管道广泛应用于工业、生活、军工等方面,如工业上的输油管道、热力管道、天然气管道、生活上的给水排水管道、军事上的枪管和火炮身管等等。但是,由于管道尺寸空间受限、内部环境多变等因素,管道内壁的精确测量一直是光电检测领域中的难点。本文针对火炮身管狭长且带有膛线和瑕疵的特点,设计基于工业相机和激光位移传感器的火炮身管内膛形貌测量系统,实现了对百毫米级管径和10米长度身管的内壁形貌测量,获得了身管内壁图像信息和三维点云形貌数据,同时能够实现数据的处理分析。本文的主要研究工作包括:本文分析了现有管道检测系统的优缺点,研究了火炮身管检测中的难点与需求,分析了火炮身管内膛结构的特点,完成了以点式激光位移传感器为核心、工业相机为辅助的身管内膛形貌测量系统的总体方案设计。以测量原理与火炮身管内膛结构为基础,完成了系统机械结构与机电控制模块设计与实现;根据数据特点与测量过程,编写了数据传输模块与系统功能界面,可支持多种测量模式,可对实验测量的数据进行快速传输、解算、贮藏,进行形貌还原和精度测量。最后,根据方案设计完成系统样机研制,进行了实验和数据采集,进行了测量误差分析。实验结果显示:相机图像采集时,分辨率50μm;形貌测量时,轴向精度0.10mm、周向精度0.1°、径向精度0.01mm,实现了火炮身管内膛进行三维形貌重建,极大地提高了火炮身管内膛检测的准确度,降低了内膛疵病的检测难度。本文中的火炮身管内膛检测系统具有操作简单、操作集成化高、测量精度高、系统延展性好等特点,高于线扫描与面扫描激光位移传感器的测量精度,能对火炮身管内膛质量进行定量准确地分析,并能粗测精测相结合,兼顾测量效率。在不同的弹丸使用种类、数量下定期进行测量,建立不同使用情况下的火炮身管内膛形貌数据库,可以很好地指导火炮的科学使用,保障火炮的安全性与使用寿命。