火炮身管作为管道的典型,在使用过程中,内壁要承受气体的烧伤腐蚀与弹丸的冲击和磨损,产生疵病,降低了火炮的精度和使用安全性。故火炮内膛检测尤其是深度信息检测尤为重要。常用的管道检测方法如投影法和CCD法等依赖于图像处理的精度,存在数据配准相机标定的问题,定量分析难,检测自动化程度低,轴向依赖于长推拉杆机械装置,不便检测火炮长管,存在自重造成偏心误差的问题。因此,研究出一种测量精度较高,能定量给出炮管内壁整体情况和瑕疵信息,使检测过程更加的自动化,是目前火炮身管内膛检测领域的研究重点。本文通过自主设计的基于激光位移传感器的炮管内壁检测系统,直接采集内壁深度信息,三维重构管内壁,得到内壁测量点在坐标系中的三维坐标,给出管内壁三维重构和2D展开的直观结果。据此定量分析内径、缺陷大小及所处空间位置、炮管轴线等参数。分析了小车偏心误差,提出了基于PSD的位姿误差探测方案和校正算法,编写了数据处理的程序和交互界面。实验验证了本内膛检测系统对管内壁具有较高精度的定量检测功能,提出的数学模型能正确重构出管内壁,对内膛检测系统的整体设计和数据处理有一定参考作用。论文主要研究工作、创新点和结果如下,1、提出了一种45°反射镜转折光路测距方法,优化内径测量过程。设计管壁扫描参数,对120mm管径的周向定位精度可达0.018°,周向最高分辨率0.020 mm。2、完成了管壁内点距离测量与采集系统硬件和软件的设计及调试。主要完成了:激光测头光路和扫描参数设计、测量车及爬行器的结构设计和主要器件选型;数据采集系统相关电路的设计与调试;数据采集系统软件、串口初始化软件及相应的上位机控制软件的设计与调试,实现上位机的控制及相关功能。3、提出了数据处理与管内壁三维重构的数学模型,定量得到管内壁各参数,给出三维重构和内壁展开的直观结果。搭建实验系统,进行各部分功能调试。编写了炮管内壁三维重构系统的matlab交互程序。实验证明,对于所测缺陷管道,分析得到缺陷测量的最大误差为0.714mm,对于所测标准管道,分析得到直径测量的精度为0.318%。4、设计了一种基于PSD的测量小车位姿误差探测方案和校正模型,定性定量给出了不同角度下位姿误差对测量误差的影响情况。