DE3903957A1 - Verfahren und vorrichtung zur trefferauswertung an schiessstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trefferauswertung von auf ein Schußziel abgegebenen Schüssen, bei dem die Koordinaten der Geschoßbahn mittels mehrerer jeweils eine Lichtsende- und eine -empfängerzeile aufweisenden ebenflächigen Lichtschranken bestimmt und daraus das Schußergebnis errechnet und angezeigt wird.

Die DE 17 03 171 A beschreibt eine Treffbildermittlung durch zwei orthogonal gekreuzte Lichtschrankensysteme, be­ stehend aus einer Vielzahl einzeln zu justierender Licht­ schranken mit genügend kleinem Abstand zur sicheren Erfas­ sung bezüglich des Geschoßdurchmessers.

Die DE 23 02 247 A beschreibt eine Treffbildermittlung durch gekreuzte Videozeilenkameras, welche reflektiertes Licht oder Geschoßschatten registrieren, aus deren Abbil­ dungslage auf den Kamerafotozeilen die Geschoßposition rechnerisch ermittelt werden kann.

Aus der DE 27 01 042 A ist eine Treffbildermittlung durch Fernerfassung eines Lichtreflexes mit einer Videoflächen­ kamera und Anzeige auf einem beim Schützen aufgestellten Monitor bekannt.

Neben diesen opto-elektronischen Ermittlungssystemen existieren auch Vorschläge der Trefferauswertung über elektrische oder akkustische Systeme, indem z.B. in den Schießkanal gegeneinander elektrisch isolierte Metall­ streifen eingebracht werden, welche vom Geschoß kurz­ zeitig elektrisch leitend verbunden werden bzw. auf einer zu beschießenden Metallscheibe Körperschallmel­ der angeordnet werden und aus der Phasendifferenz der Schallsignale die Trefferposition errechnet wird.

Beim Sportschießen haben diese bekannten Systeme wegen des hohen Bauaufwandes an Bauteilen, der schwierigen Justage des hohen Platzbedarfes, der hohen Anschaffungs­ kosten und nicht zuletzt des Verschleißes der Meßein­ richtungen durch die Geschosse keinen Eingang gefunden, weswegen beim Schießen mit Sportwaffen nach wie vor mit Schießscheiben gearbeitet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die eine Schießscheibe simuliert und es mit geringem technischen Aufwand gestattet, die Koordinaten des Geschosses zu er­ fassen und sofort den Wert und die Position anzuzeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß mehrere der Lichtschranken vom Geschoß nacheinander und unter un­ terschiedlichen jedoch unveränderlich vorgegebenen Winkeln passiert werden und daß die beim Geschoßdurchgang erfol­ genden momentanen Abdunklungen der Lichtempfängerzeilen zum Aktivieren und Stoppen von Zeitmeßwerken verwendet werden und daß aus den ermittelten Zeitmeßwerten in ei­ nem Mikroprozessor das Schußergebnis errechnet wird.

Erfindungsgemäß werden zwei parallelliegende ebenflächige Lichtschranken verwendet, um eine Referenzgröße zu erhal­ ten, aus der sich auch die Geschwindigkeit des Geschosses errechnen läßt, während mindestens eine weitere flächen­ hafte Lichtschranke vor, zwischen oder hinter den beiden parallelen Lichtschranken erforderlich ist, um die Abwei­ chung der Geschoßbahn von der Mittenachse des Schießkanals hinsichtlich Größe und Richtung zu erhalten. Diese dritte Lichtschranke kann z.B. gegenüber beiden rechtwinklig zur Geschoßbahn verlaufenden Richtungen schräg gestellt sein. Allerdings sind mit nur einer zusätzlichen Lichtschranke noch zusätzliche Mittel zur Unterscheidung der Meßwerte nötig, die beispielsweise durch Aufteilung der beiden an­ deren Lichtschranken in separat auswertbare Abschnitte erbracht werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trefferauswertung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse von zwei parallelen und zwei dazu jeweils winklig liegenden, in Geschoßbahnrichtung hintereinander angeordneten eben­ flächigen Lichtschranken durchsetzt ist, deren Lichtsende­ zeilen und Lichtempfängerzeilen an jeweils gegenüberlie­ genden Gehäusewänden angeordnet sind, daß die Schnitt­ linien der beiden winklig liegenden ebenflächigen Licht­ schranken mit ihren mittleren, rechtwinklig zur Geschoßbahn verlaufenden Normalebenen zueinander und zur Geschoßrich­ tung jeweils rechtwinklig verlaufen und daß die sich bei einem Geschoßdurchgang ändernden elektrischen Ausgangssi­ gnale der vier Lichtschranken drei unabhängige elektroni­ sche Zähler ein- bzw. ausschalten.

