引言

在制造业中，深凹槽深度的精确检测是保证零部件质量的关键环节。随着智能制造的推进，在线检测需求日益迫切，传统检测方法在效率和精度上的不足逐渐显现。本文将梳理在线深凹槽深的传统检测方法，并重点探讨激光频率梳 3D 轮廓检测技术的应用。

传统在线深凹槽深检测方法

接触式检测方法

电感测微仪检测

电感测微仪通过测头与凹槽底部接触，基于电磁感应原理将位移转化为电感量变化来测量深度。该方法测量范围通常为 0 - 50mm，分辨率可达 1μm，适用于精度要求较高的场合。但测头直接接触易划伤工件表面，单点测量速度慢，深凹槽内若存在油污或切屑会影响测量准确性，难以满足在线快速检测需求。

容栅式检测

容栅式检测利用容栅传感器的电容变化实现深度测量，测杆插入深凹槽后通过显示屏读取数据，量程可达 0 - 300mm，精度 ±0.05mm。然而，深凹槽内的切削液或杂质可能导致测杆卡滞，影响测量可靠性，且无法实现自动化在线检测。

非接触式检测方法

超声波检测

超声波检测通过发射超声波脉冲并接收凹槽底部反射回波，根据传播时间计算深度。可测深度达 1000mm，精度约 ±0.5%，适用于较大尺寸深凹槽。但超声波在不同介质界面会产生折射与衰减，当深凹槽内壁不平整或存在涂层时，回波信号易畸变，导致测量误差增大，且无法获取凹槽内轮廓信息。

工业 CCD 视觉检测

工业 CCD 视觉检测采用相机配合结构光投射器，通过三角测量原理获取深凹槽三维信息，测量视野灵活，深度分辨率约 5μm。但深径比超过 5:1 时，凹槽底部易因光线遮挡形成盲区，环境光干扰也会影响图像质量，在线检测时需严格控制光照条件，应用场景受限。

激光频率梳 3D 轮廓检测方法

检测原理与系统构成

激光频率梳 3D 轮廓检测基于飞秒激光锁模技术，其光谱呈等间隔梳状分布，可实现高精度时间与距离测量。系统由飞秒激光光源（重复频率 100MHz - 1GHz）、光纤耦合模块、二维扫描振镜及高速光谱仪组成。光源发出 1550nm 超短脉冲激光，经振镜扫描深凹槽内壁，反射光与参考光干涉后，通过光谱分析解算各点三维坐标，从而确定凹槽深度。

技术优势

该技术具有非接触特性，避免对工件表面的损伤，适用于各类材料深凹槽；测量精度高，深度测量不确定度可达 ±0.3μm，能满足微米级精度要求；检测效率显著提升，100mm 深凹槽检测仅需数秒，可实现生产线实时在线检测；抗干扰能力强，通过波长调谐技术避开切削液干扰，适应工业现场复杂环境。

典型应用场景

在汽车发动机缸体深凹槽检测中，针对 50 - 100mm 深的水套凹槽，采用激光频率梳 3D 轮廓检测技术，8 秒内可完成深度测量，精度达 ±1.2μm，同时识别凹槽底部积屑瘤等缺陷，集成于生产线后将缸体漏水故障率从 0.3% 降至 0.05%。航空发动机燃烧室深凹槽检测中，运用该技术实现 500mm 深凹槽的深度测量，精度 ±0.5μm，且可同步完成偏心量与表面粗糙度的复合测量，满足航空领域高可靠性要求。对于半导体封装基板的浅而窄深凹槽，微型激光频率梳检测系统实现深径比 20:1 的窄凹槽检测，深度测量精度 ±0.3μm，保障芯片键合可靠性。

检测流程与误差抑制

在线检测时，先对深凹槽进行预处理以清除表面杂质，机械臂驱动检测头对准深凹槽，激光频率梳发射脉冲激光进行螺旋扫描，数据采集与处理同步完成，实时生成凹槽深度数据及三维轮廓图。为抑制误差，采用温度传感器实时监测并补偿激光频率梳的频率漂移，利用惯性测量单元修正振动引起的误差，针对深凹槽底部信号衰减问题，通过光纤探针阵列增强信号采集，确保测量精度稳定。

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。