CN211235921U - 一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，实现对精度测试系统的光幕靶空间平面坐标位置精度进行校准。一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，包括：二维位移运动机构、电动推杆机构，以及二维位移运动机构、电动推杆机构的运动控制系统，所述电动推杆机构安装在二维位移运动机构上，所述电动推杆机构的推杆末端安装有用于射入、退出光幕的模拟弹头；所述二维位移运动机构包括用于控制电动推杆机构沿水平方向移动的X轴运动机构，以及，用于控制电动推杆机构沿竖直方向移动的Y轴运动机构，所述电动推杆机构垂直于X轴运动机构、Y轴运动机构。

Description

一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置

技术领域

本实用新型涉及光幕靶技术领域，特别是涉及一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置。

背景技术

枪弹速度测定有多种方法，目前广泛采用的测试方法是非接触式双光幕 CCD测试方法，其典型代表装备是光幕靶精度测试系统。光幕靶精度测试系统基于光电转换、双CCD成像、坐标测量与转换原理，具有不易受外界环境干扰，可靠性、灵敏度和精度高等特点。

但是为了确保光幕靶精度测试系统的测量准确性，需对其坐标位置精度进行校准，判断测试系统的准确度是否达到要求，目前，还没有对光幕靶精度测试系统的空间平面坐标位置精度进行校准的装置和方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，实现对精度测试系统的光幕靶空间平面坐标位置精度进行校准。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，包括：二维位移运动机构、电动推杆机构，以及二维位移运动机构、电动推杆机构的运动控制系统，

所述电动推杆机构安装在二维位移运动机构上，所述电动推杆机构的推杆末端安装有用于射入、退出光幕的模拟弹头；

所述二维位移运动机构包括用于控制电动推杆机构沿水平方向移动的X 轴运动机构，以及，用于控制电动推杆机构沿竖直方向移动的Y轴运动机构，所述电动推杆机构垂直于X轴运动机构、Y轴运动机构。

优选地，所述X轴运动机构包括水平工作台，所述Y轴运动机构包括立柱支座，所述X轴运动机构、Y轴运动机构分别包括丝杆螺母机构、交流伺服电机，所述立柱支座安装在水平工作台上，X轴运动机构通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动立柱支座沿水平方向移动，所述立柱支座通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动电动推杆机构沿竖直方向移动。

优选地，所述水平工作台下方的两端分别设有滚轮、可调支撑结构，所述可调支撑结构用于调节至滚轮上方、下方，形成行走状态、支撑状态，水平工作台下方的中部设有电气柜，用于安装各电气元件。

优选地，所述X轴运动机构、Y轴运动机构上分别设有光栅传感器，用于测量电动推杆机构在X轴向、Y轴向的位移，所述光栅传感器信号与运动控制系统电连接，形成闭环控制。

优选地，所述X轴运动机构、Y轴运动机构、电动推杆机构上分别设有限位传感器，用于限定运动行程极限。

优选地，所述电动推杆机构的推杆末端沿轴向设有螺纹安装孔，所述模拟弹头沿轴向设有螺杆与所述螺纹安装孔螺纹连接。

优选地，所述电动推杆机构的推杆为空心杆，推杆的内孔与所述螺纹安装孔连通，推杆的内孔中安装有激光准直瞄准器。

一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准方法，包括前述所述的校准装置，还包括光幕靶，光幕靶平行于所述X轴运动机构、Y轴运动机构，所述模拟弹头朝向光幕靶，精度校准方法包括：

向所述运动控制系统输入校准坐标点，或者，所述运动控制系统随机生成校准坐标点，所述校准坐标点为X轴运动机构、Y轴运动机构所在平面的平面坐标点；

所述运动控制系统控制二维位移运动机构工作，使电动推杆机构运动到所述校准坐标点；

所述运动控制系统控制电动推杆机构工作，使模拟弹头射入被检光幕靶和退出被检光幕靶，得到被检光幕靶的被校准坐标点；

对校准坐标点、被校准坐标点进行分析比较，得出被检光幕靶的误差；

以校准坐标点为标准，校准被检光幕靶的误差。

优选地，所述运动控制系统包括计算机、三轴运动控制器，计算机与三轴运动控制器之间由网线连接进行数据通讯，计算机通过网口控制三轴运动控制器；模拟弹头进入被检光幕靶时，被校准坐标点数据经数据采集传输电路上传到计算机，计算机对校准坐标点、被校准坐标点进行计算和分析比较，得出被检光幕靶的误差。

