CN111928729A - 一种火炮身管膛线内径测量方法及装置 - Google Patents

一种火炮身管膛线内径测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火炮身管膛线内径测量方法及装置，测量方法利用图像采集装置采集沿身管轴向移动的指示光纤的发光光点的图像，通过图像处理及拟合算法得到炮管内径测量结果。相应地，测量装置主要包括测量车单元、控制计算机和测量控制箱，所述测量车单元安装在身管内侧，且能够在身管内移动，其上设置有图像采集装置以及光源、指示光纤，图像采集装置采集指示光纤的发光光点的图像。本发明采用经典成熟的机械式接触测量方案解决了狭小空间的精密位移传感问题，炮管内径解算算法的测量和计算数据来自指示光点的位置数据，较好地消除了相机和定心支撑装置的加工及安装误差对测量结果的影响。

Description

一种火炮身管膛线内径测量方法及装置
技术领域
本发明涉及内径测量技术领域，尤其涉及一种火炮身管膛线内径测量方法及装置。
背景技术
火炮在军工武器中占据重要地位，具有价格低廉、技术成熟等优点，在实现远射程、高初速、高射速的同时，由于高温、高压火药气体及高速弹丸的反复作用，造成火炮身管内膛结构磨损，而内膛磨损降低了火炮射击性能，影响火炮寿命。目前常用身管径向磨损量标定火炮初速变化，从而预判身管剩余寿命。因此，研究高效、精准的火炮身管内径检测方法对于判别火炮射击性能及剩余寿命具有重要意义。
火炮身管的内膛具有长度长、口径小、带有膛线等特点，其内径测量的难度不仅在于对数据要求的高精度，而且还在于测量空间的狭小给设计、安装位移传感器、机械定心、定位装置带来的巨大困难，尤其是对于中、小口径火炮。当前国内外对火炮身管内径的测量，主要有机械式、电子式、光学式传感器测量等方法。传统机械式方法测径范围小，精度低；电子式、光学式传感器测量对安装精度要求高，抗震性差，结构较复杂，难以满足小口径火炮的测量要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种测径范围广、误差小、成本低的火炮身管膛线内径测量方法以及装置。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种火炮身管膛线内径测量方法，利用图像采集装置采集沿身管轴向移动的指示光纤的发光光点图像，通过图像处理及拟合算法得到炮管内径测量结果。
相应地，本发明还提供了一种火炮身管膛线内径测量装置，包括测量车单元、控制计算机和测量控制箱：
所述测量车单元安装在身管内侧，且能够在身管内移动，其上设置有图像采集装置以及光源、指示光纤，图像采集装置采集指示光纤的发光光点的图像；
所述测量车单元与所述测量控制箱通讯连接，并将所述图像传输给测量控制箱；
所述测量控制箱与所述控制计算机通讯连接；所述控制计算机与所述测量控制箱连接，用于接收测量控制箱发送的数据，并进行结果计算。
其中，还包括推杆装置，所述推杆装置用于提供测量车单元在火炮身管内移动的动力。
其中，还包括定心支撑装置，所述定心支撑装置安装在测量车单元的两端，其用于使得装置整体轴线与身管轴线同轴，测量车纵向轴线与身管轴线垂直。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，本发明采用经典成熟的机械式接触测量方案解决了狭小空间的精密位移传感问题，炮管内径解算算法的测量和计算数据来自指示光点的位置数据，较好地消除了相机和定心支撑装置的加工及安装误差对测量结果的影响。
附图说明
图1为本发明的整体系统结构示意图；
图2为本发明的位移传感器单元的测量原理示意图；
图3为本发明的测杆的安装结构示意图；
图4为本发明的内径解算原理示意图；
图中：101、定心支撑装置，102、推杆装置，103、测量车单元，104、位移传感器单元，105、信号传输电缆，106、控制计算机，107、测量控制箱；201、弹簧，202、指示光纤输出的光路，203、镜头，204、CCD/CMOS相机，205、LED，206、测杆，207、测头底座，208、炮管内壁。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种火炮身管膛线内径测量方法，利用图像采集装置采集沿身管轴向移动的指示光纤的发光光点的图像，通过图像处理及拟合算法得到炮管内径测量结果。
相应地，本发明提供了一种用于实现上述方法的装置，如图1-图4所示，包括定心支撑装置101、推杆装置102、测量车单元103、位移传感器单元104、信号传输电缆105、控制计算机106和测量控制箱107。其中，定心支撑装置设置在测量车单元两端，推杆装置连接在定心支撑装置的一端。
使用的时候，将测量车103装入待测火炮身管后，在定心支撑装置101的定心作用下，整体系统轴线与身管轴线同轴，测量车纵向轴线与身管轴线垂直。在推杆装置102推动测量车103行进过程中，位移传感器单元104的测杆206随内径移动，带动指示光纤移动，其在CCD/CMOS相机204上的光点像同时移动，经过图像处理及拟合算法得到炮管内径测量结果。
在优选的实施例中，位移传感器单元104包括测杆206，所述侧杆206为四个，在同一平面上间隔均匀设置，受弹簧201压力作用与炮管内壁208紧密接触，当炮管内径变化时，测杆206随之伸缩，带动安装在测杆头上的指示光纤一起移动，其中指示光纤也为四个。
指示光纤端面发出LED 205输入的光线，其光路如图中202所示，经过镜头203后，在CCD/CMOS相机204靶面上成像后，形成一个圆形的光斑。通过成像关系，可得每个测杆上指示光纤的空间位置。而测杆导轨的运动方向固定，且长度固定，即得炮管内壁接触点的空间位置。根据两对相互垂直炮管内壁接触点空间位置，进行数据处理，拟合出炮管的内径。测杆206与炮膛内壁208接触端加工为圆弧光滑形状，采用弹簧201挤压方式保证二者紧密接触。
