UA38880C2

UA38880C2 - Method for determining deflection of a gun tube

Info

Publication number: UA38880C2
Application number: UA2000116368A
Authority: UA
Inventors: Георгій Андрійович Брух; Георгий Андреевич Брух; Марат Миколайович Голік; Марат Николаевич Голик; Ігор Євгенович Гринюк; Игорь Евгеньевич Гринюк; Ігор Матвійович Пасько; Игорь Матвеевич Пасько
Original assignee: Казенне Підприємство "Центральне Конструкторське Бюро "Арсенал"; Казенное Предприятие «Центральное Конструкторское Бюро «Арсенал»
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2004-01-15
Also published as: UA38880A; RU2224980C2

Abstract

The proposed method for determining deflection of a gun tube consists in generating a modulated optica radiationl beam, directing the beam along the longitudinal axis of the gun tube, providing the reflection of the beam from a reflector installed at the end part of the gun tube, focusing the reflected optical radiation by a lens, and receiving the focused optical radiation by a photodetector.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, зокрема, до методів вимірювання деформацій 2 довгомірних конструкцій, наприклад, артилерійських стволів різної довжини та калібрів.The invention relates to control and measurement technology, in particular, to methods of measuring deformations of 2 long-dimensional structures, for example, artillery barrels of different lengths and calibers.

Відомо спосіб вимірювання кутових відхилень об'єктів, реалізуємий пристроєм за а.с Мо1060942 кл. б 01 13 11/00. Цей спосіб полягає в такому. Формують паралельний пучок променів за допомогою діафрагми та об'єктива, спрямовують цей пучок на напівпрозоре дзеркало, модулюють його оптичним затвором, відбивають отриманий пучок дзеркалом, розташованим на контрольованому об'єкті, і формують об'єктивом в площині 70 фотоприймача зображення діафрагми після відбиття пучка від напівпрозорого дзеркала, та після відбиття його від дзеркала, розташованого на контрольованому об'єкті. По розміщенню двох автоколімаційних зображень діафрагми роблять висновки про результати вимірювання.There is a known method of measuring angular deviations of objects, implemented by a device according to a.s. Mo1060942 cl. b 01 13 11/00. This method is as follows. A parallel beam of rays is formed using a diaphragm and a lens, this beam is directed at a translucent mirror, modulated by an optical shutter, the resulting beam is reflected by a mirror located on the monitored object, and an image of the diaphragm is formed by the lens in the plane 70 of the photoreceptor after the beam is reflected from a translucent mirror, and after reflecting it from a mirror located on the controlled object. After placing two autocollimation images of the diaphragm, they draw conclusions about the measurement results.

Недоліком даного способу, що обмежує його застосування, є наявність віньєтування світлових потоків, яке неминучо супроводжує процес вимірювання і впливає на точність. Вплив віньєтування на процес вимірювання 12 зростає при збільшенні кутів розвороту дзеркала і відстані до контрольованого об'єкта. Традиційні засоби боротьби з цим явищем - збільшення розмірів об'єктивів та відбивачів. Як наслідок - збільшення габаритів приладів та їх ваги. Цей шлях не завжди прийнятний, враховуючи габаритні та вагові обмеження при проектуванні вимірювальних приладів.The disadvantage of this method, which limits its application, is the presence of vignetting of light streams, which inevitably accompanies the measurement process and affects accuracy. The influence of vignetting on the measurement process 12 increases with an increase in the turning angles of the mirror and the distance to the monitored object. Traditional means of combating this phenomenon are increasing the size of lenses and reflectors. As a result - an increase in the dimensions of devices and their weight. This way is not always acceptable, taking into account the dimensional and weight restrictions in the design of measuring devices.

Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є відомий спосіб вимірювання вигину 20 артилерійського ствола (див. Зарубежная военная техника. Обзорьі, серия Оптика в средствах вооружения и военной технике; вьіп.20 (40), 1985 г., С. 87-88), який прийнято за прототип.The closest technical essence to the claimed invention is the well-known method of measuring the curvature 20 of an artillery barrel (see Foreign military equipment. Reviews, series Optics in weapons and military equipment; issue 20 (40), 1985, p. 87-88), which is taken as a prototype.

В основу даного способу покладено формування на початку ствола модульованого світлового пучка, спрямування його вздовж ствола, відбиття від розташованого на кінці ствола дзеркала і спрямування цього світлового пучка на фотоприймач фотоприймального датчика. Причому світловий пучок відбивають дзеркалом с 29 під кутом до падаючого пучка и по куту повороту пучка визначають кут повороту дзеркала, величина якого (39 відповідає величині вигину.The basis of this method is the formation of a modulated light beam at the beginning of the barrel, its direction along the barrel, reflection from the mirror located at the end of the barrel, and the direction of this light beam to the photoreceptor of the photoreceptor sensor. Moreover, the light beam is reflected by a mirror with 29 at an angle to the incident beam and the angle of rotation of the beam is determined by the angle of rotation of the mirror, the value of which (39) corresponds to the amount of bending.

