CN113048918A - 一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法，属于测量仪器技术领域；包括测量主机、测控电路、主机调节支架、激光指示装置、接收靶板和计算机等部分。测量主机包含方位、俯仰二维测角功能模块、激光测距功能模块以及CCD成像功能模块，激光测距功能模块以及CCD成像功能模块集成一体同轴设计，测量主机主要实现被试品发射测距激光光轴机器视觉对准、接收靶板激光光斑视频及图像采集、方位和俯仰二维角度测量、激光测距等功能。本发明提供一种高效率的发射装置发射轴和瞄准轴一致性检测装置，解决现有轴一致性检测方法中存在的调校精度较差，易受人为主观因素影响，体积较大，调节环节多，不易操作等问题。

Description

一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，尤其涉及一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法。

背景技术

现有检测发射装置发射轴和瞄准轴一致性的方法包括激光光轴仪法、接收靶板成像法、平行光管法、五棱镜法、激光相纸检测、热效应靶等，但其存在精度不高，使用空间受限，抗干扰能力弱等缺陷。

为了保证发射装置能够更好的完成对目标的探测定位与精度要求，本发明提供了一种用于发射装置发射轴和瞄准轴一致性检测的装置及方法，该装置能够实现对发射装置的发射轴和瞄准轴一致性进行检测，结构简单，操作方便，检测效率高。

发明内容

本发明目的在于提供一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法，以解决现有轴一致性检测方法中存在的调校精度较差，易受人为主观因素影响，体积较大，调节环节多，不易操作等的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的具体技术方案如下：

一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，包括接收靶板，接收靶板的同侧设置有武器发射装置、观瞄装置和测量主机，发射装置的发射管内安装有激光指示装置，且激光指示装置与发射管同轴设置；

观瞄装置内设置激光发射单元，测量主机设置在激光发射单元的正前方，且与武器发射装置并列排布；

测量主机包括方位俯仰测角单元和激光测距及CCD成像单元，方位俯仰测角单元包括方位角测角功能单元，方位角测角功能单元顶端通过方位轴与俯仰机构进行连接，俯仰机构上转动设置激光测距及CCD成像单元，俯仰机构上还设置有俯仰角测角功能单元，用于实时监测激光测距及CCD成像单元的角度偏移；

还包括计算机，计算机采用工业控制计算机，内部的PCI总线插槽上插放测控电路的板卡，测控电路和测量主机和计算机连接，实现CCD成像功能单元视频信号、激光测距功能单元信号、方位俯仰测角单元测量信号的采集，并通过计算机内的测量软件进行计算、解析、显示、存储和打印。

进一步，激光测距及CCD成像单元包括激光测距单元，激光测距单元信号输出侧设置半反半透镜，半反半透镜轴线上设置电控调焦物镜，电控调焦物镜远离半反半透镜的一端设置CCD相机，且电控调焦物镜和CCD相机与激光测距单元设置于半反半透镜相邻的两侧。

进一步，测量主机安装在主机调节支架上，主机调节支架安装在地面升降台上。

进一步，测量主机测角分辨率2″，测角范围±180°，电控角度调整；CCD相机分辨率不低于2048×2028像素，像元≤5um；激光测距功能单元的激光测距范围≥50m，测距分辨率0.1mm，测距误差≤0.5mm。

本发明还提供了一种发射轴与瞄准轴一致性检测的方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、选择武器发射装置中的任意一个发射管进行测试，将激光指示装置安装于该发射管内，并通过定心结构保证发射管与激光指示装置同轴，选择观瞄装置的激光发射单元作为观瞄装置的基准轴线；

步骤S2、进行测试时，调节升降台将测量主机置于观瞄装置前端正对激光发射单元，调节方位俯仰测角单元，使观瞄装置的激光发射单元发射的激光光斑透射到测量主机的接收CCD的中心，使观瞄装置与测量主机中激光测距的轴重合；

步骤S3、将测量主机水平转动180°，打开激光测距单元，使测距激光投射到接收靶板上，记为点C，此时点C即是观瞄装置的测距激光在接收靶板上的位置，由此通过测量主机的激光测距可测出测量主机与接收靶板之间的距离为l₁；

步骤S4、以此时的方位俯仰角度作为基准位置，再将测量主机向产品发射装置方向转动90°，调节测量主机的俯仰机构，使用激光测距测出其与激光指示装置之间的距离为d₁，记录此时测量主机的方位角与俯仰角变化分别为θx₁、θy₁；

