CN108444346A - 回转体中心线引出装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种回转体中心线引出装置及方法。包括至少两块向心固定板及坐标定位设备；向心固定板上设有激光指示器及若干滚轮；至少两块向心固定板通过弹性部件连接后套装在回转体外圆面上；上述滚轮能够沿回转体外圆面周向滚动，并带动至少两块向心固定板沿回转体外圆面周向转动；上述坐标定位设备包括位于回转体端口设定距离处的靶标定位器，上述靶标定位器用于接收显示激光指示器的出射光斑。为无法使用内圆柱面引出中心线的回转体提供中心线引出方法。回转体中心线引出的精确度高，回转误差在角秒量级。

Description

回转体中心线引出装置及方法
技术领域
本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种回转体中心线引出装置及方法。
背景技术
回转体的中心线是回转体的重要特征参数，通常在回转体安装过程中需要利用中心线进行校准，可以应用在液体输送管道的焊接或联接过程中的管路安装对准等。
火炮身管是一种圆柱体，火炮身管中心线是炮弹出射后衡量其偏离程度的基准，目前对火炮身管中心线的引出主要是用专用校靶镜依火炮身管内部圆柱面引出。由于某些型号炮管内部无法提取内部圆柱面或内部为非圆异形表面，无法将其中心线引出，故只能以炮管外圆柱面作为基准引出火炮身管中心线作为发射主轴，需要将其引出作为测量基准。
发明专利CN102087163A公开了一种“高精度摇摆台回转中心线方位引出方法及装置”，配合专用的方位引出装置和自准直经纬仪，可将被试设备方位中心线调整到与高精度摇摆台中心线平行的状态，但并未将高精度摇摆台的回转中心线找准并引出。
发明专利CN102162708A公开了一种“火炮身管中心线定位装置”，使用定位架伸入炮口内部调整后涨紧火炮身管内壁，以引出火炮身管中心线，对整体装置的安装位置误差未有补偿，但不适用于对外圆柱面的中心线引出。
实用新型专利CN0000204495168U公开了一种“高精度火炮身管炮膛中心线拟合装置”，利用弹性激光器组件在火炮内孔进行激光指示，弹性元件向外涨紧在炮管内，激光器并未依炮管内孔轮廓做空间转动，其投射的光点为固定状态，对整体装置的安装位置误差未有补偿，但不适用于对外圆柱面的中心线引出。
发明内容
本发明的目的是提供了一种回转体中心线引出装置及方法，为无法使用内圆柱面引出中心线的回转体提供中心线引出方法。
本发明的技术解决方案是：一种回转体中心线引出装置，其特殊之处在于：包括至少两块向心固定板及坐标定位设备；
向心固定板上设有激光指示器及若干滚轮；
至少两块向心固定板通过弹性部件连接后套装在回转体外圆面上；
上述滚轮能够沿回转体外圆面周向滚动，并带动至少两块向心固定板沿回转体外圆面周向转动；
上述坐标定位设备包括靶标定位器，位于炮口设定距离处，用于接收显示激光指示器的出射光斑。
优选地，上述向心固定板上开有腰形通孔，上述滚轮通过销轴固定在腰形通孔内。
优选地，上述向心固定板上设有激光指示器安装座，用于安装并调整所述激光指示器。
优选地，上述弹性部件为弹簧。
优选地，上述向心固定板为两块，向心固定板为与回转体外圆面匹配的弧型板。
优选地，向心固定板外圆面的顶部为平面，激光指示器安装座固定在所述平面上，腰形通孔位于弧面上。
优选地，为了便于安装弹簧，向心固定板两端分别开有弹簧安装孔。
优选地，上述坐标定位设备为数字化仪。
优选地，上述回转体为火炮身管。
本发明还提供一种利用上述回转体中心线引出装置实现中心线引出的方法，其特征在于：
步骤1：将至少两块向心固定板套装在回转体外圆面上，确保滚轮能够沿回转体外圆面周向滚动；
步骤2：安装激光指示器在距离回转体端口指定位置处架设坐标定位设备；
步骤3：调整激光指示器及坐标定位设备位置，使得当向心固定板的滚轮围绕回转体外圆面滚动时，通电点亮后激光指示器的出射光斑投射到坐标定位设备上；
步骤4：控制向心固定板围绕回转体转动设定角度后停止，使用坐标定位设备的靶标定位器获取激光光斑中心坐标；
步骤5：重复步骤4，直至向心固定板围绕回转体转动一周，获得多个激光光斑中心坐标；
步骤6：多个激光光斑中心坐标形成一个圆周，通过计算机算法拟合公式获得圆周中心点；
步骤7：在坐标定位设备上标记出拟合后的中心点空间位置，并固定；
