火炮身管内膛直线度检测设备的制造方法与工艺

本发明涉及火炮身管内膛直线度检测设备。

背景技术：
因为加工、重力、热胀冷缩等原因，火炮身管的轴线不是理想直线，存在弯曲。轻则影响火炮射击精度，重则阻碍炮弹运动，产生炸膛。评价火炮身管轴线弯曲程度的指标，即火炮身管的直线度。现有的火炮身管直线度测量方法主要包括以下几类：（1）部队常规的检测方法：它是将一标准直度径规放入火炮身管，能通过者为合格，否则为不合格。根据GJB4537-2002的规定，一旦用此方法测定弯曲程度超标，火炮即予以报废。该方法的不足之处在于：只能进行定性检测。见程石、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（2），p53。（2）靶场检测站的检测方法：它是用测量望远镜测出定心环中心在火炮身管不同位置对基准坐标轴的偏离量。该方法的不足之处在于：易受主观判断的影响，而且操作麻烦，测量精度较低，效率较低。见孙吉红、张文杰、杨清文，《火炮身管弯曲度检测仪的研制的研制》，《计算机测量与控制》2006,14（6）p814。（3）利用激光器、PSD/CCD等传感器阵列进行测量。该类方法的不足之处在于：有的采用固定直径的光电靶体现火炮身管内膛截面圆心，这显然不符合实际情况；有的需要用三爪或其它自动定心机构确定各截面的中心，而定心机构结构比较复杂，尤其是当火炮身管口径偏小或者偏大时，对定心机构加工装配精度要求较高；要求在火炮身管内部操作定心机构移动到某轴向位置后，再调整定心机构使之与该轴线位置横截面接触以精确体现该横截面圆心，操作上并不容易，容易导致较大的测量误差；最关键的是，这些测量方法所强调的激光器、传感器的安装位置不能保证真实体现轴线等等。见张连存、张国玉、付秀华等，《φ25mm火炮身管直线度光电测量方法》，《光学精密工程》2004,12（5），p485。见孙吉红、张文杰、杨清文，《火炮身管弯曲度检测仪的研制的研制》，《计算机测量与控制》2006,14（6）p814。见白宝兴、马洪，《火炮身管内膛直线度无损检测系统》，《长春理工大学学报》2002,25（2），p37。见马永军、方庭健，《火炮身管内膛直线度自动检测系统》，《仪表技术》2002（1），p11。见杨慧勇、张培林、阎鹏程等，《火炮身管弯曲度检测方法研究》，《武器装备自动化》2008,27（9），p19。见陈红军、胡朝根、刘建军，《火炮身管直线度检测与寿命判定》，《舰船电子工程》2010,30（3），p171。全站仪是应用极广的测绘仪器。全站仪整体结构分为两大部分：基座和照准部。照准部的望远镜，可以在水平面内和垂直面内进行3600旋转，便于照准目标。基座用于仪器的整平和三脚架的连接。全站仪的合作目标以棱镜最为常见。其中，三棱镜一般由基座与三脚架连接安装，单棱镜常用对中杆及支架安装。详见李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》，2.1节，p14-p15。全站仪可以在测站点对某目标点同时进行测距和测角，获得距离S、水平角γ、垂直角α三个基本数据。测距仪测量时，在测站点，全站仪对中整平，在目标点，棱镜对中整平。当望远镜照准目标时，全站仪的水平度盘度和垂直度盘分别给出目标点相对测站点的水平角和垂直角。李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》，1.2节，p7-p9，介绍了编码度盘、光栅度盘、动态度盘等三种度盘。全站仪在望远镜内内置红外发生器和接收器，可以发射和望远镜光轴同轴的红外光。如果有免棱镜测量功能的全站仪，望远镜内还内置激光器，可以发射和望远镜光轴同轴的可见红色激光。通过测量光波在待测距离上的往返时间，即可获得被测距离。见何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》p23、p27。何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便的火炮身管内膛直线度检测设备。为达到上述目的，本发明采取技术方案之一如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的且能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，在主横轴上固定有连杆，连杆的轴心线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在连杆一端固定有一号主观测装置，一号主观测装置为一望远镜，其视准轴称为一号主观测线，一号主观测线与连杆的轴心线相交，且同时垂直于主横轴的轴心线及连杆的轴心线，在连杆另一端设有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副横轴，副横轴的轴心线平行于主横轴的轴心线，且与连杆的轴心线垂直相交，形成副交点，在副横轴上固定有一号副观测装置，一号副观测装置为一望远镜，其视准轴称为一号副观测线，一号副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，一号主观测线和一号副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台、主横轴和副横轴的旋转均为手动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有平面镜，平面镜上设有三个特定的标识点，三个标识点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的；使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上。