其中，弹簧201一段卡嵌在测杆206底部，另一段固定在测头底座207上，只能在炮管径向上下弹性变形和炮管轴向左右弹性变形，给测杆206提供炮管径向的封闭弹性压力，也能适应测杆206沿炮管径向上下移动时对其在炮管轴向上的弹性变形要求。测杆206固定在弹簧201上，不能绕轴转动，则指示光纤的出光口位置不能横向摆动，同时，指示光纤的出光口在测杆206的轴心，即使有微量转动，对其横向位置没有影响，所有发光光点只能沿炮管径向方向移动。
在实际测量过程中，炮管的内径不是一个理想圆，本发明中，采用椭圆来拟合炮管的内径，测量相互垂直的两个内径来得到炮管的内径参数。针对上述情况，设计算法，由相机成像图像解算火炮身管内径的具体过程如下：
(1)采用重心算法，求出四个指示光纤光点的中心坐标。
设分别为：Px1t(xx1t，yx1t)、Px2t(xx2t，yx2t)、Py1t(xy1t，yy1t)和Ry2t(xy2t，yy2t)。
(2)根据测杆长度，求出四个测点的位置坐标。
设四个测杆的长度分别为：lx1t、lx2t、ly1t和ly2t，则四个接触点的坐标为Px1(xx1，yx1)、Px2(xx2，yx2)、Py2(xy1，yy1)和Py2(xy2，yy2)。其中：
xx1＝xx1t-lx1t；
xx2＝xx2t+lx2t；
yy1＝yy1t-ly1t；
yy2＝yy2t+ly2t。
(3)求炮管的中心位置。
设炮管圆初步中心坐标为Po(xo，yo)，则：
xo＝(xx1+xx2)/2；
yo＝(yy1+yy2)/2。
(4)求实际的半径值。
设X和Y方向的中心偏移量为Δx和Δy，根据圆形计算，实际的半径值分别为：
Figure BDA0002603644570000051
Figure BDA0002603644570000052
Figure BDA0002603644570000053
Figure BDA0002603644570000054
(5)计算初步最佳半径Rv。
Rv＝(Rx1+Rx2+Ry1+Ry2)/4。
(6)计算初步最佳半径残差
Figure BDA0002603644570000055
Figure BDA0002603644570000056
(7)最小二乘拟合，求最佳圆心坐标Pol(xol，yol)。
令：xol＝xo+δxl、yol＝yo+δyl，按照最优化方法，搜索出最佳圆心坐标在水平X方向的残差δxl和在垂直Y方向的残差δyl，使
Figure BDA0002603644570000057
为最小值，即可得xol、yol。
(8)计算最佳半径Rvl。
最佳圆心对应的半径为最佳半径：
Figure BDA0002603644570000058
Figure BDA0002603644570000059
Figure BDA00026036445700000510
Figure BDA00026036445700000511
Rvl＝(Rx1l+Rx2l+Ry1l+Ry2l)/4。
(9)求水平直径Dx和垂直直径Dy。
在水平X方向，直径为：Dx＝Rx1l+Rx2l。
在垂直Y方向，直径为：Dy＝Ry1l+Ry2l。
综上，四个指示光点之间的相对位置参数与CCD/CMOS相机的原点坐标和安装方向无关，即对CCD/CMOS相机的安装位置精度不敏感，只与成像的放大倍数直接相关。成像放大倍数由成像距离确定，若CCD/CMOS相机和镜头到指示光纤发光点的距离保持不变，则成像放大倍数保持不变，通过标定校正后，不会引起直径的测量误差。同时，炮管内壁直径的测量和计算数据直接来自指示光点的位置数据，可较好地消除测量车中心的位置偏离量引起的误差。
相较于现有技术，本发明的特点及有益效果如下：
(1)针对狭小空间的位移精密传感，采用经典成熟的机械式接触测量方案以及LED和传光光纤的方法，将测量的伸缩位移量通过指示光纤转化为光点的移动量，解决了安装尺寸严格受限的问题。
(2)指示光纤采用传光光纤，具有柔软、光点小、衰减小、耦合容易、易于安装等特征，是理想的点光源，且与背景颜色区别度高。采用高分辨率的CCD/CMOS相机，能够准确提取光点图像，解算四个光点的位置坐标。
(3)测杆固定在弹簧上，不能绕轴转动，限制了指示光纤出光口的位置不能横向摆动，所有发光光点只能沿炮管径向方向移动。
(4)炮管内壁直径的测量和计算数据来自指示光点的位置数据，与成像的放大倍数直接相关。在成像系统物像距固定后，放大倍数随之固定，且可以通过标定进行校正，提高了测量精度。同时，整个系统对相机的安装位置精度不敏感，较好地消除了相机和定心支撑装置的加工及安装误差对测量结果的影响。
需要说明的是，本申请中未详述的技术方案，采用公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种火炮身管膛线内径测量方法，其特征在于，利用图像采集装置采集沿身管轴向移动的指示光纤的发光光点的图像，通过图像处理及拟合算法得到炮管内径测量结果。
2.一种火炮身管膛线内径测量装置，其特征在于，包括测量车单元、控制计算机和测量控制箱：
所述测量车单元安装在身管内侧，且能够在身管内移动，其上设置有图像采集装置以及光源、指示光纤，图像采集装置采集指示光纤的发光光点的图像；
所述测量车单元与所述测量控制箱通讯连接，并将所述图像传输给测量控制箱；
所述测量控制箱与所述控制计算机通讯连接；所述控制计算机与所述测量控制箱连接，用于接收测量控制箱发送的数据，并进行结果计算。
3.根据权利要求2所述的一种火炮身管膛线内径测量装置，其特征在于，还包括推杆装置，所述推杆装置用于提供测量车单元在火炮身管内移动的动力。
