CN110388874B - 多层阵列式光电坐标靶及其测量方法 - Google Patents

多层阵列式光电坐标靶及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多层阵列式光电坐标靶及其测量方法，包括矩形的靶框，靶框的同一侧固定设置有四个测量框，测量框包括片状底板，所述底板上沿其长度方向与之垂直、平行设置有三个光阑板和一个侧板，与侧板相邻的两个光阑板之间沿长度方向夹设有平行于底板的分隔板。三个光阑板上沿长度方向等间距设置有数个矩形的接收孔阵列，孔阵列之间均设置有单个发光器孔；侧板内表面上设置有矩形的接收器阵列，接收器阵列之间设置有光源，所述接收器阵列和光源分别位于分隔板的正投影线的两侧；本发明克服了现有光电坐标靶的光幕存在的光路难调节、成本高、装调困难等问题，具有较高的测量精度，既能实现对连发射击弹丸的坐标测量，也能实现对弹丸飞行速度的测量。

Description

多层阵列式光电坐标靶及其测量方法
技术领域
本发明涉及外弹道测试技术领域，具体涉及一种多层阵列式光电坐标靶及其测量方法。
背景技术
在外弹道测试技术领域，射击密集度是武器系统测试中的一个重要参数，射击密集度的计算是在已知弹丸着靶坐标的基础上，根据相关公式得到射击密集度，因此精确地获取弹丸的着靶坐标是至关重要的。
国内外最早使用的是纸靶、木板靶和网靶等有形靶面法，有形靶面直观、可靠性好、计算简单，但搭建大靶面困难，存在人工测量误差和安全隐患，不适用高频率、高精度的测量场合。随着靶场测试技术的发展，出现了无形靶面法，无形靶面法是一种非接触式测量方法，能实时的得到测试数据，适用于高频率、实时得到数据的场合。国内目前用于测量弹着点坐标的设备有：声靶、CCD交汇立靶、天幕立靶、光幕坐标靶、激光光幕立靶等。其中，在枪、弹研发、生产过程中常用光幕立靶来获取弹丸的着靶坐标。
光幕坐标靶主要由光源（发射装置）、接收装置以及调节装装置组成。用于靶场测试的光幕坐标靶，其光幕的形状一般是矩形。目前，光幕坐标靶的光幕在组成上有两种传统的方式：点对点光幕和平行光光幕。当以点对点方式构建光幕时，光路调节困难，并在构建大靶面时需要的发光器件和接收器件数量较大，成本高。当以平行光幕方式构建光幕时，采用发光器件和透镜形成平行光后经过无缝拼接组成测量光幕。在增加透镜的同时，增加了光学系统的复杂性，并且现有技术无法实现高精度的无缝拼接，因此导致在测量弹着点坐标时，精度较低。
发明内容
本发明提出了一种多层阵列式光电坐标靶及其测量方法，通过对多层光阑的结构设计限制光路，以解决传统光幕存在的光路难调节、成本高、测量精度较低的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种多层阵列式光电坐标靶，包括矩形的靶框，所述靶框的同一侧固定设置有四个测量框，所述测量框包括片状底板，所述底板上沿其长度方向与之垂直、平行设置有三个光阑板和一个侧板，与侧板相邻的两个光阑板之间沿长度方向夹设有平行于底板的分隔板；
所述三个光阑板上沿长度方向等间距设置有数个矩形的接收孔阵列，孔阵列之间均设置有单个发光器孔；所述侧板内表面上设置有矩形的接收器阵列，接收器阵列之间设置有光源，所述接收器阵列和光源分别位于分隔板的正投影线的两侧；
所述三个光阑板上的发光器孔的孔中心连线垂直于侧板且位于分隔板的正投影线远离底板一侧，光源设置于发光器孔的正下方；
所述接收孔阵列与接收器阵列对应设置，阵列中心连线垂直于侧板且位于分隔板的正投影线靠近底板一侧；
所述四个测量框的最外层光阑板两两相对平行设置，相对设置的测量框上的接收孔阵列和发光器孔错位设置。
进一步的，远离侧板的两个光阑板上的发光器孔是矩形孔，且外层的孔径大于内层的孔径。
进一步的，远离侧板的两个光阑板上的接收孔阵列中均为大小相等的圆孔，与侧板相邻的光阑板上的接收孔阵列为方形孔。
