CN110553556A - 一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置 - Google Patents

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李刚
沈鑫
高惠英
王翔宇
王昕�
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B35/00—Testing or checking of ammunition
    • F42B35/02—Gauging, sorting, trimming or shortening cartridges or missiles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，属于枪弹检测领域，所述的枪弹膛线表面痕迹激光检测装置包括数据测量子系统和特征提取与分析子系统两部分组成，所述的数据测量子系统由立柱、底座、圆光栅和工作台、金刚石触针测头、数字伺服聚焦式位移传感器、采集卡、计算机等组成；本发明研究弹头发射痕迹的形成。变化规律及对之进行检验既可区分发射枪种和认定射击枪支为准确侦破枪击要案提供科学依据’又可用于研究枪弹痕迹的形成机理及显微形态’进行枪弹性能分析。

Description

一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置
技术领域
本发明属于枪弹痕迹检测领域，更具体的说涉及一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置。
背景技术
研究弹头发射痕迹的形成、变化规律及对之进行检验，既可区分发射枪种和认定射击枪支’为准确侦破枪击要案提供科学依据’又可用于研究枪弹痕迹的形成机理及显微形态’进行枪弹性能分析。
弹头发射痕迹测量系统，是在原触针式和非接触式，弹头痕迹检测系统的基础上研制的，将电感式触针和数字伺服聚焦式位移传感器同时结合在系统中’两者互为旁证’并将，中非接触传感器由模拟伺服改为数字伺服聚焦控制’实现弹头发射痕迹的接触与非接触高效测量完成弹头痕迹特征的计算机自动测量、提取、分析和识别。
发明内容
本发明真实记录了阳膛线边缘的变化形态，也克服了数字摄影测量存在的因未能充分纪录弹头细微特征而导致比对弹头之间差异不能充分显示的弱点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：所述的枪弹膛线表面痕迹激光检测装置包括数据测量子系统和特征提取与分析子系统两部分组成，所述的数据测量子系统用于定量化获取弹头圆柱部的痕迹信息’如何真实有效地反映发射痕迹是该系统的关键；特征提取与分析子系统两部分组成后者则对所获得的发射痕迹进行分析’提取发射枪支的特征参数’识别枪支。
优选的，所述的数据测量子系统由立柱、底座、圆光栅和工作台、金刚石触针测头、数字伺服聚焦式位移传感器、采集卡、计算机等组成。
优选的，数字伺服聚焦式位移传感器采用改进的傅科刀口法，其聚焦性能和精度受测量环境，执行机构等诸因素影响，信号频率较高，故模拟聚焦控制的效果不好，导致位移传感器的聚焦精度低，测量速度慢量程小，不适应弹头形貌测量的高效率测量要求，为此改用数字伺服控制。
优选的，所述的传感器采用um工作台进行标定,工作台台面具有一斜度并和测微螺杆构成丝杠运动副，由于需要克服动子的重力，传感器需加上1.5V电压，才开始运动；标定开始时给音圈电机加上1.5V电压，然后旋转手轮使工作台每次上升5um再使传感器自动调整到焦点，记下此时D/A转换器的数字输入值。
优选的，所述的计算机为保证不丢失圆光栅产生的采样控制脉冲，在进入数据采集及控制子程序时，将其线程设置为最高优先级，独占包括CPU在内的全部系统资源，锁定鼠标及键盘，致使其他任务无法执行。
本发明有益效果：
本发明真实记录了阳膛线边缘的变化形态，也克服了数字摄影测量存在的因未能充分纪录弹头细微特征而导致比对弹头之间差异不能充分显示的弱点。
附图说明
图1为弹头空间心态展开图；
图2为弹头截面形状图；
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本测量系统由数据测量子系统&特征提取与分析子系统两部分组成(前者主要由立柱、底座、圆光栅和工作台、金刚石触针测头和数字伺服聚焦式位移传感器、采集卡、计算机等组成’用于定量化获取弹头圆柱部的痕迹信息’如何真实有效地反映发射痕迹是该系统的关键。后者则对所获得的发射痕迹进行分析提取发射枪支的特征参数识别枪支。
