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Einrichtung zur Bestimmung und Registrierung
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der Raumkoordination eines freifliegenden Geschoß es Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung' zur Bestimmung und Registrierung-der Raumkoordinaten
eines frei fliegenden Geschoßes im Durchschußfeld einer immateriellen Treffbildscheibe
mittels eines optisch elektronischen Äufnahmesystems.
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Nach der ältesten und am weitesten verbreiteten Methode wird der
Durchstoßpunkt eines Geschoßes im Zielgebiet mit seinen Raumkoordinaten dadurch
bestimmt, daß auf einer Papier-, Pappe- oder Rupfenscheibe die Lage des ausgestanztenDurcbschußloches
in bezug auf ein vorher festgelegtes. Koordinatenkreuz auf der Scheibe ausgemessen
wird. Dies hat naturgems.ß den Nachteil, daß. die Scheibe immer wieder gewechselt
werden muß, daß weiters die Gefahr eines Ansprechens von Geschoßzündern besteht
und am ZielortBeobachtungspersonal vorhanden sein muß.
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Bei Dauerfeuer von Schußwaffen ist weiters eine Schuß.zuordnung nur
dadurch möglich, daß die Spitzen der Geschoße einen unterschiedlichen Farbanstrich
erhalten und die-Farbfolge notiert wird.-Auf der-Scheibe bleiben am Durchschußloch
Farbreste hängen, die dann Auskunft darüber geben, in welcher Reihenfolge die Geschoße
die Scheibe durchschlagen haben. line solche Vorgangsweise ist nicht nur umständlich
und zeitraubend, sondern auch allein schon durch die Zahl der möglichen Farbkombinatidnen
beschränkt.
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Aus diesen Gründen sind schon seit längerer Zeit Bestrebungen im
Gange, die üblichen Scheiben durch immaterielle Treffbildscheiben zu ersetzen und
die Schußdaten auf elektronischem Wege zu erfassen. So sind Einrichtungen der eingangs
genannten Art geschaffen worden, bei denen ein optisches Gitter in die Flugbahn
gelegt wird, so daß eine entsprechende Anzahl von Matrixpunkten entsteht. Beim Durchfliegen
des Geschoßes durch dieses Gitter werden die Lichtstrahlen unterbrochen und die
jeweiligen Koordina.ten elektronisch angezeigt.
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Dieses System ist aber sehr aufwendig, da das gesamte Durchschußfeld
an allen vier Seiten mit Lichtsendern bzw. -empfangern bestückt werden muß und schon
deshalb auf eine größere Flächenausdehnung der Treffbildscheibe verzichtet werden
muß.
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Dariiberhina.us sind die vielen optischen und elektronischen Elemente
und Baueinheiten im Falle eines Behlschusses stark beschädigungsgefährdet.
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Schließlich ist es auch noch bekannt, die an einem im ttbrschallbereich
fliegenden Geschoß entstehende Kopfwelle über zwei im rechten Winkel zueinander
angeordnete Laufzeitmeßeinrichtungen zur Koordinaten bestimmung zu nutzen. Dieses
System kann, wie erwähnt, nur für Geschoße im Überschallbereich verwendet werden
und auch da nur in Anlagen, in denen keine Sohallreflexionen an den Wänden entstehen
und auch durch Körperschallübertragungen der Gebäude keine Fehlimpulse alzsgelöst
werden.
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Die bekannten Systeme weisen schließlich den gemeinsamen Nachteil
auf, daß eine das Meßergebnis verfälschende Schraglage des Geschoßes im Bereich
des Durchschußfeldes nicht erkennbar ist. Die Meßgenauigkeit ist daher unkontrollierbaren
Einflüssen unterworfen.
