[发明专利]一种腔体内膛轮廓测量系统的嵌套结构和误差校正方法

说明书

本发明公开了一种腔体内膛轮廓测量系统的嵌套结构和误差校正方法，解决了腔体内(尤其是狭长腔体)膛轮廓检测时因测量装置运动产生的偶然误差问题，并提供了一种有效的误差校正方法。所述嵌套结构包括设置在腔体内部的测量装置以及轴向测距装置；所述测量和装置轴向测距装置通过轴向测距装置上延伸到测量装置下的标准体(7)实现互相嵌套；本发明提供一种腔体内膛的轮廓扫描装置的误差校正方法，通过对标准体扫描特征与实际特征对比，可对系统运动产生的偶然误差实现检测和校正。本发明适用于测量电磁轨道发射器身管、火炮身管，以及各类狭长管道等不同口径大小的腔体内膛轮廓检测。

技术领域

本发明涉及一种腔体的内膛轮廓测量系统的嵌套结构和误差校正方法，属于光电测量技术领域。

背景技术

电磁轨道发射器在单次发射过程中，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。

目前的内膛检测的光学测量装置主要是内窥镜方案和激光测量方案。内窥镜方案可提供电磁轨道发射器的内膛二维彩色损伤图像，而激光测量方案可提供三维立体的内膛轮廓建模。但是由于电磁轨道发射器一般长度都在10米甚至以上，所以其内膛轮廓测量装置与一般火炮的检测装置有所区别，不能采用外置设备观测，需要设计沿腔体内膛运动的特殊装置，对内膛轮廓进行相对独立的测量过程。

该测量装置需要考虑在轨道内的运行过程产生的误差。由于轨道本身是非规则形状，并且测量装置运动的表面也存在损伤的情况，所以测量装置在轨道内的运动过程不能保持准确的直线运动。装置会产生偏转，位移和绕轴向的旋转，这会引起系统误差以外的偶然误差。该误差会严重影响装置的测量精度，所以需要特定的结构和方法进行误差的检测和校正。

本发明中针对的测量方法是激光光学三角法，具有高精度、非接触的特点。激光光学三角法测量系统由光学三角头、运动控制、定位系统、数据显示及其分析系统组成。本发明提出一种通过标准体进行图像校准的校正方法和结构，对上述测量装置的偶然误差进行精确的校正。本发明的校正结构提供一个标准体，标准体的类型和规格可更换。利用激光三角系统扫描标准体结构，可获得标准体的轮廓信息，由于标准体的结构信息是已知的，所以可将该扫描的轮廓与标准体的已知结构进行比较，通过校正标准体的轮廓可计算出测量系统的运动偏离，将同样的校正过程应用到每一帧的光学三角法所得到的轮廓图中，即可获得校正后的轮廓，此方法可以有效校正由于测量系统在轨道内不规则运动产生的误差。

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内膛疵病检测装置,利用沿火炮内膛爬行的主动式全景视觉传感器,采集火炮内膛全景图像和火炮内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。

中国公开转了说明书CN108760768A公开了一种电磁轨道发射装置内膛自动扫描检测小车。车体的两侧设有横向导向轮,所述车体包括车体前段和车体后段,所述车体后段上设有激光扫描机构和高清摄像机构,所述激光扫描机构平行于内膛安装于所述车体上,用于发出线条细且明亮的线激光,所述车体前段上设有反射机构,所述反射机构的反射面用于反射所述激光扫描机构发出的线激光,使所述线激光垂直照射在所述导轨表面,所述高清摄像机构用于获取所述导轨表面的线激光,从而获得所述导轨的形貌点云,通过所述信号传输线将所述形貌点云传输回控制平台,并通过所述电机控制线控制所述电机驱动所述车体运动,从而获得所述导轨上下表面完整的三维点云数据。但是该装置没有涉及到小车在炮膛内的不规则运动导致的误差如何测量和校正的问题，这将会导致测量得到的三维图像存在较大的误差。

发明内容

基于以上分析，本发明目的是解决腔体内膛轮廓主动测量系统因在内膛中的运动而产生的偶然误差的检测和校正。