振动试验条件下微光瞄准镜零位移机理分析

零位移机理分析

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第2 9卷第 9期2008 9月 年

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工

学

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V O . No. 129 9 Se 2 8 p. 00

ACTA ARM _ M ENTAR I A I

振动试验条件下微光瞄准镜零位移机理分析高有堂一,邱亚峰,田思一,常本康( .南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 2 0 9; .南 g N 2学院电子与电气工程系 .河南南阳 4 30 ) 1 10 4 2 t 1 2 70 4

摘要:为解决微光瞄准镜零位移走动量问题,出了瞄准镜分划板调节结构 .通过对分划板给调节螺杆螺纹机构在振动试验载荷作用下的受力分析,具体在当量摩擦角 P变化时对周向扭矩 T

的累加值计算,示了微光瞄准镜在振动试验载荷作用下零位移走动机理 .应用本课题研究开发揭的 C TS 0 ME 0 5型计算机控制多环境试验微光瞄准镜瞄具检测系统进行实际测试,差精度40 0误 .5 mi测量范围≥4 l测量数据可靠, l, 0mi,为其它直视瞄具的生产提供了理论分析基础 . 关键词:振动与波;振动试验;零位移走动;光瞄准镜;机理分析微中图分类号: J 1 T 0文献标志码: A文章编号:10—0 3 2 0 ) 917—4 0 01 9 ( 0 8 0—0 40

M e ha s na y i f Ze o D ipl c m e tM o e e t o c nim A lsso r s a e n v m n fLLL

S g tDe i e Ba e n Vi r to p r me a n to i h v c s d o b a i n Ex e i nt lCo dii nGAO u tn Yo—a g一,QI Yafn 1 U— g,TI N i e A S一,C HANG e— a g B nkn( .S h o fEe t ncE gn eiga d Opo lcrncTe h oo y 1 c o l lcr i n iern n teeto i c n lg,Na j g Unv riyo ce c n c n lg, o o ni iest fS i ea d Teh oo y n nNaj g2 0 9,Ja gu hn;2.De at n fE eto i a dE etii gn eig ni 1 0 4 in s,C ia n p rme to lcrnc n lcr a En iern, cn

Na y n nttt fTeh oo y n a g Isi eo c n lg,Na y n 7 0 4 He a, ia u n a g4 3 0, n n Chn )

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a t no irt ne p rme tl o d wa e eld b n lzn h p l dfreo h du t gsr w ci fvb a i x ei n a a srv ae ya ay ig t ea pi o c ft ea j si ce o o l e nr d a d c lu a i g t ea c mu a e a u ft e cr u e e c o q e Tzwi i er n eo ee u v o n ac ltn h c u lt d v leo h ic mf r n et r u t n t a g f h q i— h h t ae t rci n a g e l.Ty e CM E 0 5 d tc i n s s e o o u e— o to ld mu t e vr n n ln it n l f o 0 p TS 0 e e t y t m f c mp t r c n r l l— n io me t o e i

ts fLL ih e i t h au e p eiin≤ 0. 5mi a d t eme s r a g et L sg td vc wi t emes r rcs o e h o

0 l n h a ue rn e≥ 4 l s 0mi wa d v lp d a d a p id a t al .Th a u e e u ts o h t h e s r d d t r e a l a d p o e e e n p l cu l o e y eme s r d r s l h wst a em a u e a aa e r l b e n r— t iv d h o e ia a i o r d i t e ie tvso ihtd v c i e t e r tc lb ssf r p o ucng o h r d r c— ii n sg e ie. Ke r s:vb a i n a v;v b a in e pe i n;z r ip a e n ve nt o lv ll ht y wo d ir to nd wa e i r to x rme t e o d s lc me t mo me;l w—e e—i gsg tde ie m e ha im n lss i h vc; c n s a ay i

环境适应性是装备的重要质量特性 .对军用瞄

环境影响因素的作用,实现加速试验,可以节省时间

具装备而言,没有好的环境适应性就无法发挥作战效能… 1.要提高微光瞄准镜枪瞄装备的环境适应性,时,及充分地开展环境试验和评价是必由之路 .

