CN110132070A - 一种火炮击针突出量检测装置与火炮击针突出量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火炮击针突出量检测装置及火炮击针突出量检测方法，火炮击针突出量检测装置的结构包括伞状定心机构，十字滑台通过连接部件安装在伞状定心机构轴杆的端部，激光位移传感器通过固定支架安装在十字滑台的滑块上。伞状定心机构由两个伞状支撑机构组成，伞状定心机构通过支撑板支撑在火炮身管的内壁上。激光位移传感器安装在十字滑台上，十字滑台固定在轴杆的端部。火炮击针突出量检测方法是使用火炮击针突出量检测装置对火炮击针所在范围进行扫描测量，通过测量的数值计算出火炮击针的突出量。本发明解决了以往测量火炮击针突出量必须提出闩体导致的效率低、安全性不高以及操作困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种火炮击针检测装置，具体地说是一种火炮击针突出量检测装置与火炮击针突出量检测方法。
背景技术
在火炮射击前需要对火炮的技术性能进行检测，确定火炮的技术状况以便实弹射击的安全、正常进行。火炮击针是火炮击发机构的重要组成部分，在火炮射击过程中，击针用于击发引燃底火药，底火药传火至发射药燃烧使膛内压力升高，燃气压力作功使弹丸向前运动。为了正确击发底火，需要有一定的击针突出量，击针突出量是火炮击针在击发时露出炮闩镜面的长度。如果击针突出量过小，容易发生不发火的故障；如果击针突出量过大，容易产生击穿底火的现象。所以火炮击针突出量的检测是火炮射击前必不可少的一项工作。
火炮击针突出量检测的常规方法是提出闩体，取下击针簧，使击发机成击发状态，向里推击针到位，当击针不能通过检查规检查浅缺口，能够通过深缺口时为符合要求。常规办法都必须取出闩体，而对于某些大口径火炮来说，闩体较沉，提出闩体过程中比较危险，并且比较耗费力气。对于某些自行火炮来说，由于环境的限制，提出闩体的操作过于困难和耗时。操作困难、安全性不高的传统机械检测方法已经不能适应新时代的要求，所以必须寻求操作简单、高效率、安全性高的检测方法。
发明内容
本发明的目的就是提供一种火炮击针突出量检测装置与火炮击针突出量检测方法，以解决现有测量火炮击针突出量方法必须要提出闩体从而引起的操作困难、安全性不高等问题。
本发明是这样实现的：一种火炮击针突出量检测装置，包括：
伞状定心机构，用于将火炮击针突出量测量装置固定在火炮身管内；
十字滑台，固定在伞状定心机构的端部，用于带动激光位移传感器在垂直于火炮身管轴线的平面内移动；
激光位移传感器，固定在十字滑台上，用于发射激光并接收反射回来的激光信号，从而测量与障碍物之间的距离；以及
控制系统，与十字滑台以及激光位移传感器相连接，用于控制十字滑台带动激光位移传感器移动，对激光位移传感器接收的信号进行分析并显示。
所述伞状定心机构包括两个伞状支撑机构；所述伞状支撑机构包括轴杆，所述轴杆的两端分别为锥杆与锥孔，所述锥杆的外轮廓尺寸与所述锥孔的内轮廓尺寸相互配合；在所述锥杆上固定有固定块与限位块，所述固定块与所述限位块之间有一定的间距，在所述锥杆上套接有移动块，所述移动块位于所述固定块与所述限位块之间，在所述移动块上轴接有若干个转轮，所述转轮绕所述轴杆的轴心均匀分布；在所述移动块与所述限位块之间设置有压缩弹簧，在所述压缩弹簧的端部设置有调整板；在所述固定块上铰接有若干个支撑板，所述支撑板的数量与所述转轮的数量相同，所述支撑板绕所述轴杆的轴心均匀分布，在所述支撑板上开有滑槽，所述转轮分别安装与相应的所述滑槽内；一个所述伞状支撑机构的锥杆插入到另一个伞状支撑机构的锥孔内，两个所述伞状支撑机构组成一个伞状定心机构。
所述十字滑台包括两个十字设置的丝杠机构；所述丝杠机构包括滑台底座、轴承座、丝杠、滑块以及步进电机；所述轴承座设置于所述滑台底座的两端，所述丝杠通过轴承安装在两个所述轴承座上，所述滑块安装在所述丝杠上，所述步进电机固定在所述滑台底座上且机轴与所述丝杠相连接；其中一个丝杠机构的滑台底座固定在另一个丝杠机构的滑块上，两个丝杠机构的丝杠相互垂直。
