DE102008020715B4 - Measuring device and method for determining splitter parameters of splitter plates - Google Patents
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Abstract
Bei der Erprobung von Munition ist die endballistische Wirkungsbewertung ein wichtiger Bestandteil. Hierzu werden Splitterplatten verwendet. Nach einem Beschuss müssen die Splitterparameter der einzelnen Splitter der Splitterplatten ermittelt werden. Es soll eine computerunterstützte, hochgenaue Messeinrichtung und ein diesbezügliches Verfahren geschaffen werden. Zur Ermittlung der Splitterparameter der Splitterplatten (40) ist eine Messeinrichtung (1) vorgesehen, mit . einem Leuchttisch (10) mit einer Leuchtfläche (13) und einer Einspannvorrichtung (11), mit der eine Splitterplatte (40, 50) zur Durchleuchtung einspannbar ist, . einer digitalen Kamera (20), deren optische Achse (21) senkrecht auf die Mitte der Splitterplatte (40) ausrichtbar ist, . einer Kalibriersplitterplatte (50), welche die gleichen Außenmaße und die gleiche Dicke wie eine zu untersuchende Splitterplatte (40) aufweist, mit Referenzbohrungen (51, 51a, 51b, 52a, 52b) definierter Größe und definiertem Abstand zur Mitte, . einem Auswerterechner (30), . einem im Auswerterechner (30) gespeicherten Auswerteprogramm.In the testing of ammunition the end ballistic impact assessment is an important component. For this purpose splitter plates are used. After shelling, the splinter parameters of the individual splinters of the splitter plates must be determined. The aim is to create a computer-aided, highly accurate measuring device and a corresponding method. To determine the splitter parameters of the splitter plates (40), a measuring device (1) is provided with. a light table (10) having a luminous surface (13) and a clamping device (11), with which a splitter plate (40, 50) can be clamped for transillumination,. a digital camera (20) whose optical axis (21) perpendicular to the center of the splitter plate (40) can be aligned,. a calibration splitter plate (50) which has the same outer dimensions and the same thickness as a splitter plate (40) to be examined, with reference holes (51, 51a, 51b, 52a, 52b) of defined size and defined distance from the center,. an evaluation computer (30),. an evaluation program stored in the evaluation computer (30).
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Splitterparametern von Splitterplatten.The The invention relates to a measuring device and a method for determining of splitter parameters of splitter plates.
Bei der Erprobung von Munition ist die endballistische Wirkungsbewertung ein wichtiger Bestandteil. Hierzu werden Splitterplatten verwendet. Im Rahmen eines Beschussversuches mit beispielsweise einer Sprengmunition werden mehrere Splitterplatten hintereinander angeordnet. Nach einem Beschuss müssen die Splitterparameter der einzelnen Splitter der Splitterplatten ermittelt werden. Bisher wurde dies von Hand ausgeführt.at The testing of ammunition is the end-ballistic impact assessment an important component. For this purpose splitter plates are used. in the Frame of a bombardment attempt with, for example, an explosive ammunition several splitter plates are arranged one behind the other. After a shelling have to the splitter parameters of the individual fragments of the splitter plates be determined. So far, this has been done by hand.
Nachfolgend werden Druckschriften zum Stand der Technik gewürdigt.following Letters of the prior art are appreciated.
Die
Die
Aus
der
Aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur Ermittlung von Splitterparametern von Splitterplatten im Rahmen einer Munitionswirkungsbewertung eine computerunterstützte, hochgenaue Messeinrichtung und ein diesbezügliches Verfahren zu schaffen.Of the The invention is based on the object of determining splitter parameters of splitter plates as part of an ammunition assessment computer-assisted, high-precision measuring device and a related process to create.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 oder durch die Merkmale des Anspruches 2 gelöst.These The object is achieved by the Features of claim 1 or by the features of the claim 2 solved.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass man exakt die Wirkung von Munitionstypen in Zielkonfigurationen bewerten kann. Die endballistische Wirkung unterschiedlicher Munitionstypen können präzise verglichen werden. Ferner kann das Verhalten der endballistischen Wirkung in Bezug auf die Kampfentfernung untersucht werden.The Advantages of the invention are that you have exactly the effect of ammunition types in target configurations. The end ballistic Effect of different types of ammunition can be compared precisely. Further can the behavior of the end-ballistic effect in terms of combat removal to be examined.