和经费 .具体采用的环境试验有以下几种:击试冲验,动试验,击试验,落试验,温试验,振射跌高低温试验,温度冲击试验,淋试验和湿热试验等,雨这里

进行微光瞄准镜模拟环境试验可以在诸多环境影响因素中选择主要影响因素进行试验,以强化主要可

展开振动试验条件下的微光瞄准镜零位移走动量分析研究

收稿日期: 0 6—1 20 1—0 6

基金项目:总装备部某军品研究所科技攻关项目(Y 0 20 1 3 )河南省教育厅自然科学研究项目(0 5 15 0 1 J 5 8 0 4 10; 2 0 16 3 0 )作者简介:高有堂 ( 9 5 )男,教授 . E mal a y ua g 1 3 C i 16一,副 i g o o tn@ 6 .O l: l

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振动试验条件下微光瞄准镜零位移机理分析

l微光瞄准镜振动试验零位移机理分析振动导致瞄准镜的动态位移,些动态位移和这相应的速度,加速度可能引起或促进结构疲劳,机械磨损和形变 .下面给出一些由于振动引起问题的典

递力.由于 F是互相滑动的齿面之间引起摩擦阻力的法向力,以 F会使传递功率受到损失 .摩擦所阻力可以由螺母分度圆节点 .上沿导程角度 y作用的摩擦力 F进行计算 .由于这两个力的作用, 当螺杆受力主动时,螺牙的节点 0上产生下列分在

型现象:固件/紧器件的松动;断续的电气接触;电气短路;密封失效;光学或机械上的失调及零位移现象

力:为轴向力;为周向力; 经向力 . F F F为

的产生等.零位移走动主要是因为瞄准镜内分划板偏离系统光轴而引起 . 1 1瞄准镜分划板调节结构 .分划板的固定方法与瞄准仪器透镜的固定

基本一

样,装配技术要求在分划板载荷力的作用下不得

() a调节螺杆示意图 () ce t f dut n a Shmac ajs io mets r w o e c e p l

移动;同时,当外界温度在仪器规定的负值极限至正值极限范围内变化时,能产生形变和破坏 .在设不计时应当合理考虑分划板镜座的安装,装时调整安

()节螺杆受力示意图 b调 () c e t f p l dfre f b S h mai o pi c c a e o o ajs etce p l dut n rw o m s e

图 2调节螺杆受力示意图Fg. S h mai fa pidfreo du t n ce p l i 2 c e t o p l o c fajsme tsrw oe c e

物镜的偏心镜坐使分划板中心与系统的光轴重合 . 利用分划板镜座相对于仪器镜筒的转动,分划板对进行垂直和水平方向的调整直到光轴重合,时达同到固定卡紧的效果 .有两种方法对零位移走动进行

=Fcs cs' z iZ oa o)一/ n, Fs

() 1

F=Fcs s y+/ o 7 oa i n~ s, FcF= F ia F tn y s~ xa a. n

() 2() 3

调整,为了便于调整在镜座体水平和垂直方向设计有螺杆螺纹调整开槽 .一种方法适合于仪器装配和

式中: 7为调节螺杆螺纹斜度角;调节螺杆螺纹 a为斜倒角法向斜度;/ l为调节螺杆螺纹摩擦系数 . 若=tn a p和 CS≈ 1就可以得出水平螺杆 O0, t在螺纹圆上的周向力

修理时使用;第二种方法是适合于使用过程中调整 . 图 1为微光夜视瞄准镜分划板调节结构示意图,分划板 1装在镜筒体 2框架内,时镜筒体 2框架安同上设置有可以两个相互垂直的调节螺纹槽 3在调,节螺纹槽内装有调节用的螺杆 4 .

