(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の腔線が内壁に形成された砲腔内を前記腔線に沿って旋回しながら移動する弾丸の速度を測定する砲腔内の弾丸の速度測定装置であって、
前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられて前記弾丸の移動方向に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の進行方向に配置されて前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられ、前記レーザ光源からのレーザ光を透過させて回折させる回折格子と、
前記砲身の中心軸の延長線上に配置されて前記回折格子により回折されたレーザ光による像を映し出すスクリーンと、
前記スクリーンに映し出された前記像を、時間に対応させて連続して撮像する撮像手段と、
前記砲腔内における弾丸の速度を算出する速度算出手段と、を備え、
前記回折格子は、前記弾丸が前記腔線に沿って旋回することにより前記砲身の中心軸を回転中心として回転する前記像を前記スクリーンに投影し、
前記像は、前記弾丸の旋回によって前記スクリーンにおける位置又は傾きが時間とともに変化し、前記位置又は前記傾きの変化から前記弾丸の旋回角度を特定可能なものとして前記スクリーンに投影されており、
前記速度算出手段は、前記撮像手段にて撮像した前記像の位置又は傾きの変化と、当該位置又は傾きの変化に対応する時間と、前記腔線の螺旋のピッチと、に基づいて、前記砲腔内における弾丸の速度を算出する、
砲腔内の弾丸の速度測定装置。
【請求項２】
螺旋状の腔線が内壁に形成された砲腔内を前記腔線に沿って旋回しながら移動する弾丸の速度を測定する砲腔内の弾丸の速度測定装置であって、
前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられて前記弾丸の移動方向に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の進行方向に配置されて前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられ、前記レーザ光源からのレーザ光を透過させて回折させる回折格子と、
前記砲身の中心軸の延長線上に配置されて前記回折格子により回折されたレーザ光を反射する反射手段と、
前記反射手段にて反射された前記回折格子により回折されたレーザ光による像を映し出すスクリーンと、を備えており、
前記スクリーンに映し出された前記像を、時間に対応させて連続して撮像する撮像手段と、
前記砲腔内における弾丸の速度を算出する速度算出手段と、を備え、
前記回折格子は、前記弾丸が前記腔線に沿って旋回することにより前記砲身の中心軸を回転中心として回転する前記像を前記スクリーンに投影し、
前記像は、前記弾丸の旋回によって前記スクリーンにおける位置又は傾きが時間とともに変化し、前記位置又は前記傾きの変化から前記弾丸の旋回角度を特定可能なものとして前記スクリーンに投影されており、
前記速度算出手段は、前記撮像手段にて撮像した前記像の位置又は傾きの変化と、当該位置又は傾きの変化に対応する時間と、前記腔線の螺旋のピッチと、に基づいて、前記砲腔内における弾丸の速度を算出する、
砲腔内の弾丸の速度測定装置。
【請求項３】
前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、一直線状、十字状又は特定の点から複数の直線が延びている放射状である、請求項１又は請求項２に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置。
【請求項４】
前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、多角形、楕円形又は少なくとも一部が欠けた円形である、請求項１又は請求項２に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置。
【請求項５】
前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、前記砲身の中心軸の延長線上の点に対応する位置とは離れた位置に映し出される点状である、請求項１又は請求項２に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋状の腔線が内壁に形成された砲腔内を、腔線に沿って旋回しながら移動する弾丸の速度を測定する、砲腔内の弾丸の速度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内壁に螺旋状の腔線が形成された砲腔を有する砲身から発射される弾丸（飛翔体）は、腔線に沿って旋回運動しながら砲身から発射されることで、弾丸の飛翔姿勢が安定し、ターゲットへの命中精度が向上される。砲身の内壁における薬室の先端から砲口に至るまでには、前記腔線が形成され、薬室の先端における前記腔線は起端部と呼ばれ、前記腔線が徐々に形成されるようにテーパー状の形状となっている。また弾丸（いわゆる旋転弾）には、側面の一部に、弾帯とよばれる軟金属製の帯状部材が周方向に巻回されるように設けられ、当該弾帯の個所が弾丸の最も大きな外径となる個所となっている。弾丸は起端部と弾帯が接触するように装填され、発射装薬内の発射薬からの燃焼ガスによって加圧されて弾丸の弾帯は腔線によって切り込みが開始される。そして弾帯の切り込みが完了すると、弾丸は、弾帯の切り込み溝によって腔線に案内されて旋回及び加速しながら砲腔内を移動し、砲口から発射される。
【０００３】