步骤S5、继续转动测量主机，使测量主机对准激光指示装置中光线在接收靶板上的绿色激光点D，此时D点的光斑将成像在测量主机中CCD的中心，记录此时测量主机转动的角度变化为θx、θy，以及测量主机距D点的距离为D₃；

步骤S6、通过以上数据可计算出两个光斑之间的距离为D₂，测量主机与激光指示装置轴线之间的距离为D₁；

步骤S7、根据以上测量的参数进行数据处理与结果评定。

进一步，步骤S7具体包括以下步骤：

步骤S7-1、测量主机轴线与激光指示装置轴线之间的距离，即A、B两点之间的距离D₁为：

d₀为激光指示装置外径；

步骤S7-2、观瞄装置的测距光斑两个光斑之间的距离，即C、D两点之间的距离按空间几何关系进行推导解算：

步骤S7-3、推导A、B两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_1x＝D₁×cosθ_y1

D_1y＝D₁×sinθ_y1

步骤S7-4、推导C、D两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_2x＝D₂×cosθ_y

D_2y＝D₂×sinθ_y

步骤S7-5、计算瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角α_x为：

步骤S7-6、计算瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角α_y为：

本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法具有以下优点：

1、检测装置利用计算机数字图像处理技术对CCD采集的图像进行分析计算，能够有效地避免更换靶标和人眼观察带来的误差，提高了测量精度，并且操作简单，通用性强；

2、激光指示装置专门设计高精度的机械定心机构，定心轴线角度偏差不大于0.3mil，保证了激光与发射管轴线一致；

3、考虑到产品测量基线距离地面的高度(约3.5米)，调节支架应放置在地面的升降台上，操作人员站在阶梯式工作平台，这样测量时不会触碰车辆(被测产品)，亦不会触碰升降台，以免振动或位置变化造成测量误差。

附图说明

图1为本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的轴一致性系统组成图。

图2为本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的测量主机示意图。

图3为本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的测距及CCD成像单元光路示意图。

图4为本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的武器发射轴与瞄准轴一致性检测原理图。

图5为本发明的一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的测量主机测量距离和角度的空间几何关系图。

图中标记说明：1、激光测距及CCD成像单元；2、俯仰角测角功能单元；3、方位角测角功能单元；4、激光测距单元；5、半反半透镜；6、电控调焦物镜；7、CCD相机；8、武器发射装置；9、观瞄装置；10、激光指示装置；11、激光发射单元；12、测量主机；13、测控电路；14、接收靶板；15、计算机；16、方位轴；17、俯仰机构。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，包括接收靶板14，接收靶板14的同侧设置有武器发射装置8、观瞄装置9和测量主机12，发射装置的发射管内安装有激光指示装置10，且激光指示装置10与发射管同轴设置，接收靶板14接收激光指示装置10的绿色指示激光和测量主机12的红色指示测距激光，两束激光在接收靶板14上透射光斑作为测量主机12测量对准的目标；

观瞄装置9内设置激光发射单元11，测量主机12设置在激光发射单元11的正前方，且与武器发射装置8并列排布；

测量主机12包括方位俯仰测角单元和激光测距及CCD成像单元1，为使激光器出射光斑始终处于CCD功能成像中心，激光测距及CCD成像单元1是由激光测距功能单元与CCD成像功能单元集成一体同轴设计而成，便于瞄准轴与CCD中心对准；方位俯仰测角单元包括设置在激光测距及CCD成像单元1两侧的俯仰角测角功能单元2，和设置在激光测距及CCD成像单元1底端的方位角测角功能单元3；

还包括计算机15，计算机15采用工业控制计算机15，内部的PCI总线插槽上插放测控电路13的板卡，测控电路13和测量主机12和计算机15连接，实现CCD成像功能单元视频信号、激光测距功能单元信号、方位俯仰测角单元测量信号的采集，并通过计算机15内的测量软件进行计算、解析、显示、存储和打印。

在本实施方式中，激光测距及CCD成像单元1包括激光测距单元4，激光测距单元4信号输出侧设置半反半透镜5，半反半透镜5轴线上设置电控调焦物镜6，电控调焦物镜6远离半反半透镜的一端设置CCD相机7，且电控调焦物镜6和CCD相机7与激光测距单元4设置于半反半透镜5相邻的两侧，测控电路13主要完成CCD相机7视频图像采集、俯仰方位二维角度编码器数据采集、激光测距单元4的数据采集和主机参数调节控制等，其输出通过总线传输到计算机15。