У зв'язку з тим, що при пострілі на кінець ствола, а отже і дзеркала, діють великі динамічні сили, а також мають місце додаткові кутові повороти дзеркала, які не залежать від величини вигину, а наприклад, від коливань температури, виникають додаткові похибки при вимірюванні. Крім того, у пристроях, реалізуючих даний о 30 спосіб, існує перемінне віньєтування, яке призводить до зміни параметрів інформаційного сигналу і, с відповідно, до значного ускладнення процесу вимірювання, погіршенню точності вимірювання, збільшенню розмірів та ваги пристроїв. соDue to the fact that when a shot is fired at the end of the barrel, and therefore the mirror, large dynamic forces act, as well as additional angular rotations of the mirror that do not depend on the amount of bending, but, for example, on temperature fluctuations, additional errors arise when measuring. In addition, in the devices implementing this method, there is variable vignetting, which leads to a change in the parameters of the information signal and, accordingly, to a significant complication of the measurement process, deterioration of the measurement accuracy, and an increase in the size and weight of the devices. co

В основу винаходу поставлено завдання розробити спосіб точного вимірювання вигину артилерійського Ге) ствола при існуванні кутової нестабільності відбивача. Досягається це тим, що у способі вимірювання вигинуThe basis of the invention is the task of developing a method of accurate measurement of the curvature of the artillery barrel in the presence of angular instability of the reflector. This is achieved by the fact that in the method of measuring bending

Зо артилерійського ствола в основу якого покладено формування на початку ствола модульованого світлового о пучка, спрямування його вздовж ствола, відбиття світлового пучка від. розташованого на кінці ствола відбивача і направлення його через об'єктив на фотоприймач фотоприймального датчика, формують в площині діафрагми, розташованій безпосередньо перед відбивачем, світлову зону з розмірами більшими за суму розмірів діафрагми « та діапазону вимірювань, безперервно в процесі вимірювань відбивають світловий пучок у напрямку, З 50 паралельному лінії, що з'єднує центри об'єктива і діафрагми, формують об'єктивом зображення діафрагми на с фотоприймачі, вимірюють лінійні зміщення діафрагми відносно візірної осі фотоприймального датчика, величинуFrom an artillery barrel, the basis of which is the formation of a modulated light beam at the beginning of the barrel, its direction along the barrel, and the reflection of the light beam from located at the end of the reflector barrel and directing it through the lens to the photoreceptor of the photoreceptor sensor, form a light zone with dimensions larger than the sum of the diaphragm dimensions and the measurement range in the plane of the diaphragm, located directly in front of the reflector, continuously during the measurement process, the light beam is reflected in the direction , From the 50 parallel line connecting the centers of the lens and the diaphragm, the image of the diaphragm on the photoreceptor is formed with the lens, the linear displacements of the diaphragm relative to the visual axis of the photoreceptor sensor are measured, the value

Із» вигину ствола визначають за результатами ділення виміряної величини зміщення діафрагми на відому відстань між нею та об'єктивом фотоприймального датчика.From" the curvature of the barrel is determined by dividing the measured value of the displacement of the diaphragm by the known distance between it and the lens of the photo-receiving sensor.

Таким чином, відбитий світловий пучок спрямовується в зворотному напрямку завжди по одному і тому ж 45 оптичному шляху навіть при кутовій нестабільності відбивача, що забезпечує попадання світлового пучка в о об'єктив фотоприймального датчика без віньєтування і, отже, більш високу точність вимірювання, а такожThus, the reflected light beam is directed in the reverse direction always along the same 45 optical path even with angular instability of the reflector, which ensures that the light beam hits the lens of the photo-receiving sensor without vignetting and, therefore, higher measurement accuracy, as well as

Ге | виключає похибки, визвані кутовою нестабільністю відбивача. Відповідно в пристроях, реалізуючих заявляємий спосіб, показники фотоприймального датчика змінюються тільки при лінійному зміщенні відбивача, со спричиненому деформацією ствола. о 20 Суть винаходу пояснюється одним з варіантів пристрою, реалізуючого спосіб, схему якого зображено на кресленні, де: мк 1 - ствол; 2 - діафрагма;Ge | excludes errors caused by angular instability of the reflector. Accordingly, in the devices implementing the claimed method, the indicators of the photo-receiving sensor change only with the linear displacement of the reflector caused by the deformation of the barrel. o 20 The essence of the invention is explained by one of the variants of the device implementing the method, the scheme of which is shown in the drawing, where: mk 1 - barrel; 2 - diaphragm;

