一種激光測量效應靶變形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于毀傷試驗測試領(lǐng)域，具體涉及一種激光測量效應靶變形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 沖擊波是彈藥/戰(zhàn)斗部的主要毀傷元之一，效應靶是用來反映彈藥/戰(zhàn)斗部爆炸 沖擊波在空間某個位置上作用效果的重要手段，其在爆炸沖擊波作用下表面會產(chǎn)生具有空 間軸對稱特性的凹坑，凹坑的最大深度H和體積V是表征沖擊波作用強度的重要參數(shù)。然 而，目前缺少一種能夠快速、準確測量效應靶變形凹坑最大深度H和體積V的方法。
[0003] 當前，研究人員主要使用水平刻度尺和垂直刻度尺來測量凹坑最大深度H(圖1所 示）。對于變形凹坑體積V，則利用液體或顆粒填充物（如沙子）配合計量器具來測量（圖 2所示），首先用液體或顆粒填充物填滿凹坑，然后再將填充物放入體積計量器具中以獲取 凹坑體積V，又或者將填充物放入質(zhì)量計量器具，再經(jīng)過換算得到凹坑體積V。
[0004] 這種傳統(tǒng)的測量方法存在以下不足：①操作過程繁瑣，用時較長，尤其是凹坑體積 V測量過程中的填充物填充和計量較慢，很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場獲取，為了控制試驗進度，通 常在試驗完成后，再將效應靶從試驗現(xiàn)場運回，然后對其進行測量；②操作誤差大，測量穩(wěn) 定性差，一方面在運輸過程中，可能造成效應靶二次變形；另一面，所有測量步驟由人工手 動完成，測量數(shù)據(jù)由測試人員讀?。淮送?，對于不同尺寸的效應靶，測量器具的量程和精度 也不同，因此，在整個測量過程中人為造成的操作誤差大，測量穩(wěn)定性難以控制；③需要專 門對效應靶進行保存，以備在后續(xù)研究中查看效應靶凹坑的幾何形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是針對上述問題而設(shè)計提供了一種激光測量效應靶變形的方法，該方法 采用激光測距技術(shù)，結(jié)合數(shù)值分析軟件的數(shù)據(jù)處理和分析手段，能夠快速和準確地獲取效 應靶最大變形深度H和凹坑體積V，并能夠?qū)⑿械淖冃螀^(qū)域以三維計算機圖形的形式 表現(xiàn)和存儲起來。
[0006] 為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：
[0007] -種激光測量效應靶變形的方法，在該方法中所用測量裝置包括：激光測量系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動處理程序；
[0008] 所述測量系統(tǒng)由激光測距裝置和角度測量裝置組成，激光測距裝置用于測量激光 光源到效應靶變形凹坑表面的距離，角度測量裝置用于測量激光光源轉(zhuǎn)過的角度；
[0009] 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)用于獲取測量系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)，并按先后順序保存各測點的測量數(shù) 據(jù)，所述測量數(shù)據(jù)包括距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)；
[0010] 計算機數(shù)據(jù)自動處理程序用于處理數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)保存的測量數(shù)據(jù)，通過計算獲得 效應靶最大變形深度H，對各數(shù)據(jù)點進行擬合獲得凹坑母線，進一步計算獲得凹坑體積V， 并合成凹坑三維空間圖形；
[0011] -種激光測量效應靶變形的方法，包括如下步驟：
[0012] (1)標定激光光源與效應靶的相對位置
[0013] 將效應靶水平放置，使效應靶平面處于水平狀態(tài)，標出效應靶凹坑的最大深度點， 即凹坑的幾何中心，記為〇。調(diào)整激光測距裝置的位置，使激光測距裝置位于效應靶變形凹 坑的正上方垂直于凹坑最大深度點〇,即激光光源發(fā)射的光線垂直于效應靶平面且過最大 深度點〇,然后將其固定。
[0014] 所述測距裝置位置固定后，可以在垂直平面0~360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動任意角度。