Die Messeinrichtung umfasst einen Leuchttisch mit einer Leuchtfläche und einer Einspannvorrichtung, mit der eine Splitterplatte flach auf die Leuchtfläche zur Durchleuchtung einspannbar ist. Mit einer digitalen Kamera, deren optischen Achse senkrecht auf die Mitte der Splitterplatte ausgerichtet ist, werden die Aufnahmen erstellt. Zur Messeinrichtung gehört eine Kalibriersplitterplatte, welche die gleichen Außenmaße und die gleiche Dicke wie eine zu untersuchende Splitterplatte aufweist. Auf der Kalibriersplitterplatte sind Referenzbohrungen definierter Größe und definiertem Abstand zur Mitte angeordnet. Mit einem Auswerterechner und einem im Auswerterechner gespeicherten Auswerteprogramm werden die Aufnahmen bearbeitet und ausgewertet.The Measuring device comprises a light table with a luminous surface and a chuck, with a splitter plate flat on the illuminated area can be clamped for fluoroscopy. With a digital camera, its optical axis perpendicular to the center of the splitter plate aligned, the recordings are created. The measuring device includes a Calibrating plate, which has the same external dimensions and the same thickness has a splinter plate to be examined. On the calibration splitter plate are reference holes of defined size and defined distance arranged to the middle. With an evaluation computer and an evaluation computer stored evaluation program, the recordings are edited and evaluated.
Mit einem ersten Programmteil werden mit Hilfe eines ersten Referenzbildes, das eine Aufnahme des Leuchttisches ohne eine aufgelegte Splitterplatte ist, erste Korrekturwerte berechnet. Damit wird die ungleichmäßige Lichtverteilung der Leuchtfläche bei den Splitterplattenaufnahmen kompensiert. Flächige Leuchtquellen weisen unterschiedliche Helligkeitsbereiche auf. Die Splitterlöcher werden somit unterschiedlich durchleuchtet und es entstehen ungenaue Aufnahmen, bei denen die Splitter zu hell oder zu dunkel dargestellt sind. Mit den ersten Korrekturwerten wandelt man die Aufnahme der Kalibriersplitterplatte und der einzelnen Aufnahmen der Splitterplatten so um, als wäre die Leuchtdichte des Leuchttisches gleichmäßig hoch und die Splitterlöcher mit einem Licht gleichmäßiger Leuchtdichte durchleuchtet.With a first part of the program are written with the help of a first reference picture, a recording of the light table without an attached splitter plate is calculated, first correction values. This will cause the uneven distribution of light the illuminated area at Compensated for the splitter plate recordings. Have flat light sources different brightness ranges. The splinter holes will be thus different sheds through and there are inaccurate shots, where the splinters are too light or too dark. The first correction values convert the recording of the calibration splitter plate and the individual shots of the splitter plates as if the luminance was of the illuminated table evenly high and the splinter holes illuminated with a light of uniform luminance.
Dann werden mit einem zweiten Programmteil mit Hilfe eines zweiten Referenzbildes, das eine Aufnahme der Kalibriersplitterplatte ist, zweite Korrekturwerte berechnet, um Effekte zu kompensieren, welche die Genauigkeit der Berechnung der Splitterparameter herabsetzen.Then with a second part of the program with the help of a second reference picture, which is a recording of the calibration splitter plate, second correction values calculated to compensate for the effects of the accuracy of the Minimize calculation of splitter parameters.