З - відбивач; 52 4 - фотоприймальний датчик;C - reflector; 52 4 - photo-receiving sensor;

ГФ) 5 - об'єктив; юю 6- випромінювач; 7 - фотоприймальник; 8 - світлоділильник; 60 9 - візирна вісь фотоприймального датчика; - світлова зона.GF) 5 - lens; yuyu 6- emitter; 7 - photo receiver; 8 - light splitter; 60 9 - sighting axis of the photo-receiving sensor; - light zone.

Діафрагма 2 та відбивач З розміщені на кінці ствола 1. Відбивач З виконано з трьома відбивними взаємоперпендикулярними гранями (наприклад, трипельпризма). Такий відбивач має властивість відбивати світловий пучок паралельно падаючому. Фотоприймальний датчик 4 розміщено на початку ствола і він містить в бо собі об'єктив 5, випромінювач 6, фотоприймач 7 і світлоділильник 8. Візирна вісь 9. фотоприймального датчикаDiaphragm 2 and reflector C are placed at the end of the barrel 1. Reflector C is made with three reflecting mutually perpendicular faces (for example, a triple prism). Such a reflector has the property of reflecting a light beam parallel to the incident one. The photo-receiving sensor 4 is located at the beginning of the barrel and it contains a lens 5, an emitter 6, a photo-receiving sensor 7 and a light splitter 8. The visual axis 9 of the photo-receiving sensor

4 проходить через центр об'єктива 5 і фотоприймача 7. В площині діафрагми 2 формується світлова зона 10, розміри якої більші за суму розмірів діафрагми 2 і діапазону вимірювань.4 passes through the center of the lens 5 and the photoreceptor 7. In the plane of the diaphragm 2, a light zone 10 is formed, the dimensions of which are larger than the sum of the dimensions of the diaphragm 2 and the measurement range.

Спосіб вимірювання вигину артилерійського ствола здійснюється таким чином.The method of measuring the curvature of an artillery barrel is carried out as follows.

Модульоване світло від випромінювача б , проходячи світлоділильник 8, формується об'єктивом 5 в модульований світловий пучок, який спрямовується вздовж ствола 1 на діафрагму 2. Світловий пучок освітлює повністю усю діафрагму 2 під час її переміщувань відносно візирної осі 9. Це досягається завдяки тому, що світлова пляма в площині діафрагми 2 більша або однакова з величиною, що дорівнює сумі габаритних розмірів діафрагми 2 та величини діапазону її переміщування. 70 Проходячи діафрагму 2, світловий пучок потрапляє на відбивач З, від якого відбивається у строго протилежному напрямку, і, знову проходячи діафрагму 2, потрапляє на об'єктив 5, який формує зображення діафрагми на фотоприймачі 7 фотоприймального датчика 4.The modulated light from the emitter b, passing through the light splitter 8, is formed by the lens 5 into a modulated light beam, which is directed along the barrel 1 to the diaphragm 2. The light beam completely illuminates the entire diaphragm 2 during its movements relative to the viewing axis 9. This is achieved due to the fact that that the light spot in the plane of diaphragm 2 is greater than or equal to the value equal to the sum of the overall dimensions of diaphragm 2 and the size of the range of its movement. 70 Passing through the aperture 2, the light beam hits the reflector C, from which it is reflected in the strictly opposite direction, and, again passing through the aperture 2, hits the lens 5, which forms the image of the aperture on the photoreceptor 7 of the photoreceptor sensor 4.

Вигин ствола 1 завжди приводить до лінійного зміщення кінця ствола і, відповідно, діафрагми 2 з визначеною пропорцією. Це лінійне зміщення діафрагми 2 відносно візирної осі 9 фотоприймального датчика 4 7/5 призводить до зміщення зображення діафрагми 2 на фотоприймачі 7. За величиною цього зміщення визначають величину зміщення діафрагми 2. Відстань між об'єктивом 5 і діафрагмою 2 -- відомо. Таким чином величину вигину визначають за результатом ділення величини зміщення діафрагми 2 на відому відстань між нею і об'єктивом 5 фотоприймального датчика 4.The bending of the trunk 1 always leads to a linear displacement of the end of the trunk and, accordingly, of the diaphragm 2 with a certain proportion. This linear displacement of the aperture 2 relative to the viewing axis 9 of the photo-receiving sensor 4 7/5 leads to the displacement of the image of the aperture 2 on the photo-receiver 7. The magnitude of this displacement determines the displacement of the aperture 2. The distance between the lens 5 and the aperture 2 is known. In this way, the amount of bending is determined by the result of dividing the amount of displacement of the diaphragm 2 by the known distance between it and the lens 5 of the photo-receiving sensor 4.

