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【摘 要】火炮身管弯曲，轻则降低射击精度，重则阻碍弹丸运动，以致产生膨胀、炸膛事故，为了发挥火炮的作战效能，提高弹丸目标命中率，炮管内径直线度的检测意义重大。本文主要针对炮管内径直线度检测方法进行研究评价，主要包括：杠杆法、量规检测法、激光准直法、PSD法及图像处理法，并给出炮管内径直线度检测最佳方法。
【关键词】直线度检测；激光准直；PSD； 图像处理
1前言
直线度测量是几何量计量领域最基本的项目，它是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量测量的基础。直线度测量也是机械制造业中非常重要的内容，与尺寸精度、圆度和粗糙度同称为影响产品质量的4大要素。
军工业中，火炮轴线直线度是一个非常重要的指标，它直接影响炮弹的命中精度。大多的炮管属于细长管，轴线直线度，即空间直线度是直线度测量中属于较困难的领域。针对这一问题，本文简单分析几种常用的炮管内径直线度检测方法。直线度测量目前国内外采用较多的方法有激光准直法、量规检测法、杠杆法、PSD法等[1]，并给出高精度直线度检测方法[2]。
2 直线度检测几种主要检测方法
（1）平晶干涉法
（2）激光准直法
激光准直法以准直激光束的能量中心作为测量基准，测量原理如图2所示。激光器发出的激光经过准直系统后照射在测量元件，测量元件感知炮管被测截面实际中心位置的变化，其上装有的CCD可实时得到相应的图像，经图像处理后可获得各被测截面实际的圆心位置，再经直线度评定即可获得炮管的轴线直线度。此方法原理简单，设备简单，精度较高。但测量对象受硬件尺寸的影响较大，对于细长的炮管，此法很难实现。
（3）量规检测法
（4）杠杆法
杠杆法是目前我国一些生产单位正在使用的方法。测量时，炮管在工作台上移动，测量元件感知被测截面圆心位置的变化，并通过杠杆反映给千分表进行读数。其测量原理如图4所示。此方法属于近似测量，每次测量的都是某一轴向截面内的直线度，要达到测量轴线直线度的目的，要多次旋转炮管。而且，其测量精度不高，测量设备笨重，效率较低，形成生产环节中的瓶颈，急需改进。
（5） 指示器法
被测零件被安装在精密分度装置的两同轴顶尖之间，这两个顶尖的公共轴线平行于平板底面，以公共轴线作为测量基准。根据被测部位的长度和精度要求，确定被测横截面的数目和位置以及各横截面轮廓上等分测点的数目和等分角。然后，转动被测零件，用指示器在各横截面轮廓上对各个等分测点逐一进行测量，同时记录各测点的示值。用各横截面轮廓中心的连线体现实际被测轴线。
上述测量方法也可以用立式分度测量装置或圆度仪式的测量仪器来实现。
（6）PSD法
PSD法主要就是用PSD代替CCD传感器，响应速度非常高。PSD作为一种非扫描型器件具有自动定光斑重心的特点，以其作为传感器并配以其他措施来检测身管直线度是一种极佳方案。PSD作为位置探测器件，相对于上述其他器件有更为显著的优点：
①运算量小。由PSD得到的位置信号本身即为光斑的重心位置，无须计算。
②对光斑无要求。PSD对光斑可不作任何限制，故使用中光斑离焦与否、光斑强度分布是否均匀影响不大。
③背景噪声容易去除。由于被测位置一般只限于有限的光斑，其他背景均是我们所不期望的，故应予以消除。
④分辨率高。由于PSD为连续型器件，其位置分辨率只取决于器件自身的噪声限和A/D转换的精度，一般情况下可达到微米量级。
⑤测量范围大。PSD的测量范围只取决于敏感面的大小。而四象限探测器最大只能测量光斑本身尺度范围内的位置信息。
（7）图像处理法
基于图像处理的激光反射法，是通过国内外直线度检测方法的比较，提出的一种新型炮管轴线直线度检测方法。其总体结构类似PSD法，其主要操作步骤为：数据采集图像处理质心提取直线度评定等步骤。实验结果表明，图像处理法测量精度可以达到相机整像素的1/4，证明，该方法具有灵敏度高、测量速度快，对被测对象尺寸要求较低，适合在工厂内使用等优点。
3 结论
通过对上述几种火炮内径直线度检测方法的评定与比较，对于精度要求不高、批量小炮管内径检测，我们可以采用杠杆法和量规测量法，否则，我们必须采用PSD法和图像处理法[7]。这两种方法不仅测量精度高，而且可以实时在线、非接触检测，保证工件内表面质量不受损伤和提高了检测效率。
参考文献：
[1] HAO Qun. Straightness Measurement Using Laser Diode and CCD Camera [J]. Lasers ，1999，（6）：215-220.
[2] 季立江、廖俊必、史伟，于图像处理的炮管轴线直线度检测方法[J]. 兵工自动化自动检测技术。2002年第21卷第6期.
[3]程石、黄平，火炮身管直线度检测方法及测量元件选择。国防技术基础. 2007年2月 第二期.
[4]马永军，管道内表面图像分析与识别系统。长春大学学报，1999，9（1）：24-28.