Bezeichnet man die Geschoßrichtung mit z und die beiden dazu senkrecht liegenden Richtungen mit x, y, so werden die beiden parallelen Lichtschranken vorzugsweise in xy-Ebenen angeordnet, während die eine winklig liegende Lichtschranke senkrecht zur yz-Ebene steht und mit der xz-Ebene einen konstanten Winkel β bildet, während die andere winklige Lichtschranke senkrecht zur xz-Ebene steht und mit der yz-Ebene einen konstanten Winkel α bildet.

Die vier Lichtschranken sind vorzugsweise jeweils in einer Ebene angeordnet.

Die drei zuerst vom Geschoß passierten Lichtschranken setzen jeweils eine Zeitmeßeinrichtung, insbesondere ei­ nen Impulszähler in Gang, während die letzte Licht­ schranke alle Zähler stoppt. Genausogut ist es aber mög­ lich, die erste Lichtschranke zum Start der drei Zähler zu verwenden und mit den weiteren drei Lichtschranken je­ weils einen Zähler nach dem anderen abzuschalten.

Während nach dem Stand der Technik die Genauigkeit der Trefferauswertung vom Abstand der Lichtempfängerdioden abhängig war, wodurch sich baubedingt nur ein grobes Meß­ raster erzielen ließ, dienen die Lichtschranken, gemäß der Erfindung nicht mehr unmittelbar zur Positionsbestimmung, sondern steuern lediglich die Zeitmeßeinheiten an. Die eigentliche Auswertung wird durch einfache Umrechnung der verschiedenen Zeitwerte des Geschosses erreicht. Der Bau­ aufwand wird dadurch unvergleichlich geringer und die Ge­ nauigkeit ist nicht mehr vom Abstand der einzelnen Empfänger­ dioden abhängig sondern im wesentlichen von der effektiven Breite der gesamten Lichtempfängerzeile. Diese effektive Breite kann erfindungsgemäß sehr klein gehalten werden, wenn die Empfängerzeile gemäß einer Ausgestaltung der Er­ findung mit einer Maske abgedeckt wird, die einen schmalen Schlitz im Bereich von wenigen Zehntel Millimeter auf­ weist. Alternativ können die Gehäusewände selbst mit solchen extrem schmalen Schlitzen ausgestattet sein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse in einem Gestell um eine horizontale Quer­ achse schwenkbar gelagert und mittels eines fernsteuer­ baren Verstellantriebes auf- und abschwenkbar ist. Damit kann der Schütze die Vorrichtung auf seine Größe einstellen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht dann noch darin, daß das Gehäuse innenseitig vor dem Geschoßfänger sich nach hinten verjüngend ausgebildet ist und in einer kreis­ förmigen zentral zur Gehäusemittelachse liegenden Öffnung endet, an die sich der rohrförmig ausgebildete Geschoßfänger anschließt. Wenn ein Geschoß auf diese konische Fläche auf­ trifft, wird es sicher in den Geschoßfänger abgelenkt. Die­ se konische Fläche hat aber noch den weiteren erheblichen Vorteil, daß sie beleuchtet werden kann, sodaß sie sich bei entsprechender Oberflächenausbildung hell von der kreisförmigen dunklen Öffnung des rohrförmigen Geschoßfängers abhebt. Die helle Ringfläche simuliert für den Schützen ei­ ne Schießscheibe, deren dunkler Spiegel durch die zentrale Öffnung simuliert wird. Vorzugsweise ist vor der konischen Fläche des Gehäuses an dessen Umfang eine lokale Licht­ quelle so angeordnet, daß deren Lichtstrahlen etwa gleich­ mäßig auf die konische Fläche treffen, die ihrerseits matt reflektierend ausgebildet ist. Gemäß einer Ausge­ staltung der Erfindung ist diese konische Fläche an ei­ nem separaten Körper ausgebildet, dessen Außenkontur mit derjenigen des Gehäuses übereinstimmt. Der Körper besteht dabei vorzugsweise aus Aluminium-Silberelokat. Diese Mate­ rial ergibt eine fast weiße matte Farbe und dank der Re­ flektionswirkung kann die konische Fläche mit nur einer einzigen kleinen lokalen Lichtquelle recht gleichmäßig aufgehellt werden.