なお、砲腔内における弾丸は、砲口に向かって徐々に速度を増加させていくが、ここで、弾帯の切り込み時において発射薬からの燃焼ガスの圧力が低いと、弾帯の切り込み中における弾丸の速度が徐々に低下し不均一となって射撃毎に弾丸の射出速度が変動し、命中精度が低下する。また発射薬の燃焼ガスの圧力が過度に低いと、弾丸が砲腔内で一時的に停止するスティッキング現象（停弾現象）が発生し、弾丸の射出速度が大きく変動することが知られている。そのため、弾丸のスティッキング現象が発生しているか否かを測定する要求が高まっている。
【０００４】
そこで特許文献１では、飛翔体（弾丸）の先端に、砲身から突出する長尺状の被測定体を固定し、当該被測定体に赤外線等の光を照射し、その反射光を検出して、砲身内を移動中の弾丸の速度を測定する、移動体の位置測定装置が開示されている。砲身内を移動中の弾丸の速度を測定することができれば、スティッキング現象が発生しているか否かが判る。また、砲身内を移動中の弾丸の速度を測定する他の方法として、弾丸の射出方向からレーダー波を照射してドップラー効果を利用した、ドップラーレーダーを用いる方法や、歪ゲージを砲身に複数取り付けて、弾丸の移動による歪を検出する方法や、弾丸内に加速度センサーと記録装置を搭載して、記録した加速度から速度を求める方法等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明では、砲身内に装填された弾丸の先端に、砲身から突出する非常に長尺の被測定体を固定する必要がある。この長尺の被測定体は、砲身内における弾丸の高速移動によって変形する場合があり測定精度が低くなる可能性があるので、あまり好ましくない。また変形を防止するために被測定体の剛性を高くすると被測定体の質量が増加し、実際の弾丸の速度を正しく測定することができなくなる可能性があるので、剛性の向上も困難である。更に、弾丸の先端から出射方向に向けて長尺の被測定体が固定されているので、砲身から射出された弾丸の射出方向が不安定となる可能性があるので、実施場所が制限されてしまう。
【０００７】
また、ドップラーレーダーを用いる方法では、最も測定したい弾丸の一時的な停止状態では、最もドップラー効果が発生しない低速状態であり測定精度が低くなり適していない。更には、停止状態になるとドップラー効果そのものが発生しないので測定ができない。また、歪ゲージを用いる方法では、砲身の長手方向に沿って砲身に複数の歪ゲージを取り付けるのが手間であり、かつ厚肉の試験砲での測定は困難である。また、数十ミリ間隔程度の離散的な測定しかできないので、測定精度が低い。また、加速度センサーを弾丸内に搭載する方法では、速度を求めるために、記録した加速度を２回積分する必要があり、誤差が増大され、測定精度が低い。また測定した加速度データを得るには、発射された弾丸を回収する必要があるので、非効率であるとともに、実施場所が制限される。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、砲腔内を旋回しながら移動する弾丸の速度を、より高精度に、より容易に測定することができる砲腔内の弾丸の速度測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る砲腔内の弾丸の速度測定装置は次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、螺旋状の腔線が内壁に形成された砲腔内を前記腔線に沿って旋回しながら移動する弾丸の速度を測定する砲腔内の弾丸の速度測定装置であって、
前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられて前記弾丸の移動方向に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の進行方向に配置されて前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられ、前記レーザ光源からのレーザ光を透過させて回折させる回折格子と、
前記砲身の中心軸上に配置されて前記回折格子により回折されたレーザ光による像を映し出すスクリーンと、
前記スクリーンに映し出された前記像を、時間に対応させて連続して撮像する撮像手段と、
前記砲腔内における弾丸の速度を算出する速度算出手段と、を備え、
前記回折格子は、前記弾丸が前記腔線に沿って旋回することにより前記砲身の中心軸を回転中心として回転する前記像を前記スクリーンに投影し、
前記像は、前記弾丸の旋回によって前記スクリーンにおける位置又は傾きが時間とともに変化し、前記位置又は前記傾きの変化から前記弾丸の旋回角度を特定可能なものとして前記スクリーンに投影されており、
前記速度算出手段は、前記撮像手段にて撮像した前記像の位置又は傾きの変化と、当該位置又は傾きの変化に対応する時間と、前記腔線の螺旋のピッチと、に基づいて、前記砲腔内における弾丸の速度を算出する、
砲腔内の弾丸の速度測定装置である。
【００１０】
この第１の発明の砲腔内の弾丸の速度測定装置によれば、レーザ光源と回折格子とが弾丸の先端部に固定される。汎用品の小型のレーザ光源を利用できるので、レーザ光源及び回折格子の弾丸の先端部への固定は比較的容易である。また当該レーザ光源及び回折格子は、体積も質量も非常に小さいので、弾丸の射出速度にほとんど影響を及ぼさない。この砲腔内の弾丸の速度測定装置は、回折格子により回折されたレーザ光が、スクリーンに、弾丸の旋回によってスクリーンにおける位置又は傾きが時間とともに変化し、位置又は傾きの変化から弾丸の旋回角度を特定可能な像を投影する。したがって、その像の位置又は傾きの経時変化から砲腔内を移動中の弾丸の旋回速度を容易に測定することが可能であり、腔線の螺旋のピッチに基づいて、測定した旋回速度から砲腔内の移動速度へと、高精度に換算することができる。
【００１１】
