炮管直线度测量装置的研制

　　0 引言

　　身管是火炮的重要组成部分，其工作条件极为恶劣和苛刻，不仅要承受高温高压火药气体的作用，还要经受高速运动弹丸对其作用。身管质量和技术直接影响使用安全、射击效果和火炮寿命[1]，对身管的检测在整个火炮的制造、验收及大修检查中意义重大。故设计弹性可调定位装置，采用激光准直技术与光电探测技术，研制炮管直线度的检测设备，经测试该设备的测量误差为σ±0.012mm，适于检测口径Ф57mm~Ф155mm，长度10m以内的各种炮管的直线度误差。

　　1 对现有测量方法的分析

　　火炮身管直线度的检测与一般工件的检测不同，其特殊性表现为：①无损检测，不影响表面质量;②测量精度要求高;③火炮身管长，不易观察;④炮管内部不易设探头，调整测量仪不方便;⑤炮管内部黑暗。基于以上因素，常规检测方法难以实现对身管直线度的高精度检测，唯有采用激光技术来进行测量。

　　2 测量系统的总体设计

　　2.1 准直系统设计

　　激光束高度的方向性由激光器受激辐射的机理和光学谐振腔对光束的方向限制作用所决定。激光器输出的光束不可能绝对平行，即使是光学均匀性最好的物质和最佳的工作条件也存在光束的发散。实际应用中，常用光学系统来压缩光束的发散角，以改变光束的方向性，通常称为高斯光束的准直。

　　采用倒置望远镜来准直光束;它由2个焦距分别为f1和f2(f2>f1)的透镜L1和L2组成。透镜间距离D=f1+f2。此时，若有与光轴成β角的光线MN入射，而出射光线为NP，NP同光轴β′角，从图1可知：

　　式(1)中，倒装望远镜系统可将倾斜光线的倾角压缩了M倍，即将光束的发散角压缩M倍，同时，光束直径也被扩大了M倍。

　　对于准直应用，需要一条细而直的光束，即在相当长的范围内使光斑直径保持尽可能小。而光斑大小与准直长度间存在相反的综合调整关系。要保证光斑小，则需调整准直长度。光斑小光束发散快，发散角大;光斑大光束发散慢，发散角小。因此，须综合考虑二者的关系，合理选择探测器型号。

　　2.2 测量机构的设计

　　由激光束和光学准直系统构成的准直系统置于火炮身管的一端(A 端)探测器位于另一端，以刀杆作为动力的定位机构带动探测器移动，光电测头的信号经电缆输出。检测前，通过调整机构调节 A端激光器的角度，使激光束经准直系统后射在探测器的中心，从而确定测量的直线基准(SLR)，检测时，由主控机控制检测仪发出信号，控制探测器沿身管内壁向A端移动，光电测头提取直线度误差信息，携带直线度误差的信号经电缆线输出，进而由主控机进行数据处理并得出结果。