CN108844498A - 双激光器火炮身管内膛直线度检测设备 - Google Patents

Abstract

一种双激光器火炮身管内膛直线度检测设备，包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架、竖轴、主横轴和副横轴，在主横轴上固定有主观测装置，为一激光器，在副横轴上固定有副观测装置，副观测装置为一激光器；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有三个PSD传感器，三个指定点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的，使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上；当主观测线和副观测线交会于第一个指定点，能确定第一个指定点相对主交点的坐标，以此类推，确定第二个指定点、第三个指定点的坐标位置，由此，三个球状触头球心的坐标位置得以确定。本发明测量精确、操作方便。

Description

双激光器火炮身管内膛直线度检测设备

本发明申请是专利申请号为201510525123.1、申请日为2015年08月24日、名称为“简易型火炮身管内膛直线度检测设备”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及火炮身管内膛直线度检测设备。

背景技术

因为加工、重力、热胀冷缩等原因，火炮身管的轴线不是理想直线，存在弯曲。轻则影响火炮射击精度，重则阻碍炮弹运动，产生炸膛。评价火炮身管轴线弯曲程度的指标，即火炮身管的直线度。

现有的火炮身管直线度测量方法主要包括以下几类：

（1）部队常规的检测方法：它是将一标准直度径规放入火炮身管，能通过者为合格，否则为不合格。根据GJB4537-2002的规定，一旦用此方法测定弯曲程度超标，火炮即予以报废。

该方法的不足之处在于：只能进行定性检测。见程石、黄平，《火炮身管直线度检测方法及测量元件选择》，《国防技术基础》2007（2），p53。

（2）靶场检测站的检测方法：它是用测量望远镜测出定心环中心在火炮身管不同位置对基准坐标轴的偏离量。

该方法的不足之处在于：易受主观判断的影响，而且操作麻烦，测量精度较低，效率较低。见孙吉红、张文杰、杨清文，《火炮身管弯曲度检测仪的研制的研制》，《计算机测量与控制》2006,14（6）p814。

（3）利用激光器、PSD/CCD等传感器阵列进行测量。

该类方法的不足之处在于：有的采用固定直径的光电靶体现火炮身管内膛截面圆心，这显然不符合实际情况；有的需要用三爪或其它自动定心机构确定各截面的中心，而定心机构结构比较复杂，尤其是当火炮身管口径偏小或者偏大时，对定心机构加工装配精度要求较高；要求在火炮身管内部操作定心机构移动到某轴向位置后，再调整定心机构使之与该轴线位置横截面接触以精确体现该横截面圆心，操作上并不容易，容易导致较大的测量误差；最关键的是，这些测量方法所强调的激光器、传感器的安装位置不能保证真实体现轴线等等。见张连存、张国玉、付秀华等，《φ25mm火炮身管直线度光电测量方法》，《光学精密工程》2004,12（5），p485。见孙吉红、张文杰、杨清文，《火炮身管弯曲度检测仪的研制的研制》，《计算机测量与控制》2006,14（6）p814。见白宝兴、马洪，《火炮身管内膛直线度无损检测系统》，《长春理工大学学报》2002,25（2），p37。见马永军、方庭健，《火炮身管内膛直线度自动检测系统》，《仪表技术》2002（1），p11。见杨慧勇、张培林、阎鹏程等，《火炮身管弯曲度检测方法研究》，《武器装备自动化》2008,27（9），p19。见陈红军、胡朝根、刘建军，《火炮身管直线度检测与寿命判定》，《舰船电子工程》2010,30（3），p171。

全站仪是应用极广的测绘仪器。全站仪整体结构分为两大部分：基座和照准部。照准部的望远镜，可以在水平面内和垂直面内进行360⁰旋转，便于照准目标。基座用于仪器的整平和三脚架的连接。全站仪的合作目标以棱镜最为常见。其中，三棱镜一般由基座与三脚架连接安装，单棱镜常用对中杆及支架安装。详见李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》，2.1节，p14-p15。

全站仪可以在测站点对某目标点同时进行测距和测角，获得距离S、水平角γ、垂直角α三个基本数据。测距仪

测量时，在测站点，全站仪对中整平，在目标点，棱镜对中整平。当望远镜照准目标时，全站仪的水平度盘度和垂直度盘分别给出目标点相对测站点的水平角和垂直角。李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》，1.2节，p7-p9，介绍了编码度盘、光栅度盘、动态度盘等三种度盘。