次に、本発明の第２の発明は、螺旋状の腔線が内壁に形成された砲腔内を前記腔線に沿って旋回しながら移動する弾丸の速度を測定する砲腔内の弾丸の速度測定装置であって、
前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられて前記弾丸の移動方向に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の進行方向に配置されて前記砲腔を有する砲身に装填される弾丸の先端部に取り付けられ、前記レーザ光源からのレーザ光を透過させて回折させる回折格子と、
前記砲身の中心軸の延長線上に配置されて前記回折格子により回折されたレーザ光を反射する反射手段と、
前記反射手段にて反射された前記回折格子により回折されたレーザ光による像を映し出すスクリーンと、を備えており、
前記スクリーンに映し出された前記像を、時間に対応させて連続して撮像する撮像手段と、
前記砲腔内における弾丸の速度を算出する速度算出手段と、を備え、
前記回折格子は、前記弾丸が前記腔線に沿って旋回することにより前記砲身の中心軸を回転中心として回転する前記像を前記スクリーンに投影し、
前記像は、前記弾丸の旋回によって前記スクリーンにおける位置又は傾きが時間とともに変化し、前記位置又は前記傾きの変化から前記弾丸の旋回角度を特定可能なものとして前記スクリーンに投影されており、
前記速度算出手段は、前記撮像手段にて撮像した前記像の位置又は傾きの変化と、当該位置又は傾きの変化に対応する時間と、前記腔線の螺旋のピッチと、に基づいて、前記砲腔内における弾丸の速度を算出する、
砲腔内の弾丸の速度の測定装置である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に対して、反射手段を設けることで、スクリーン及び撮像手段の配置位置を、自由に変更することができる。例えば、弾丸が砲口から離脱する際に発生する衝撃波等の影響がより小さく、より高精度に測定可能となる位置を選定し、選定した位置にスクリーン及び撮像手段を配置できるので、砲腔内の弾丸の速度を、より高精度に測定することができる。
【００１３】
次に、本発明の第３の発明は、前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、一直線状、十字状又は特定の点から複数の直線が延びている放射状である、第１又は第２の発明に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置である。
【００１４】
第３の発明によれば、スクリーンに映し出される回折格子により回折されたレーザ光の像は、その傾きの変化を特定しやすい形状であり、像の傾きから弾丸の旋回角度を容易に特定することができる。そのため、像の傾きの経時変化から砲腔内を移動中の弾丸の旋回速度を容易に測定することが可能であり、腔線の螺旋のピッチに基づいて、測定した旋回速度から砲腔内の移動速度へと、高精度に換算することができる。
【００１５】
次に、本発明の第４の発明は、前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、多角形、楕円形又は少なくとも一部が欠けた円形である、第１又は第２の発明に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置である。
【００１６】
この第４の発明によれば、スクリーンに映し出される回折格子により回折されたレーザ光の像の傾きの変化から弾丸の旋回角度を特定可能である。そのため、像の傾きの経時変化から砲腔内を移動中の弾丸の旋回速度を容易に測定することが可能であり、腔線の螺旋のピッチに基づいて、測定した旋回速度から砲腔内の移動速度へと、高精度に換算することができる。
【００１７】
次に、本発明の第５の発明は、前記スクリーンに映し出される前記回折格子により回折されたレーザ光の像は、前記砲身の中心軸の延長線上の点に対応する位置とは離れた位置に映し出される点状である、第１又は第２の発明に記載の砲腔内の弾丸の速度測定装置である。
【００１８】
第５の発明によれば、スクリーンに映し出される回折格子により回折されたレーザ光の像の位置の変化から弾丸の旋回角度を容易に特定することができる。そのため、像の位置の経時変化から砲腔内を移動中の弾丸の旋回速度を容易に測定することが可能であり、腔線の螺旋のピッチに基づいて、測定した旋回速度から砲腔内の移動速度へと、高精度に換算することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の砲腔内の弾丸の速度測定装置によれば、砲腔内を旋回しながら移動する弾丸の速度を、より高精度に、より容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】砲身の内部構造の例を説明する断面図である。
【図２】弾丸の外観、弾丸の先端部へのレーザ光源及び回折格子の取付状態等を説明する図である。
【図３】図２に示されるレーザモジュールを拡大して模式的に示す図である。
【図４】砲身の装填空間に、弾丸、発射装薬を装填した状態を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態の、砲腔内の弾丸の速度測定装置の全体を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態の、砲腔内の弾丸の速度測定装置の全体を説明する図である。
【図７】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、一直線状の像を示す図である。
【図８】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、十字状の像を示す図である。