Zum einen zählt hierzu der Effekt, dass die von der Kamera erzeugte Darstellung der Splitterlöcher kleiner ist, wenn der Abstand eines Umfangpunktes einer Splitterfläche bis zur Mitte der Splitterplatte hoch und wenn die Dicke der Splitterplatte groß ist. Dieser Effekt wird im Rahmen des Ausführungsbeispieles mit Zeichnungen illustriert. Zum anderen ist der Effekt der Überstrahlung aufgrund des abrupten Hell-Dunkel-Übergangsbereiches betroffen. Der Überstrahlungseffekt spielt sich am Rand des Loches vom durchleuchteten in den dunklen Bereich ab und basiert zum Teil auf den Lichtreflexionen an den Innenwandbereichen des Splitterloches und auf dem Blooming-Effekt des CCD-Chips der Kamera. Blooming ist ein Effekt, der durch das Überschwappen von Ladungen aus überbelichteten Zellen hervorgerufen wird. Die Bohrungen der Kalibriersplitterplatte und deren Abstand zur Mitte sind genau ausgemessen und bereits im zweiten Programmteil integriert. Die abgespeicherten Daten der Bohrungen werden mit den digitalisierten Bohrungen der Aufnahme in Beziehung zueinander gesetzt, um die zweiten Korrekturwerte zu erhalten.On the one hand, this includes the effect that the representation of the splitter holes produced by the camera is smaller when the distance of a peripheral point of a splitter surface to the center of the splitter plate is high and when the thickness of the splitter plate is large. This effect is illustrated in the context of the embodiment with drawings. On the other hand, the effect of overshoot due to the abrupt light-dark transition region is affected. The overshoot effect occurs at the edge of the hole from the illuminated to the dark area and is based in part on the light reflections on the inner wall areas of the splinter hole and on the blooming effect of the CCD chip of the camera. Blooming is an effect caused by the spillover of charges from overexposed cells. The holes of the calibration plate and their distance to the center are exactly measured and already integrated in the second part of the program. The stored data of the holes will be with the digitized holes of the recording in relation to each other to obtain the second correction values.
Im Hauptprogramm werden die Splitterplattenaufnahmen, in denen die Splitter einer Anhäufung heller Pixelpunkte entsprechen, ausgewertet. Zunächst werden die Aufnahmen unter Einbeziehung der ersten Korrekturwerte so korrigiert, dass die unterschiedliche Leuchtdichte der Leuchtfläche ausgeglichen wird. Dann werden die Aufnahmen mit den zweiten Korrekturwerten korrigiert. Die weitere Bearbeitung erfolgt so, dass die Umrisse der Splitter in geschlossene Polygonzüge umgewandelt werden. Jeder Polygonzug oder jede Verbindungslinie zwischen zwei benachbarten Polygoneckpunkten wird als Vektor definiert. Über die Vektorisierung lassen sich einfach die Splitterparameter berechnen. Die Splitterparameter umfassen im Wesentlichen die Anzahl der Durchschlagslöcher je Splitterplatte, die Position, die Flächeninhalte und die Flächenschwerpunkte jedes Splitterloches. Aufgrund der Korrekturwerte erzielt man eine hohe Genauigkeit der ermittelten Flächeninhalte. Durch die Verwendung einer Kalibrierplatte wird eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet. Der Zeitaufwand für die Vermessung und Auswertung ist selbst bei umfangreichen Messreihen gering. Aufgrund des Auswerterechners ist ein hoher Automatisierungsgrad gegeben. Alle Splitterlochkurven werden mathematisch beschrieben. Dies erleichtert die Dokumentation und die grafische Darstellung.in the Main program will be the splitter disk recordings in which the Sliver of a buildup brighter Pixel points correspond, evaluated. First, the shots below Incorporation of the first correction values corrected so that the different ones Luminance of the illuminated area is compensated. Then the pictures are taken with the second correction values corrected. The further processing is done in such a way that the outlines the splitter can be converted into closed polygons. Everyone Traverse or any connecting line between two adjacent ones Polygon vertices is defined as a vector. Leave over the vectorization Just calculate the splitter parameters. The splitter parameters essentially comprise the number of punch holes each Splinter plate, the position, the areas and the center of gravity every split hole. Due to the correction values one achieves one high accuracy of the determined surface areas. By use a calibration plate ensures high reproducibility. The time required for the measurement and evaluation is even with extensive measurement series low. Due to the evaluation computer is a high degree of automation given. All splitter hole curves are described mathematically. This facilitates the documentation and the graphical representation.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:One embodiment The invention will be described below with reference to the drawings. Hereby show:
Die
Die
Messeinrichtung umfasst zunächst
einen Leuchttisch
Die
Mit Hilfe des Auswerteprogramms werden drei Effekte kompensiert, um die Genauigkeit zu erhöhen.With With the aid of the evaluation program, three effects are compensated for to increase the accuracy.