优选地，所述计算机内置校准软件对校准坐标点、光幕靶的被校准坐标点进行计算和分析比较。

由于采用了上述技术方案，本实用新型可以实现对精度测试系统的光幕靶空间平面坐标位置精度进行校准。支承稳定性及刚性较好,同时具有装置配重和电器保护功能，有利工作运动稳定。

附图说明

图1a为本实用新型的结构示意图(展开)；

图1b为图1a的侧视示意图；

图2为本实用新型的结构示意图(收折)；

图3为电动推杆机构的结构示意图；

图4a为交流伺服电机驱动器电路框图；

图4b为校准装置测量控制及数据采集系统框图；

图5为校准软件总体架构模块图；

图6为运动控制软件框图；

图7为校准测量软件框图；

图8为重复性测量软件模块框图；

图9为弹着点测量分析软件总体构架设计框图。

附图标记

附图中，1为模拟弹头，2为水平工作台，3为立柱支座，4为激光准直瞄准器，5为交流伺服电机，6为滚轮，7为可调支撑结构，8为电气柜，9为螺杆，10为电动推杆机构，11为推杆，12为推杆滑块，13为推杆滑轨，14 为立部，15为安装部，16为卡槽，17为卡台。

具体实施方式

一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，包括：二维位移运动机构、电动推杆机构，以及二维位移运动机构、电动推杆机构的运动控制系统，

所述电动推杆机构安装在二维位移运动机构上，所述电动推杆机构的推杆末端安装有用于射入、退出光幕的模拟弹头；

所述二维位移运动机构包括用于控制电动推杆机构沿水平方向移动的X 轴运动机构，以及，用于控制电动推杆机构沿竖直方向移动的Y轴运动机构，所述电动推杆机构垂直于X轴运动机构、Y轴运动机构。

所述X轴运动机构包括水平工作台，所述Y轴运动机构包括立柱支座，所述X轴运动机构、Y轴运动机构分别包括丝杆螺母机构、交流伺服电机，所述立柱支座安装在水平工作台上，X轴运动机构通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动立柱支座沿水平方向移动，所述立柱支座通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动电动推杆机构沿竖直方向移动。

所述水平工作台下方的两端分别设有滚轮、可调支撑结构，所述可调支撑结构用于调节至滚轮上方、下方，形成行走状态、支撑状态，水平工作台下方的中部设有电气柜，用于安装各电气元件。

所述X轴运动机构、Y轴运动机构上分别设有光栅传感器，用于测量电动推杆机构在X轴向、Y轴向的位移，所述光栅传感器信号与运动控制系统电连接，形成闭环控制。

所述X轴运动机构、Y轴运动机构、电动推杆机构上分别设有限位传感器，用于限定运动行程极限。

所述电动推杆机构的推杆末端沿轴向设有螺纹安装孔，所述模拟弹头沿轴向设有螺杆与所述螺纹安装孔螺纹连接。

所述电动推杆机构的推杆为空心杆，推杆的内孔与所述螺纹安装孔连通，推杆的内孔中安装有激光准直瞄准器。

参见图1a、图1b，一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置的实施例，光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置采用光栅精密位移测量系统作为标准量，由校准软件按预先确定的校准坐标点或者随机生成校准坐标点并运动到相应坐标位置，由电动推杆模拟弹头穿过和阻断光幕靶，来校准被检光幕靶的误差，本系统采用精确位移比较测量原理进行测量。

校准装置的设计技术参数要求：

(1)弹着点坐标位置测量范围:X方向:0～1000mm；Y方向:0～1000mm；

(2)坐标位置控制误差：±0.2mm；

(3)X轴(水平方向轴)、Y轴(垂直方向轴)运动定位误差：±0.05mm；

(4)X轴、Y轴运动直线度(导轨面上下方向)：±0.05mm；

(5)电动推杆运动行程150mm。

该校准装置在X、Y轴方向的最大测量行程均为1000mm，加上运动滑台，丝杆支撑座、限位开关、电机及联轴器等尺寸，X轴的实际长度达到1500mm，Y轴的实际长度达到1400mm，高度达到1700mm，如此大量程、大尺寸的二维数控运动机构，又要考虑现场测量的运输和装调，给结构设计带来较大难度。