【図９】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、三角形の像を示す図である。
【図１０】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、四角形の像を示す図である。
【図１１】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、一部が欠けた円形の像を示す図である。
【図１２】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、傾きにより回転角度を特定することのできる像を示す図である。
【図１３】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、縞模様の像を示す図である。
【図１４】回折されたレーザ光によりスクリーンに映し出される像の例を示す図であり、点状の像を示す図である。
【図１５】（Ａ）は砲身内に装填された弾丸の位置を示す図であり、（Ｂ）は発射装薬が点火されて弾帯の切り込みが開始される弾丸の位置を示す図であり、（Ｃ）は弾帯の切り込みが完了した弾丸の位置を示す図であり、（Ｄ）は弾丸が砲身から発射された位置を示す図である。
【図１６】砲腔内を旋回しながら移動する弾丸の、旋回角度に対する移動距離を示す旋回角度・移動距離特性の例である。
【図１７】スクリーンに映し出された一直線状の像（輝線）の時間に対応させた傾きの例を説明する図である。
【図１８】スクリーンに映し出された点状の像（輝点）の旋回軌跡と、時間に対応させた輝点位置の例を説明する図である。
【図１９】スクリーンに映し出された像の位置または傾きと、当該位置又は傾きに対応する時間と、腔線の螺旋のピッチと、に基づいて求めた、砲腔内の弾丸の速度の経時変化を表すグラフである。
【図２０】第２の実施の形態の、砲腔内の弾丸の速度測定装置の全体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、弾丸の発射方向がＺ軸方向である。
【００２２】
●［砲身１０の内部構造（図１）と、弾丸２０の外観並びにレーザ光源２２及び回折格子２５の取付状態（図２、図３）］
図１の断面図に示すように、砲身１０は、弾丸や発射装薬が装填される装填空間１１Ａを有する薬室１１と、螺旋状の腔線１２Ｂが形成された砲腔１２Ａを有する砲腔部１２と、を有している。なお砲身１０において符号１３は砲口であり、符号１４は装填口であり、弾丸と発射装薬が装填された後には装填口１４が閉鎖部材５０にて閉鎖される。また装填空間１１Ａの内径Ｄ１は、砲腔１２Ａの内径Ｄ２よりも大きい。また符合ＺＪは、砲身１０の中心軸を示している。また薬室１１と砲腔部１２との境界部である起端部１５では、内径Ｄ１から内径Ｄ２へと内径が小さくなるので、テーパー状の傾斜が設けられている。
【００２３】
図２に示すように、弾丸２０は、略円柱状であり、側面の一部には、銅合金等の軟金属で形成された弾帯２１が、周方向に巻回されるように設けられている。また弾帯２１の部分の外径Ｄ３は、弾丸２０の外径における最も大きな外径であり、図１に示す内径Ｄ１よりも小さく、内径Ｄ２よりも大きい。なお弾丸２０において、弾帯２１とは異なる個所の外径Ｄ４は、内径Ｄ１よりも小さく、かつ内径Ｄ２よりも小さい。弾帯２１には、後述するように、起端部１５によって、腔線１２Ｂに沿った溝が切り込まれて、腔線１２Ｂに案内されて旋回しながら砲口１３に向かって移動する。
【００２４】
また弾丸２０の先端部は平面状に形成されており、レーザ光源２２及びレーザ光源用の電源２３と、回折格子２５とが固定されている（取り付けられている）。レーザ光源２２は、弾丸２０の砲腔１２Ａ内での移動方向（発射方向，Ｚ軸方向）に向けてレーザ光ＬＺを出射するように、弾丸２０の先端部に取り付けられている。レーザ光源２２には、例えばＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ６８０２）で定められている０．２ｍＷ出力（クラス１）の小出力レーザから、５００ｍＷ（クラス３Ｂ）の高出力レーザまで使用できるが、発射薬の燃焼ガスの影響を受けないように、６０［ｍＷ］や１００［ｍＷ］程度の比較的大きな出力であることが好ましい。また電源２３には一般的な乾電池等を用いることが可能であり、抵抗等を介してレーザ光源２２への電圧を調整すればよい。
【００２５】
回折格子２５は、レーザ光源２２から出射されるレーザ光ＬＺを透過させて回折させ、所定の像（図形や模様や記号や文字等）を後述するスクリーンに投影する。回折格子２５は、レーザ光源２２から出射されるレーザ光ＬＺの進行方向に配置されて、弾丸２０の先端部に固定されている。
【００２６】
レーザ光源２２と回折格子２５とは、ケース２７に収容されてレーザモジュール２９を構成しており、レーザモジュール２９が弾丸２０の先端部に取り付けられている。ケース２７は、軸心がレーザ光源２２から出射されるレーザ光ＬＺの進行方向と一致する円筒状であり、レーザ光ＬＺの進行方向側の端部は開口している。ケース２７の内部では、レーザ光源２２から出射されるレーザ光ＬＺの進行方向にて、レーザ光ＬＺを透過させる位置に回折格子２５が配置され、レーザ光源２２と回折格子２５とが互いに位置決めされている。レーザモジュール２９と、電源２３とは、それぞれ接着剤等（例えばエポキシ系接着剤）にて弾丸２０の先端部に固定されている。
【００２７】
●［砲身１０内への弾丸２０及び発射装薬６０の装填状態（図４）］
図４は、図１に示した砲身１０の装填空間１１Ａ内に、弾丸２０、発射装薬６０を装填した状態を示している。装填空間１１Ａの砲口１３の側には起端部１５に弾帯２１が接するように弾丸２０が装填され、装填空間１１Ａの装填口１４の側には発射装薬６０が装填され、装填口１４は閉鎖部材５０にて閉鎖される。このとき、レーザ光源２２からレーザ光ＬＺ（図３参照）が出射されており、回折格子２５を透過して回折されたレーザ光ＤＬが砲口１３から砲身１０の外へ出射されている。