所述控制系统包括：
驱动器，分别与所述步进电机和单片机相接，用于接收单片机的指令，驱动所述步进电机实现滑块的高精度移动；
A/D转换器，分别与所述单片机和所述激光位移传感器相接，用于将所述激光位移传感器所检测的信号转换成数字信号；以及
单片机，分别与所述驱动器、所述A/D转换器相接，向驱动器发出步进电机动作信号，并将通过A/D转换器转换后的信号进行处理解算出击针突出量，最后将测量的击针突出量结果发送到液晶显示屏中进行显示。
在所述伞状定心机构与所述十字滑台之间还设置有连接部件，所述连接部件用于将所述十字滑台固定在所述伞状定心机构的端部；在所述激光位移传感器与所述十字滑台之间还设置有固定支架，所述固定支架用于将所述激光位移传感器固定在所述十字滑台上。
本发明还公布了一种火炮击针突出量检测方法，包括以下步骤：
a.进行火炮的开闩动作，然后将如权利要求1所述的火炮击针突出量检测装置放置并推进至火炮身管内尾部指定的位置，然后进行关闩动作并击发；
b.开启火炮击针突出量检测装置，通过控制系统控制十字滑台移动，使激光位移传感器对击针所在的一定范围进行扫描，并记录每一步的测量位置以及到障碍物的距离值；
c.单片机自动选取所测得的距离的最小值为激光位移传感器到击针端面的距离B；
d.确定激光位移传感器到击针端面的距离B后，在该值所在位置的四周多个位置选取若干个值，选取时保证各个值的位置与B值所在位置的间距大于击针的直径，计算所选取的若干个值的平均值A，A为激光位移传感器到闩体镜面的距离；
e.计算击针突出量C=（A-B），并将C输出至显示屏显示。
在b步骤中，控制十字滑台带动激光位移传感器在一个矩形范围内进行扫描，扫描时从矩形上部的一角开始沿水平方向移动进行第一行的扫描，到达第一行的行尾后十字滑台带动激光位移传感器向下移动一步，然后从第二行的行尾扫描至行头，如此反复，直到将整个矩形范围扫描完毕。
本发明对现有的火炮击针突出量测量方式进行了创新，使用火炮击针突出量检测装置对火炮击针的突出量进行自动测量，能够准确的得到击针突出量。火炮击针突出量检测装置采用了伞状定心机构，伞状定心机构的伞状支撑机构通过弹簧推动移动块将支撑板撑开，从而使支撑板外端与火炮身管的内壁接触，由于支撑板数量较多且绕轴杆的轴心均匀分布，同时两个伞状支撑机构的轴杆相互连接固定，从而使两个轴杆的轴心与火炮身管内壁的轴心相重合。由于轴杆的轴心与火炮身管内壁的轴心相重合，所以通过十字滑台安装在伞状定心机构的轴杆端部的激光位移传感器就能够保证所发出的激光与火炮身管内壁轴心平行，从而确保测量的准确性。
本发明的激光位移传感器的激光光斑的直径为70um，击针针尖端面的直径为2mm左右，而十字滑台带动激光位移传感器每次移动的位移量小于2mm，所以在激光位移传感器进行扫描测量时一定能够照射到击针的端面。在对一定范围内进行扫描测量后，其中的最小值便是激光位移传感器到击针端面的距离，再计算出激光位移传感器到闩体镜面的距离也就是到击针根部的距离，两个距离的差值便是击针的突出量。
本发明设计巧妙、操作简单、效率高，以及用于不同直径的火炮的击针的突出量测量，解决了以往测量火炮击针突出量必须提出闩体导致的效率低、安全性不高以及操作困难等问题。
附图说明
图1是本发明火炮击针突出量检测装置的结构示意图。
图2是本发明伞状支撑机构的结构示意图。
图3是本发明丝杠机构的示意图。
图4是本发明固定支架的示意图。
图5是本发明连接部件的示意图。
图6是本发明控制系统硬件的原理图。
图7是本发明激光位移传感器测量的示意图。
图8是本发明激光位移传感器进行扫描测量的示意图。
图中：1、伞状定心机构；2、连接部件；3、十字滑台；4、固定支架；5、激光位移传感器；6、火炮身管；7、闩体；8、火炮击针；1-1、轴杆；1-2、锥杆；1-3、锥孔；1-4、固定块；1-5、限位块；1-6、移动块；1-7、支撑板；1-8、压缩弹簧；1-9、调整板；1-10、滑槽；1-11、转轮；2-1、连接板；2-2、连接柱；3-1、滑台底座；3-2、轴承座；3-3、丝杠；3-4、滑块；3-5、步进电机；4-1、安装板；4-2、侧板。
