[实用新型]一种狭长腔体的内膛轮廓扫描系统

说明书

本实用新型公开了一种狭长腔体内膛轮廓扫描系统，包括设置在腔体外部的全局基准校对装置、设置在狭长腔体内部的测量装置以及轴向测距装置，所述测量装置部分包括前环形激光发生器(3)和后环形激光发生器(5)、中图像传感器(4)、前图像传感器(2)、后图像传感器(6)、尾部图像传感器(8)、前步进电机(12)、FPGA控制系统以及前车载平台(11)；所述轴向测距装置包括锥形光发生器(7)、后车载机构(10)、后步进电机(9)及步进电机控制系统；所述全局基准校对装置包括平行光发生器(1)和固定支架(13)；本实用新型提供的狭长腔体内膛的轮廓扫描系统，实现了实时在线快速测量，适用于不同口径大小的腔体内膛轮廓检测。

技术领域

本发明涉及一种狭长腔体的内膛轮廓扫描系统，属于光电测量技术领域。

背景技术

电磁轨道发射过程中，脉冲大电流高速滑动电接触过程产生的各种损伤都会在轨道内膛留下不同的物理特征和现象，对轨道内膛形态的测量测试和研究分析，是分析各种损伤物理机理、解决损伤问题、评估发射器使用寿命的重要手段。同时狭长腔体内膛轮廓的测量研究对于火炮身管寿命评估、各种管道损伤探测等也具有重要的参考意义。

对于内膛轮廓扫描，就表面形态扫描而言，大致可以分为机械接触测量和光学测量两类。

(1)机械接触式。目前已有的接触机械式表面轮廓扫描仪采用的是接触式的压力传感器，通过对内膛表面的直接接触测量从而得到内膛的轮廓形状。其装置基于机械接触的可伸缩的探针，沿着被测物体表面移动，进而通过探针伸缩的相对位移测量得到物体表面形态信息。该方法操作和测量需要基准面，现有的商用表面轮廓测量仪器通常对被测试测量的尺寸有要求，结构复杂，使用时的限制条件较多。

(2)光学测量方法。光学测量内膛轮廓早期多利用激光三角测量法以二维位置传感器和激光器作为基本元器件，测量适于微细管道及深孔的三维重建系统。例如在管道测量、传统火炮内膛测量等场合，该种系统主要由管道机器人、形貌检测器和曲率检测器等部分组成。形貌检测器可以采集管道内壁截面信息，并计算出界面换上的点在局部坐标系中的位置。曲率检测器负责管孔中心轴线在检测器采样位置处的局部几何性质，并完成管道中轴线的构建，进而可以实现管道内表面的三维重建。

对于内膛表面形态的扫描目前还有一种基于环形光切图像法的管内壁测量系统。测量系统主要由半导体激光器、环形光发生器以及摄像机组成。来自光环发生器的环形光带投射于被测管内壁上并成像于摄像机。根据光散射和反射的理论，测量系统参数被选择以优化系统。

中国专利公开说明书CN202329405U公开了一种火炮身管内膛检测系统，其结构包括安装于轴杆上的定心机构和内径测量机构，所述定心机构包括固定于轴杆上的固定板、端部与所述固定板铰接并环布于固定板的若干伞骨以及安装于所述轴杆上的用于将伞骨撑开的弹性支撑机构。该装置虽然采用了准直定心，但其通过轴杆定心，适用身管身管口径大，应用于内膛100mm到155mm的身管。同时该装置通过轴杆推进量确定测量位置。

中国专利公开说明书CN105424724A公开了一种基于主动式全景视觉的火炮膛疵病检测装置,利用沿火炮膛爬行的主动式全景视觉传感器,采集火炮膛全景图像和火炮膛激光切片扫描全景图像。该装置虽然实现了主动测量，但其未涉及提到装置的准直方案，故对于测量结果会有一定偏差。同时该装置未涉及轴向位移量的测量，以往通过程序控制步进电机控制装置步进的方法精确较差，无法获得装置在身管的准确位置信息。

发明内容

基于以上分析，本发明目的是解决腔体内膛轮廓精准、快速测量问题，使测量装置在每次轮廓检测过程中更准确、更方便获得偏移信息和轴向位移信息。