龙门式运动机构虽然具有结构稳定的优点，但体积较大，重量较重，测量机的搬运很困难。因此采用较轻便的丁字形结构，该结构的缺点是受力较差，在高速运动时Y轴的顶端可能会产生轻微晃动。由于本校准装置不同于加工机床，测量机的Y轴上只安装了一个电动推杆机构，所以基本上不受力。另外，由于本测量机不需要作高速运动，在运动控制系统设计时，只要使其启动和停止时平稳加减速，则晃动的影响可忽略。

参见图2，为便于去现场校准方便搬运，Y轴运动机构设计成可竖立和放倒的结构。立柱支座包括相互铰接的立部、安装部，安装部上设有卡槽，立部上设有卡台，卡合后通过螺栓固定。

X轴运动机构除了本身的运动机构外，还包括安装固定Y轴的工作滑台，整个运动控制系统(X、Y、Z三个坐标)的交流伺服电机的驱动器、运动控制器、限位传感器、光栅传感器的电气控制箱和插接头全部安装在机械主体下部的电气控制箱内。

X轴运动机构设计有可以使整个机构进行升降调整的手动升降机构，以方便对不同靶心高度的光幕靶校准时进行调整。另外为了便于搬运，X轴运动机构还设计安装有四个轮子。为保证校准机构的精度和减轻重量，主要承载重量的X轴运动机构的工作台采用整装式丝杆导轨组件机构，尽量减小其机械运动部件的尺寸和重量，在设计和制造时在保证刚度和强度的情况下尽量减少壁厚，同时采用镂空设计。

为了便于现场安装方便，对Y轴运动机构也采用紧凑和轻型化设计，采用整装式丝杆导轨组件机构，尽量减小其机械运动部件的尺寸和重量。由于采用了整装式丝杆导轨组件的结构设计，Y轴安装运动机构的立柱同时也是该组件的机械安装基体，减少了采用单独立柱设计的重量，同时在保证其刚度和不变形的条件下采用镂空设计以减轻重量。

为了满足便于现场安装方便，Y轴运动机构设计成独立的部件，其上安装的交流伺服电机、光栅传感器、限位传感器的电源线、控制线、信号线均考虑合理布置，只留有与电气控制箱连接的插件接头，电气运动控制系统都安装在X轴运动机构下面的电气控制箱中。本测量机没有采用传统的控制柜结构，将电机控制器、运动控制器、光栅传感器接口、限位开关传感器接口、电源等全部放在测量机机座下面的控制箱中，便于到现场测量时进行整体搬动，到现场后也不需要连接任何控制信号线、传感器信号线就可开始进行测量。

参见图3，弹头装夹机构采用6mm导程的精密丝杆和小型精密直线导轨组成弹头快速运动机构，弹头装夹机构采用同心圆柱定位的螺旋机构固定弹头，具有同心度高、更换装夹快速方便等优点。采用整装式丝杆导轨结构后，其结构紧凑，导轨内部采用球保持器，消除了钢球之间的碰撞音，噪声低。选用整装式丝杆导轨，其丝杆导程6mm，丝杆直径为8mm，结构尺寸紧凑，约50×45mm，重量2kg，交流伺服电机最高转速为3000转/分钟，线位移最高速度可达300mm/s，则完成一次150mm行程的快速伸缩动作，大约只需要 1秒。

采用激光二极管制作激光准直瞄准器，安装与弹头推杆中心同一位置，用于在测量开始前瞄准定位实物靶心，使被校光幕靶的中心与校准装置的中心一致。该装置可以较方便地在针对不同靶心高度的光幕靶校准时，很容易使校准装置和被校光幕靶的中心一致。由于闭环控制，其运动位置精度与滚珠丝杆的加工制造误差无关，可达到很高的位置控制精度。

(1)交流伺服电机及驱动器

校准装置运动控制系统采用日本安川电机公司(YASKAWA)的交流伺服电机及驱动器，如图4a所示。型号规格：Y轴采用SGMJV-04ADE6S/400W，配用驱动器SGDV-2R8A，X轴采用SGMJV-08ADE6S/750W，配用驱动器 SGDV-5R5A，电动推杆采用SGMJV-01ADC6S/100W，配用驱动器 SGDV-R90A；

