炮管内膛型廓自动光电检测系统

　　1引言

　　在火炮身管加工中，身管内膛的形廓和直线度的检测是生产中的关键测试技术。它对火炮身管加工质量的控制和生产效率提高有决定性的影响。因而，火炮身管内膛的检测技术受到火炮生产厂家和兵器研究部门的高度重视。

　　在相当长的一段时间里，国内火炮身管内膛形廓的加工质量仍然采用传统的检测手段(诸如卡尺和标准量规等等)。近些年来，长春理工大学(前长春光机学院)及国内有关单位开展了用光电技术对火炮内膛形廓和表面质量的检测研究工作，并取得阶段性成果。

　　若干年前，一些发达国家已经开始采用光电技术来检测火炮内膛的形廓。同发达国家相比，我国火炮内膛生产中的身管质量检测技术尚有不小的差距。

　　本文介绍一种基于激光准直原理和光三角测径原理，对火身管内膛加工质量进行无损伤、实时自动检测的光电系统。该系统由三个主要部分组成:激光准直系统、激光测径系统、计算机控制与数据处理系统等。

　　该系统可用于对口径为Φ57mm-Φ400mm、长度在10m以内的各种型号的火炮身管内膛进行实时在线自动检测;其精度高于国外同类设备。本文主要介绍各系统的工作原理和设计要点。

　　2火炮内膛测径系统

　　火炮内膛测径系统是采用激光应用光三角原理对火炮内膛形廓进行检测的光电装置。

　　2.1测径系统的基本结构

　　测径系统的基本结构如图1所示。除输出信息处理系统之外外，其余元器件均固装在锁杆空腔内。系统中光源选用中心波长为780nm的Al-GaAs半导体激光器，输出光功率5mW。系统中的光电传感器是具有1024像素的线阵CCD，像素间距为0.014mm.

　　2.2测径的光三角原理

　　加工火炮身管内孔时，将激光测径系统安装在膛杆空腔内，随膛杆一起在炮管内移动。检测原理如下:由半导体激光器发出的光束，经准直光学系统准直后，以窄束平行光(光束截面约为0.33mm)，照射到火炮内膛表面C点上，反射光经聚焦物镜聚焦后，人射到位于其焦平面上的线阵CCD上。人射光线AC同镜简轴线AB的夹角为a，反射光线CB同镜筒轴线的夹角为p-e，其中e角为反射光线同物镜光轴的夹角，可由公式(1)算出。

　　式中:1为反射线交在CCD上的距离，f为物镜的焦距。

　　设准直光学系统中心(A)和聚焦物镜中心(B)之距离为d，在△ABC中，由C到AB的垂线(CH)的长度为h，即是被检测火炮内膛的半径，计算公式(2)如下:

　　在加工过程的测量中，由于机床键杆与火炮身管处于相对旋转状态，激光测径系统中的探测器跟随幢杆一起向炮膛内移动，所以可以实时测量出火炮内膛各垂轴截面的圆度和内膛圆孔的圆柱度误差。测量前，首先用激光准直系统调整幢杆轴线位t，调整使镜筒轴线(激光测径系统的轴线)AB与基准轴线(火炮身管内膛圆孔的理想轴线)同轴。幢杆轴线偏离基准轴线所引人的测径误差，可在测量过程中由计算机实时修正。线阵CCD输出的与反射光线交点距离l相当的电信号，经通信电缆输人控制与数据处理系统，由计算机运算后，给出火炮内膛的圆度误差与圆柱度误差，最后测量结果由打印机输出记录和计算机屏幕显示。