具体实施方式
如图1所示，本发明的火炮击针突出量检测装置包括伞状定心机构1，十字滑台3通过连接部件2安装在伞状定心机构1轴杆1-1的端部，激光位移传感器5通过固定支架4安装在十字滑台3的滑块3-4上。伞状定心机构1由两个伞状支撑机构组成，伞状定心机构1通过支撑板1-7支撑在火炮身管6的内壁上，从而使两段首尾相接的轴杆1-1的轴心与火炮身管6内壁的轴心重合，也就使轴杆1-1正对着闩体7中心的火炮击针8。激光位移传感器5安装在十字滑台3上，十字滑台3固定在轴杆1-1的端部，十字滑台3能够带动激光位移传感器5在一定的范围内移动，对该范围进行扫描测量，由于轴杆1-1是正对着闩体7上的火炮击针8的，所以击针一定位于激光位移传感器5的扫描范围内，且能够保证激光位移传感器5发射的光线能够垂直照射在闩体7的表面上，从而确保了测量精度。
如图2所示，伞状支撑机构包括轴杆1-1，轴杆1-1的两端分别为锥杆1-2与锥孔1-3，锥杆1-2的外轮廓尺寸与锥孔1-3的内轮廓尺寸相同，从而两个轴杆1-1能够首尾连接。在轴杆1-1上固定安装有环形的固定块1-4与限位块1-5，在固定块1-4与限位块1-5之间的轴杆1-1上套接有移动块1-6，移动块1-6也为环形，移动块1-6能够沿着轴杆1-1滑动。在固定块1-4的外缘上铰接有若干个支撑板1-7，支撑板1-7的一端铰接在固定块1-4上，且支撑板1-7的数量不少于三个，支撑板1-7绕轴杆1-1的轴线均匀分布，在支撑板1-7上沿支撑板1-7长度方向开有滑槽1-10，在移动块1-6的外缘开有槽口，在槽口内安装有转轮1-11，转轮1-11的数量与支撑板1-7的数量相同，且每个位置与支撑板1-7的位置相互对应，转轮1-11同时穿接在相应的滑槽1-10内。当移动块1-6左右移动时，通过转轮1-11与滑槽1-10的作用，带动若干个支撑板1-7同时张开或收拢，且所有支撑板1-7的张开度保持一致，从而当支撑板1-7端部支撑在圆形的内壁时，轴杆1-1的轴线就会与圆形内壁的轴线重合，从而完成装置的定心。在移动块1-6与限位块1-5之间安装有压缩弹簧1-8，压缩弹簧1-8处于压缩状态，所以压缩弹簧1-8会推动移动块1-6移动，使支撑板1-7张开，从而实现装置的自动定心。同时在压缩弹簧1-8靠近限位块1-5的一端安装有调整板1-9，调整板1-9能通过调节压缩弹簧1-8端部与限位块1-5的距离来调节压缩弹簧1-8的弹力，从而使该装置适用于不同直径的火炮。
如图3所示，十字滑台3是由两个十字布置的丝杠机构组成，丝杠机构包括滑台底座3-1、轴承座3-2、丝杠3-3、滑块3-4以及步进电机3-5。在滑台底座3-1的两端分别安装有轴承座3-2，丝杠3-3通过轴承安装在两个轴承座3-2上，滑块3-4安装在丝杠3-3上，通过丝杠3-3的转动来带动滑块3-4沿直线的移动，步进电机3-5安装在滑台底座3-1上且机轴与丝杠3-3相连接，步进电机3-5用于驱动丝杠3-3转动。第一个丝杠机构的滑台底座3-1固定在连接部件2的连接板2-1上，第二个丝杠机构的滑台底座3-1固定在第一个丝杠机构的滑块3-4上，且两个丝杠机构的丝杠3-3相互垂直布置，在本实施方式中一个丝杠3-3具体为水平设置另一个丝杠3-3为竖直设置，通过两个丝杠机构带动激光位移传感器5沿X轴或Y轴移动。
如图4所示，固定支架4包括安装板4-1与侧板4-2，两个侧板4-2相互平行且与安装板4-1相互垂直，安装板4-1用于固定在滑块3-4上，两个侧板4-2为竖直的，两个侧板4-2之间用于安装激光位移传感器5。
如图5所示，连接部件2包括连接板2-1与连接柱2-2，连接柱2-2垂直设置于连接板2-1的表面，连接柱2-2为锥形柱，能够插入到伞状定心装置轴杆1-1的锥孔1-3内，并通过销孔进行固定。