日本安川电机公司是运动控制领域专业的生产厂商，选用安川交流伺服电机，具有响应快的优点，有助于提高机械运动的稳定性，还能减少驱动时的振动以及停止时机械前端的振动。拥有同行业最高的放大器响应性，大大缩短了整定时间，其新型单参数调谐功可使整定时间达到约为0～4ms，可实现所需的快速平稳响应。

(2)运动控制器

运动控制器采用英国翠欧运动技术公司(Trio Motion Technology Ltd)的 TRIOP827-MC405三轴运动控制器。MC405是一款便携式高性能的运动协调控制器，采用了性能强劲的ARM11处理器，处理器时钟频率533Mhz，处理器具有64位浮点数运算的特性，5路编码器反馈输入，输入频率可达6MHz。控制器具有位置环、速度环、电流环三环矢量控制能力，即对位置环、速度环和电流环分别进行控制，其中速度环的输出为电流环的给定信号,位置环的输出为速度环的给定信号。底座采用金属外壳，增强了系统的接地性能，提高了系统在工业现场的抗干扰能力。

MC405运动控制器有三种通讯控制接口，包括：传统的串行通讯接口， USB接口，以及以太网通讯接口。本项目方案选用MC405运动控制器先进的以太网通讯模式，实现对交流伺服电机的运动控制，通过网口进行通讯的模式更加可靠。

如果采用交流伺服电机所配的原光栅编码器输出脉冲达到100万/转，可以达到很小的进给控制，但用交流伺服电机所配的编码器构成的半闭环运动控制系统会因为丝杆的导程误差而产生定位误差，为了克服丝杆导程误差，不用该编码器输出信号作为位置反馈信号，本专利申请采用长光栅位移传感器作为位置反馈信号送入运动控制器形成闭环运动控制系统。

限位开关，为防止运动控制系统因人为操作失误和电路故障造成运动超行程而损坏校准装置，设计了X轴左右运动行程极限的限位控制，Y轴上下运动行程极限的限位控制，电动推杆的前后运动行程极限的限位控制。采用电磁感应传感器作为限位行程控制开关代替传统的机械限位行程开关，具有体积小、反映灵敏、可靠性高等优点。选用日本欧姆龙公司的磁感应传感器作为限位行程开关，当限位探测器达到距磁感应传感器2.5mm时，磁感应传感器动作使运动控制器停止运动，具有非接触和快速的特点。

(3)光栅长度标准量系统

该校准装置需要现场使用，因此长度标准量测量系统采用精密光栅位移传感器测量系统，光栅传感器准确度高、稳定性好，对使用环境要求较不严，能满足现场测量使用的要求。

案闭环运动控制系统的位置测量及反馈部件选用英国雷尼绍公司的钢带光栅传感器，型号:RGH22X30,输出的脉冲当量为1μm，高于原方案5μ的脉冲当量。尽管开式钢带光栅传感器防污染较差，但本测量系统不用于加工，没有铁屑、油污、冷却液等污染源，因而可以满足校准测量的要求。

2.2校准装置测量控制及数据采集系统研制

校准装置测量控制及数据采集系统框图如图4b所示，其工作原理如下：

校准机构的平面坐标位置运动由计算机通过网口控制MC405三轴运动控制器进行运动控制，计算机与三轴运动控制器之间由网线连接进行数据通讯，分别经X轴、Y轴伺服电机驱动电路后控制X轴、Y轴交流伺服电机进行二维平面运动。在X轴、Y轴运动机构运动的同时，安装于X轴、Y轴的光栅传感器输出光栅信号，经前置放大、细分电路、判向电路进入运动控制器进行闭环反馈控制。

X轴的左右极限位置，Y轴的上下极限位置均装有电磁感应传感器作为限位行程控制开关，X轴、Y轴的4个限位传感器信号经过信号调理电路处理后输入运动控制器，当因故障达到极限位置时，运动控制系统可实现紧急停车，以避免运动位置超限使测量机损坏和发生事故。

220V交流电通过起保护作用的断路器，经过噪音滤波器滤除电磁干扰，经过电磁接触器和浪涌抑制器提供给交流伺服电机作为主电源，另有24V直流电源作为驱动器的控制电源。

运动控制系统控制校准装置精确运动到设定的坐标位置，然后控制电动推杆来模拟弹头快速运动。运动控制系统通过给出正反向运动和位移控制参数，通过驱动电路控制电动推杆带动作快速往返运动，来完成安装于电动推杆上弹头的射入被检光幕靶和退出被检光幕靶的动作。