Hinter dem Gehäuseteil mit konischer Innenfläche befindet sich eine Abschlußplatte, in der auch der Geschoßfänger gehaltert ist und diese Abschlußplatte wird vorzugsweise in einem geringen Abstand vom davorliegenden Gehäuse an­ geordnet, sodaß ein Querspalt gebildet wird, der mindestens von einer Seite oder von oben her zugänglich ist und in den sich eine Testzielscheibe einschieben läßt.

Diese Testzielscheibe dient dazu, die Meßwerte bei einem sogenannten Tiefschuß zu ermitteln, um das Gerät zu eichen und von Zeit zu Zeit Funktionskontrollen machen zu können.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel dar­ stellt, sei die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine räumliche Ansicht der neuen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Gehäuse in einer Lichtschrankenebene,

Fig. 4 ein Diagramm in der xz-Ebene zur Veranschaulichung der Berechnung der Abweichkoordinate e _x von der Zentrumsachse z,

Fig. 5 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 4, jedoch in der yz-Ebene zur Ermittlung der Abweichungskoordinate e _y und

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild der elektronischen Auswerte- und Anzeigeeinheit.

Ein längliches Gehäuse 12 von quadratischem Querschnitt hat eine Frontplatte mit kreisförmiger Öffnung 16 und ist an zwei seitlichen Stützen 18 um eine vordere Querachse 20 schwenkbar gelagert, die in der yz-Achse liegt. Die Stützen 18 sind an einer Grundplatte 22 befestigt, an deren hinterem Bereich ein Exzenter 24 angreift, der von einem Getriebemotor 26 antreibbar ist, um das Gehäuse 12 durch Fernsteuerung vom Schützen auf- und abschwenken zu können.

Das Gehäuse 12 umfaßt in seinem hinteren Bereich ein Bau­ teil 28, das dieselbe Außenkontur wie das davorliegende Rechteckrohr hat, jedoch eine sich nach hinten konisch ver­ jüngende Innenfläche 30 aufweist. Die konische Innenflä­ che 30 endet in einer kreisförmigen Auslaßöffnung 32, die konzentrisch zur Achse z liegt. Hinter dem Bauteil 28 ist unter Bildung eines Querspaltes 33 eine rückwärtige Abschlußplatte 34 angeschraubt, in der ein Geschoßfänger 36 in Form eines gebogenen Rohre mit Auffangkorb 38 be­ festigt ist. Der Durchmesser des Rohres 36 entspricht demjenigen der Auslaßöffnung 32. Unmittelbar vor dem Bau­ teil 28 befindet sich in der Oberwand des Gehäuses 12 eine Ausnehmung 40, in der eine Lichtquelle 42 so ange­ ordnet ist, daß ihre Strahlen die konische Innenfläche 30 des Bauteils 28 möglichst gleichmäßig beleuchten. Das Bauteil 28 besteht aus Aluminium-Silberelokat und hat eine nahezu weiße matte gut reflektierende Oberfläche. Diese weiße Ringfläche in Verbindung mit dem schwarzen kreis­ förmigen Zentrum, das im Bereich der Auslaßöffnung 32 ge­ bildet wird, simuliert für den in das Gehäuse 12 hinein­ schauenden Schützen eine herkömmliche Schießscheibe.