【００２８】
●［第１の実施の形態の、砲腔内の弾丸の速度測定装置（図５、図６）］
次に図５及び図６を用いて、第１の実施の形態における砲腔内の弾丸の速度測定装置（以下、速度測定装置と記載する）の全体構成について説明する。第１の実施の形態の速度測定装置１は、レーザ光源２２、回折格子２５、スクリーン３２、撮像手段３３、速度算出手段７０等にて構成されている。なお図５は、速度測定装置１の略側面図を示し、図６は速度測定装置１の略平面図を示している。
【００２９】
レーザ光源２２は、例えばレーザーダイオードであり、弾丸２０の先端部に固定されて、弾丸２０の砲腔１２Ａ内での移動方向に向けて径の小さなスポット状のレーザ光ＬＺを出射する。本発明において弾丸２０の先端部におけるレーザ光源２２の固定位置は限定はされないが、本実施形態では、レーザ光源２２は弾丸２０の先端部の中央に配置されており、砲身１０の中心軸ＺＪ（図５参照）に沿ってレーザ光ＬＺを出射する。
【００３０】
回折格子２５は、レーザ光源２２から出射されるレーザ光ＬＺ（図３参照）の進行方向に配置されており、レーザ光源２２に対して相対変位しない状態で、レーザ光源２２とともに弾丸２０の先端部に固定されている。回折格子２５は、透過型の回折格子であり、レーザ光源２２から出射される例えばスポット状のレーザ光ＬＺ（図３参照）が入射されると、入射されたレーザ光を回折させて、曲げたり、分岐させたり、或いは形を変えたりして出射し、後述するスクリーンに所定の像（図形、模様、記号、文字等）を投影する。かかる市販の回折格子としては、例えば、HOLOEYE製Diffractive Optical  Elementsがある。そして、回折格子２５は、弾丸２０が旋回することにより砲身１０の中心軸ＺＪを回転中心として回転する像Ｑをスクリーン３２に映し出す。
【００３１】
スクリーン３２は、砲身１０の砲口の先の中心軸ＺＪ上に配置されている。スクリーン３２は、回折格子２５により回折されたレーザ光ＤＬを受光して像Ｑを映し出すスクリーンであり、スクリーン３２の後方（回折されたレーザ光ＤＬの入射方向に対して後方（受光面の裏側））に撮像手段３３を配置する場合は、略半透明のスクリーンを使用し、図５、図６に示すようにスクリーン３２の前方（レーザ光の入射方向に対して前方（受光面の側））に撮像手段３３を配置する場合は、略半透明、あるいは非透明なスクリーンを使用することが好ましい。
【００３２】
撮像手段３３は、スクリーン３２に映し出された回折されたレーザ光ＤＬの像Ｑの位置又は傾きを、時間に対応させて連続して撮像（記録）する。撮像手段３３は、例えばハイスピードカメラであり、例えば数万コマ／秒〜数千コマ／秒に相当する所定時間間隔で、スクリーン３２に映し出された像Ｑを、次々と撮像して記録する。その撮像間隔は、弾丸２０の旋回により回転する像Ｑの位置または傾きの変化を特定可能な時間間隔とされる。当然であるが、撮像手段３３は、撮像間隔が短いほど、像Ｑの回転角度（弾丸２０の旋回速度）の変化を高精度に測定することができ、その結果、砲腔内を移動中の弾丸の速度を、より高精度に測定することができる。なお撮像手段３３の方向は、スクリーン３２の受光面に対して垂直となる方向に向けられていることが好ましい。
【００３３】
速度算出手段７０は、例えばパーソナルコンピュータであり、撮像手段３３が撮像した画像データを取り込み、像Ｑの時間毎の位置又は傾きと、当該像Ｑの位置又は傾きの時間と、腔線１２Ｂの螺旋のピッチＬ１と、に基づいて、砲腔１２Ａ内における弾丸２０の速度を算出する。
【００３４】
●［スクリーン３２に映し出される像（図７〜図１４）］
回折格子２５によりスクリーン３２に投影される回折されたレーザ光ＤＬの像は、弾丸２０の旋回により砲身１０の中心軸ＺＪを回転中心として回転する像として投影される。その像は、弾丸２０の旋回によって時間ごとに位置又は傾きが変化し、その位置又は傾きにより所定の回転角度範囲内で回転角度を特定することのできる像であり、像の回転角度は、弾丸２０の旋回角度を示す。
【００３５】
スクリーン３２に映し出される像の例として、例えば、図７に示されるように、一直線状の像Ｑがある。このような線形の像Ｑは、レーザ光源２２から出射されたレーザ光ＬＺ（図３参照）が、回折格子２５により形状が変更されることでスクリーン３２に映し出される。一直線状の像Ｑは、その傾きを特定することができ、傾きにより回転角度を特定することができる。図７には、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏ及び砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏ以外の点を通過する一直線状の像Ｑが例示されているが、像の傾きにより回転角度を特定可能な場合は、像が砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏを含む位置に映し出されていても、像が砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏから離れた位置に映し出されていてもよい。傾きにより回転角度を特定することができる像の形状としては、他に、例えば、図８に示される十字状の像Ｒがある。また、図示は省略するが、特定の点から複数の直線が延びている放射状のように、複数の線分を組み合わせた図形でもよい。また、線形と円形など他の形状を組み合わせた図形でもよい。
【００３６】