全站仪在望远镜内内置红外发生器和接收器，可以发射和望远镜光轴同轴的红外光。如果有免棱镜测量功能的全站仪，望远镜内还内置激光器，可以发射和望远镜光轴同轴的可见红色激光。通过测量光波在待测距离上的往返时间，即可获得被测距离。见何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》p23、p27。

何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。

有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便的双激光器火炮身管内膛直线度检测设备。

为达到上述目的，本发明采取技术方案如下：本发明包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有相互平行的水平的且各能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴和副横轴，主横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成主交点，副横轴的轴心线与竖轴的轴心线相交，形成副交点；在主横轴上固定有主观测装置，为一激光器，其光轴称为主观测线，主观测线通过主交点且垂直于主横轴的轴心线，在副横轴上固定有副观测装置，为一激光器，其光轴称为副观测线，副观测线通过副交点且垂直于副横轴的轴心线，主观测线和副观测线处于同一铅垂面；竖轴与水平回转平台之间安装有水平度盘，在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副横轴和支架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台、主横轴和副横轴的旋转均为电动；所述工作目标具有主体，主体的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头，主体的顶面上设有三个PSD传感器，所有PSD传感器的光敏面位于同一平面，每个PSD传感器的光敏面上设有一个指定点，三个指定点与三个球状触头球心的相互位置关系是确定的，使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆上的球状触头抵在火炮身管内膛壁上；在PSD传感器反馈信号控制下，主观测装置自动瞄准PSD传感器第一个指定点，使得第一个指定点位于主观测线上，之后，在PSD传感器反馈信号控制下，副观测装置自动瞄准PSD传感器第一个指定点，使得第一个指定点位于副观测线上，此时，主观测线和副观测线交会于第一个指定点，从而确定第一个指定点相对主交点的坐标，以此类推，确定第二个指定点、第三个指定点的坐标位置，由此，三个球状触头球心的坐标位置得以确定。

本发明具有如下积极效果：本发明的测试设备相对比较简单，测试过程简单且易于掌握，数据处理软件编程简单，测试精度高；电子设备大大简化，外界环境对于电子系统的不利影响大大减少；本发明的测距过程，和光速无关，测量时，就无需再测量温度、气压、湿度等大气情况，更适应野外环境。本发明能大大简化对光电测距系统的检定。

附图说明

图1是实施例1的示意图。

图2是图2的简易侧视图。

图3是实施例1的角度测量示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1至图3，实施例1包括检测装置和工作目标。检测装置具有基座1、水平回转平台2、支架4和竖轴9，支架4固定在水平回转平台2上，竖轴9与基座1固定连接，水平回转平台2处于基座1上且围绕竖轴9的轴心线9a旋转。支架4上设有相互平行的水平的且各能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴5和副横轴8，主横轴5的轴心线5a与竖轴9的轴心线9a相交，形成主交点，副横轴8的轴心线8a与竖轴9的轴心线9a相交，形成副交点。在主横轴5上固定有主观测装置6，主观测装置6为一激光器，其光轴称为主观测线6a，主观测线6a通过主交点且垂直于主横轴5的轴心线5a。在副横轴8上固定有副观测装置7，副观测装置7为一激光器，其光轴称为副观测线7a，副观测线7a通过副交点且垂直于副横轴8的轴心线8a，主观测线6a和副观测线7a处于同一铅垂面。竖轴9与水平回转平台2之间安装有水平度盘3，在主横轴5和支架4相应部位之间安装主度盘11，在副横轴8和支架4相应部位之间安装副度盘12。上述水平回转平台2、主横轴5和副横轴8的旋转各由电机驱动，电机是伺服电机或超声电机。

所述工作目标具有主体20，主体20的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆21，每根支撑杆的杆端上固定有球状触头22，主体20的顶面上设有三个PSD传感器24，所有PSD传感器的光敏面位于同一平面M，每个PSD传感器24的光敏面上设有一个指定点，三个指定点与三个球状触头22球心的相互位置关系是确定的，使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆21上的球状触头22抵在火炮身管内膛壁上。

水平度盘3用于测量水平回转平台2的回转角度，主度盘11用于测量主观测线6a与竖轴9的轴心线9a之间的夹角即主俯仰角α的大小，副度盘12用于测量副观测线7a与竖轴9的轴心线9a之间的夹角即副俯仰角β的大小。

