中大口徑彈藥物理量自動化測量系統的應用與研究

毛明旭，于曉光，陳 濤，劉志強，趙學龍

(1.遼寧科技大學，遼寧鞍山 114051;2.中國科學院沈陽自動化研究所，沈陽 110179;3.西北工業集團，西安 710043)

彈藥的靜態參數(質量、質心、質偏、長度等)是衡量彈藥性能的重要指標［1-2］，直接決定著彈藥的運行軌跡及打擊精度，因此，關于靜態參數測量方法的研究和靜態測量參數儀器的研制，一直受到國內外生產廠家以及使用單位的高度重視［3-5］。經過國內一些軍工企業調研發現，現有的質量質心質偏及長度等測量裝置自動化程度較低，一般采用人工搬運、人工旋轉、人工定位、人工測量、人工記錄等，這在一定程度上造成了測量精度不高、測量周期長、人工勞動強度大等缺點。

中大口徑彈藥質量質心質偏及長度自動化測量系統是根據上述問題以及兵工自動化發展需求而設計，能完成多種型號、多種尺寸的中大口徑彈藥實現質量、質心、質偏及長度的自動化測量，外觀圖如圖1 所示。

圖1 設備外觀

1 測量原理

1.1 質量、質心測量原理

在測量平臺下方呈等腰三角形布置三只測力傳感器，產品通過V 型支撐與測量平臺相連。待測產品、工裝及傳感器的受力方式如圖2 所示。

圖2 質量、質心測量原理框圖

彈藥的質量

彈藥的軸向質心位置(以產品前端面算起)

其中: L0為待測物頭部到前傳感器的距離;X 為前傳感器到待測物質心的距離;LG為前、后傳感器的間距; P1、P2、P3為3個傳感器的稱量值; P 為待測物質量; P0為工裝(包括測量平臺、V 型支撐等)的質量;Gx為待測物質心(以產品前端面為基準)。

1.2 質偏測量原理

產品質偏位置測量時，如圖3 所示，轉動待測物使之處于0°，90°，180°，270°位置，并通過測出相應這4 個位置時傳感器所受的壓力F1、F2、F3、F4。

圖3 質偏測量原理

根據靜力矩平衡原理，徑向質心計算如下:

式中:E 為待測物的偏心距;A 為待測物的偏心角; B 為刀口到待測物軸心的距離; Le為測偏心傳感器支承點到刀口的距離; F1、F2、F3、F4為待測物位于0°，90°，180°，270°時偏心傳感器的讀數。

1.3 彈長測量原理

產品長度測量的原理:在產品前后設計了兩套位置測量裝置，兩套位置測量裝置分別向產品運動，測量擋塊與產品兩端接觸后，停止運動并記錄測量數據，測量原理如圖4所示。

其中:Lx為彈體長度; L1為長度測量裝置1 移動的距離; L2為長度測量裝置2 移動的距離;L 為兩個傳感器基準面之間的距離。

圖4 彈長測量原理

2 測量系統設計

2.1 測量系統機械設計

如圖5 所示工作時，3 只稱重傳感器用于測量產品的重量并計算其質心位置; 產品V 型支撐工裝用于放置定位產品;V 型支撐工裝自動升降裝置用于在產品翻轉90°或不工作時使支撐工裝及產品與測量傳感器脫離，避免傳感器長期承載而變形;前后兩套長度測量裝置為由氣缸自動推動的長度測量傳感器組成，用于自動測量產品的長度; 彈體自動翻轉裝置為由伺服電機驅動的氣動抓手翻轉裝置，實現產品質偏測量時4 個90°位置的自動翻轉;專用測量軟件根據3 個稱重傳感器及長度測量傳感器的數據自動計算產品的長質心位置及長度。測量過程為:當產品到達質心及長度測量工位時止停，搬運機械手將產品搬運至設備V 型支撐工裝，V型支撐工裝自動升降裝置驅動支撐工裝及產品落到測量工位進行測量，兩側長度測量裝置由氣缸推動與產品接觸進行產品長度測量，測量軟件記錄測量數據。V 型支撐工裝自動升起，產品自動翻轉裝置上的氣動抓手夾緊產品并將產品翻轉90°后進行第二次測量，如此往復，產品翻轉360°后，測量軟件可根據測量數據計算出產品的質心及長度，并將測量數據通過總線傳入生產管理系統，判定產品的合格與否。

圖5 質量/質心/質偏/長度測量系統

2.2 測控系統設計

系統由計算機自動控制，測控系統主要包括計算機、測控儀、稱重測量儀、行程開關、光電傳感器等，其系統結構如圖6 所示。

圖6 測控系統原理框圖

2.3 測試軟件

測量軟件在Windows XP 操作系統下，采用Labwindows/CVI 開發平臺開發，具有界面友好、操作方便、系統可靠等優點［6-7］，如圖7 所示。

圖7 質量、質心、質偏測量模塊

系統軟件可以實現以下功能:質量質心質偏長度使用一套測試軟件實現;質量質心質偏長度測量臺的卸載加載全部采用軟件自動控制實現，對電機的開停進行軟件和硬件雙保險，防止危險操作和燒壞電機;參數設置:具有去皮、預設皮重、日期、項目標號、被測產品編號、打印編號等功能。具有質量、質心、質偏、長度檢測和計量校準功能;數據統計和報表功能:能夠將檢測數據統計匯總，并以EXCEL、WORD 等表格方式報表輸出; 測試軟件包括標效軟件、測量數據部分和打印顯示部分，存儲的數據采用標準的數據庫文件格式，方便數據的整合與分析。

3 結論

本套系統已投入使用，實現了完全無人化操作，提高了檢測精度、工作效率和本質安全度，降低了勞動強度，避免了因人為操作造成的火工品表面劃傷以及傾覆等危險事故的發生。通過現場工作測試。按每天工作8 h 計，日檢測彈藥120 發;而采用人工搬運可檢測50 發，大大提高了工作效率和檢測精度。

［1］張心明，王凌云，尚春民，等.復擺法彈藥靜態多參數測試儀器研究［J］.儀器儀表學報，2008，29(1):212-215.

［2］牛德青，羅凌江.飛行體動力相似模型質量質心質偏測試系統［J］.兵工自動化，2013，32(9):87-88.

［3］毛明旭，徐志剛，宋琳琳，等.基于多色集合及RFID 的智能型彈藥立體倉庫［J］. 四川兵工學報，2014(9):54-56.

［4］徐志剛，徐永利.改進型地雷引信壓發試驗臺［J］.火工品，2006(5):35-37.

［5］曾軍令，侯保林.一種用于大口徑火炮的氣液彈射式輸彈機［J］.四川兵工學報，2010，31(1):6-9.

［6］劉琮敏，孫大鵬，范志國，等.中大口徑火炮彈藥自動裝填技術［J］.火炮發射與控制學報，2013(3):93-96.

［7］李郁峰，潘玉田，郭保全，等.彈藥自動裝填機器人系統的研究［J］.機械工程與自動化，2014(3):1-2.