小靶面立靶密集度光电测量装置的制作方法

专利名称:小靶面立靶密集度光电测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于靶场外弹道参数测试领域，主要涉及一种测量飞行弹丸着靶坐标光电 测量装置，特别涉及一种小靶面立靶密集度光电测量装置。
背景技术：
在轻武器的生产和研制中，发射弹丸的立靶密集度是衡量枪炮和弹药性能的重要 参数，在产品检验中是必须测量。传统的接触测量方法是根据试验规程要求在弹道规定的 位置上，竖立胶合板或薄木板，在木板上粘贴纸张，一组射击完毕，取下纸张用手工测量一 组弹孔的位置，计算出密集度参数如R100、R50、R+L等。该类方法存在劳动强度大，测量结 果受人工影像较大，特别是不能识别重孔，无法实时给出测量结果，因而逐步被各类非接触 型自动化测试方法取代。
用于室内的轻武器的立靶密集度自动测量装置，目前国内外主要采用光电坐标 靶，主要分为网式光幕坐标靶、多光幕交汇式坐标靶两种。网式光幕坐标靶利用多个发 光器件和与之对应的半导体接收器件阵列组成网格式光幕，当弹丸过靶时遮住相应的光 线，形成通断信号，相应的接收器接收到信息，经过实时处理，确定坐标位置。该技术国 内外都有相关研究，相关国内专利有、200810017553. 2、200710019000. 6等，美国专利有 US3727069、US4267443、US005988645、US005577733等。这种测试方法的精度较低，电路设计 复杂。多光幕交汇式坐标靶目前主要有四光幕交汇和六光幕交汇两种，该类系统多采用红 外发光二极管或激光二级管阵列线光源作为发射装置，PIN光电二极管阵列作为接收装置 形成测试矩形光幕。四光幕交汇测试系统是将四个矩形光幕以特定的角度分别放置在六面 体的两个面和两个对角面上，当弹丸从光幕穿过，用测时仪记录弹丸穿过四个光幕的时刻， 依据四个时刻值计算出弹丸穿过光幕的位置坐标。该方法要求弹丸垂直入射预定靶面，当 不垂直时，采用的测算公式计算出的坐标值与实际相差较大。六光幕交汇测试系统是在原 有四光幕交汇立靶基础上，通过增加两光幕面实现对斜入射弹丸速度、速度方向空间角度 和着靶位置坐标多参数的自动化测试的系统，该系统成功解决了四光幕交汇立靶对斜入射 弹道弹着点和速度测不准的不足。无论是四光幕交汇还是六光幕交汇，其弹丸着靶位置测 量误差较大，一般测量大于2. 5mm，难以满足轻武器测试误差小于Imm的要求。线阵CCD相 机交汇测量系统，包括数据采集控制仪、主控计算机和两个正交设置的线阵C⑶相机，线阵 CDD相机的信号输出连接到主控计算机，数据采集控制仪与主控计算机通过电缆线连接，该 测量系统测量精度高，已被用于室外测量大口弹丸。但由于线阵CCD相机工作时其视场的 背景必须具备一定的亮度，放置于室内由于光源的问题无法工作。
本发明人对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明 密切相关和一样的报道或文献。

发明内容
本发明的目的在于针对现有室内用立靶密集度测量系统和装置的技术现状，克服30mm以下口径弹丸立靶密集度进行测量的不足。
为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是一种小靶面立靶密集度 光电测量装置，包括数据采集控制仪、主控计算机和两台正交的线阵C⑶相机，其特殊之处 在于还包括激光光源组件和原向反射膜，激光光源组件设置于线阵CXD相机侧面且对称 设置，激光光源组件的出光主轴与线阵CCD相机的主轴共面，原向反射膜相对于线阵CCD相 机且垂直于激光光源组件发出的光幕。
上述线阵CXD相机、激光光源组件、原向反射膜和光幕靶设置于固定架上。整个装 置形成一个整体，一体化结构保证结构参数不变，减少现场布放带来人工误差。
上述激光光源组件是两个能产生扇形光幕面的激光光源，分别设置于两台线阵 CCD相机的内侧。且主轴与线阵CCD相机的光轴共面，并且发出的激光光幕与CCD相机的探 测视场共面。
上述激光光源组件是四个能产生扇形光幕面的的激光光源，分别成对对称设置于 两台线阵CCD相机的两侧且主轴与线阵CCD相机的光轴共面，发出的激光光幕均与CCD相 机的探测视场共面。这个方案保证弹丸遮挡一侧激光光源发出的光线，能够被另一侧激光 光源经过原向反射膜反射回来补偿，弹丸图像识别率更好。
