一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，步骤如下：首先搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置，在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点，再获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度，接着对上述坐标进行转换，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵，最后在身管坐标系下，求得弹丸轴线与身管轴线的卡膛角、偏航角和俯仰角以及弹丸进弹深度。本发明专利技术解决了现有测量方法需要对弹丸进行改制、测试精度不高、测试过程繁琐的问题，实现了对弹丸卡膛姿态的无损测量。

A measuring method of gun projectile bore attitude based on displacement sensor

The invention discloses a testing method, attitude displacement sensor card bore projectile based on the following steps: first of all to build a displacement sensor card test device bore projectile attitude based on 4 markers, set point, playing the tail end surface of tube is arranged on the inner wall of two parallel circle marks, 4 points per lap, and then get the the test system coordinates 4 bomb tail end of the inner wall of the barrel mark point coordinates, 8 markers coordinates, the direction of gravity vector coordinates, barrel coordinates of gravity direction unit vector coordinates and projectile warhead depth, then the coordinate conversion, coordinate system and the solution calculated test tube coordinate transformations between matrix, finally in the barrel coordinates, obtained projectile and tube axis axis card bore angle, yaw angle and pitching angle and depth of projectile into play. The invention solves the problem that the existing measurement methods need to modify the projectile, have low test accuracy and tedious test process, and achieve the nondestructive measurement of the bullet position.

