火炮身管内膛的检测一直是火炮检测项目的重要组成部分,其身管内膛的质量将直接影响火炮武器的安全性及其射击精度。由于其身管长径比大的结构特点,火炮内膛质量检测技术一直是火炮检测领域的一大技术难题。随着光学技术及计算机技术的不断发展,传统的直接观测鉴定的方法已逐步被先进的CCD成像法及激光轮廓扫描法所取代。尽管测量技术有了极大的提高,但火炮身管内膛检测装置结构设计的难点仍然制约着测试精度的提高及内膛检测装置的推广使用。目前火炮内膛检测装置仍存在着安装结构复杂,调试过程繁琐,抗干扰性差等缺陷。因此,如何设计出更合理、更简便的结构,提高火炮内膛检测装置的测试精度及易用性,已然成为现阶段火炮身管内膛检测装置的研究重点。本文以火炮内膛检测装置为研究对象,充分考虑火炮身管结构设计特点,对检测装置的机构部分进行优化改进。针对其关键部件(测量杆),基于密度-刚度插值模型(SIMP)的连续体机构拓扑优化方法,建立火炮内膛测量杆的拓扑结构有限元优化模型,采用折衷规划法结合平均密度法对火炮内膛测量杆进行多目标拓扑结构优化,得到同时拥有较低的静态柔度及较高的低阶振动频率的测量杆新设计方案。最终,对优化后的新机构进行静、动态力学性能分析,并设计实验,验证了内膛检测装置优化设计的合理性。本文通过运用有限元多目标优化的方法,对火炮身管内膛检测装置进行优化,提升了装置的检测精度及抗干扰性,并通过对传动定心机构的优化设计,简化了装置的结构及其安装调试过程,实现了火炮身管内膛检测装置的优化及改进,提高了装置的应用前景。