F C, s a)l 4 ' O+嚣 t, ' ) 2 S n= n,D 号篙 y ( = ) i一 .) ,(+式中 P为当量摩擦角[ . ]在常温载荷下,般由于 y|杆机构能稳一≤ D螺定工作 .但是,统在射击或振动时由于冲击力的系作用,使得螺杆齿面的摩擦阻力很不稳定,常在一常瞬间急剧变化,且螺杆齿面间总是有缝隙的,致螺导杆在周向力 F的作用下旋转前进一个微动量,因而引起分划板零位移走动 .从 ( )和 ( ) 3式 4式可以看出,杆微量转动的大小与周向力 F螺有关,公式而

图 1瞄准镜分划板调节结构示意图 Fi 1 S h mai ft ea jsme tsr cu e g. c e tco h du t n tu t ro fLLL ihtr tce sg e il

中 F可以看作为振动或冲击后坐冲力, C既 F . F,是 F大 F就大,而引起分划板零位移走动量就因

12瞄准镜零位移机理分析 .在瞄具的使用中由于环境因素导致分划板十字线与系统光

轴偏离,就是常见的零位移走动[ 这 .

大 .实际上由于调节螺杆与微光瞄准镜系统固定在一

起,因而系统在受到振动或冲击后坐冲力先传导

微光瞄准镜筒体,具筒体又把力传到调节螺杆,瞄调节螺杆受到周向力 F的作用而产生扭矩力作微量 旋转 .但是对装配成品最后的环境试验是必不可少的一

寻找在振动试验环境下对微光瞄准镜的影响,析分误差原因与机理是研究目的.现在以水平调节螺母受力情况进行分析, 2图 为调节螺杆螺纹受力示意图.在水平调节螺母传动

道工序,因为经过环境试验合格的产品才能进入

杆上齿面寻找一个受力点 0,面有一定的倒角斜齿度 a在法向倒角 a范围内的齿轮法向力 F当作传,

军队使用 .微光瞄准镜调节螺杆齿面周向力 F直

接与振动或射击时产生的后坐力的大小有密切的关

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兵工学报 系.根据 ( )的函数关系可以绘出周向力 F 4式与当量摩擦角 p的函数曲线如图 3所示,图中可以从

第2卷 9

和 T的对应关系.根据表 1的统计数据和图 2的曲线分析可以知

分析当系统受到振动冲击时 . 0~1 .化,当 D从 . 0变相

道, I 0~1 .化时丁 D从 . 0变的累加值为一0 8N . m,

于螺杆螺纹摩擦系数也在变化,作用在调节螺杆的周向力 F也在变化,如果调节螺杆的半径是 r =

T为负号代表 F为 z的反方向作用,矩的作用 2扭可能使调节螺杆反方向转动,最后带动微光瞄准镜分划板向 z的反方向移动产生零位移【 . 3]

0 0 3可以计算出周向扭矩 T大小, 1为队 F . 13 1, . 表

表 1 T=0 0 I p F . 1T时,和 T I的对应关系Ta 1 Th ea in of』 F V b. e r lto D, S. T#a 0. m tr叭

螺杆半径 r m/

当量摩擦角 p ()/.周向力 F/ N周向扭矩/ m N

150 0 .5—

82 2

91 5 0. 5 1

0. 2 2

4 02 0

O Z一 0 2一

4 0

-

6 0 8 0 l0 0

-

一

灰度 ()划原始图像直方图曲线 b分

图 3 J 司向力 F与当量摩擦角 p的函数曲线 Fi 3 Fun to u v ft e crumf r n e fr e F=a d g. c in c r e o h ic e e c o c n e uvae rcina n l q i lntfito la ge P一

() i o rm re f r ia i g b H s ga c v oi n lma e t u o g

划原始图像及直方图曲线a so r m ur e r tce beo e nd hit g a c v e il f r

个武器在使用时振动后坐力与系统的威力,

速度和膛压等原因有关,次与系统的结构,其全系统的质量等有关 .