【技术实现步骤摘要】
一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法
本专利技术属于电子测试领域，具体涉及一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法。
技术介绍
火炮弹丸卡膛姿态测试装置是用来测量火炮卡膛后，弹丸轴线在身管药室内的水平角与俯仰角，克服了传统卡膛参数测量方法对弹丸改制引入的误差对火炮设计意义重大。中国专利201210157545.4公开了一种动态回转窑托轮轴线和筒体轴线的测量方法及仪器，该方法基于经纬仪测量各个轴孔定心器轴心与坐标系原点的空间位置参数，但该方法是通过将测量装置安装在筒体外壁，要求加工精度较高，不适合身管等外壁轮廓复杂、接口尺寸较多的筒体轴线测量，适用范围较为单一。中国专利201310354554.7公开了一种基于雷达多普勒数据的弹丸章动角提取方法，可以实现弹丸膛内运动时章动角进行实时测量，但是对于卡膛后弹丸姿态角这一静态参数却无法有效测量。中国专利201520332613.5公开了一种基于二维PSD的卫星转角测量仪，在卫星上安装发射镜，通过激光反射和二维PSD将小角度变化转化为位移变化，目前，基于PSD的光学测量方法也广泛应用在弹丸卡膛姿态测试中，但是，这类测试系统存在以下缺点：需要在弹丸前端安装一面与弹丸轴线垂直的反射镜，这会改变弹丸的结构性能，对弹丸射击过程造成影响，不能反映火炮实际设计状；同时需要在炮口轴线上放置反射镜，在实弹射击时，无法避免反射镜被破坏，因此每次射击后，必须从新安装反射镜并调整测试系统；由于身管的自重导致的弯曲，需要在身管安装反射镜来修正。上述缺点导致基于PSD的光学杠杆系统无法在火炮实弹射击试验中测试弹丸的卡膛姿态。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，用来测试火炮弹丸卡膛姿态，解决了现有测量方法需要对弹丸进行改制、测试精度不高、测试过程繁琐的问题，实现了对弹丸卡膛姿态的无损测量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，方法步骤如下：步骤1、搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置：基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置包括中心杆和依次间隔设置在中心杆上的圆盘、炮闩挡块、倾角传感器、第一身管内壁测量盘、第二身管内壁测量盘和校准测量盘，其中校准测量盘位于中心杆的一端；设有校准测量盘的一端伸入身管，炮闩挡块位于炮闩外壁，防止圆盘进入身管。步骤2、在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点。步骤3、通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度。步骤4、将弹尾端面4个标记点坐标代入平面法向量方程，解算出测试系统坐标系下弹丸轴线坐标；将身管内壁的8个标记点坐标代入空间圆锥面方程，解算出测试系统坐标系下身管轴线坐标；将测试系统坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标代入欧拉旋转矩阵方程，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵。步骤5、基于转换矩阵将测试系统坐标系下弹丸轴线坐标转换为身管坐标系下轴线坐标，在身管坐标系下，求得弹丸轴线与身管轴线的卡膛角、偏航角和俯仰角以及弹丸进弹深度。上述校准测量盘包括第一圆盘和五个电涡流传感器，所述五个电涡流传感器沿轴向均匀分布在第一圆盘盘面上，用于测量弹尾端面标记点信息；第一身管内壁测量盘包括第二圆盘和四个电涡流传感器，所述四个电涡流传感器沿径向均匀分布在第二圆盘侧壁，用于测量身管内壁的4个标记点坐标；第二身管内壁测量盘结构与第一身管内壁测量盘相同，用于测量身管内壁另外4个标记点坐标；圆盘为测量起始点。上述步骤2中，通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面4个标记点坐标的方法如下：步骤2-1-1、采用不影响位移传感器响应的涂料，在弹尾端面上做四个标记点，分别为A1、B1、C1、D1，上述四个标记点均匀分布在直径为弹尾端面环形内圆与外圆直径之和的一半的圆周上，其形状为圆形，大小与电涡流传感器探头一致；采用不导电的磁性混合物，在A1、B1、C1、D1四个标记点的任意两点中间做一个标记点E，其形状为条状，宽度与电涡流传感器探头直径一致，长度与弹尾端面环形宽度一致；校准测量盘上的电涡流传感器探头与上述五个标记点位置对应；步骤2-1-2、将校准测量盘上的任意一个电涡流传感器探头与标记点E对齐，获取测试系统坐标系下弹尾4个标记点A1、B1、C1、D1坐标。上述步骤2中，通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取身管内壁8个点坐标的方法如下：当校准测量盘上的任意一个电涡流传感器探头与标记点E对齐后，移动炮闩挡块至炮闩处，并锁紧炮闩挡块，小范围内来回转动中心杆，多次记录电涡流传感器探头与标记点E对齐时第一身管内壁测量盘和第二身管内壁测量盘电涡流传感器的输出，取平均值获取测试系统坐标系下身管内壁8个点坐标。上述步骤3中，通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下重力方向的单位向量坐标的方法如下：当校准测量盘上的任意一个电涡流传感器探头与标记点E对齐后，由倾角传感器的输出以及火炮仪表盘，获得测试系统坐标系下重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下重力方向的单位向量坐标。上述步骤3中，通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取弹丸进弹深度的方法如下：锁紧炮闩挡块后，通过卡尺测量圆盘炮闩挡块之间的距离，利用测试装置总长减去圆盘炮闩挡块之间的距离再加上弹尾标记点平均轴向坐标距离获得测试坐标系下弹丸进弹深度，再将其投影到身管轴线方向，得到实际弹丸进弹深度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)整个测试过程中，只需要对弹丸尾部涂上标记点，不会对弹丸进行改制及破坏，整个测量过程对后续弹丸的射击试验不会有任何影响。(2)本专利技术将测试装置推入膛内，而不是在身管上安装测试组件，属于非接触无损测量。(3)采用高精度电涡流传感器进行测量，可以同时获得弹丸与身管药室的相对姿态角以及弹丸进弹深度，测试过程简单，测试精度高。本专利技术不用每次测试后都要重新调试测试装置，节约射击时间成本，不影响密集度等试验的可靠性。附图说明图1为本专利技术基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置的结构示意图。图2为本专利技术弹丸尾部端面标记点示意图。图3为本专利技术身管轴线坐标测量原理示意图。图4为本专利技术弹丸轴线坐标测量原理示意图。图5为本专利技术倾角传感器输出角度示意图。图6为本专利技术坐标转换示意图。图7为本专利技术弹丸进弹深度测量原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1至图7，一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，方法步骤如下：步骤1、搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置：如图1所示，基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置包括中心杆(7)和依次间隔设置在中心杆(7)上的圆盘(1)、炮闩挡块(2)、倾角传感器(3)、第一身管内壁测量盘、第二身管内壁测量盘(5)和校准测量盘(6)，其中校准测量盘(6)位于中心杆(7)的一端；设有校准测量盘(6)的一端伸入身管，炮闩挡块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置：基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置包括中心杆(7)和依次间隔设置在中心杆(7)上的圆盘(1)、炮闩挡块(2)、倾角传感器(3)、第一身管内壁测量盘(4)、第二身管内壁测量盘(5)和校准测量盘(6)，其中校准测量盘(6)位于中心杆(7)的一端；设有校准测量盘(6)的一端伸入身管，炮闩挡块(2)位于炮闩外壁，防止圆盘(1)进入身管；步骤2、在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点；步骤3、通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度；步骤4、将弹尾端面4个标记点坐标代入平面法向量方程，解算出测试系统坐标系下弹丸轴线坐标；将身管内壁的8个标记点坐标代入空间圆锥面方程，解算出测试系统坐标系下身管轴线坐标；将测试系统坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标代入欧拉旋转矩阵方程，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵；步骤5、基于转换矩阵将测试系统坐标系下弹丸轴线坐标转换为身管坐标系下轴线坐标，在身管坐标系下，求得弹丸轴线与身管轴线的卡膛角、偏航角和俯仰角以及弹丸进弹深度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置：基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置包括中心杆(7)和依次间隔设置在中心杆(7)上的圆盘(1)、炮闩挡块(2)、倾角传感器(3)、第一身管内壁测量盘(4)、第二身管内壁测量盘(5)和校准测量盘(6)，其中校准测量盘(6)位于中心杆(7)的一端；设有校准测量盘(6)的一端伸入身管，炮闩挡块(2)位于炮闩外壁，防止圆盘(1)进入身管；步骤2、在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点；步骤3、通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度；步骤4、将弹尾端面4个标记点坐标代入平面法向量方程，解算出测试系统坐标系下弹丸轴线坐标；将身管内壁的8个标记点坐标代入空间圆锥面方程，解算出测试系统坐标系下身管轴线坐标；将测试系统坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标代入欧拉旋转矩阵方程，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵；步骤5、基于转换矩阵将测试系统坐标系下弹丸轴线坐标转换为身管坐标系下轴线坐标，在身管坐标系下，求得弹丸轴线与身管轴线的卡膛角、偏航角和俯仰角以及弹丸进弹深度。2.根据权利要求1所述的基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，其特征在于：上述校准测量盘(6)包括第一圆盘和五个电涡流传感器，所述五个电涡流传感器沿轴向均匀分布在第一圆盘盘面上，用于测量弹尾端面标记点信息；第一身管内壁测量盘(4)包括第二圆盘和四个电涡流传感器，所述四个电涡流传感器沿径向均匀分布在第二圆盘侧壁，用于测量身管内壁的4个标记点坐标；第二身管内壁测量盘(5)结构与第一身管内壁测量盘(4)相同，用于测量身管内壁另外4个标记点坐标；圆盘(1)为测量起始点。3.根据权利要求1所述的基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，其特征在于，上述步骤2中，通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面4个标记...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄长安，陈龙，彭澎，袁佳艳，孙强飞，陈旭光，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32