4.根据权利要求2所述的一种火炮身管膛线内径测量装置，其特征在于，还包括定心支撑装置，所述定心支撑装置安装在测量车单元的两端，其用于使得装置整体轴线与身管轴线同轴，测量车纵向轴线与身管轴线垂直。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113267215A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 清华大学 参数测量装置及方法
CN113371153A (zh) * 2021-08-11 2021-09-10 南通鼎城船舶技术有限公司 一种船舶艉轴变色预警式安装方法
CN114199147A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种测量装置、炮管内膛内径及同轴度测量方法
CN115183690A (zh) * 2022-06-10 2022-10-14 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于3d打印的内型腔直径的测量方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2847338A1 (fr) * 2002-11-15 2004-05-21 Innov Pro Dispositif pour mesurer sensiblement en continu les variations de diametre de la paroi interieure d'un conduit
CN104089561A (zh) * 2014-07-30 2014-10-08 中国计量科学研究院 深孔内径测量系统
CN106225701A (zh) * 2016-09-26 2016-12-14 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种小孔径滑膛长身管内径测量装置及方法
CN110160462A (zh) * 2019-05-08 2019-08-23 北京理工大学 一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法
CN110230945A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 中北大学 基于机器人的炮管内膛表面硬度的检测装置及方法
CN110749603A (zh) * 2019-11-26 2020-02-04 中北大学 一种身管内壁表面形貌检测机构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2847338A1 (fr) * 2002-11-15 2004-05-21 Innov Pro Dispositif pour mesurer sensiblement en continu les variations de diametre de la paroi interieure d'un conduit
CN104089561A (zh) * 2014-07-30 2014-10-08 中国计量科学研究院 深孔内径测量系统
CN106225701A (zh) * 2016-09-26 2016-12-14 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种小孔径滑膛长身管内径测量装置及方法
CN110160462A (zh) * 2019-05-08 2019-08-23 北京理工大学 一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法
CN110230945A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 中北大学 基于机器人的炮管内膛表面硬度的检测装置及方法
CN110749603A (zh) * 2019-11-26 2020-02-04 中北大学 一种身管内壁表面形貌检测机构

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113267215A (zh) * 2021-05-18 2021-08-17 清华大学 参数测量装置及方法
CN113267215B (zh) * 2021-05-18 2021-12-31 清华大学 参数测量装置及方法
CN113371153A (zh) * 2021-08-11 2021-09-10 南通鼎城船舶技术有限公司 一种船舶艉轴变色预警式安装方法
CN113371153B (zh) * 2021-08-11 2021-11-02 南通鼎城船舶技术有限公司 一种船舶艉轴变色预警式安装方法
CN114199147A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种测量装置、炮管内膛内径及同轴度测量方法
CN114199147B (zh) * 2021-12-10 2023-05-30 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种测量装置、炮管内膛内径及同轴度测量方法
CN115183690A (zh) * 2022-06-10 2022-10-14 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于3d打印的内型腔直径的测量方法
CN115183690B (zh) * 2022-06-10 2023-09-29 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于3d打印的内型腔直径的测量方法

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