在水平回转平台2的作用下，主观测装置6和副观测装置7能同步水平回转。主横轴5和副横轴8各能单独旋转，主观测装置6和副观测装置7俯仰时，主观测线6a和副观测线7a在同一铅垂面内转动，由此，主观测线6a和副观测线7a能在被测点交会。

本实施例还具有电源部分、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等。

本实施例的使用方法和检测过程如下：将工作目标置于火炮身管内某处，三根支撑杆21上的球状触头22抵在火炮身管内膛壁上成相切状。检测装置安放在火炮身管19外部。 测量时，打开主观测装置6，关闭副观测装置7，水平回转平台由其电机驱动，主横轴5由其电机驱动，在PSD传感器反馈信号控制下，主观测装置6自动瞄准PSD传感器第一个指定点，使得该第一个指定点位于主观测线6a上，水平度盘3给出水平回转平台2的回转角度，主度盘11给出主俯仰角α的值，之后，关闭主观测装置6，打开副观测装置7，副观测装置7由电机驱动，在PSD传感器反馈信号控制下，自动瞄准PSD传感器第一个指定点，使得该第一个指定点位于副观测线7a上，此时，主观测线6a和副观测线7a交会于该指定点，副度盘12给出副俯仰角β的值，完成该点测量。根据主俯仰角α、副俯仰角β的值、已知的主横轴5的轴心线5a与副横轴8的轴心线8a之间的距离h的值，最后通过数据处理部分获得该点与主交点距离S的值。再结合水平回转平台2的回转角度以及主俯仰角α，即可确定该点相对主交点的坐标。以此类推，确定第二个指定点、第三个指定点的坐标位置。由此，此时和火炮身管内膛壁相切的三个球状触头22球心的坐标位置得以确定。将工作目标移动到火炮身管内膛另外若干处位置，重复上述过程，由此可以获得各处和火炮身管内膛壁相切的球状触头22球心的坐标位置，通过数据处理部分可确定火炮身管内膛直线度。

Claims (1)

1.一种双激光器火炮身管内膛直线度检测设备，其特征在于：包括检测装置和工作目标；所述检测装置具有基座（1）、水平回转平台（2）、支架（4）和竖轴（9），支架（4）固定在水平回转平台（2）上，竖轴（9）与基座（1）固定连接，水平回转平台（2）处于基座（1）上且围绕竖轴（9）的轴心线（9a）旋转，支架（4）上设有相互平行的水平的且各能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴（5）和副横轴（8），主横轴（5）的轴心线（5a）与竖轴（9）的轴心线（9a）相交，形成主交点，副横轴（8）的轴心线（8a）与竖轴（9）的轴心线（9a）相交，形成副交点；在主横轴（5）上固定有主观测装置（6），主观测装置（6）为一激光器，其光轴称为主观测线（6a），主观测线（6a）通过主交点且垂直于主横轴（5）的轴心线（5a），在副横轴（8）上固定有副观测装置（7），副观测装置（7）为一激光器，其光轴称为副观测线（7a），副观测线（7a）通过副交点且垂直于副横轴（8）的轴心线（8a），主观测线（6a）和副观测线（7a）处于同一铅垂面；竖轴（9）与水平回转平台（2）之间安装有水平度盘（3），主横轴（5）和支架（4）相应部位之间安装主度盘（11），副横轴（8）和支架（4）相应部位之间安装副度盘（12）；上述水平回转平台（2）、主横轴（5）和副横轴（8）的旋转均为电动；所述工作目标具有主体（20），主体（20）的底面上设有成三角形分布的三根支撑杆（21），每根支撑杆的杆端上固定有球状触头（22），主体（20）的顶面上设有三个PSD传感器（24），所有PSD传感器的光敏面位于同一平面（M），每个PSD传感器（24）的光敏面上设有一个指定点，三个指定点与三个球状触头（22）球心的相互位置关系是确定的，使用时，工作目标处于火炮身管内膛，其三根支撑杆（21）上的球状触头（22）抵在火炮身管内膛壁上；在PSD传感器反馈信号控制下，主观测装置（6）自动瞄准PSD传感器第一个指定点，使得第一个指定点位于主观测线（6a）上，之后，在PSD传感器反馈信号控制下，副观测装置（7）自动瞄准PSD传感器上述第一个指定点，使得第一个指定点位于副观测线（7a）上，此时，主观测线（6-5a）和副观测线（7-5a）交会于第一个指定点，从而确定第一个指定点相对主交点的坐标，以此类推，确定第二个指定点、第三个指定点的坐标位置，由此，三个球状触头（22）球心的坐标位置得以确定。