统通过振镜扫描实现周向与轴向扫描，采集三维点云，经算法重构内轮廓模型。

三、技术优势分析

（一）复杂轮廓高分辨率表征

针对起落架深孔型腔内 0.5mm 的过渡圆角、0.3mm 的环槽等细微结构，激光频率梳可实现 0.05mm 采样间隔的点云采集。某型起落架缓冲器缸筒检测显示，该技术对深度 2mm、宽度 1.5mm 的环槽轮廓识别率达 96%，较传统超声检测提升 30%。

（二）深径比适应性与精度保持

凭借光纤传导光束，可深入直径 3mm、深度 45mm 的深孔型腔，且测量误差不随孔深增加而显著增大。在深度 100mm 的型腔检测中，径向尺寸测量精度达 ±8μm，优于传统触针法 ±25μm 的误差。

（三）动态检测效率提升

采用线性调频连续波（FMCW）技术的激光频率梳系统，采样速率达 15kHz，完成直径 15mm、深度 120mm 的型腔全轮廓检测仅需 6 秒，较工业 CT 的 2.5 分钟检测时间提升 25 倍，适合生产线在线检测。

四、在起落架检测中的应用实践

（一）缓冲器缸筒内轮廓检测

在某型客机起落架缓冲器缸筒检测中，激光频率梳 3D 轮廓检测发现缸筒内壁 30mm 深处存在 0.12mm 的局部变形，通过三维轮廓分析确定变形区域范围。传统涡流检测因无法获取三维形貌，未能识别该缺陷，体现了该技术在细微变形检测中的优势。

（二）活塞杆连接孔型腔校准

起落架活塞杆连接孔型腔位置度公差要求≤0.15mm，传统检测需拆卸离线测量。激光频率梳通过便携探头伸入孔内，8 分钟内完成型腔三维坐标测量，检测数据与 CAD 模型比对偏差控制在 0.1mm 以内，实现装配状态下的在线校准。

（三）内表面粗糙度量化评估

构建基于三维轮廓的粗糙度评价模型，对起落架缸筒内表面进行 Ra 值测量。实验数据显示，该技术测量结果与触针式粗糙度仪偏差在 ±6% 以内，满足航空标准中 Ra≤1.2μm 的要求，且避免了触针磨损带来的误差。

五、技术挑战与发展方向

当前激光频率梳在深孔型腔内轮廓检测中面临强反射表面（如镀铬内壁）信号饱和、深孔内杂散光干扰等问题。未来可通过多波长激光复合探测、自适应滤波算法优化提升抗干扰能力，同时开发适配复杂型腔结构的柔性探头，推动技术在航空维修领域的工程应用。

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.H?nsch（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。