对轻武器整个系统的质量小,发射质量小且不牢固,以振动后坐力反映到镜座上的所分力就很大,这些分力几乎全部加到镜坐上,不仅引起分划板移动产生零位移,严重时可以带来微光瞄准镜不能正常工作 .下面是根据本课题项目研究开发的 C T 0 5型计算机控制多环境试验微光瞄 ME S 0灰度

准镜检测系统对微光瞄准镜在振动试验前后分别得到的分划板 J G灰度图像 .图 4 a为振动试验前 P ()的微光瞄准镜分划原始图像, 4 b为对应的直方图 ()图曲线; 5 a为振动试验后的微光瞄准镜分划图图 ()像, 5 b为对应的直方图曲线 .比较振动试验前图 ()后两幅图像及对应图像直方图曲线可以明显地看到试验后分划图像比较模糊,化程度减弱,锐对应直方

【1 a试验后分划图像() ma e f ei e f r a I g r c t o t la etsi g et n

试验后分划图像直方图曲线 C) io rm cre fecemae o Hs ga uv rt li g t o iat rtsi g fe e t n

图 5试验后分划图像及直方图曲线Fi 5 I a ea so r m ur eofrtce a trt sig g. m g nd hit g a c v eil fe e tn

处理和产品检测,然后对结果评定和数据分析,最后

准确地测量枪用微光夜视瞄准镜在多环境试验条件下的零位走动量与三自由度.检测系统对上述C D传感器采集到的分划图像图 4和图 5首先进 C

图曲线原始图像平滑,且看出微光瞄准镜分划分并别向和 v的负方向移动,划三角准星产生零位分移.

行直方均衡化算法处理,然后再对像素坐标标定,算法具体采用小波变换和投影技术得到一个可能的匹配点集合,将模板图在搜索图上对匹配点集合中再对应的点上利用灰度相关归一化公式作匹配运箅,从而求得正确匹配位置 .软件是在 Wid ws境 no环

C T 0 5型计算机控制多环境试验微光瞄 ME S 0准镜检测系统采用 C D感器采集分划图像,用 C传利计算机对振动试验前后的微光瞄准镜分划图像进行

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振动试验条件下微光瞄准镜零位移机理分析

下利用 D lh编程实现图像信息像素进行处理, ep i数据采集,分类和运算,最后可以输出枪瞄零位走动量

行定标操作,定标方法是对水平方向 4 7个像素设 7定为 1 l经过计算得到 0 0 3mi px 1 5mi, .1 l ie.水平方/

测试报告,出结果是三角准星两点间的直线移动输距离为 1 2 l .7mi .

向移动 2 0个像

素,经过计算水平是 A x=0 6 l .3mi, 垂直方向 3个像素, 6经过计算水平是 A y=1 1 i .3m l,系统自动测量得到三角准星两点间的直线移动距离数据为△=1 2 l具体计算过程为 A .7mi,

数据运算是经过运算匹配原始分划图像三角准星的像素坐标位置来实现的. C D传感器采样得 C到的一幅 B MP灰度图像为 1 0 2 0=1 2 0 0x1 0 6 00 0 9像素,标点分别为 A1A2 Al动实验前分划图坐, .振像三角准星的像素坐标位置,实验后分划图像三 A