スクリーン３２に映し出される像として、傾きにより回転角度を特定できるものとしては、例えば、図９に示されるような三角形の像Ｓ、図１０に示されるような四角形の像Ｔ、その他の多角形（図示しない）、又は楕円形も挙げられる。また、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏを中心とする真円のみの像では傾きを特定することができないが、図１１に示される一部が欠けた円形の像Ｕのように、円形をベースとしつつも円周の少なくとも一部に欠損部分や突起形状など、その傾きを特定可能な形状部分を設けた形状であれば、その傾きから回転角度を特定することが可能である。
【００３７】
また、傾きにより回転角度を特定できる像の形状としては、傾きを特定可能な形状部分を少なくとも含む図形を組み合わせてもよいし（例えば図１２の像Ｖ）、あるいは傾きを特定可能な形状部分を少なくとも含む図形と真円形などの傾きが特定できない図形とを組み合わせてもよい。また、図１３に例示される像Ｗのように、縞模様等の傾きを特定可能な模様が付されていることによっても、その傾きから回転角度を特定することができる。図１３の像Ｗは、外形が四角形であり、その外形によっても傾きから回転角度を特定することができるが、全体が円形であっても模様の傾きにより回転角度を特定することができればよい。そのような模様としては、縞模様の他に、例えば、市松模様等の格子模様（チェック柄）が挙げられる。
【００３８】
スクリーン３２に映し出される像の別の例として、図１４に示されるように、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏとは離れた位置に映し出される点状の像Ｐがある。このような点状の像Ｐは、傾きは特定できないが、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏとは離れた位置に映し出されることで、中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏを中心として旋回するため、その旋回軌跡２２Ｋ上の位置により回転（旋回）角度を特定することができる。なお、像Ｐと回転中心の点Ｏとを像にして回折格子２５から出力させることもできる。
【００３９】
●［砲身１０内における弾丸２０の移動位置（図１５）と、スクリーン３２に映し出される像の時間に対応する位置又は傾き（図１７、図１８）と、測定した砲腔内の弾丸の速度（図１９）］
図１５（Ａ）〜（Ｄ）は、図４に示した装填状態から、発射装薬６０が点火されて、弾丸２０が砲身１０内を移動する様子を順に示している。図１５（Ａ）に示す状態は、図４に示すように、発射装薬６０、弾丸２０が薬室１１に装填されている状態を示している。
【００４０】
図１５（Ｂ）に示す状態は、図１５（Ａ）に示す状態から、発射装薬６０に点火されて発射装薬の燃焼ガスの圧力によって、弾帯２１の切り込みが開始された弾丸２０の位置を示している。
【００４１】
図１５（Ｃ）に示す状態は、図１５（Ｂ）に示す状態から、弾丸２０がさらに砲口１３に向かって移動し、弾帯２１の切り込みが完了した弾丸２０の位置を示している。図１５（Ｂ）に示す状態から図１５（Ｃ）に示す状態に至る弾丸２０の経路（区間Ｌ２）では、腔線１２Ｂによる弾帯２１の切り込みを実行する区間である。この区間Ｌ２では、切り込みの初期では切り込みの抵抗が小さいので弾丸２０の速度は徐々に上昇し、切り込みが進んで切り込みの抵抗が大きくなると弾丸２０の速度は徐々に低下する。なお、弾丸２０は腔線１２Ｂに沿って旋回している。
【００４２】
図１５（Ｄ）に示す状態は、図１５（Ｃ）に示す状態から、弾帯２１の切り込みが完了した弾丸２０が、さらに砲口１３に向かって移動し、砲口から射出された弾丸２０の位置を示している。図１５（Ｃ）に示す状態から図１５（Ｄ）に示す状態に至る弾丸２０の経路（区間Ｌ３）では、すでに弾帯２１の切り込み（腔線１２Ｂによる切り込み）が完了しているので、弾丸２０は、腔線１２Ｂに沿って旋回しながら、発射装薬内の発射装薬の燃焼ガスの圧力によって徐々に加速して砲口１３に達する。なお、砲口１３から射出された後（区間Ｌ３以降）の弾丸２０は、旋回状態を維持しながら飛翔する。
【００４３】
以上、図１５（Ｂ）に示す状態から図１５（Ｄ）に示す状態では、弾丸２０は、腔線１２Ｂに沿って旋回しながら、砲腔１２Ａ内を移動する。また腔線１２Ｂの螺旋のピッチＬ１は、一定に設定されているので、この区間Ｌ２及び区間Ｌ３では、弾丸２０の旋回角度に対する弾丸２０の砲腔１２Ａ内の移動距離は、図１６に示すような旋回（回転）角度・移動距離特性を示す。すなわち、区間Ｌ２及び区間Ｌ３（砲腔１２Ａ内）では、弾丸２０の旋回角度がわかれば、弾丸２０の移動距離がわかり、単位時間における弾丸２０の移動距離から弾丸２０の速度がわかる。弾丸２０の旋回角度は、スクリーン３２に投影される像の回転角度と一致し、像の位置や傾きから特定することができる。なお、螺旋のピッチＬ１は、例えば「転度（腔線が１回転した際の砲身の中心軸方向の距離）」にて表現されている。
【００４４】
図１７は、スクリーン３２に映し出される像が、図７に示される一直線状の像（輝線）Ｑである場合の、区間Ｌ２及び区間Ｌ３において、撮像手段３３にて撮像した像（輝線）Ｑの傾きの記録の例を示している。像（輝線）Ｑは、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏを中心に回転し、その傾きは、基準位置Ｑ０に対する回転角度として記録される。例えば、時間ｔ１では、回転角度はθ１であり、輝線Ｑ１（ｔ１、θ１）が記録される。同様に、時間ｔ２では輝線Ｑ２（ｔ２、θ２）が記録され、時間ｔ３では輝線Ｑ３（ｔ３、θ３）が記録され、時間ｔ４では輝線Ｑ４（ｔ４、θ４）が記録され、時間ｔ５では輝線Ｑ５（ｔ５、θ５）が記録される。なお、図１７において、像の傾きを示す回転角度θ１〜θ５の基準となる像の基準位置Ｑ０は、どのように設定してもよく。適当な位置を基準位置とすればよい。スクリーン３２に映し出される回折されたレーザ光ＤＬの像が、図８〜図１３に例示されるような、傾きにより回転角度を特定することのできる形状の図形である場合には、同様に回転角度が記録される。