在本实施方式中，测量主机12安装在主机调节支架上，主机调节支架安装在地面升降台上，主机调节支架实现二维倾斜调整，装有圆形水准仪，实现测量主机12水平测量基准。

在本实施方式中，测量主机12测角分辨率2″，测角范围±180°，电控角度调整；CCD相机7分辨率不低于2048×2028像素，像元≤5um；激光测距功能单元的激光测距范围≥50m，测距分辨率0.1mm，测距误差≤0.5mm。

在本实施方式中，激光指示装置10利用可见的激光指示被测产品的发射管轴线，实现发射管轴线在测量接收靶板14的投影可视化，方便主机CCD视觉对准读数。激光波长采用绿光，一是和主机激光测距的红光加以区分，二是增加人眼的敏感度，保证在较强背景照度环境下也可以清晰可见。为了保证激光与发射管轴线一致，指示装置专门设计高精度的机械定心机构，定心轴线角度偏差不大于0.3mil。

在本实施方式中，所述接收靶板14接收激光指示装置10的绿色指示激光和测量主机12的红色指示测距激光，两束激光在接收靶板14上透射光斑作为测量主机12测量对准的目标。其材质为木质细木工板，板面平整，颜色均匀。靶面尺寸：2.4米长×2米高。

在本实施方式中，接收靶板14设置在移动靶架上，靶架可以锁止。靶架高度4米，宽2米，桁架结构，焊接或型材活性连接。

在本实施方式中，设置接收靶板14升降机构，根据产品发射轴的透射光斑位置可以上下调整接收靶板14的位置，保证同时接收两个激光光斑。

一种发射轴与瞄准轴一致性检测的方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、选择武器发射装置8中的任意一个发射管进行测试，将激光指示装置10安装于该发射管内，并通过定心结构保证发射管与激光指示装置10同轴，选择观瞄装置9的激光发射单元11作为观瞄装置9的基准轴线。

步骤S2、进行测试时，调节升降台将测量主机12置于观瞄装置9前端正对激光发射单元11，调节方位俯仰测角单元，使观瞄装置9的激光发射单元11发射的激光光斑透射到测量主机12的接收CCD的中心，使观瞄装置9与测量主机12中激光测距的轴重合；

步骤S3、将测量主机12水平转动180°，打开激光测距单元4，使测距激光投射到接收靶板14上，记为点C，此时点C即是观瞄装置9的测距激光在接收靶板14上的位置，由此通过测量主机12的激光测距可测出测量主机12与接收靶板14之间的距离为l₁；

步骤S4、以此时的方位俯仰角度作为基准位置，再将测量主机12向产品发射装置方向转动90°，调节测量主机12的俯仰机构17，使用激光测距测出其与激光指示装置10之间的距离为d₁，记录此时测量主机12的方位角与俯仰角变化分别为θx₁、θy₁；

步骤S5、继续转动测量主机12，使测量主机12对准激光指示装置10中光线在接收靶板14上的绿色激光点D，此时D点的光斑将成像在测量主机12中CCD的中心，记录此时测量主机12转动的角度变化为θx、θy，以及测量主机12距D点的距离为D₃；

步骤S6、通过以上数据可计算出两个光斑之间的距离为D₂，测量主机12与激光指示装置10轴线之间的距离为D₁；

步骤S7、根据以上测量的参数进行数据处理与结果评定。

在本实施方式中，步骤S7具体包括以下步骤：

步骤S7-1、测量主机12轴线与激光指示装置10轴线之间的距离，即A、B两点之间的距离D₁为：

d₀为激光指示装置10外径；

步骤S7-2、观瞄装置9的测距光斑即测量主机12对准观瞄装置9后水平旋转180°后的红色测距光斑两个光斑之间的距离，即C、D两点之间的距离按空间几何关系进行推导解算：