为达到上述目的，本发明采取技术方案之二如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的且能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，在主横轴上固定有连杆，连杆的轴心线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在连杆一端固定有二号主观测装置，二号主观测装置为一望远镜，其视准轴称为二号主观测线，二号主观测线与连杆的轴心线相交，且同时垂直于主横轴的轴心线及连杆的轴心线，在连杆另一端设有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副横轴，副横轴的轴心线平行于主横轴的轴心线，且与连杆的轴心线垂直相交，形成副交点，在副横轴上固定有二号副观测装置，二号副观测装置为一内置CCD数字相机的望远镜，其视准轴称为二号副观测线，二号副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，二号主观测线和二号副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台和主横轴的旋转为手动，副横轴的旋转为电动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有平面镜，平面镜上设有三个特定的标识点，三个标识点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的；使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上。为达到上述目的，本发明采取技术方案之三如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的且能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，在主横轴上固定有连杆，连杆的轴心线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在连杆一端固定有三号主观测装置，三号主观测装置为一内置CCD数字相机的望远镜，其视准轴称为三号主观测线，三号主观测线与连杆的轴心线相交，且同时垂直于主横轴的轴心线及连杆的轴心线，在连杆另一端设有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副横轴，副横轴的轴心线平行于主横轴的轴心线，且与连杆的轴心线垂直相交，形成副交点，在副横轴上固定有三号副观测装置，三号副观测装置为一内置CCD数字相机的望远镜，其视准轴称为三号副观测线，三号副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，三号主观测线和三号副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台、主横轴和副横轴的旋转均为电动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有平面镜，平面镜上设有三个特定的标识点，三个标识点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的；使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上。为达到上述目的，本发明采取技术方案之四如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的且能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，在主横轴上固定有连杆，连杆的轴心线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在连杆一端固定有四号主观测装置，四号主观测装置为一激光器，其光轴称为四号主观测线，四号主观测线与连杆的轴心线相交，且同时垂直于主横轴的轴心线及连杆的轴心线，在连杆另一端设有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副横轴，副横轴的轴心线平行于主横轴的轴心线，且与连杆的轴心线垂直相交，形成副交点，在副横轴上固定有四号副观测装置，四号副观测装置为一激光器，其光轴称为四号副观测线，四号副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，四号主观测线和四号副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台、主横轴和副横轴的旋转均为手动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有三个PSD传感器，所有PSD传感器的光敏面位于同一平面，每个PSD传感器的光敏面上设有一个指定点，三个指定点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的；使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上。为达到上述目的，本发明采取技术方案之五如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的且能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，在主横轴上固定有连杆，连杆的轴心线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在连杆一端固定有五号主观测装置，五号主观测装置为一激光器，其光轴称为五号主观测线，五号主观测线与连杆的轴心线相交，且同时垂直于主横轴的轴心线及连杆的轴心线，在连杆另一端设有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副横轴，副横轴的轴心线平行于主横轴的轴心线，且与连杆的轴心线垂直相交，形成副交点，在副横轴上固定有五号副观测装置，五号副观测装置为一激光器，其光轴称为五号副观测线，五号副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，五号主观测线和五号副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台和主横轴的旋转为手动，副横轴的旋转为电动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有三个PSD传感器，所有PSD传感器的光敏面位于同一平面，每个PSD传感器的光敏面上设有一个指定点，三个指定点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的；使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上。为达到上述目的，本发明采取技术方案之六如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支...