步骤8：移动坐标定位设备至另一个设定距离处，重复步骤3至步骤7，获得另一个中心点空间位置，两个中心点的连线即为回转体中心线。
优选地，上述步骤1具体为：拆下连接向心固定板的弹簧，将向心固定板套装在回转体外圆面上后，再挂上弹簧；
上述步骤6具体为：利用统计学方法剔除粗大误差点；利用圆拟合方式拟合出圆周，既得圆周中心坐标。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明利用回转体外周轮廓确定中心线，通过激光指示将不可见的回转圆可见，并用坐标定位设备(如数字化仪)直接测量回转圆轨迹坐标，测量过程简单；
(2)本发明使用滚轮贴合回转体外周的回转方式，外周任意一处指示激光光斑相对于中心线的安装位置与角度偏差均可在转到相对180°左右的位置被抵消，降低了安装的精度要求；仅存在滚轮的10微米量级圆度误差引出中心线上亚角秒量级中心线角度误差；
(3)本发明通过粗大误差剔除方法与拟合圆周的中心点提取算法，可将取点误差降低一个数量级，综合引出误差可达到角秒级；
(4)本发明通过调整弹性部件的结构件尺寸，可以适用于不同尺寸的回转体上；
(5)本发明通过调整坐标定位设备的位置，可以调整引出距离，最大引出距离根据激光指示光斑的可见距离确定；
(6)本发明利用火炮身管外圆轮廓确定中心线，引出精度仅仅依赖火炮身管外圆表面精度与滚轮滚动件的同心度，引出的中心线精度高，引出的中心线作为后续使用例如测量炮弹飞行轨迹偏离程度的基准，实现炮弹飞行轨迹偏离程度测量的可操作性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
图2为图1侧视图，示意两个位置中心线上点的获取；
图3为图1沿火炮身管出射方向的正视图；
图中：1-向心固定板，2-销轴，3-滚轮，4-弹簧，5-火炮身管外圆柱面，6-激光指示器，7-激光指示器安装座，8-数字化仪，9-靶标定位器。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
本实施例以火炮身管为例进行详细说明。
本实施例提供一种以火炮身管外圆柱面为基准引出火炮身管中心线的方法，利用火炮身管外圆上安装的回转激光器，其光斑投射到发射方向远处指定位置处架设的用于光斑接收的数字化仪上得到与火炮身管外圆柱同心的圆周，通过拟合计算出中心线；该方法基于如图1、图2和图3所示的装置实现：
从图1可以看出，该实施例中火炮身管中心线引出装置主要包括两块向心固定板1，向心固定板1为与火炮身管外圆柱面5匹配的弧型板，其上开有若干腰形通孔，若干滚轮3通过销轴2安装在腰形通孔内；两块向心固定板1利用拉伸弹簧4套压安装在火炮身管外圆柱面5上；套装好后，滚轮3能够沿火炮身管外圆柱面5周向滚动，并带动至少两块向心固定板1沿火炮身管外圆柱面5周向转动；向心固定板1上设有激光指示器安装座7，激光指示器6安装在激光指示器安装座7上；并在距离炮口0m～100m的指定处架设一台接收显示光斑的数字化仪8，其附件是定位激光光斑的靶标定位器9。从图2可以看出，向心固定板1两端还分别设有开孔，用于安装拉伸弹簧4。在其他实施例中，可以包括多块向心固定板。
基于上述装置，通过下述步骤实现中心线引出：
步骤1：将两块向心固定板1的拉伸弹簧4拆下，套装在火炮身管外圆柱面5上，再挂上拉伸弹簧4，确保滚轮3可沿火炮身管外侧圆周转动。
步骤2：在距离炮口0m～100m的任意指定位置处架设一台数字化仪8。
步骤3：调整激光指示器安装座7，相应调整数字化仪8的位置，令点亮后的激光指示器6在围绕火炮身管旋转时出射光斑投射到数字化仪8上。
步骤4：在两块向心固定板1围绕火炮身管转动一定角度后停止，使用数字化仪8的靶标定位器9获取激光光斑中心坐标。
步骤5：重复步骤4，直至两块向心固定板1围绕火炮身管转动一周，在一周上共获得10～20个间距相近的光斑中心坐标，通过拟合公式获得与火炮身管外圆柱轮廓对应的圆及该圆的中心点。
步骤6：将中心点空间位置标记出并固定出。
步骤7：移动数字化仪8到另一个指定距离处，重复步骤3至步骤6，获得另一个中心点，两个中心点的连线即炮管中心线。
具体而言，上述实施过程可详细描述如下：
(1)如图3所示，调整激光指示器6角度在0m～100m外垂直于火炮身管中心线的数字化仪8上留下指示点，最远距离可以根据激光光斑亮度进行调整，在光斑可视的情况下可以更远；
(2)旋转两块向心固定板1，点亮其上携带的激光指示器6，向远处指定位置的数字化仪8上投射光点，形成圆周的光点应多于3个，最好为间距相互接近的10～20光点，利用靶标定位器9确定各光点坐标并记录。