步骤S7-3、推导A、B两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_1x＝D₁×cosθ_y1

D_1y＝D₁×sinθ_y1

步骤S7-4、推导C、D两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_2x＝D₂×cosθ_y

D_2y＝D₂×sinθ_y

步骤S7-5、计算瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角α_x为：

步骤S7-6、计算瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角α_y为：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一发射轴与瞄准轴一致性检测装置包括测量主机12、测控电路13、主机调节支架、激光指示装置10、接收靶板14、计算机15、俯仰角测角功能单元2、方位角测角功能单元3、激光测距功能模块和CCD成像功能模块1；所述测量主机主要实现被试品发射测距激光光轴机器视觉对准、接收靶板激光光斑视频及图像采集、方位和俯仰二维角度测量、激光测距等功能；

所述激光指示装置10利用可见的激光指示被测产品的发射管轴线，实现发射管轴线在测量接收靶板14的投影可视化，方便测量主机CCD视觉对准读数；所述接收靶板14材质为木质细木工板，板面平整，颜色均匀，靶面尺寸：2.4米(长)×2米(高)，测量时通过调整接收靶板14的位置，保证同时接收两个激光光斑；所述主机调节支架实现二维倾斜调整，装有圆形水准仪，实现主机水平测量基准；

采用所述装置进行检测产品发射轴和瞄准轴一致性的方法步骤如下：

步骤一、对所述装置进行初始校准，将激光指示装置10安装于武器发射装置8发射管内，通过定心结构保证发射管与激光指示装置10同轴，选择观瞄装置9的激光发射单元11作为观瞄装置9的基准轴线；

步骤二、以测量主机为坐标原点建立球面坐标系，调节主机升降台将测量主机12置于观瞄装置9前端正对激光发射单元11，调节方位俯仰测角单元2、3，使观瞄装置9的发射激光单元11发射的激光光斑透射到测量主机12的接收CCD相机7的中心，使观瞄装置9与测量主机12中激光测距4的轴重合；

步骤三、瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角计算：将测量主机12水平转动180°，打开激光测距4，使测距激光投射到接收靶板14上，记为点C，此时点C即是观瞄装置9的测距激光在接收靶板14上的位置，通过测量主机的激光测距可测出测量主机与接收靶板14之间的距离为l₁。以此时的方位俯仰角度作为基准位置，再将测量主机12向产品发射装置8方向转动90°，调节测量主机12的俯仰机构17，使用激光测距4测出其与激光指示装置10之间的距离为d₁，则测量主机12轴线与激光指示装置10轴线之间的距离D₁为：

其中d₀为激光指示装置外径，此时测量主机的方位角与俯仰角变化分别为θx₁、θy₁；继续转动测量主机12，使测量主机12对准激光指示装置10中光线在接收靶板14上的绿色激光点D，此时D点的光斑将成像在测量主机中CCD的中心，记录此时测量主机转动的角度变化为θx、θy，通过以上数据可计算出两个光斑之间的距离D₂(即C、D两点)为：D₂＝1×tanθ_x/cosθ_y；

根据图5发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的测量主机测量距离和角度的空间几何关系图可知D₁和D₂在水平方向的投影长度，即：D_1x＝D₁×cosθ_y1，D_2x＝D₂×cosθ_y；则瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角α_x为：

步骤四、瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角计算：同步骤三所测数据，根据图5发射轴与瞄准轴一致性检测的装置及方法的测量主机测量距离和角度的空间几何关系图可知D₁和D₂在垂直方向的投影长度，即：D_1y＝D₁×sinθ_y1，D_2y＝D₂×sinθ_y；则瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角为：

即通过上述方法可以获得瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角，以及瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角，可依据测量的结果，对被检测设备进行后续的调校，使轴一致性误差控制在允许的范围内。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，其特征在于，包括接收靶板(14)，接收靶板(14)的同侧设置有武器发射装置(8)、观瞄装置(9)和测量主机(12)，发射装置的发射管内安装有激光指示装置(10)，且激光指示装置(10)与发射管同轴设置；

观瞄装置(9)内设置激光发射单元(11)，测量主机(12)设置在激光发射单元(11)的正前方，且与武器发射装置(8)并列排布；

测量主机(12)包括方位俯仰测角单元和激光测距及CCD成像单元(1)，方位俯仰测角单元包括方位角测角功能单元(3)，方位角测角功能单元(3)顶端通过方位轴(16)与俯仰机构(17)进行连接，俯仰机构(17)上转动设置激光测距及CCD成像单元(1)，俯仰机构(17)上还设置有俯仰角测角功能单元(2)，用于实时监测激光测距及CCD成像单元(1)的角度偏移；