Erstens der Effekt, dass die Lichtverteilung der Leuchtfläche ungleichmäßig ist. Denn unmittelbar hinter der Leuchtstoffröhre ist die Lichtstärke höher als in den dazwischenliegenden Bereichen.First the effect that the light distribution of the luminous area is uneven. Because directly behind the fluorescent tube, the light intensity is higher than in the intervening areas.
Zweitens
der Effekt, dass die von der Kamera erzeugte, zweidimensionale Darstellung
eines Splitterloches kleiner ist, wenn der Abstand eines Umfangpunktes
einer Splitterfläche
bis zur Mitte der Splitterplatte
Drittens
der Effekt, dass es aufgrund des abrupten Hell-Dunkel-Übergangsbereiches
zu einer Überstrahlung
kommt. Dieser Effekt basiert zum Teil auf den Lichtreflexionen an
den Innenwandbereichen des Splitterloches und darauf, dass Ladungen
aus überbelichteten
Zellen des CCD-Chips der Kamera auf benachbarte Zellen abgeleitet
werden. Der Überstrahlungseffekt
ist in
Nachfolgend wird der Ablauf beschrieben, wie die Splitterparameter von Splitterplatten ermittelt werden:
- • Zunächst wird ein erstes Referenzbild
erstellt, das eine Aufnahme der Leuchtfläche
13 des Leuchttisches ohne eine aufgelegte Splitterplatte40 ist. - • Dann
wird ein zweites Referenzbild erstellt, das eine Aufnahme der Kalibriersplitterplatte
50 ist. - • Es folgt die Erstellung der Splitterplattenaufnahmen.
- • Nun berechnet man mit einem ersten Programmteil mit Hilfe des ersten Referenzbildes erste Korrekturwerte, um die ungleichmäßige Lichtverteilung der Leuchtfläche des Leuchttisches zu kompensieren.
- • Mit
einem zweiten Programmteil werden zweite Korrekturwerte berechnet.
Hierzu dient das zweite Referenzbild und die abgespeicherten Daten
der Referenzbohrungen. Ziel ist es, Effekte zu kompensieren, die
die Genauigkeit der Berechnung der Splitterparameter herabsetzen,
• zum einen
den Effekt, dass die von der Kamera erzeugte zweidimensionale Splitterflächenabbildung
kleiner abgebildet ist, wenn der Abstand eines Umfangpunktes einer
Splitterfläche
bis zur Mitte der Splitterplatte
40 hoch und wenn die Dicke der Splitterplatte40 groß ist, • zum anderen den Effekt der Überstrahlung aufgrund des abrupten Hell-Dunkel-Übergangsbereiches. - • Berechnung
der Splitterparameter der einzelnen Splitterplattenaufnahmen, in
denen die Splitter einer Anhäufung
heller Pixelpunkte entsprechen, mit einem Hauptprogramm, wobei jedes
Bild zunächst
mit den ersten Korrekturwerten und anschließend mit den zweiten Korrekturwerten
korrigiert wird und wobei anschließend die Splitterparameter
der Splitterplatten
40 ermittelt werden. Die Flächenermittlung der aus Polygonzügen beschriebenen Splitterlochflächen wird mit der Gaußschen Trapezformel berechnet: F Fläche n Anzahl der Stützpunkte des Polygonzuges x, y Koordinaten der Stützpunkte P1 bis Pn Die3 zeigt eine beispielhafte Aufnahme einer Splitterplatte40 mit Splitterlöchern41 ,42 ,43 und44 . In3a ist das beispielhafte Splitterloch44 im Rasterformat dargestellt. In3b ist das Ergebnis der Vektorisierung abgebildet. Die Darstellung zeigt, dass das Splitterloch44 durch einen geschlossenen Polygonzug mit 16 Stützpunkten beschrieben ist. Flächeninhalt und Flächenschwerpunkt sind nach einer Vektorisierung auf einfache Weise ermittelbar.
