［摘 要］ 针对深孔测量的理论和技术问题，介绍了一种用于深孔测量的测量装置，提出并证明了深孔测量装置的空间姿态和空间位置的检测算法，该算法通过安装在测量装置上的多个传感器的测量数据，计算出测量装置的空间位置和空间姿态，从而有效地解决了深孔检测中基准引入和内表面测试点空间定位的问题。
［关键词］ 深孔测量；空间位置；空间姿态
在机械工程等设备中广泛使用深孔类零件，如油缸、气缸、各种管道以及兵器中的火炮身管等。这类零件上的孔不但长径比大，而且检测的要求比较高。以火炮身管为例，其内径在25～160 mm范围内，长度可达10 m以上。其检测的参数不仅有圆柱度和内表面形廓，而且还有轴线挠度、内表面的缺陷以及膛线的缠度缠角等。目前国内外对深孔测量较先进的方法一般是让一个测量装置携带着各种传感器在深孔内行走，对深孔的各种参数进行检测。因此，这些传感器所检测到的数据都是以测量装置为基准的，测量装置的行走误差对测量结果会产生直接的影响。要获得较高精度的测试结果，通常采用如下两种方法：（1）测量装置本身沿着一个定位精度很高的导轨前进，以减少或消除测量装置的行走误差；（2）能够检测出测量装置本身的空间轨迹和姿态，在测试数据中加以考虑（误差分离），从而获得真实的测量结果。第一个方法在深孔测量中难以实现，所以大都采用第二种方法。国内外一般采用两点法和三点法的est（error separate technique）算法和其改进算法［1，2］来获得测量装置的行走误差并进行误差分离，进而获得消除行走误差的测试数据。两点法和三点法的核心思想是：用安装在测量装置上、相对位置固定的两个或多个传感器对同一测试象，很难保证多个传感器能够移动到同一空间方位上，对同一测试点进行测试。因此est算法的基本条件不能够保证。
该文提出了一种对深孔测量装置的空间位置和姿态的检测方法，它通过采用安装在测量装置上的多个传感器的检测数据，计算出深孔测量装置的空间位置和姿态，有效地解决了深孔测量装置的行走误差问题，在深孔测量中有重要的意义。
1 测量装置与局部坐标系的建立
1．1 测量装置
图1—1所示为系统示意图，系统由轴向偏移测量系统、水平姿态感知系统、驱动定心系统和轴向位移测量系统等组成。轴向偏移测量系统主要由激光发射器1和psd（position sensitive detector）传感器［5］2组成：固定在轴线上的激光发射器1发射出线性激光2，照射到psd传感器3的靶面上，形成一个光斑，当测量装置的位置和姿态发生变化时，光斑在3上也相应变化，经光电转换和标定可以得到其位置偏移。水平姿态感知系统由高精度的水平传感器［3、4］6、7组成：水平测头7沿测量装置的轴线方向放置，水平传感器6与其垂直放置。系统的驱动定心系统由定心装置5、同步带8、驱动电机9和带轮10组成：其中定心装置5保证测量的轴心线和深孔的轴心线重合，系统由驱动电机9通过带轮10和同步带8驱动测量装置沿深孔轴线移动。同时，通过安装在驱动电机轴上的轴向位移传感器11可以测量出测量装置沿深孔轴心线的位移。
1．2 传感器的安装和局部坐标系的建立
局部坐标系是建立在测量装置上，代表着测量装置的空间位置和姿态的坐标系，在局部坐标建立之前，需要正确安装好各个传感器，以提高测量精度标系了，如图1—1所示。以psd靶面的靶心p为原点，以测量装置的轴心线为p－w轴，以过psd的靶心p并和其一对电极［5］（y1y2）平行的直线为p－v轴，p－u轴由右手系规则确定。至此，确定了测量装置的局部坐标系p－uvw。
2 测量装置空间姿态和位置的确定
2．1 全局坐标的建立和基本参数的确定
（1）全局坐标系的建立
如图2—1所示，将测量装置放置在孔的端口（假定为起始位置，其坐标系为p0－u0v0w0），调整p0－v0轴使其和水平面平行，以此时测量装置的物体坐标系原点p0为全局坐标系原点o，以垂直向上为o－x轴，以p0－v0轴为o－y轴，o－z轴由右手系确定。建立全局坐标系o－xyz。如图2—1所示，假设此时水平传感器的输出角度为θ（与水平面夹角），则此时o－z轴和p0－w0轴、o－x轴和p0－u0轴的夹角都为θ。
（3）基本参数的确定
为了使得来自不同传感器的测试能够相互匹配，需要确定一个能够进行数据同步的基本参数。系统采用测量装置（由p点代表）在深孔内移动的轨迹曲线长s，它通过传感器11测得。假设p的轨
2.2 局部坐标系p-uvw(s)特性描述
坐标系p-uvw（s）为p的在轨迹长为s时的局
（1）正定特性
（3）坐标基与p的路径曲线p（s）的关系
2．3 水平传感器的测试数据与局部坐标系的关系
设传
