弹丸几何量测量虚拟仪器系统研究

弹丸几何量测量虚拟仪器系统研究

摘要:虚拟仪器的出现和兴起强力的冲击人们对传统仪器的概念、模式和结构的理解。虚拟仪器技术作为现在发展的关键性技术,已经被越来越多的关注。针对当前弹丸参数检测技术现状,开发研制一套基于虚拟仪器技术的弹丸参数检测系统。该系统可实现弹丸多个参数自动化及半自动化检测,且性能稳定,受外界影响较小。

关键词:虚拟仪器光栅传感器莫尔条纹仪器精度

在生活生产的各个领域都离不开测量和检测,并且随着科技与生产力水平的发展,对于测量和检测的要求也越来越高,所以对测量和检测的研究显得特别重要。这就要求系统不仅能迅速、准确地完成测量的任务,还要能够智能化、数字化[1]。近几年伴随着虚拟仪器的兴起,测量技术有了新的发展方向。将虚拟仪器应用于测量领域,可以快速、准确的完成工作,节省工作时间,提高效率。

1 系统工作原理

针对现今测量系统普遍存在的问题,从本课题实际出发采用直接测量的方法来测量弹丸的各个尺寸。测量数据由高精度的位移传感器通过相对测量法完成,因此不存在测头磨损带来的测量误差问题,测量设备整体有较高的测量精度和工作效率。

不同型号的弹丸要求的有高的自动化测量程度,但是他们的一些

基本的几何参数相差较大,而是根据实际情况采用了直接接触式相对比较测量法,应用微位移传感器等测量弹丸多个参数。

首先在测量前,先使用与被测件尺寸差不多的标准样块(公称值设为Db),对位移传感器调零。然后再安装被测弹丸件于定位卡盘上。利用软件使得计算机控制位移传感器移动(纵向前移),这样就可以测出上位移传感器与下位移传感器的极值(分别设为ΔD1和ΔD2)并由计算机读出数据,记录数据后位移传感器移动(纵向后退)。然后根据测试软件设计要求,由电机1带动被测弹丸旋转90°再次重复刚刚的测量过程,并记录数据。测量完一个位置的弹丸直径之后,根据测量要求,电机2带动弹丸(横向)移动,到下一个需要测量弹丸直径的位置重复以上测量过程,横向光栅尺读出每次移动的位置。根据测量过程可知弹丸某一测量位置的直径为:

其中:Db是已知的公称值,±ΔD1和±ΔD2是直接测量值。

该系统还需要测量弹丸长度、弹底平度、摆差、阳线印痕、弹底凹度等多个参数,测量这些参数可以使用已有的数显传感器测量,并由串行通信输入计算机,最后进行相应数据处理并将各测量数据进行打印输出。

系统工作过程如图1所示。

弹丸多参数检测系统原理如图所示,计算机作为核心部分,完成对数据的处理,完成工作人员与测量设备之间的信息交换。

首先工作人员通过对鼠标及键盘等输入设备的操作,向计算机输入测量的指令。计算机经指示器与工作人员之间产生互动。这些指令经处理由PCI插槽传出,通过串口卡传递给各测量设备。而设备完成对应测量指令再由串口卡将数据传递给计算机。计算机通过已存在的程序对数据进行处理,最终由打印机将结果打印,完成测量。

针对本系统所要完成的弹丸测量参数的任务,测量设备一共有7个。分别为:(1)测量弹丸直径的设备1,连接光栅数显表,接有横向及纵向的两个水平光栅。设备2,连接控制器,即两个电机,完成对探头及卡具的移动控制。设备3、设备4是两个微位移传感器,连接两个千分表,目的是减少测量直径过程中产生的误差。(2)测量弹丸底凹深度,使设备5连接深度尺,可直接测出。(3)测量弹丸阳线印痕,使设备6连接数显卡尺,可直接测出。(4)测量弹丸摆差,使设备7连接数字千分表,可直接测出。

2 精度分析

2.1 弹丸直径测量精度分析

2.1.1 温度的影响

由于系统采用相对比较测量法,标准样块和被测弹丸都处在同一温度环境下,所以温度对测量精度的影响可以忽略不计。

2.1.2 测头磨损带来的误差

测头磨损带来的误差是主要的误差源。采用相对比较测量法,每测量一种新型弹丸或每次开机测量前,都要使用标准样块对传感器进行标定零位,因此测头磨损带来的误差可以自动消除。

2.1.3 样块本身的精度误差

标准样块本身的精度误差是受控误差,可以通过样块的加工精度保证,因此可以忽略不计。

2.1.4 弹丸装夹引起的误差

由于弹丸装夹时并不是严格水平,弹丸轴线与水平面有一定的夹角,由此带来的测量误差是影响测量精度的主要因素。弹丸安装时,卡爪的定心误差小于0.1mm,通过卡盘安装时的调整,则弹丸装夹误差如下。

假定弹径为D,有效弹长为L,测量误差为椭圆长轴与弹丸直径之差:

通过各种待测弹径的实际尺寸计算,弹丸装夹误差不会影响测量

精度。D=82 mm,L=500mm,则δ=6.56×10-6。

2.2 弹底平度、弹凹深度、弹带阳线印痕深度测量误差

这3种尺寸测量都是由传感器本身的精度决定,不存在附加误差。表1为系统各测量项目的测量范围和测量精度。表2为82 mm几何体直径测量数据。

弹丸几何量自动测量系统消除了由于光电定位产生的误差以及光栅尺精度低的限制,测量数据是采用高精度的位移传感器通过相对比较测量法完成,不存在测头磨损而带来的测量误差问题,因此,能够有效提高实际测量精度。

3 结语

本文在研究虚拟仪器技术的基础上,综合多方面技术,搭建设计了针对弹丸多参数测试平台。系统结构简单实用,采用高速、高性能工控计算机,对各种型号规格炮弹直径实现全自动测量。测试速度快,测量数据精度高。系统可以分别测量直径、底凹深度、地面不平度、长度、摆差、阳线印痕深度和阳线印痕宽度等7种参数。

参考文献

[1] 周庆才.飞轮齿圈总成圆跳动检测技术研究[D].长春理工大学,2001.

[2] 吴宗泽,机械零件设计手册[M].机械工业出版社,2003,11.

[3] 唐波,王选择,晏红.基于光幕靶的便携式弹丸速度测量系统[J].三峡大学学报(自然科学版),2004,26(6):533～536.