电动推杆的运动速度和运动位移长度由控制软件设定，通过给出目标位移控制运动行程，通过设定加速度、速度参数来控制电动推杆的往返速度，最大可设定电机转速为3000转/分钟，相当于300mm/s的线位移速度。

电动推杆上的弹头进入被检光幕靶，光幕靶对应的检测数据经数据采集传输电路，上传到上位机(需要被校光幕靶提供数据接口)，以便上位机进行数据分析。校准机构采用高精度光栅传感器作为标准量，X、Y轴运动组成平面坐标与被检光幕靶输出数据进行计算和分析比较，得出被检光幕靶的误差。

一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准方法

3.光幕靶空间平面坐标位置精度校准测量装置软件研制

3.1、软件设计总体架构

轻武器弹着点空间平面坐标位置精度专用校准软件研制，包括数据管理，运动控制，校准测量、证书打印四大模块。

校准软件包括校准坐标点的空间平面坐标任意位置的运动控制，校准装置与光幕靶的原点坐标换算，被校准坐标点的误差计算，校准坐标点测量值分布的图形显示，自动生成立靶密集度各项指标和图形、参照国军标中对于密集度的测试标准，计算被校无形靶密集度指标的测量误差、散布圆半径和散布圆半径平均值、平均命中半径和全散布。自动形成校准记录和校准证书报告，测量数据库的管理。校准软件总体构架设计模块图如图5所示。

3.2、运动控制软件设计及功能模块，运动控制软件设计功能模块框图见图6。

3.3、校准测量软件设计及功能模块，校准测量软件各功能模块框图见图 7，校准测量软件重复性测量功能模块框图见图8。

3.4、弹着点测量分析软件设计及功能模块

弹着点测量分析软件包括校准装置与光幕靶的原点坐标换算，校准数据读入，被校准坐标点的误差计算，校准坐标点测量值分布的图形显示，自动生成光幕靶密集度各项指标和图形、参照国军标中对于密集度的测试标准，计算被校无形靶密集度指标的测量误差、散布圆半径和散布圆半径平均值、平均命中半径和全散布。自动形成测量分析记录。

弹着点测量分析软件总体构架设计模块，如图9所示。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于，包括：二维位移运动机构、电动推杆机构，以及二维位移运动机构、电动推杆机构的运动控制系统，

所述电动推杆机构安装在二维位移运动机构上，所述电动推杆机构的推杆末端安装有用于射入、退出光幕的模拟弹头；

所述二维位移运动机构包括用于控制电动推杆机构沿水平方向移动的X轴运动机构，以及，用于控制电动推杆机构沿竖直方向移动的Y轴运动机构，所述电动推杆机构垂直于X轴运动机构、Y轴运动机构。

2.根据权利要求1所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述X轴运动机构包括水平工作台，所述Y轴运动机构包括立柱支座，所述X轴运动机构、Y轴运动机构分别包括丝杆螺母机构、交流伺服电机，所述立柱支座安装在水平工作台上，X轴运动机构通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动立柱支座沿水平方向移动，所述立柱支座通过丝杆螺母机构、交流伺服电机驱动电动推杆机构沿竖直方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述水平工作台下方的两端分别设有滚轮、可调支撑结构，所述可调支撑结构用于调节至滚轮上方、下方，形成行走状态、支撑状态，水平工作台下方的中部设有电气柜，用于安装各电气元件。

4.根据权利要求2所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述X轴运动机构、Y轴运动机构上分别设有光栅传感器，用于测量电动推杆机构在X轴向、Y轴向的位移，所述光栅传感器信号与运动控制系统电连接，形成闭环控制。

5.根据权利要求4所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述X轴运动机构、Y轴运动机构、电动推杆机构上分别设有限位传感器，用于限定运动行程极限。

6.根据权利要求1所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述电动推杆机构的推杆末端沿轴向设有螺纹安装孔，所述模拟弹头沿轴向设有螺杆与所述螺纹安装孔螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种光幕靶空间平面坐标位置精度校准装置，其特征在于：所述电动推杆机构的推杆为空心杆，推杆的内孔与所述螺纹安装孔连通，推杆的内孔中安装有激光准直瞄准器。

Images