- • First, a first reference image is created, which is a photograph of the illuminated area
13 of the illuminated table without an attached splitter plate40 is. - • Then a second reference image is taken, which is a picture of the calibration plate
50 is. - • The following is the creation of the splitter plate recordings.
- • Now, with a first program part, first correction values are calculated with the aid of the first reference image in order to compensate for the uneven light distribution of the illuminated surface of the light table.
- • A second part of the program calculates second correction values. The second reference image and the stored data of the reference holes serve this purpose. The aim is to compensate for effects that reduce the accuracy of the splitter parameter calculation. • The effect is that the two-dimensional splinter area image produced by the camera is smaller if the distance from a peripheral point of a splitter surface to the center of the splitter plate is smaller
40 high and if the thickness of the splitter plate40 is large, • on the other hand, the effect of the over-radiation due to the abrupt light-dark transition region. - • Calculation of the splitter parameters of the individual splitter plate exposures, in which the splinters correspond to an accumulation of bright pixel dots, with a main program, wherein each image is first corrected with the first correction values and then with the second correction values and subsequently the splitter parameters of the splitter plates
40 be determined. The area calculation of the splinter hole areas described by polygons is calculated using the Gaussian trapezoid formula: F area n number of interpolation points of the traverse x, y coordinates of the points P 1 to P n The3 shows an exemplary recording of a splitter plate40 with splinter holes41 .42 .43 and44 , In3a is the exemplary splinter hole44 displayed in raster format. In3b the result of the vectorization is mapped. The illustration shows that the splinter hole44 is described by a closed polygon with 16 points. Surface area and centroid can be easily determined after vectorization.
Die vorgenannte Ermittlung von Splitterparametern von Splitterplatten hebt sich durch die nachfolgenden Punkte hervor:
- – Das Verfahren besitzt aufgrund der Kompensierung von drei durch theoretische und experimentelle Untersuchungen ermittelten Effekten eine sehr hohe Genauigkeit.
- – Splitterlöcher ab einem Durchmesser von 1,0 mm werden auf einer Splitterplatte von 1,0 × 2,0 m sicher erkannt. Splitterlochflächen ab einem Durchmesser von 2,0 mm werden mit einem Messfehler ≤ 1,8% ermittelt.
- – Zur Gewährleistung der Reproduzierbarkeit wird eine Kalibrierplatte verwendet.
- – Sämtliche Splitterlochparameter (Schadensflächen, Schwerpunkte, ...) werden für die weitere Bewertung je Platte in MS-Excel®-lesbaren Textdateien gespeichert.
- – Das Verfahren nutzt ein Computerprogramm, mit dem die Splitterplattenaufnahmen stapelweise abgearbeitet werden. Die Auswertung ist automatisiert.
- – Sämtliche Splitterrandkurven liegen in exakter mathematischer Beschreibung vor.
- The method has a very high accuracy due to the compensation of three effects determined by theoretical and experimental investigations.
- - Splitter holes with a diameter of 1.0 mm or more are reliably detected on a splitter plate of 1.0 × 2.0 m. Splinter hole areas with a diameter of 2.0 mm or more are determined with a measurement error of ≤ 1.8%.
- - To ensure reproducibility, a calibration plate is used.
- - All splinter hole parameters (damage areas, centroids, ...) are saved for further evaluation per plate in MS-Excel ® readable text files.
- - The method uses a computer program, with the splitter plate recordings are processed in batches. The evaluation is automated.
- - All splinter edge curves are available in exact mathematical description.
- 11
- Messeinrichtungmeasuring device
- 1010
- Leuchttischlight table
- 1111
- Einspannvorrichtungchuck
- 1212
- LeuchtstoffröhreFluorescent tube
- 1313
- Leuchtflächelight area
- 2020
- Kameracamera
- 2121
- optische Achseoptical axis
- 3030
- Auswerterechnerevaluation computer
- 4040
- Splitterplattesplitter plate
- 41, 42, 43, 4441 42, 43, 44
- Splitterlochsplitter hole
- 5050
- KalibriersplitterplatteKalibriersplitterplatte
- 51, 51a, 51b, 52a, 52b51 51a, 51b, 52a, 52b
- Referenzbohrungenreference holes
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