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Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die erwähnten Na.chteile der bekannten
Systeme vermeidet und die sich nicht nur durch eine wesentlich erhöhte Meßpräzision
sondern auch dadurch auszeichnet, daß sie bei Dauerfeuer eine einwandfreie Zuordnung
der Meßdaten zu dem jeweiligen Geschoß gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das
Aufnahmesystem aus zwei etwa. in der Ebene der Treffbild scheibe außerhalb des Durehschußfeldes
einander gegenüberliegend angeordneten Winkelmeßeinheiten und wenigstens einer vom
Geschoß auslösbaren Beleuchtungseinheit für das DurchschußfXld besteht. Eine solche
Einrichtung erlaubt -eine hochpräzise immaterielle Treffbilda.nzeige, bei welcher
die Koordinaten des Durchstoßpunktes des Geschoßes durch die Treffbildscheibe aus
den Meßdaten nur zweier Winkelmeßeinheiten bestimmbar sind. Das System eignet sich
vorzüglich für Computerauswertung und kann durch Eingabe der jeweiligen Geschoßdaten
universell fiir Waffen verschiedenster Art und unterschiedlichen Kalibers eingesetzt
werden.
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Gegenüber der bekannten ein optisches Gitter aus einer Vielzahl von
Lichtschranken aufweisenden Einrichtung ergeben sich durch die Erfindung nicht nur
ein wesentlich verminderter baulicher Aufwand für das Aufnahme system sondern auch
eine erhöhte Meßgenauigkeit, da die Koordinaten jedes beliebigen, innerhalb des
definierten Durchschußfeldes gelegenen Durchstoßpunktes eines Geschoßes exakt erfaßt
werden können.
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Darüberhinaus erlaubt die Erfindung eine erhebliche Vergrößerung
der Abmessungen des Durchschußfeldes gegensiber den bekannten Einrichtungen.
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Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß alle Tei]e der Einrichtung
in entsprechend großem Abstand vom Durchschußfeld angeordnet werden können, so daß
sie kaum einer Gefährdung durch yehlschüsse ausgesetzt sind Gemäß einer bevorzugten
Ausgesta.ltung der Erfindung ist jede Winkelmeßeinheit als Winkelscanner mit einer
das gesamte Durchschußfeld erfassenden, auf einen Drehspiegel od. dgl. gerichteten
Aufnahmeoptik und einer zwischen dem Drehspiegel und einer Fotodiode bzw. einem
Fototransistor angeordneten Abbildungsoptik ausgebildet. Wenn das Geschoß mittels
der Beleuchtungseinheit konstrastreich dargestellt ist, erfolgt die Geschoßabbildung
über die Aufnahmeoptik auf dem Drehspiegel
und von dort über die
Abbildungsoptik auf die Fotodiode oder den Fototransistor, der ein entsprechendes
Signal abgibt. Die Stellung des Drehspiegels bzw. eines a.nstatt dessen verwendeten
Drehprismas zum Zeitpunkt der Signalabgabe durch die Fotodiode oder den Fototransistor
ist dann ein Maß fiir den Winkel, den eine gedachte vom Winkelscanner zum Durchstoßpunkt
des Geschoßes in der Treffbildscheibe verlaufende Verbindungsgerade mit einer z.B.
horizontalen Bezugsgersden einschließt. Aus dem Schnittpunkt dieser gedachten Verbindungsgeraden
beider Winkelscanner ergeben sich die genauen Koordinaten des DurchschuP,-punktes.
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Bei der letztgenannten Ausführung der erfindungsgemaßen Einrichtung
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drehspingelstellung bei Abgabe eines Impulses
der Fotodiode bzw. des Fototransistors, der Zeitpunkt und die Dauer dieses Impulses
einem den beiden Winkelsca.nner nachgeschaltetem Auswert- und Registriersystem zugeführt
sind. Dieses liefert nicht nur die genauen Daten des Geschoßdurchflugortes und -zeitpunktes
sond.ern es erlaubt auch die Bestimmung des Anstellwinkels des Geschoßes im Bereich
des Durchschußfeldes aus der am Fototransistor bzw.
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der Fotodiode gemessenen Impulsdauer.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal umfaßt das Auswert-und Registriersystem
eine den Winkelscannern nachgeschaltete Anpaßelektronik zum Kabellängenausgleich
bis zum Steuerpult, eine Ferniibertragungse inheit , einen Datenempfänger und eine
Computereinheit, an die ein X-Y-Sichtgerät, ein X-Y-Schreiber rmd ein Drucker mit
Lochstreifenausgabe angeschlossen sind.