上述激光光源组件包括两个能产生扇形光幕面的激光光源和对应的半透半反镜， 激光光源主轴垂直于线阵CXD相机光轴且两个出光光轴相交，半透半反镜放置在CXD相机 光轴与激光光轴的相交处，其反射面朝向激光光源并与激光光源光轴成45°角。经过光路 处理的激光光束与CCD探测视场共面，这个方案保证激光主轴与线阵CCD相机光轴同轴，确 保弹丸遮挡激光光束发出的光线和经过原向反射膜反射回来的光线位置一致，程序算法简 单，精度更高。
一对光幕靶6相对设置于弹道的两侧。其组成的光幕平行于激光光幕，在测量过 程中起到触发开关的作用，并靠近射击方向一方布置。
上述原向反射膜是宽度为5 50mm的长条。原向反射膜面向并垂直于激光光源 发出的激光光束，保证原向返回的激光光束与线阵CCD探测视场共面。
上述激光光源组件中采用小功率半导体激光器。这种光源性能合适，成本低，电消 耗小，体积小，它经过柱面镜形成扇面光幕，使得这个装置结构变得非常简单。
本发明提供一种探测区域在ImX Im 2mX2m范围的立靶密集度光电测量装置， 实现30mm以下口径弹丸立靶密集度的非接触精确测量，其优点是采用一体化结构设计， 由采用小功率半导体激光器的激光组件与低成本原向反射膜配合形成相对于CCD相机汇 聚的光幕，可靠的采集弹丸穿过光幕的位置信息，有效的解决了 CCD交汇测试在室内使用 的光照不稳定、灵敏度低的问题，装调方便，结构简单，人员及设备安全性高。


图1是实施例1的装置结构示意图； 图2是实施例1的测试原理图；
图3是测试装置的局部结构示意图； 图4是实施例2的局部结构示意图； 图5是实施例3的局部结构示意图。[0016]附图标记如下
1-激光光源，2-线阵CCD相机，3-反射膜架，4-反射膜，5-支撑靶架，6-光幕靶， 7-半透半反镜，8-数据采集控制仪，9-主控计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例1 参见图1、图2和图3，一种小靶面立靶密集度光电测量装置，包括激光 光源组件、原向反射膜4、光幕靶6、数据采集控制仪8、主控计算机9和两台正交的线阵CCD 相机2。所说的激光光源组件是两个能产生扇形光幕面的激光光源1，半导体激光光源功率 为70mW，分别设置于两台线阵CCD相机2的内侧且主轴与线阵CCD相机光轴共面，发出扇形 面光束与CCD相机视场共面。所说的原向反射膜4为15mm宽的长条状，相对于线阵CCD相 机2且垂直于激光光源组件1发出的光幕设置。一对光幕靶6相对设置于弹道的两侧。
所说的线阵CXD相机2、激光光源组件、原向反射膜4和光幕靶6均设置于固定架 上，为了安装拆卸方便，激光光源1、线阵CCD相机2设置于支撑靶架5上，原向反射膜4设 置于原向反射膜架3上，光幕靶6和原向反射膜架3均固连于支撑靶架5。整个装置形成一 个整体，一体化结构保证结构参数不变，减少现场布放相机带来人工误差。
本发明要求激光光源与线阵CCD相机在结构允许的情况下尽量靠近，调节线阵 CCD的方向，确保两个线阵CCD采集的图像中，有效弹丸的图像处于同一侧。
本实施例的工作原理是
原向反射膜与线阵CCD相机和激光光源1相对放置，成本较低的原向反射膜放置在弹 道上方，相对较昂贵的线阵CXD相机与激光器放置在弹道下方。
一个激光光源1发出的扇形面光源经原向反射膜反射，与同侧的线阵CCD相机2 构成一个探测光幕，与另外一侧激光光源1和线阵CCD相机2构成的探测光幕共面，并成一 定角度，整体构成一个交汇光幕。当弹丸穿过这个交汇光幕，会遮挡激光光束经原向反射膜 反射回来的光线，成像在两个线阵CCD的不同特定像元，经过专用程序分析计算，获得弹丸 在通过线阵CCD视场时的空间坐标。一组弹丸射击完毕后，经过分析计算，进而计算出弹丸 的密集度参数。本发明采用原向反射膜的原向反射特性，将扇形面光束原路反射回去，对 于CCD相机2形成汇聚光源，设计方案巧妙，能够可靠的获得弹丸的影像；将线阵CCD相机 2和激光光源1放置在系统下方，系统安全性很高；激光光源组件采用用小功率半导体激光 光源通过柱面镜调整成扇形面光源，系统结构简单，成本低。
同步采集信号或为光幕靶采集弹丸穿过光幕靶的时刻，由数据采集控制仪8发 出，或为主控计算机根据线阵CCD相机采集的实时图像分析，发出的软件图像采集信号。同 步采集信号保证线阵CCD相机采集到弹丸穿过其视场的图像。