进一步的，标定光幕左下角为坐标原点，以水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向建立坐标系；当弹丸穿过光幕时，会产生四条切线，弹丸必须位于这些切线之间，各对切线的角平分线的交点就是要测量的弹着点坐标，通过求解两条角平分线的交点就可以得到弹丸的着靶坐标。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
1.本发明在不使用透镜的情况下，通过对多层光阑板上发光器孔和接收器孔阵列的结构参数设计来调节光路，通过多个小三角光幕的组合形成测量光幕，解决了传统组合光幕因使用透镜存在的光路难调节、成本高、难以实现高精度拼接的问题。同时在靶面大小相同的情况下，减少了光源的数量。整体结构具有光路易调节、装调灵活、成本低的优点。
2.本发明采用一个接收器阵列对一个光源的光线进行接收，通过对光阑板上接收孔阵列结构参数的设计来达到光幕细分的效果；接收孔阵列中的小孔采用两排的排列方式，减小了相邻两个光电器件之间的间距，测量精度更高。
3、弹丸飞过靶面时会在X、Y轴方向上遮挡一部分到达光电器件的光，通过信号采集电路能够识别出光信号变化光电器件的位置，根据位置和相关算法能实现对飞行弹丸着靶坐标的测量；当在弹道线方向放置两个光电坐标靶时根据弹丸飞过两个靶面的位置及时间能实现对弹丸速度的测量。
4、本发明适用领域宽，可以应用于军事和民用射击俱乐部及体育射击比赛中的自动报靶领域。
附图说明
图1是光电坐标靶框架结构示意图；
图2是测量框2的结构示意图；
图3是图2中A-A的剖视图；
图4是图2中B-B的剖视图；
图5是光源和接收器件的分布示意图；
图6是弹着点坐标计算示意图。
图中，1—靶框，2—测量框，3—光阑板，4—分隔板，5—接收孔阵列，6—发光器孔，7—底板，8—侧板，9—弹丸，10—切线，11—光源，12—接收器阵列。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1~图5，本发明提供的一种多层阵列式光电坐标靶，包括矩形的靶框1,所述靶框1的同一侧固定设置有四个测量框2，所述测量框2包括片状底板7，所述底板7上沿其长度方向与之垂直、平行设置有三个光阑板3和一个侧板8，与侧板8相邻的两个光阑板3之间沿长度方向夹设有平行于底板7的分隔板4。
所述的三个光阑板3上沿长度方向等间距设置有数个矩形的接收孔阵列5，孔阵列之间均设置有单个发光器孔6；所述侧板8内表面上设置有矩形的接收器阵列12，接收器阵列12之间设置有光源11，所述接收器阵列12和光源11分别位于分隔板4的正投影线的两侧；所说的三个光阑板3上的发光器孔6的孔中心连线垂直于侧板8且位于分隔板4的正投影线远离底板7一侧，光源11设置于发光器孔6的正下方；所说的接收孔阵列5与接收器阵列12对应设置，阵列中心连线垂直于侧板8且位于分隔板4的正投影线靠近底板7一侧；远离侧板的两个光阑板3上的发光器孔6是矩形孔，且外层的孔径大于内层的孔径；远离侧板的两个光阑板3上的接收孔阵列5中均为大小相等的圆孔，与侧板相邻的光阑板3上的接收孔阵列5为方形孔。
对本发明方案的进一步描述如下：由于相对设置的测量框2上的接收孔阵列5和发光器孔6错位设置，这样本发明就存在着两种类型的光阑板结构，对应的侧板也会有所改变：一种测量框上包含10个光源11和9个接收器阵列12，本实施例中设置于顶部和左侧，另一种包含9个光源11和10个接收器阵列12，布置在底部和右侧。设置于顶部和左侧的测量框2上的光源11发出的光线穿过相对侧的光阑落在其对应的接收器件阵列12上。
接收孔阵列5和发光器孔6中的孔就是通孔，因功能不同做了命名。可以是圆形或矩形；形状和尺寸均可根据不同的需要选用。
接收器阵列12和光源11分别位于分隔板的正投影线的两侧。分隔板4的作用是将光源11发出的光和即将到达接收器阵列12的光分隔开，避免相互产生干扰。
所述底板7由5段组成，与三层光阑板之间通过螺钉连接。底板7主要起连接光阑板、阻挡太阳光和灯光、防尘的作用。