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Eine solche Anlage gestattet dann einen vollautomatischen Meßbetrieb
mit der Möglichkeit einer ständigen Überwachung, nbo.r auch einer nachträglichen
Auswertung der Ergebnisse.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens knnn zur.Aus sung eines
Beleuchtungsfunkens im Abstand vor dem Durchschußfeld eine Triggerlichtschranke
vorgesehen sein. Durch diese relativ einfache Anordnung wird eine Ausleuchtung des
Durchschußfeldes zum Zeitpunkt des Durchganges des Geschoßes durch die Treffbildscheibe
sichergestellt.
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Zur Erzielung einer optimalen Ausleuchtung des Aufnahmabereiches
ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß jede Beleuchtungseinheit
eine das Aufnahmeobjektiv eines Winkelscanners umfassende Glasfaseroptik aufweist.
Die bei der Blitzentladung entstehende Lichtmenge wird dabei so im Bereich um das
Aufnahmeobjektiv zur Abstrahlung gebracht, daß der bildmäßige Kontrast sehr groß
und der Verlust zu großer Lichtmengen durch Streustrahlung vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist es weiters besonders vorteilhaft, wenn im Umfaiereich
des Durchschußfeldes mit reflektierenden Folien od.dgl. belegte Reflegwande vorgesehen
sind. Diese tragen zu einer weiteren Steigerung der Kontrastwirkung bei der Abbildung
des Geschoßes bei.
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Eine besonders günstige Gesamtanordnung der Einrichtung ist schließlich
dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmeßeinkeiten, die Triggerlichtschra.nke, die
Beleuchtungseinheit bzw. -ein heiten und die Anpaßelektronik auf einem auf Gleisen
verfahrbnren Hauptträgerrahrnen und die Reflexwände an einem separaten, auf Rollen
verfahrbaren und feststellbaren Rahmengestell angeordnet sind. Der mit Spurkranzrädern
ausgestattete Ha.upttragerrahmen ka.nn in der Schienenanlage einer Freifluganlage
verschoben werden. Da sein Gewicht einschließlich der darauf montierten Einrichtungsteile
relativ klein ist, kann er leicht aus den Schienen gehoben und entfernt werden.
Das die Reflexwande tragende, beispielsweise als Rohrgestell ausgeführte Rahmengestell
ist mittels seiner eigenen Rollen auf dem Hallenboden verschiebbar. Da eine genaue
Justierung der Reflexwände nicht erforderlich ist, geneigt es, dieses Gestell annähernd
in die vorgesehene Position gegenüber dem Hauptträgerrahmen zu bringen und sodann
auf dem Boden der Freifluganlage, z.B.
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mittels Äbprotzspindeln zu arretieren.
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Die'Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen Fig.1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung, Pig.2 eine Seitenansicht der Anlage nach Fig.1,
Fig.3
ein Blockschaltbild des optisch elektronischen Aufnahme-und Registriersystems dieser
Einrichtung, und Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemaß angewandten
Meßprinzips zu einem den Erfindungsgedanken erläuternden Berechnungsbeispiel.
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Aus den Fig.1 und 2 ist der im Zielgebiet zur Aufstellung gelangende
Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Bestimmung und Regi.strierung der Raumkoordinaten
eines frei fliegenden Geschoßes im Durehschußfeld einer immateriellen Treffbildscheibe
ersichtlich. Dieser Anlageteil besteht aus einem mittels Spurkranzrn.dern 1 in Rillenschienen
2 einer Freifluganlage verfahrbaren T;-auptträ'gerrahmen 3 und einem separaten,
auf Laufrollen 4 abgestützten und mittels Abprotzspindeln 5 am Boden 6 der Freifluganlage
feststellbaren, s.B. als Rohrrahmen ausgeführten Rahmengestell 7.