[0015] ⑵數(shù)據(jù)采集
[0016] 以凹坑的最大深度點〇作為起始點，凹坑上緣為終點，轉(zhuǎn)動激光測距裝置，沿凹坑 母線，間隔一定角度獲取激光光源到凹坑表面的直線距離和光源相對于起始點〇轉(zhuǎn)過的角 度，并按先后順序保存各測點的測量數(shù)據(jù)。
[0017] 從起始點〇到凹坑上緣共獲取了 n+1組數(shù)據(jù)，將各組數(shù)據(jù)按先后順序記為0,1， 2，......，η，各測點對應距離和角度分別記為LO, Ll，L2，......，Ln和α 〇，α 1，α 2，......， α η〇
[0018] 則在測點0時，測量激光光源到最大深度點ο的直線距離為L0,此時對應的角度 α 0 = 0° ;在測點1位置時，激光光源到凹坑表面的直線距離記為L1，相對起始點〇轉(zhuǎn)過 的角度記為α 1 ;依次類推，當激光轉(zhuǎn)動到凹坑上緣時，激光光源到凹坑表面的直線距離為 Ln，相對于起始點〇轉(zhuǎn)過的角度為α η，如下表所示：
[0019]
[0020] 在起始點〇,激光測距裝置發(fā)射的光線從凹坑正上方重直打在凹坑最大深度點〇 上；為了保證后續(xù)計算結(jié)果的精度，η多5。
[0021] ⑶數(shù)據(jù)處理
[0022] 依次讀入n+1組數(shù)據(jù)，建立笛卡爾坐標，以激光光源位置作為坐標原點，進行換 算，得到各測點在笛卡爾坐標下的坐標值。
[0023] 根據(jù)測點0和測點η的坐標可以計算獲得凹坑最大變形深度H ;基于n+1個測點 坐標值，采用最小二乘法對測點數(shù)據(jù)進行多項式擬合，獲得凹坑母線方程。
[0024] 由所述擬合得到的母線方程合成凹坑變形的三維圖形并顯示；同時，數(shù)據(jù)自動處 理程序根據(jù)凹坑變形的三維曲面積分得到凹坑體積V。
[0025] 如上所述的數(shù)據(jù)處理過程由編制的計算機數(shù)據(jù)自動處理程序自動完成。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)點：①本發(fā)明采用激光測量技術(shù)，結(jié)合計算機數(shù)據(jù)處理和分析手段，操 作過程簡單、方便，測量速度快，能夠在試驗現(xiàn)場快速的測量效應靶變形凹坑的最大深度H 和體積V ;②人為操作誤差小，測量誤差可控，首先，在試驗現(xiàn)場對效應靶變形量進行測量， 避免了運輸過程造成的二次變形；其次，激光測量技術(shù)可測尺寸范圍大，滿足不同大小效應 靶的測量需求，且測量過程和數(shù)據(jù)的讀取，以及測量數(shù)據(jù)處理均由儀器完成，引入的人為誤 差少，保證了測量的穩(wěn)定性；③能夠?qū)⑿械淖冃螀^(qū)域以三維計算機圖形的形式表現(xiàn)和 存儲起來，可在需要時快速地調(diào)出以往的效應靶變形情況，并以曲線方程和計算機圖形的 形式展現(xiàn)給研究人員，方便后續(xù)研究，省去了以往需要在實驗后保存效應靶的環(huán)節(jié)。
【附圖說明】
[0027] 圖1為效應靶變形凹坑最大深度的傳統(tǒng)測量方法示意圖；
[0028] 圖2為效應靶變形凹坑體積的傳統(tǒng)測量方法示意圖；
[0029] 圖3為本專利所述測量裝置系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；
[0030] 圖4為本專利所述效應靶變形凹坑測量方法示意圖；
[0031] 圖5為效應靶變形凹坑母線；
[0032] 圖6為效應靶變形凹坑的三維圖形顯示。
【具體實施方式】
[0033] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步闡述。
[0034] 如圖3所示，該方法所用測量裝置包括：激光測量系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)自 動處理程序5。其中，測量系統(tǒng)由激光測距裝置1和角度測量裝置2組成，分別用于測量激 光光源到效應靶變形凹坑表面的距離和激光光源轉(zhuǎn)過的角度，其中激光測距裝置1的測量 范圍為0· 05m~50m ;