[5]李庆丰等，数值图像分心技术在无损检测领域的应用及发展。黑龙江电子学报，1999，No.3：23-26.
[6]郑军，基于图像变换的火炮身管膛线参数检测技术研究[J]。兵工学报。2001年3月，第25卷第2期.
【关键词】直线度检测；激光准直；PSD； 图像处理
1前言
直线度测量是几何量计量领域最基本的项目，它是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量测量的基础。直线度测量也是机械制造业中非常重要的内容，与尺寸精度、圆度和粗糙度同称为影响产品质量的4大要素。
军工业中，火炮轴线直线度是一个非常重要的指标，它直接影响炮弹的命中精度。大多的炮管属于细长管，轴线直线度，即空间直线度是直线度测量中属于较困难的领域。针对这一问题，本文简单分析几种常用的炮管内径直线度检测方法。直线度测量目前国内外采用较多的方法有激光准直法、量规检测法、杠杆法、PSD法等[1]，并给出高精度直线度检测方法[2]。
2 直线度检测几种主要检测方法
（1）平晶干涉法
（2）激光准直法
激光准直法以准直激光束的能量中心作为测量基准，测量原理如图2所示。激光器发出的激光经过准直系统后照射在测量元件，测量元件感知炮管被测截面实际中心位置的变化，其上装有的CCD可实时得到相应的图像，经图像处理后可获得各被测截面实际的圆心位置，再经直线度评定即可获得炮管的轴线直线度。此方法原理简单，设备简单，精度较高。但测量对象受硬件尺寸的影响较大，对于细长的炮管，此法很难实现。
（3）量规检测法
（4）杠杆法
杠杆法是目前我国一些生产单位正在使用的方法。测量时，炮管在工作台上移动，测量元件感知被测截面圆心位置的变化，并通过杠杆反映给千分表进行读数。其测量原理如图4所示。此方法属于近似测量，每次测量的都是某一轴向截面内的直线度，要达到测量轴线直线度的目的，要多次旋转炮管。而且，其测量精度不高，测量设备笨重，效率较低，形成生产环节中的瓶颈，急需改进。
（5） 指示器法
被测零件被安装在精密分度装置的两同轴顶尖之间，这两个顶尖的公共轴线平行于平板底面，以公共轴线作为测量基准。根据被测部位的长度和精度要求，确定被测横截面的数目和位置以及各横截面轮廓上等分测点的数目和等分角。然后，转动被测零件，用指示器在各横截面轮廓上对各个等分测点逐一进行测量，同时记录各测点的示值。用各横截面轮廓中心的连线体现实际被测轴线。
上述测量方法也可以用立式分度测量装置或圆度仪式的测量仪器来实现。
（6）PSD法
PSD法主要就是用PSD代替CCD传感器，响应速度非常高。PSD作为一种非扫描型器件具有自动定光斑重心的特点，以其作为传感器并配以其他措施来检测身管直线度是一种极佳方案。PSD作为位置探测器件，相对于上述其他器件有更为显著的优点：
①运算量小。由PSD得到的位置信号本身即为光斑的重心位置，无须计算。
②对光斑无要求。PSD对光斑可不作任何限制，故使用中光斑离焦与否、光斑强度分布是否均匀影响不大。
③背景噪声容易去除。由于被测位置一般只限于有限的光斑，其他背景均是我们所不期望的，故应予以消除。
④分辨率高。由于PSD为连续型器件，其位置分辨率只取决于器件自身的噪声限和A/D转换的精度，一般情况下可达到微米量级。
⑤测量范围大。PSD的测量范围只取决于敏感面的大小。而四象限探测器最大只能测量光斑本身尺度范围内的位置信息。
（7）图像处理法
基于图像处理的激光反射法，是通过国内外直线度检测方法的比较，提出的一种新型炮管轴线直线度检测方法。其总体结构类似PSD法，其主要操作步骤为：数据采集图像处理质心提取直线度评定等步骤。实验结果表明，图像处理法测量精度可以达到相机整像素的1/4，证明，该方法具有灵敏度高、测量速度快，对被测对象尺寸要求较低，适合在工厂内使用等优点。
3 结论
通过对上述几种火炮内径直线度检测方法的评定与比较，对于精度要求不高、批量小炮管内径检测，我们可以采用杠杆法和量规测量法，否则，我们必须采用PSD法和图像处理法[7]。这两种方法不仅测量精度高，而且可以实时在线、非接触检测，保证工件内表面质量不受损伤和提高了检测效率。
参考文献：
[1] HAO Qun. Straightness Measurement Using Laser Diode and CCD Camera [J]. Lasers ，1999，（6）：215-220.
[2] 季立江、廖俊必、史伟，于图像处理的炮管轴线直线度检测方法[J]. 兵工自动化自动检测技术。2002年第21卷第6期.
[3]程石、黄平，火炮身管直线度检测方法及测量元件选择。国防技术基础. 2007年2月 第二期.
[4]马永军，管道内表面图像分析与识别系统。长春大学学报，1999，9（1）：24-28.
[5]李庆丰等，数值图像分心技术在无损检测领域的应用及发展。黑龙江电子学报，1999，No.3：23-26.
[6]郑军，基于图像变换的火炮身管膛线参数检测技术研究[J]。兵工学报。2001年3月，第25卷第2期.