Das Gehäuse 12 weist vier ebene Lichtschranken A, B, C, D, auf die alle in Geschoßrichtung hintereinander angeordnet sind. Jede ebenflächige Lichtschranke besteht aus einer Lichtsendezeile 44 und einer Lichtempfängerzeile 46, die beide an einander gegenüberliegenden Gehäusewänden außen­ seitig angebracht sind und durch schmale Gehäuseschlitze 48, 50 hindurch zusammenwirken. Die Lichtsendezeile 44 der Lichtschranke A befindet sich in der Oberwand des Gehäuses 12 und die Lichtempfängerzeile 46 ist an der Gehäusebodenwand angeordnet. Die Ebene der Lichtschranke A ist vertikal angeordnet, steht also auf der yz-Ebene (Fig. 5) senkrecht und bildet mit der vertikalen xz-Ebene einen spitzen Winkel β. Die Lichtschranke B und die Licht­ schranke D verlaufen exakt parallel zueinander und sind in Querebenen, also in den xy-Ebenen angeordnet. Zwischen den beiden parallelen Lichtschranken B, D ist eine wink­ lig liegende Lichtschranke C angeordnet, die auf der xz-Ebene senkrecht steht und mit yz-Ebene einen Winkel α (Fig. 4) bildet. In Fig. 5 sind die beiden parallelen Lichtschran­ ken B, D um 90° um die Achse z gedreht dargestellt, um die Berechnung veranschaulichen zu können.

Die Reihenfolge der einzelnen Lichtschranken A, B, C, D ist ansich beliebig. Die beiden Lichtschranken B, D bilden Referenzschranken, die im Abstand b angeordnet sind. Die Lichtschranke A liegt vor dem Schrankenpaar B,D und kreuzt die xz-Ebene im Abstand a vor der ersten Referenz-Licht­ schranke B. Die zweite winklig liegende Lichtschranke C schneidet die yz-Ebene längs einer Linie, die von den bei­ den Referenz-Lichtschranken B, D denselben Abstand hat, obwohl dies nicht zwingend ist.

Anhand der Fig. 6 wird nun die Funktion der Auswertevorrich­ tung beschrieben. Alle Lichtempfängerzeilen 46 weisen aufgrund des Lichtempfanges von den ihnen zugeordneten Lichtsendezeilen 44 einen bestimmten elektrischen Aus­ gangswert auf. Wird nun eine Lichtschranke von einem Ge­ schoß passiert, so wird die entsprechende Lichtempfänger­ zeile 46 lokal momentan abgedunkelt, sodaß sich der elek­ trische Ausgang verändert. Die Ausgänge aller vier Licht­ schranken A, B, C, D werden einem elektronischen Differenzier­ glied 52 mit Verstärkung zugeführt. Die Differenzierung erfolgt, um die Signale von relativ langsamen zeitlichen Helligkeitsänderungen, wie sie etwa von einem Insekt er­ zeugt werden könnten, unterscheiden zu können. Die differen­ zierten und verstärkten Signale der Lichtschranken A, B und C werden jeweils einem elektronischen Zählwerk 54, 56, 58 zugeleitet. Ein in das Gehäuse 12 eindringendes Geschoß startet also bei Passieren der ersten drei Lichtschranken A, B, C nacheinander die Zählwerke 54, 56, 58 und beim Durch­ tritt des Geschosses durch die letzte Lichtschranke D wer­ den die Zählwerke gleichzeitig gestoppt. Die Zählraten sind dann ein Maß für die x- bzw. y-Abweichung der Geschoß­ bahn von der sogenannten Tiefschußachse, die mit der Achse z zusammenfällt.

Vor Anwendung der weiter unten folgenden Berechungsformeln für die x- und y-Koordinate müssen zur Eichung jedes Gerä­ tes die Tiefschußraten A _o , B _o und C _o aus den Zählern 54, 56, 58 mit einer fest eingerichteten Schußvorrichtung erzeugt werden.

Diese Werte werden dann zusammen mit dem Referenzschranken­ abstand b und den Neigungswinkeln α und β in die im Rech­ ner 60 gespeicherte Formeln als Konstanten eingegeben.

Die beiden Winkel α und β sind vorzugsweise gleich und kön­ nen beispielsweise 45° betragen.

Dann liefern die von jedem Schuß in den Zählern 54, 56, 58 erzeugten Zählraten A, B, C die Schußkoordinaten nach fol­ genden Formeln:

e _x = (C/B-C _o /B _o )×b×tanα
e _y = (A/B-A _o /B _o )×b×tanβ

Der Rechner 60 ist über eine Ein- und Ausgabeeinheit an eine kombinierte Anzeige- undk Bedieneinheit 62 angeschlos­ sen, von der auch der Getriebemotor 26 zum Verschwenken des Gehäuses 12 angesteuert werden kann. Aus den Koordinaten e _x und e _y bestimmt der Mikroprozessor 60 die Position der Ge­ schoßbahn und bringt diese auf dem Bildschirm der Anzeige­ einheit 62.