При технічній реалізації пристрою, з використанням способу, що заявляється, діафрагму може бути виконано 2о їз металевої пластини з отвором, форма якого залежить від типу фотоприймача і принципу побудови фотоприймального датчика. Відбивач може бути виконано у вигляді трьох взаємоперпендикулярних дзеркал або трипельпризми (наприклад, М.М. Русинов и др., Вьічислительная оптика, 1984 г., Л. С. 114,115).In the technical implementation of the device, using the claimed method, the diaphragm can be made of a metal plate with a hole, the shape of which depends on the type of photoreceptor and the principle of construction of the photoreceptor sensor. The reflector can be made in the form of three mutually perpendicular mirrors or a tripelprism (for example, M.M. Rusinov et al., Vyichlisitelnaya optika, 1984, L. S. 114,115).

Фотоприймальний датчик, основними елементами якого є об'єктив, фотоприймач і відбивач може бути виконано в різних варіантах. Фотоприймальні датчики, які містять в собі ці елементи, описані в різних сч ов джерелах інформації (наприклад, Д.А. Аникс, К.М. Константинович и др., Вьісокоточнье угловне измерения,A photo sensor, the main elements of which are a lens, a photo receiver and a reflector, can be made in different versions. Photoreceptive sensors that contain these elements are described in various sources of information (for example, D.A. Anyks, K.M. Konstantinovych et al., High-precision angular measurements,

Москва, Машиностроение, 1987г., С.339-346). (8)Moscow, Mashinostroenie, 1987, pp. 339-346). (8)

Внаслідок використання при реалізації цьго способу відбивача з трьома відбивними гранями (наприклад, трипельпризми) , який не відхиляє відбиті від нього промені при своєму повороті, пучок світла, що вийшов з діафрагми, після відбиття піде тим самим шляхом, що і падаючий і завжди буде попадати у об'єктив. Тому о зо Кутова нестабільність відбивача відносно артилерійського ствола не буде викликати зміни у показниках фотоприймального датчика і, відповідно, впливати на похибку вимірювання. Зміна показників фотоприймального со датчика буде тільки при лінійних зміщеннях діафрагми разом з відбивачем відносно візирної осі, яке завжди со пропорційне вигину ствола. Діапазон вимірювання при цьому способі визначається габаритами освітленої зони в площині діафрагми. Габарити освітленої зони завжди можна виконати більшими ніж діаметр об'єктива. соAs a result of the use of a reflector with three reflective faces (for example, tripelprisms) in the implementation of this method, which does not deflect the rays reflected from it during its rotation, the beam of light that came out of the diaphragm, after reflection, will follow the same path as the incident one and will always hit into the lens. Therefore, the angular instability of the reflector relative to the artillery barrel will not cause changes in the indicators of the photo-receiving sensor and, accordingly, affect the measurement error. A change in the parameters of the photo-receiving sensor will occur only with linear displacements of the diaphragm together with the reflector relative to the sighting axis, which is always proportional to the curvature of the barrel. The measurement range with this method is determined by the dimensions of the illuminated area in the plane of the diaphragm. The dimensions of the illuminated area can always be larger than the diameter of the lens. co

Віньєтування також практично відсутнє, що дозволяє підтримувати постійну амплітуду сигналу при лінійних со зміщеннях діафрагми та полегшує його обробку.Vignetting is also practically absent, which makes it possible to maintain a constant signal amplitude with linear displacements of the diaphragm and facilitates its processing.

Claims

The formula of the invention "

| | y t s The method of measuring the curvature of an artillery barrel, in which a modulated light beam is formed at the beginning of the barrel, directed along the barrel, the light beam is reflected from a reflector located at the end of the barrel :z" and directed through the lens to the photo receiver of the photo-receiving sensor, which differs by forming in the plane of the diaphragm located directly in front of the reflector, a light zone with dimensions greater than the sum of the dimensions of the diaphragm and the measurement range, continuously during the measurement process, they reflect the light beam in a direction parallel to the line connecting the centers of the lens and diaphragms, which form an image on the photoreceptor with the lens, measure the linear displacement of the diaphragm relative to the viewing axis of the photoreceptor sensor, the amount of barrel bending is determined by dividing the measured value by the displacement of the diaphragm by the known distance between it and the lens of the photoreceptor sensor. at 50 (42)

F) name) 60 b5