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Am Hauptträgarrahmen 3 sind in dem selben seitlichen Abstand von
der mit 8 bezeichneten vertikalen Symmetrieebene je eine Winkelmeßeinheit in Form
eines Winkelscanners 9 und eine diesem zugeordnete Beleuchtungseinheit 10 einander
gegenüber liegend angeordnet. Die zur Erzeugung elektronischer Lichtlitze geeigneten
Beleuchtungseinheiten 10 sind 3eweils itber eine Lichtfaseroptik 11, die das Aufnahmeobjektiv
12 des zugehörigen Winkelscanners umfaßt, mit letzterem verbunden.
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Die beiden Winkelscanner 9 sind in der mit i3 bezeichneten vertikalen
Ebene derart angeordnet, daß sich der von ihren Aufnahmeobjektiven 12 erfaßbaren
Winkelbereich von der strichpunktiert dargestellten Horizontalen 14 bis zu der unter
etwn 600 geneigten, gleichfalls strichpunktiert dargestellten oberen Begrenzungslinie
15 erstreckt. In der Vertikalebene 13 ist eine immaterielle Treffbildscheibe 16
mit im vorliegenden Fell quadratischem Umriß gebildet, deren Kantenlänge 17 durch
den.Abstand der beiden Winkelscanner 9 und durch die oberen Begrenzungslinien 15
des Aufnahmebereiches der Winkelscanner bestimmt ist. Bei einer Kantenlänge 17 von
etwa 2 m ergibt stich ein geig.enie. bekannten Einrichtungen dieser Art erheblich
vergrößertes
Durchschußfeld 18 der Treffbildscheibe 16, so daß
die Einrichtung auch für großkalibrige Waffen verwendbar ist.
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Am Hauptträgerrahmen 3 ist im Abstand vor der Vertikalebene 13 eine
Triggerlichtschranke 19 angeordnet, die bei Annäherung des Geschoßes an die Treffbildscheibe
16 einen Impuls zur Auslösung der Beleuchtungsfunken an den Beleuchtungseinheiten
10 abgibt. Am Hauptträgerrahmen 3 ist schließlich noch eine mit einer Anpaßelektronik
für den Kabellängenausgleich von etwa 300 m bis zu dem am Steuerpult der Einrichtung
vorgesehenen Computer ausgestattete Fernübertragungseinheit ^ 1 angeordnet. Das
terhältnismäßig geringe Eigengewicht des Tlauptträgerrahmens 3 und der darauf montierten
optisch-elektroni.schen Systeme ermöglicht es, den Hauptträgerrahmen 3 an jeder
beliebigen Stelle der Freifluganlage aus den Schienen 2 ausz'lheben und zu entfernen
Das Rahmengestell 7, welches eine gesonderte baueinheit darstellt, dient als Träger
von im Umfangsbereich des Durchschußfeldes 18 angeordneten Reflexwänden 22, die
beispielsweise von Folien mit reflektierender Oberfläche gebildet sind.
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Diese Reflexwände 22 gewährleisten eine größere Lichtausbeute und
eine kontrastreichere Abbildung des Geschoßes im Bereich des Durchschußfeldes 18.
Eine genaue Justierung der Reflexwände 22 gegenüber den am Hauptträgerrahmen 3 angeordnetel-l
optisch-elektronischen Aufnahme systemen ist nicht erforderlich und es genügt daher,
das Rahmengestell 7 in seine ungefahre Lage gegenüber dem Hauptträgerrahmen 3 zu
bringen und mittels der Abprotzspindeln 5 in dieser Lage zu sichern.
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Die von den beiden Winkelscannern 9 abgegebenen Meßsignsle, deren
Art und Entstehung im folgenden noch näher erläutert wird, werden, wie aus dem Blockschaltbild
der Fig.3 ersichtlich, über die Anpaßelektronik 20 und die Fernübertragungseinheit
l; iiber die in der Regel etwa 300 m langen Fernkabel 23 an einen Datenempfänger
24 weitergeleitet, dem ein Computer 25 nachgeschaltet ist. An die Computerausgänge
sind ein X-Sichtgerät 26, ein X-Y-Schreiber 27 und ein Drucker 28 mit Lochsreifenausgabe
angeschloseena
Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise der
Winkelscanner 9 gehen aus der stark schematisch gehaltenen Fig.4 hervor. Jeder Winkelscanner
9 weist einen im Strahlengang hinter dem Aufnahmeobjektiv 12 gelegenen, mit konstanter,
relativ hoher Drehzahl rotierenden Drehspiegel 29 oder ein entsprechendes Drehprisma
auf, auf welchem das bei seinem Durchgang durch die Treffbildscheibe 16 von den
Beleuchtungseinheiten 10 angestrahlte Geschoß 30 abgebildet wird. Die Geschoßabbildung
wird vom Drehspiegel 29 über eine Abbildungsoptik 31 mit kurzer Brennweite auf eine
Fotodiode 32 bzw. Fototransistor übertrngen.