[0035] 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)4用于獲取測量系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)，并按先后順序保存各測點的測量 數(shù)據(jù)，所述測量數(shù)據(jù)包括距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)；
[0036] 計算機數(shù)據(jù)自動處理程序5用于處理數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)保存的測量數(shù)據(jù)，通過計算獲 得效應靶最大變形深度H，對各數(shù)據(jù)點進行擬合獲得凹坑母線，進一步計算獲得凹坑體積 V，并合成凹坑三維空間圖形；
[0037] -種激光測量效應靶變形的方法，包括如下步驟：
[0038] (a)標定激光光源與效應靶的相對位置
[0039] 如圖4所示，將效應靶水平放置，使效應靶平面處于水平狀態(tài)，標出效應靶凹坑的 最大深度點，即凹坑的幾何中心，記為〇。調(diào)整激光測距裝置的位置，使激光測距裝置位于效 應靶變形凹坑的正上方垂直于凹坑最大深度點〇,即激光光源發(fā)射的光線垂直于效應靶平 面且過最大深度點〇,然后將其固定。
[0040] 所述測距裝置位置固定后，可以在垂直平面0~360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動任意角度。
[0041] (b)數(shù)據(jù)采集
[0042] 以凹坑的最大深度點〇作為起始點，凹坑上緣為終點，轉(zhuǎn)動激光測距探頭，沿凹坑 母線，間隔一定角度獲取激光光源到凹坑表面的直線距離和光源相對于起始點〇轉(zhuǎn)過的角 度，并按先后順序保存各測量點測量數(shù)據(jù)。
[0043] 從起始點〇到凹坑上緣共獲取了 n+1組數(shù)據(jù)，將各組數(shù)據(jù)按先后順序記為0,1， 2，......，η，各測點對應距離和角度分別記為L0, Ll，L2，......，Ln和α 〇，α 1，α 2，......， α η，如圖4所示。
[0044] 則測量激光光源到最大深度點ο的直線距離為L0,此時對應的角度α 〇 = 〇° ; 在測點1位置時，激光光源到凹坑表面的直線距離記為L1，相對起始點〇轉(zhuǎn)過的角度記為 α 1 ;依次類推，當激光轉(zhuǎn)動到凹坑上緣時，激光光源到凹坑表面的直線距離為Ln，相對于 起始點O轉(zhuǎn)過的角度為α n，如下表所示：
[0045]
[0046] 在起始點〇,激光光源發(fā)射的光線從凹坑正上方重直打在凹坑最大深度點〇上。為 了保證后續(xù)計算結(jié)果的精度，η多5。
[0047] (C)數(shù)據(jù)處理
[0048] 依次讀入η+1組數(shù)據(jù)，建立笛卡爾坐標，以激光光源位置作為坐標原點，進行換 算，得到各測點在笛卡爾坐標下的坐標值。
[0049] 根據(jù)測點0和測點η的坐標可以計算獲得凹坑最大變形深度H ;基于η+1個測點 坐標值，采用最小二乘法對測點數(shù)據(jù)進行多項式擬合，獲得凹坑母線方程。
[0050] 進一步，由所述擬合得到的母線方程合成凹坑變形的三維圖形并顯示；同時，數(shù)據(jù) 自動處理程序根據(jù)凹坑變形的三維曲面積分得到凹坑體積V。
[0051] 下面將通過具體實施例進行說明：
[0052] 實施例1
[0053] 本實施例中，效應靶為Φ300mmX 2mm的圓形薄鋁板，采用傳統(tǒng)方法測得該效應靶 在峰值為〇. 37MPa沖擊波作用后的最大變形深度H和凹坑體積V分別為24. 5mm和307ml。 現(xiàn)用本發(fā)明的方法，對該效應靶的最大變形深度H和凹坑體積V進行測量，具體步驟如下：
[0054] (a)標定激光光源與效應靶的相對位置
[0055] 如圖4所示，將效應靶水平放置，使效應靶平面處于水平狀態(tài)，標出效應靶凹坑的 最大深度點，即凹坑的幾何中心，記為〇。調(diào)整激光測距裝置的位置，使激光測距裝置位于效 應靶變形凹坑的正上方垂直于凹坑最大深度點〇,即激光光源發(fā)射的光線垂直于效應靶平 面且過最大深度點〇,然后將其固定。
[0056] 所述測距裝置位置固定后，可以在垂直平面0~360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動任意角度。
[0057] (b)數(shù)據(jù)采集
[0058] 以凹坑的最大深度點〇作為起始點，凹坑上緣為終點，轉(zhuǎn)動激光測距探頭，沿凹坑 母線，間隔一定角度獲取激光光源到凹坑表面的直線距離和光源相對于起始