所述最底层光阑板上的接收器孔5和发光器孔6的形状尺寸分别与光源11和接收器件的形状尺寸相同，这样能让光源发出的光和到达接收器件的光得到高效利用，减小光能量的损失。
所述中间层光阑板和最外层光阑板上的接收孔阵列5为圆形孔不同于最底层；中间层光阑板和最外层光阑板上的发光器孔6则是根据光源的发光立体角设计的矩形孔，长度尺寸依次增大，进而将光源发出的光线限制到部分有限区域。
所述接收器阵列12中的接收器件至少布置成两排，并且第一排的接收器件相对于第二排的接收器件有一定的间隔。这样的分布方法在空间上缩小了相邻两个接收器件之间的距离，不仅实现了光幕的细分，同时提高系统测量精度。
所述的光源11是红外发光二极管，接收器阵列12是方形光敏管。当然也可以是其他光源，例如激光管等类似器件，选用与光源相对应的接收器件，例如光电二极管和光电三极管。
本发明提供的一种多层阵列式光电坐标靶的测量方法，参见图6，光线通过安装在靶框1上的四个测量框形成测量靶面。
机械标定光幕左下角为原点，以向右为X轴正方向，向上为Y轴正方向。当弹丸9穿过光幕时，会产生4条切线10，弹丸9必须位于这些切线之间，各对切线的角平分线的交点就是要测量的弹着点坐标。通过求解两条角平分线的交点就可以得到弹丸的着靶坐标；图6中A、B点为光源位置，坐标分别为（0,a）、（b,L），CD的距离就是弹丸在轴方向上遮挡住光电二极管的范围（x1~x2）；EF的距离就是弹丸在轴方向上的遮挡区域（y1~y2）。C点坐标（x1,0），D点坐标（x2,0），E点坐标（L,y1），F点坐标（L,y2）。A、B、C、D、E、F六个点构成两个三角形，通过对两个三角形进行求解得到弹着点坐标。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多层阵列式光电坐标靶，包括矩形的靶框（1），其特征在于：
所述靶框（1）的同一侧固定设置有四个测量框（2），所述测量框（2）包括片状底板（7），所述底板（7）上沿其长度方向与之垂直、平行设置有三个光阑板（3）和一个侧板（8），与侧板（8）相邻的两个光阑板（3）之间沿长度方向夹设有平行于底板（7）的分隔板（4）；
所述三个光阑板（3）上沿长度方向等间距设置有数个矩形的接收孔阵列（5），孔阵列之间均设置有单个发光器孔（6）；所述侧板（8）内表面上设置有矩形的接收器阵列（12），接收器阵列（12）之间设置有光源（11），所述接收器阵列（12）和光源（11）分别位于分隔板（4）的正投影线的两侧；
所述三个光阑板（3）上的发光器孔（6）的孔中心连线垂直于侧板（8）且位于分隔板（4）的正投影线远离底板（7）一侧，光源（11）设置于发光器孔（6）的正下方；
所述接收孔阵列（5）与接收器阵列（12）对应设置，阵列中心连线垂直于侧板（8）且位于分隔板（4）的正投影线靠近底板（7）一侧；
所述四个测量框（2）的最外层光阑板（3）两两相对平行设置，相对设置的测量框（2）上的接收孔阵列（5）和发光器孔（6）错位设置。
2.如权利要求1所述的一种多层阵列式光电坐标靶，其特征在于：远离侧板的两个光阑板（3）上的发光器孔（6）是矩形孔，且外层的孔径大于内层的孔径。
3.如权利要求1或2所述的一种多层阵列式光电坐标靶，其特征在于：远离侧板的两个光阑板（3）上的接收孔阵列（5）中均为大小相等的圆孔，与侧板相邻的光阑板（3）上的接收孔阵列（5）为方形孔。
4.根据权利要求1所述的一种多层阵列式光电坐标靶的测量方法，其特征在于：标定光幕左下角为坐标原点，以水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向建立坐标系；当弹丸（9）穿过光幕时，会产生四条切线（10），弹丸（9）必须位于这些切线之间，各对切线的角平分线的交点就是要测量的弹着点坐标，通过求解两条角平分线的交点就可以得到弹丸的着靶坐标。
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