Die Geschoßgeschwindigkeit v errechnet sich sehr leicht nach der Formel:

wobei f die Zählfrequenz beträgt, die über 1 MHz liegen sollte.

Claims (11)

1. Verfahren zur Trefferauswertung von auf ein Schußziel abgegebenen Schüssen, bei dem die Koordinaten der Ge­ schoßbahn mittels mehrerer jeweils eine Lichtsende- und eine -empfängerzeile aufweisenden ebenen Lichtschran­ ken bestimmt und daraus das Schußergebnis errechnet und angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Lichtschranken (A-D) vom Geschoß nacheinander und unter unterschiedlichen jedoch unveränderlich vorge­ gebenen Winkeln passiert werden, daß die beim Geschoß­ durchgang erfolgenden momentanen Abdunklungen der Licht­ empfängerzeilen (46) zum Aktivieren und Stoppen von Zeit­ meßwerken verwendet werden und daß aus den ermittelten Zeitmeßwerten in einem Mikroprozessor das Schießergeb­ nis errechnet wird.

2. Vorrichtung zur Trefferauswertung nach Anspruch 1, mit einem an seiner Frontseite eine Einschußöffnung aufwei­ senden Gehäuse, an dessen Rückseite ein Geschoßfänger und davor eine Zieleinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) von zwei parallelen und zwei dazu jeweils winklig liegenden, in Geschoß­ bahnrichtung hintereinander angeordneten ebenflächigen Lichtschranken (A, B, C, D) durchsetzt ist, deren Licht­ sendezeilen (44) und Lichtempfängerzeilen (46) an jeweils gegenüberliegenden Gehäusewänden angeordnet sind, daß die Schnittlinien der beiden winklig liegen­ den ebenflächigen Lichtschranken (A, C) mit ihren mitt­ leren , rechtwinklig zur Geschoßbahn (G) verlaufenden Normalebenen zueinander und zur Geschoßrichtung jeweils rechtwinklig verlaufen und daß die sich bei einem Ge­ schoßdurchgang ändernden elektrischen Ausgangssignale der vier Lichtschranken (A-D) drei unabhängige elektro­ nische Zähler (54, 56, 58) ein- bzw. ausschalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen ebenflächigen Lichtschranken (B, D) in geometrischen Normalebenen zur Längsachse (z) des Gehäuses (12) liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die eine winklig liegende Lichtschranke verti­ kal angeordnet ist und mit einer geometrischen Normal­ ebene zur Längsachse (z) des Gehäuses (12) einen über die Höhe des Gehäuses (12) konstanten Winkel bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der beiden winklig liegenden Licht­ schranken (C) im Gehäuse (12) so angeordnet ist, daß ihre Schnittlinien mit beliebigen Horizontalebenen über die ganze Gehäusebreite konstante Abstände von einer Normalebene zur Längsachse des Gehäuses (12) haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfängerzeilen (46) außen am Gehäuse angeordnet sind und durch extrem schmale Schlitze (50) im Gehäuse (12) und/oder vor den Lichtempfängerzeilen (46) angebrachten, je mit einem schmalen Schlitz versehenen Masken Licht von den gegenüberliegenden Sendezeilen (44) erhalten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) an einer Boden­ platte (22) um eine horizontale Querachse (20) schwenk­ bar gelagert und mittels eines fernsteuerbaren Ver­ stellantriebes (24, 26) auf- und abschwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen quadratischen Querschnitt aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) innenseitig vor dessen Geschoßfänger (36, 38) sich nach hinten konisch verjüngend ausgebildet ist und in einer kreisförmigen zentral zur Gehäuselängsachse (z) liegenden Öffnung (32) endet, an die sich der rohrförmig ausgebildete Geschoßfänger (36, 38) anschließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der konischen Fläche (30) des Gehäuses (12) an dessen Umfang eine lokale Lichtquelle (42) so ange­ ordnet ist, daß deren Lichtstrahlen etwa gleichmäßig auf die konische Fläche (30) treffen, die ihrerseits matt reflektierend ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Rückwand (34) des Gehäuses (12) ein, von mindestens einer Seite oder von oben her zugänglicher Querspalt (33) zum Einschie­ ben einer Testzielscheibe angeordnet ist.