本发明中两个伞状支撑机构的连接以及伞状定心机构1与连接部件2的连接均采用莫氏锥度连接，莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。由于锥度很小，利用摩擦力的原理，可以传递一定的扭矩，而且可以方便的拆卸。莫氏锥度连接使得支撑结构与测量装置之间具有较强的机械稳定性，降低支撑结构的微动从而提高了测量的精确性。
如图6所示，控制系统包括驱动器、A/D转换器、单片机等，驱动器分别与所述步进电机3-5和单片机相接，用于接收单片机的指令，驱动所述步进电机3-5实现滑块3-4的高精度移动。A/D转换器分别与所述单片机和所述激光位移传感器5相接，用于将所述激光位移传感器5所检测的信号转换成数字信号。单片机分别与所述驱动器、所述A/D转换器相接，向驱动器发出丝杠3-3步进电机3-5动作信号，并将通过A/D转换器转换后的信号进行处理解算出击针突出量，最后将测量的击针突出量结果发送到液晶显示屏中进行显示。本实施例中单片机使用的是MSP430F437单片机。
如图6所示，本发明的电源模块给MSP430F437单片机、激光传感器、丝杠3-3步进电机3-5驱动器进行供电，单片机需要3.3V，激光传感器和步进电机3-5需要24V。本系统采用24V蓄电池以及电源稳压模块一起作为电源模块。
结合图6，火炮击针突出量的测量原理是：将整个火炮击针突出量测量装置从火炮的炮尾伸入火炮身管6内膛至适当位置，通过伞状定心结构将整个测量装置固定于该位置。而后对火炮进行关闩并击发动作；MSP430F437单片机的普通IO口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3输出方向信号和脉冲信号给驱动器驱动丝杠3-3步进电机3-5带动激光传感器进行X轴和Y轴运动；在运动过程中，激光传感器测得n组距离信号，这些电压信号传输到单片机的A/D转换模块，通过A/D转换，这些电压信号转换为数字信号存储在单片机内；单片机对这些数字信号进行处理和计算得出火炮击针8突出量的数值；单片机将火炮击针8突出量的数值通过单片机内的液晶驱动模块传到LCD显示屏进行显示。
如图7、图8所示，本发明火炮击针突出量检测方法，包括以下步骤：
a.进行火炮的开闩动作，然后将如权利要求1所述的火炮击针8突出量检测装置放置并推进至火炮身管6内尾部指定的位置，然后进行关闩动作并击发；
b.开启火炮击针8突出量检测装置，通过控制系统控制十字滑台3移动，使激光位移传感器5对击针所在的一定范围进行扫描，并记录每一步的测量位置以及到障碍物的距离值；
c.单片机自动选取所测得的距离的最小值为激光位移传感器5到击针端面的距离B；
d.确定激光位移传感器5到击针端面的距离B后，在该值所在位置的四周多个位置选取若干个值，选取时保证各个值的位置与B值所在位置的间距大于击针的直径，计算所选取的若干个值的平均值A，A为激光位移传感器5到闩体7镜面的距离；
e.计算击针突出量C=（A-B），并将C输出至显示屏显示。
其中，如图8所示，在b步骤中，控制十字滑台3带动激光位移传感器5在一个矩形范围内进行扫描，扫描时从矩形上部的一角开始沿水平方向移动进行第一行的扫描，到达第一行的行尾后十字滑台3带动激光位移传感器5向下移动一步，然后从第二行的行尾扫描至行头，如此反复，直到将整个矩形范围扫描完毕。
本发明的激光位移传感器5的激光光斑的直径为70um，击针针尖端面的直径为2mm左右，而十字滑台3带动激光位移传感器5每次移动的位移量小于2mm，所以在激光位移传感器5进行扫描测量时一定能够照射到击针的端面。在对一定范围内进行扫描测量后，其中的最小值便是激光位移传感器5到击针端面的距离，再计算出激光位移传感器5到闩体7镜面的距离也就是到击针根部的距离，两个距离的差值便是击针的突出量。
Claims (7)
1.一种火炮击针突出量检测装置，其特征在于，包括：
伞状定心机构，用于将火炮击针突出量测量装置固定在火炮身管内；
十字滑台，固定在伞状定心机构的端部，用于带动激光位移传感器在垂直于火炮身管轴线的平面内移动；