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Die Drehzahl des Drehspiegels 29 ist so hoch gewahlt, daß der gesamte,
durch die Linien 14 und 15 begrenzte Winkelbereich, somit also das gesamte Durchschußfeld
18 während des Durchganges des Geschoßes 30 wenigstens einmal abgetastet wird. Die
Drehspiegeldrehzahl hängt demnach von den jeweiligen Abmessungen und der Geschwindigkeit
des Geschoßes 30 ab.
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In dem Augenblick, in dem die Geschoßabbildung vom nrr)ispiegel 29
iiber die Abbildungsoptik 31 auf den Fototransistor 32 fRllt, gibt dieser ein0n-
Impuls ab. Die Stellung des i)rhspiegels 29 zum Zeitpunkt dieses Impulses wird bei
jedem Winkelscanner 9 getrennt erfaßt. Die Drehspiegelstellung ist ein Maß für den
jeweiligen Winkel α bzw. ß , den ein vom Winkelscanner 9 zum Durchstoßpunkt
des Geschoßes 30 durch die Treffbildscheibe 16 verlaufender Strahl 33 bzw. 34 mit
der Horizontalen 14 einschließt. Aus den beiden Winkeln α und ß ist die genau
koordina.tenmäßige Lage des Durchstoßpunktes des Geschoßes 30 bestimmbar.
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Die Meßwertbildung und -Registrierung erfolgt über den in Nähe der
Abschußstelle an einem Steuerpult angeordneten Computer 25, dem die jeweiligen Geschoßdaten
vorgegeben werden.
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Das Computerprogramm kann so ausgelegt werden, daß es nicht nur eine
hochpräzise Bestimmung der Koordinaten des Geschoßdurchtrittspunktes durch die immaterielle
Treffbildscheibe 16 irnd Erfassung des Zeitpunktes des Geschoßdurchtrittes erlaubt,
sondem darüberhinaus auch nach Kenntnis der Raumkoordinaten, des dadurch bedingten
optischen AbbilCungsverhältnisses und des Geschoßkalibers
bei
konstanter Drehspiegelgeschwindigkeit über die gemessene Impulsdauer am Fototransistor
32 den Anstellwinkel des Geschoßes 30 im Durchflugbereich zu ermitteln gestattet.
Die hiefiir erforderlichen Informationen sind im Meßsystem implizit enthalten.
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Fir die Markierung des Richtpunktes der jeweiligen Wa.ffe auf die
immaterielle Treffbildscheibe 16 kann in nicht dergestellter Weise ein Kalibrierbolzen
auf einem Stativ 90 eingefahren werden, daß er entweder mittels Zielfernrohr oder
Lnserstrahl einjustiert werden kann. Das Stativ hat fiir diesen Zweck Höden- und
Seitenverstellbarkeit so wie Neigemöglichkeit und wird beim Einrichten am Hauptträgerrahmen
3 fixiert. Der Justlerbolsen ist mit einer 1/10 Dibelle ausgestattet, so daß er
horizontal im Stativ steht. Mit einer Kalibrieraufnahme, bei der die Triggerung
der Beleuchtungsfunken an beiden Beleuchtungseinheiten 10 manuell erfolgt, wird
der O-Punkt der Geschützausrichtung auf die immaterielle Treffbildscheibe 16 festgelegt
und gespeichert, wobei der Kalibrierbolzen das Geschoß 30 simuliert.
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