数据采集控制仪8或与主控计算机9在同一位置，用电缆连接，由主控计算机9实 现线阵CCD相机采集图像的分析处理，并给出密集度测试结果；或独立放置在弹道附近，与 光幕靶6、线阵CCD相机2电缆连接，与主控计算机9无线连接，完成弹丸坐标测量，仅将弹 丸坐标测量结果传输给主控计算机9，由主控计算机9完成密集度分析和测试结果的显示、 保存。将主控计算机9放置在远离弹道的中控室，控制测试设置，无线接收数据采集控制仪 传来的测试结果，提高测试人员安全性。测试结果还可以与其它弹道测试参数互联，供生产研究使用人员分析。
实施例2 参见图4。与实施例1的不同之处在于，所说的激光光源组件1是四个 发出扇形面光束的激光光源，分别成对对称设置于两台线阵CCD相机2的两侧且主轴均与 线阵CCD相机光轴共面，且发出的扇形面光束与线阵CCD相机视场共面。
该实施例中，所说的两个激光光源1同时放置在线阵CCD相机2的上、下方，两个 激光光源的主轴和线阵CCD相机光轴共面。本设计可以提高线阵CCD相机视场亮度，有效 消除虚假弹丸影像。
实施例3 参见图5。与实施例1的不同之处在于，所说的激光光源组件1包括两 个发出扇形面光源的激光光源1和对应的半透半反镜7，激光光源1主轴垂直于线阵CCD相 机2光轴且两个出光光轴相交，半透半反镜7放置在线阵CCD相机2与激光光源1的光轴 的相交处，其反射面朝向激光光源并与激光光源光轴成45°角。
这种方案保证激光主轴与线阵CCD相机光轴同轴，确保弹丸遮挡激光光束发出的 光线和经过原向反射膜反射回来的光线位置一致。
6
权利要求
一种小靶面立靶密集度光电测量装置，包括数据采集控制仪、主控计算机和两台正交的线阵CCD相机(2)，其特征在于还包括激光光源组件和原向反射膜(4)，激光光源组件设置于线阵CCD相机(2)侧面且对称设置，激光光源组件的出光主轴与线阵CCD相机(2)的主轴共面，原向反射膜(4)相对于线阵CCD相机(2)且垂直于激光光源组件发出的光幕。
2.根据权利要求
1所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于所述线阵CCD 相机(2)、激光光源组件、原向反射膜(4)和光幕靶(6)设置于固定架上。
3.根据权利要求
2所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于所述述激光 光源组件是两个能产生扇形光幕面的激光光源(1)，分别设置于两台线阵CCD相机(2)的内 侧。
4.根据权利要求
2所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于所述激光光 源组件是四个能产生扇形光幕面的的激光光源(1)，分别成对对称设置于两台线阵CCD相 机(2)的两侧且主轴与线阵CCD相机(2)的光轴共面，发出的激光光幕均与CCD相机(2)的 探测视场共面。
5.根据权利要求
2所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于上述激光光 源组件包括两个能产生扇形光幕面的激光光源(1)和对应的半透半反镜(7)，激光光源主 轴垂直于线阵CCD相机光轴且两个出光光轴相交，半透半反镜放置在CCD相机光轴与激光 光轴的相交处，其反射面朝向激光光源并与激光光源光轴成45°角。
6.根据权利要求
广5任一所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于一对 光幕靶(6)相对设置于弹道的两侧。
7.根据权利要求
6所述的小靶面立靶密集度光电测量装置，其特征在于所述激光光 源组件中采用小功率半导体激光器。
专利摘要
本发明涉及一种小靶面立靶密集度光电测量装置。传统的接触测量方法存在劳动强度大，测量结果受人工影像较大，特别是不能识别重孔，无法实时给出测量结果的问题。本发明将激光光源组件设置于线阵CCD相机侧面且对称设置，激光光源组件的出光主轴与线阵CCD相机的主轴共面，原向反射膜相对于线阵CCD相机且垂直于激光光源组件发出的光幕。本发明采用一体化结构设计，由采用小功率半导体激光器的激光组件与低成本原向反射膜配合形成相对于CCD相机汇聚的光幕，可靠的采集弹丸穿过光幕的位置信息，有效的解决了CCD交汇测试在室内使用的光照不稳定、灵敏度低的问题，装调方便，结构简单，人员及设备安全性高。
文档编号F41J5/02GKCN101922895SQ201010249624
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月10日
发明者倪晋平, 田会, 董涛, 蔡荣立, 马卫红 申请人:西安工业大学