激光位移传感器，固定在十字滑台上，用于发射激光并接收反射回来的激光信号，从而测量与障碍物之间的距离；以及
控制系统，与十字滑台以及激光位移传感器相连接，用于控制十字滑台带动激光位移传感器移动，对激光位移传感器接收的信号进行分析并显示。
2.根据权利要求1所述的火炮击针突出量检测装置，其特征在于，所述伞状定心机构包括两个伞状支撑机构；所述伞状支撑机构包括轴杆，所述轴杆的两端分别为锥杆与锥孔，所述锥杆的外轮廓尺寸与所述锥孔的内轮廓尺寸相互配合；在所述锥杆上固定有固定块与限位块，所述固定块与所述限位块之间有一定的间距，在所述锥杆上套接有移动块，所述移动块位于所述固定块与所述限位块之间，在所述移动块上轴接有若干个转轮，所述转轮绕所述轴杆的轴心均匀分布；在所述移动块与所述限位块之间设置有压缩弹簧，在所述压缩弹簧的端部设置有调整板；在所述固定块上铰接有若干个支撑板，所述支撑板的数量与所述转轮的数量相同，所述支撑板绕所述轴杆的轴心均匀分布，在所述支撑板上开有滑槽，所述转轮分别安装与相应的所述滑槽内；一个所述伞状支撑机构的锥杆插入到另一个伞状支撑机构的锥孔内，两个所述伞状支撑机构组成一个伞状定心机构。
3.根据权利要求1所述的火炮击针突出量检测装置，其特征在于，所述十字滑台包括两个十字设置的丝杠机构；所述丝杠机构包括滑台底座、轴承座、丝杠、滑块以及步进电机；所述轴承座设置于所述滑台底座的两端，所述丝杠通过轴承安装在两个所述轴承座上，所述滑块安装在所述丝杠上，所述步进电机固定在所述滑台底座上且机轴与所述丝杠相连接；其中一个丝杠机构的滑台底座固定在另一个丝杠机构的滑块上，两个丝杠机构的丝杠相互垂直。
4.根据权利要求3所述的火炮击针突出量检测装置，其特征在于，所述控制系统包括：
驱动器，分别与所述步进电机和单片机相接，用于接收单片机的指令，驱动所述步进电机实现滑块的高精度移动；
A/D转换器，分别与所述单片机和所述激光位移传感器相接，用于将所述激光位移传感器所检测的信号转换成数字信号；以及
单片机，分别与所述驱动器、所述A/D转换器相接，向驱动器发出步进电机动作信号，并将通过A/D转换器转换后的信号进行处理解算出击针突出量，最后将测量的击针突出量结果发送到液晶显示屏中进行显示。
5.根据权利要求1所述的火炮击针突出量检测装置，其特征在于，在所述伞状定心机构与所述十字滑台之间还设置有连接部件，所述连接部件用于将所述十字滑台固定在所述伞状定心机构的端部；在所述激光位移传感器与所述十字滑台之间还设置有固定支架，所述固定支架用于将所述激光位移传感器固定在所述十字滑台上。
6.一种火炮击针突出量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.进行火炮的开闩动作，然后将如权利要求1所述的火炮击针突出量检测装置放置并推进至火炮身管内尾部指定的位置，然后进行关闩动作并击发；
b.开启火炮击针突出量检测装置，通过控制系统控制十字滑台移动，使激光位移传感器对击针所在的一定范围进行扫描，并记录每一步的测量位置以及到障碍物的距离值；
c.单片机自动选取所测得的距离的最小值为激光位移传感器到击针端面的距离B；
d.确定激光位移传感器到击针端面的距离B后，在该值所在位置的四周多个位置选取若干个值，选取时保证各个值的位置与B值所在位置的间距大于击针的直径，计算所选取的若干个值的平均值A，A为激光位移传感器到闩体镜面的距离；
e.计算击针突出量C=（A-B），并将C输出至显示屏显示。
7.根据权利要求6所述的火炮击针突出量检测方法，其特征在于，在b步骤中，控制十字滑台带动激光位移传感器在一个矩形范围内进行扫描，扫描时从矩形上部的一角开始沿水平方向移动进行第一行的扫描，到达第一行的行尾后十字滑台带动激光位移传感器向下移动一步，然后从第二行的行尾扫描至行头，如此反复，直到将整个矩形范围扫描完毕。
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