还包括计算机(15)，计算机(15)采用工业控制计算机(15)，内部的PCI总线插槽上插放测控电路(13)的板卡，测控电路(13)和测量主机(12)和计算机(15)连接，实现CCD成像功能单元视频信号、激光测距功能单元信号、方位俯仰测角单元测量信号的采集，并通过计算机(15)内的测量软件进行计算、解析、显示、存储和打印。

2.根据权利要求1所述的发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，其特征在于，激光测距及CCD成像单元(1)包括激光测距单元(4)，激光测距单元(4)信号输出侧设置半反半透镜(5)，半反半透镜(5)轴线上设置电控调焦物镜(6)，电控调焦物镜(6)远离半反半透镜的一端设置CCD相机(7)，且电控调焦物镜(6)和CCD相机(7)与激光测距单元(4)设置于半反半透镜(5)相邻的两侧。

3.根据权利要求1所述的发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，其特征在于，测量主机(12)安装在主机调节支架上，主机调节支架安装在地面升降台上。

4.根据权利要求1所述的发射轴与瞄准轴一致性检测的装置，其特征在于，测量主机(12)测角分辨率2″，测角范围±180°，电控角度调整；CCD相机(7)分辨率不低于2048×2028像素，像元≤5um；激光测距功能单元的激光测距范围≥50m，测距分辨率0.1mm，测距误差≤0.5mm。

5.一种发射轴与瞄准轴一致性检测的方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、选择武器发射装置(8)中的任意一个发射管进行测试，将激光指示装置(10)安装于该发射管内，并通过定心结构保证发射管与激光指示装置(10)同轴，选择观瞄装置(9)的激光发射单元(11)作为观瞄装置(9)的基准轴线；

步骤S2、进行测试时，调节升降台将测量主机(12)置于观瞄装置(9)前端正对激光发射单元(11)，调节方位俯仰测角单元，使观瞄装置(9)的激光发射单元(11)发射的激光光斑透射到测量主机(12)的接收CCD的中心，使观瞄装置(9)与测量主机(12)中激光测距的轴重合；

步骤S3、将测量主机(12)水平转动180°，打开激光测距单元(4)，使测距激光投射到接收靶板(14)上，记为点C，此时点C即是观瞄装置(9)的测距激光在接收靶板(14)上的位置，由此通过测量主机(12)的激光测距可测出测量主机(12)与接收靶板(14)之间的距离为l₁；

步骤S4、以此时的方位俯仰角度作为基准位置，再将测量主机(12)向产品发射装置方向转动90°，调节测量主机(12)的俯仰机构(17)，使用激光测距测出其与激光指示装置(10)之间的距离为d₁，记录此时测量主机(12)的方位角与俯仰角变化分别为θx₁、θy₁；

步骤S5、继续转动测量主机(12)，使测量主机(12)对准激光指示装置(10)中光线在接收靶板(14)上的绿色激光点D，此时D点的光斑将成像在测量主机(12)中CCD的中心，记录此时测量主机(12)转动的角度变化为θx、θy，以及测量主机(12)距D点的距离为D₃；

步骤S6、通过以上数据可计算出两个光斑之间的距离为D₂，测量主机(12)与激光指示装置(10)轴线之间的距离为D₁；

步骤S7、根据以上测量的参数进行数据处理与结果评定。

6.根据权利要求5所述的发射轴与瞄准轴一致性检测的方法，其特征在于，步骤S7具体包括以下步骤：

步骤S7-1、测量主机(12)轴线与激光指示装置(10)轴线之间的距离，即A、B两点之间的距离D₁为：

d₀为激光指示装置(10)外径；

步骤S7-2、观瞄装置(9)的测距光斑两个光斑之间的距离，即C、D两点之间的距离按空间几何关系进行推导解算：

步骤S7-3、推导A、B两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_1x＝D₁×cosθ_y1

D_1y＝D₁×sinθ_y1

步骤S7-4、推导C、D两点之间的距离在x轴与y轴的投影长度分别为：

D_2x＝D₂×cosθ_y

D_2y＝D₂×sinθ_y

步骤S7-5、计算瞄准轴与发射轴水平方向平行性的偏差角α_x为：

步骤S7-6、计算瞄准轴与发射轴垂直方向平行性的偏差角α_y为：

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