(3)可按3σ准则或其它统计学方法剔除粗大误差点，将10个以上点的坐标利用最小二乘法或其它圆拟合方法拟合出一个圆，圆心坐标即为引出的中心线与数字化仪8所在平面的交点。
利用最小二乘法拟合圆的方法如下：
设第i个点坐标为(xi，yi)，共有n个点，圆的公式是f＝(xi-A)2+(yi-B)2-R2，点(A，B)就是圆心，R为半径，根据最小二乘法，残差最小的圆拟合方程是：
解方程获得圆心坐标(A，B)值和半径R值。
(4)将交点位置在空间中标记出来。
(5)改变数字化仪8与炮口之间的距离，重复步骤(1)～(4)，得到以炮管外圆柱面为基准的中心线延长线与数字化仪8的另一交汇点，连接上述两交汇点即实现将以炮管外圆柱面为基准的中心线引出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种回转体中心线引出装置，其特征在于：包括至少两块向心固定板及坐标定位设备；
向心固定板上设有激光指示器及若干滚轮；
至少两块向心固定板通过弹性部件连接后套装在回转体外圆面上；
所述滚轮能够沿回转体外圆面周向滚动，并带动至少两块向心固定板沿回转体外圆面周向转动；
所述坐标定位设备包括位于回转体端口设定距离处的靶标定位器，所述靶标定位器用于接收显示激光指示器的出射光斑。
2.根据权利要求1所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：所述向心固定板上开有腰形通孔，所述滚轮通过销轴固定在腰形通孔内。
3.根据权利要求2所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：所述向心固定板上设有激光指示器安装座，用于安装并调整所述激光指示器。
4.根据权利要求3所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：所述弹性部件为弹簧。
5.根据权利要求4所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：所述向心固定板为两块，向心固定板为与回转体外圆面匹配的弧型板。
6.根据权利要求5所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：向心固定板外圆面的顶部为平面，激光指示器安装座固定在所述平面上，腰形通孔位于弧面上。
7.根据权利要求6所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：向心固定板两端分别开有弹簧安装孔；所述坐标定位设备为数字化仪。
8.根据权利要求1-7任一所述的回转体中心线引出装置，其特征在于：所述回转体为火炮身管。
9.一种利用权利要求1至8任一所述的回转体中心线引出装置实现中心线引出的方法，其特征在于：
步骤1：将至少两块向心固定板套装在回转体外圆面上，确保滚轮能够沿回转体外圆面周向滚动；
步骤2：安装激光指示器在距离回转体端口指定位置处架设坐标定位设备；
步骤3：调整激光指示器及坐标定位设备位置，使得当向心固定板的滚轮围绕回转体外圆面滚动时，通电点亮后激光指示器的出射光斑投射到坐标定位设备上；
步骤4：控制向心固定板围绕回转体转动设定角度后停止，使用坐标定位设备的靶标定位器获取激光光斑中心坐标；
步骤5：重复步骤4，直至向心固定板围绕回转体转动一周，获得多个激光光斑中心坐标；
步骤6：多个激光光斑中心坐标形成一个圆周，通过计算机算法拟合公式获得圆周中心点；
步骤7：在坐标定位设备上标记出拟合后的中心点空间位置，并固定；
步骤8：移动坐标定位设备至另一个设定距离处，重复步骤3至步骤7，获得另一个中心点空间位置，两个中心点的连线即为回转体中心线。
10.根据权利要求9所述的一种利用权利要求1至8任一所述的回转体中心线引出装置实现中心线引出的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：拆下连接向心固定板的弹簧，将向心固定板套装在回转体外圆面上后，再挂上弹簧；
所述步骤6具体为：利用统计学方法剔除粗大误差点；利用圆拟合方式拟合出圆周，既得圆周中心坐标。
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