【００４５】
図１８は、スクリーン３２に映し出される回折されたレーザ光ＤＬの像が、図１４に示される点状の像（輝点）Ｐである場合の、区間Ｌ２及び区間Ｌ３において、撮像手段３３にて撮像した像（輝点）Ｐの位置の記録の例を示している。像（輝点）Ｐは、砲身１０の中心軸ＺＪの延長線上の点Ｏを中心に旋回し、その位置は、旋回軌跡２２Ｋ上に設定された基準位置Ｐ０に対する回転（旋回）角度として記録される。例えば時間ｔ１では、回転角度はθ１であり、輝点Ｐ１（ｔ１、θ１）が記録される。同様に、時間ｔ２では輝点Ｐ２（ｔ２、θ２）が記録され、時間ｔ３では輝点Ｐ３（ｔ３、θ３）が記録され、時間ｔ４では輝点Ｐ４（ｔ４、θ４）が記録され、時間ｔ５では輝点Ｐ５（ｔ５、θ５）が記録される。なお図１８において、旋回軌跡２２Ｋ上の位置を示す回転角度θ１〜θ５の基準となる基準位置Ｐ０は、どのように設定しても良く、適当な位置を基準位置とすればよい。
【００４６】
速度算出手段７０は、例えば、Ｑ１（ｔ１、θ１）からＱ２（ｔ２、θ２）に至る時間（ｔ２−ｔ１）と、回転角度（θ２−θ１）と、腔線１２Ｂの螺旋のピッチＬ１と、から像ＱがＱ１からＱ２に至る弾丸２０の速度を算出することができる。この場合、回転角度（θ２−θ１）に対応する移動距離を、図１６に示す回転（旋回）角度・移動距離特性から求め、移動距離／（ｔ２−ｔ１）を求めることで、時間ｔ１から時間ｔ２の間の弾丸の速度を求めることができる。同様にして、速度算出手段７０は、時間ｔ２から時間ｔ３の間の弾丸の速度、時間ｔ３から時間ｔ４の間の弾丸の速度、時間ｔ４から時間ｔ５の間の弾丸の速度等を求めることができる。
【００４７】
図１９は、横軸を時間、縦軸を弾丸２０の速度に設定した座標に、上記の手順にて求めた弾丸２０の速度（区間Ｌ２及び区間Ｌ３の速度）を示した時間・弾丸速度特性のグラフを示している。この時間・弾丸速度特性を見れば、作業者は、弾丸のスティッキング現象が発生しているか否か、容易に判断することができる。なお、弾丸のスティッキング現象が発生している場合は、図１９の点線で囲った（スティッキングの例）に示すように、速度がゼロとなる位置（図１９の（スティッキングの例）における「ＴＥ」にて示す位置）が存在する。このような状態が有れば、作業者は、スティッキング現象が発生していたことを、容易に判断することができる。なお、弾丸の速度が著しく低下、あるいは弾丸の速度の変化が滑らかでない場合（速度の下降中や上昇中に波打つ波形である場合）等であっても、作業者は、スティッキング現象が発生していたことを、容易に判断することができる。
【００４８】
●［第２の実施の形態の、砲腔内の弾丸の速度測定装置（図２０）］
次に図２０を用いて、砲腔内の弾丸の速度測定装置の第２の実施の形態の構成について説明する。第２の実施の形態の速度測定装置１Ｂは、図５に示す第１の実施の形態の速度測定装置１に対して、スクリーン３２の代わりに反射手段３１が中心軸ＺＪ上に配置されており、反射手段３１の反射先にスクリーン３２が配置されている点が異なる。以下、この相違点について主に説明する。
【００４９】
反射手段３１は、例えばレーザ反射ミラーであり、砲身１０の砲口１３の先の中心軸ＺＪ上に配置されている。そして反射手段３１は、レーザ光源２２から出射されて回折格子２５で回折されたレーザ光ＤＬを、スクリーン３２に向けて反射するように、中心軸ＺＪに対して所定の角度で傾斜するように配置されている。なお、スクリーン３２の構成は、第１の実施の形態と同様、受光したレーザ光（回折されたレーザ光ＤＬ）による像を映し出すものであり、スクリーン３２の後方（レーザ光の入射方向に対して後方（受光面の裏側））に撮像手段３３が配置される場合は、略半透明のスクリーンを使用し、スクリーン３２の前方（レーザ光の入射方向に対して前方（受光面の側））に撮像手段３３が配置される場合は、略半透明、あるいは非透明なスクリーンを使用することが好ましい。
【００５０】
そして撮像手段３３は、第１の実施の形態と同様、スクリーン３２に対して垂直となるように配置され、スクリーン３２に映し出された回折されたレーザ光ＤＬの像の位置又は傾きを、時間に対応させて連続して撮像（記録）する。以下、砲腔１２Ａ内における弾丸２０の速度の測定方法は、すでに説明した第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００５１】
以上、本実施の形態にて説明した砲腔内の弾丸の速度測定装置は、腔線に沿って弾丸が旋回することを利用し、非常にシンプルな構成にて実現することが可能であり、より高精度に、より容易に、弾丸の速度を測定することができる。また、この速度測定装置は、弾丸の先端部に固定したレーザ光源から出射されるレーザ光を回折格子で回折させて、その位置又は傾きにより回転角度を特定可能な像をスクリーンに映し出すため、レーザ光源および回折格子の弾丸の先端部における固定位置が限定されず、セッティングが容易となっている。すなわち、レーザ光ＬＺ（図３参照）を、中心軸ＺＪと一致させても良いし、一致させなくても良い。また、第２の実施の形態の速度測定装置１Ｂでは、第１の実施の形態の速度測定装置１に対して、反射手段を設けることで、スクリーン及び撮像手段の配置位置を自由に変更することができる。これにより、弾丸が砲口から離脱する際に発生する衝撃波等の影響が小さくなる位置にスクリーン及び撮像手段を配置することができるので、弾丸の速度を、より高精度に測定することができる。
【００５２】
●［その他］
［レーザ光源の数とレーザ光の波長について］