A A:J x+ y:12 ml— 2 A 2 . i A— 7 .2微光瞄准镜振动试验

() 6

角准星的像素坐标位置, 6为三角准星移动示意图图,具体坐标分别为

依据 G B 2 9 2 0《 J 4 3 - 0 1环境装备工程通用要求》 和 G B 5 .6 8 J 1 0 1— 6中华人民共和国军用标准《用军设备环境试验方法一振动试验标准》并参照美国, MI—T 8 0 L S D一1 F标准制订振动试验方法与步骤 . 振动试验的具体内容:瞄准镜正确放置试验将夹具镜盒内,并将镜盒固定在简谐振动试验机上,频率范围 5 1 0Hz以不大于 1倍频程/钟的扫描~ 0,分

f ( 1Y ) 67 5 5 ' A1X, I=(2, 1 )【 ( 2Y ) 6 7 5 1 . A2 z, 2:( 0, 5 )

…一

应用 C TS 0检测系统测量时先对系统进 ME 0 5Ax

速率, l~5~1作一次扫频,次扫频时间由 0 5 0Hz每为 5mi 3个互相垂直的轴上 (直+水平+轴 n在垂向 )振幅为 0 ,~5mm,其中一个平行于光轴 )作 (各

3次扫频 .表 2同一具瞄准镜在多次振动实验下是图 6三角准星移动示意图Fi . S h mai ft e tin u a r n i h v me t g6 c e t o h ra g lrfo ts tmo e n c g

的理论值,际测试值与系统精度误差的比较,以实可看出系统的误差精度小于 0 0 l达到设计要求 . . 5mi,

表 2不同实验次数的理论计算值与系统测试值的比较 T a 2 Thec m p rs t e n t ac lt d v l he e ial nd t e s r d on b. o a ion bew e hec lua e auet or tc ly a hem a u e e a t a l td fe e tt s i e cu ly a if r n e ttm s

实验次数理论计算值/ l mi系统测试值/ l mi

精度误差/ l mi

3结论解决微光瞄准镜零位移走动的方法 .从上述的分析可以看出微光瞄准镜零位移走动,先要减少首

分析基础和系统可靠的数据判据 .

参考文献 ( frne Reee cs J[]祝耀昌 .产品环境工程概论[] 1 M .北京:空工业出版社,航2 0 6—6 0 3: 5 9.

武器系统对微光瞄准镜具座的后坐力,次在设计其微光瞄准

镜时应该使调节螺杆导程角小于或等于当量摩擦角 P .如果微光瞄准镜在受到轴向加速度和水平加速

Z HU o c a g.I to u t n t n io me t l n i e rn r d Ya - h n n r d c i oe vr n n a g n e i g p o— o e

Ut[ . eig vainId sr rs,2 0:6 CSM] B in:A i o n utyP es 0 3 5—6 .(n j t 9 iC iee hn s )

[]王中民 .瞄准仪器原理与设计[] 2 M .北京:京理工大学出版北社, 9 6: 2 6. 1 9 9—9

度的某些时刻相当大,直方向的加速度就会小一垂些,因而要解决微光瞄准镜零位移走动单靠振动系

W AN Z o gri. e r c la dds no g t eieM] G h n— n Th i i e n ei f ih v[ . a pnp g s d cBej g B in Unv ri o ce c n Te h oo y in: ej g i i ie s y f S in e a d t c n lg Prcs es,

统的自锁是不够的,须另外有约束条件 .具体的必设计计算要根据不同武器不同的要求而定,光瞄微

1 9:9 9 6 2—9 .(nC i s ) 6 i hn e e

[]陶溢,潘存云 .指向机构微调平台的结构设计与分析[] 3 J .现

准镜在不妨碍震动机构转动的轻便平稳灵活的前提下,加上阻尼装置,自锁加阻尼来解决振动时的零靠位移走动问题,为其它直视瞄具的生产提供了理论

代制造工程,2 0,:0—1 6 06912 0 .TAO,PAN ny n Yi Cu—u Deina da ay io h co ajs一 sg n n ls ft emir—dut' s

igpafr o i ci c a i J .Mo en Ma ua tr g n lt m n dr t g meh n m[] o e n s d r n fcui nE gn e i,2 0,: 0 n ie r g 0 6 9 1 2—1 6 ( hn s ) n 0 i C iee n

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