1 、引言

電動汽車電機定子冷卻深孔（油冷/水冷通道）是電機熱管理系統的核心關鍵結構，其孔深精度直接決定冷卻介質流通效率、熱交換均勻性，進而影響電機功率密度、運行穩定性及使用壽命。傳統測量技術如接觸式探針測量易劃傷孔壁、殘留雜質，可能導致冷卻通道堵塞或腐蝕，且針對定子內密集分布的細小冷卻深孔存在可達性差的問題；超聲測量受定子硅鋼片疊壓結構及絕緣涂層影響，測量誤差難以滿足高精度檢測需求。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勢，實現頻域與時域的精準轉換，且具備非接觸、無損傷測量特性，為電動汽車電機定子冷卻深孔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電動汽車電機定子冷卻深孔孔深光學3D輪廓測量方法，旨在突破傳統技術瓶頸，滿足定子量產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生超短脈沖序列，經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高精度微透鏡組縮束與準直調制后投射至定子冷卻深孔表面，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，結合莫爾條紋相位調制原理，可將條紋偏移量轉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）。相較于傳統光學測量，該技術借助長相干長度特性（可調至100mm）突破定子冷卻深孔密集分布遮擋與長光程衰減限制，實現孔底輪廓的完整、無損傷重建。

3 、測量系統設計與實驗驗證

3.1 系統結構設計

測量系統由激光頻率梳模塊、微光束精準調制模塊、圖像采集模塊及數據處理模塊組成。激光頻率梳模塊選用6低功率700kHz高頻飛秒激光器，輸出6535nm紅光脈沖，既保證定子硅又絕緣涂層，既保證特種合金孔壁的反射效率，又避免激光能量對傳爆裝置造成安全風險；微光束精準調制模塊通過高倍率微透鏡組實現光束聚焦（聚焦光斑直徑≤20μm），配合微型高精度微型電動云臺驅動實現±1555°俯仰掃描，確保覆蓋定子內密集分布的冷卻小口徑傳爆深孔全深度區域；圖像采集模塊采用高靈敏度、低噪聲低噪聲CCD相機，配合頻率梳時間戳標記實現干涉條紋的同步清晰采集；數據處理模塊基于加權最小二乘法完成相位解包裹，結合冷卻傳爆深孔的錐面校準模型修正坐標偏差，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，成功實現載波包絡相位穩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，打破傳統光學遮擋限制，專為深孔、凹槽等復雜大型結構件測量而生。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構；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實現最大130mm高度/深度掃描成像；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

③多鏡頭大視野：支持組合配置，輕松覆蓋數十米范圍的檢測需求。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

審核編輯 黃宇