数字伺服聚焦式位移传感器采用改进的傅科刀口法，其聚焦性能和精度受测量环境，执行机构等诸因素影响，信号频率较高，故模拟聚焦控制的效果不好，导致位移传感器的聚焦精度低，测量速度慢量程小，不适应弹头形貌测量的高效率测量要求，为此改用数字伺服控制。该种控制不采用PID运算电路，电路只对聚焦信号进行放大滤波A/D和D/A转换及功率放大，其余运算工作由计算机完成。首先将两组光电二极管的输出通过I/V转换后，分别进行加运算，再由同步采样A/D转换器AD7861转换，然后进行加减法和除法运算，得到聚焦误差信号FES，计算机根据该FES的大小确定音圈电机位移量，然后通过D/A转换器AD669和功率驱动电路得到驱动信号，驱动音圈电机带动聚焦物镜聚焦工作表面。由于采样周期大大小于过程时间常数，因而其响应速度与模拟伺服控制相当。在消除了由整量化引起的不对称性后，使得稳态误差减到很小，因而控制精度比模拟伺服高。
焦时FES为零，近焦时FES大于零，离焦时FES小于零，电流曲线呈S形,信号的特点是在焦点附近比较强,其它区域较小或被噪声信号淹没不便于控制.由于测量中表面形貌的起伏较大,实际的电流曲线经常会出现聚焦误差信号跑出S形两端之外，采用经典的增量式PID控制很难取得令人满意的控制效果。故采用了一种基于离散参数自学习的增量型自整定PID控制算法，它只与最近几次采样值有关，无累积效应，较易通过加权处理获得较好的控制效果：
式中：KP为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，e为聚焦误差信号。
当聚焦误差信号在S区时采用上述方法，能取得非常好的控制效果，而且计算量小，控制速度快，精度高。对超出S区范围的信号，通过能量信号来判别其在离焦区或是远焦区，切换成P控制以实现粗伺服。
所述的传感器采用um工作台进行标定,工作台台面具有一斜度并和测微螺杆构成丝杠运动副，由于需要克服动子的重力，传感器需加上1.5V电压，才开始运动；标定开始时给音圈电机加上1.5V电压，然后旋转手轮使工作台每次上升5um再使传感器自动调整到焦点，记下此时D/A转换器的数字输入值，直到加在音圈电机的电压为+10V据此可以得出传感器上升时的标定曲线。重复以上步骤使音圈电机上的电压再由+10V变到1.5V，得到传感器下降时的标定曲线。经实验验证表明，该传感器线性工作区间为2V～10V。
该系统垂直方向最大测量范围为300um分辨率为0.1um，被测弹头装夹时间少于5分钟。每圈采样时间不超过1分钟。与二维图像测量相比，能给出弹头射击痕迹的完整描述，见图1图2。真实记录了阳膛线边缘的变化形态；也克服了数字摄影测量存在的因未能充分纪录弹头细微特征而导致比对弹头之间差异不能充分显示的弱点。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，其特征在于：所述的枪弹膛线表面痕迹激光检测装置包括数据测量子系统和特征提取与分析子系统两部分组成，所述的数据测量子系统用于定量化获取弹头圆柱部的痕迹信息如何真实有效地反映发射痕迹是该系统的关键；特征提取与分析子系统两部分组成后者则对所获得的发射痕迹进行分析提取发射枪支的特征参数识别枪支。
2.根据权利要求1所述的一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，其特征在于：所述的数据测量子系统由立柱、底座、圆光栅和工作台、金刚石触针测头、数字伺服聚焦式位移传感器、采集卡、计算机等组成。
3.根据权利要求1所述的一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，其特征在于：数字伺服聚焦式位移传感器采用改进的傅科刀口法，其聚焦性能和精度受测量环境，执行机构等诸因素影响，信号频率较高，故模拟聚焦控制的效果不好，导致位移传感器的聚焦精度低，测量速度慢量程小，不适应弹头形貌测量的高效率测量要求，为此改用数字伺服控制。
4.根据权利要求1所述的一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，其特征在于：所述的传感器采用um工作台进行标定,工作台台面具有一斜度并和测微螺杆构成丝杠运动副，由于需要克服动子的重力，传感器需加上1.5V电压，才开始运动；标定开始时给音圈电机加上1.5V电压，然后旋转手轮使工作台每次上升5um再使传感器自动调整到焦点，记下此时D/A转换器的数字输入值。
5.根据权利要求1所述的一种枪弹膛线表面痕迹激光检测装置，其特征在于：所述的计算机为保证不丢失圆光栅产生的采样控制脉冲，在进入数据采集及控制子程序时，将其线程设置为最高优先级，独占包括CPU在内的全部系统资源，锁定鼠标及键盘，致使其他任务无法执行。
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