以上に説明した実施の形態では、１個のレーザ光源２２を弾丸２０の先端部に設けた例を説明したが、２個以上のレーザ光源を弾丸２０の先端部に設けるようにしてもよい。
【００５３】
なお、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長は特に限定せず、撮像手段３３の感度にて撮像可能な波長であれば、どの波長であってもよい。また、２個以上のレーザ光源を設けた場合では、それぞれのレーザ光源にて異なる波長のレーザ光を出射するようにしてもよい。なお、レーザ光源が１個の場合は、発射装薬の燃焼ガスの影響を受けにくくなるように、波長のより短いレーザ光であることが好ましい。またレーザ光源が２個以上の場合は、それぞれのレーザ光源を特定しやすいように、レーザ光源毎に異なる波長とすることが好ましい。
【００５４】
［レーザ光源の発光方式について］
レーザ光源が出射するレーザ光の発光方式には、連続発光方式とパルス発光方式との２種類の発光方式がある。連続発光方式は、レーザ光が途切れることなく連続して発光する方式であり、パルス発光方式は、繰り返される所定周期内において所定の発光時間と所定の消光時間とがある方式である（すなわち、レーザ光が点滅する）。当然であるが連続発光方式であることが望ましい。パルス発光方式のレーザ光源を用いた場合では、少なくとも撮像手段３３にて撮像した画像データの２コマに１コマにはレーザ光の輝点が映るような周期で点滅することが好ましい。また、確実に画像データに輝点を残すために、１コマの画像の露光時間に対して５０％以上の発光時間を有することが好ましい。また、パルス発光方式の場合、波長の異なる複数のレーザ光源を取り付け、発光タイミングがずれるように設定してもよい。
【００５５】
［レーザ光の発光強度等について］
レーザ光の発光強度は、発射装薬の燃焼ガスの漏れ発光の強度よりも大きく、撮像手段の飽和光強度を超えない強度が望ましい。この強度に設定すれば、砲身内壁と弾丸の隙間から発射装薬の燃焼火炎の光が漏れ出ても、レーザ光の強度のほうが高いので、レーザ光の輝点と、燃焼火炎の光とを確実に区別することができる。また、撮像手段の入力部に、レーザ光の波長のみを透過するフィルタを取り付けるようにしてもよい。
【００５６】
［中心軸ＺＪに沿うレーザ光を出射する補助レーザ光源の追加］
弾丸２０の先端部の中心に、中心軸ＺＪに沿う（中心軸ＺＪと一致する）補助レーザ光を出射する補助レーザ光源を取り付けるようにしてもよい。この補助レーザ光源を取り付けると、バフェッティングの計測が（補助的に）可能となる。また、この補助レーザ光源の輝点の広がり状態等を用いることで、中心軸ＺＪから離れた位置に配置したレーザ光源からのレーザ光の輝点位置の解析精度が向上する。各画像を重ね合わせると、理想状態では、補助レーザ光源からの補助レーザ光の輝点は１点に重なり、レーザ光源からのレーザ光の輝点の軌跡は所定半径の円（真円）を描くが、バフェッティングが発生すると、補助レーザ光の輝点がぶれて径が広がり、レーザ光の輝点の軌跡は理想状態よりも大きな半径の円や楕円を描く。特に砲口の中心軸ＺＪ上に反射手段を設けている場合、反射手段の角度調整の関係で、レーザ光の輝点の軌跡が楕円となる場合がある。このような場合、補助レーザ光の輝点の位置を用いて、レーザ光の輝点の位置を補正することで、より高精度な解析が可能となる。
【００５７】
本発明の砲腔内の弾丸の速度測定装置、及び砲腔内の弾丸の速度測定方法は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、形状、方法等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ｂ      （砲腔内の弾丸の）速度測定装置
１０      砲身
１１      薬室
１１Ａ    装填空間
１２      砲腔部
１２Ａ    砲腔
１２Ｂ    腔線
１３      砲口
１４      装填口
１５      起端部
２０      弾丸
２１      弾帯
２２      レーザ光源
２３      電源
２５      回折格子
３１      反射手段
３２      スクリーン
３３      撮像手段
６０      発射装薬
７０      速度算出手段
Ｌ１      螺旋のピッチ
ＬＺ      レーザ光
ＤＬ      回折されたレーザ光
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ    スクリーンに映し出された像
ＺＪ      （砲身の）中心軸
【図１】
0006569501.tif 000002
【図２】
0006569501.tif 000003
【図３】
0006569501.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006569501.tif 000006
【図６】
0006569501.tif 000007
【図７】
0006569501.tif 000008
【図８】
0006569501.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006569501.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006569501.tif 000014
【図１４】
0006569501.tif 000015
【図１５】
0006569501.tif 000016
【図１６】
0006569501.tif 000017
【図１７】
0006569501.tif 000018
【図１８】
0006569501.tif 000019
【図１９】
0006569501.tif 000020
【図２０】
0006569501.tif 000021