УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ ПРИЦЕЛОВ НА СТРЕЛКОВОМ ОРУЖИИ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может использоваться в процессе стрельбовых испытаний прицелов, используемых совместно со стрелковым оружием.
При проведении стрельбовых испытаний прицелов в составе стрелкового оружия возникает задача периодического контроля сбиваемости прицелов, т.е. определения отклонения углового положения линии визирования относительно ствола оружия.
Известны следующие контрольно-выверочные приспособления, которые могут использоваться для выполнения данной задачи: лазерный прибор холодной пристрелки, трубка холодной пристрелки, ствольный коллиматор, лазерное пристрелочное устройство.
Лазерный прибор холодной пристрелки (ЛПХП) предназначен для первоначальной установки линии визирования прицела или для проверки ее положения относительно оси канала ствола оружия без стрельбы. ЛПХП представляет собой направляющую в виде цилиндрического стержня-калибра, на котором закреплен электронно-оптический модуль с источником лазерного излучения. (Лазерный прибор холодной пристрелки - Паспорт ЛЦУ-ОМ ТУ-95, 1995 г.). Сущность процесса контроля положения линии визирования прицела заключается в проверке положения точки прицеливания относительно лазерного пятна, являющегося продолжением оси канала ствола оружия в плоскости мишени, расположенной на заданной дистанции.
Указанное устройство имеет следующие недостатки. В процессе приведения оружия к нормальному бою линия визирования неизбежно займет иное положение, чем при первоначальной установке, что приведет к изменению взаимного положения точки прицеливания и лазерного пятна в плоскости мишени. Это приведет к неопределенности положения линии визирования относительно оси канала ствола. Теоретически возможно нанесение соответствующих точек в плоскости мишени: для прицела и лазерного пятна ЛПХП, однако при этом остается нерешенной задача по точному определению величины смещения точки прицеливания относительно лазерного пятна, т.к. рассматриваемое устройство ЛПХП не имеет отсчетной системы.
Трубка холодной пристрелки (ТХП) предназначена для пристрелки или проверки пристрелки стрелкового оружия без стрельбы (Трубка холодной пристрелки ТХП - Техническое описание и инструкция по эксплуатации БШ 3.812.022 ТО). ТХП состоит из визирной системы телескопического типа и направляющей в виде цилиндрического хвостовика. Визирная система содержит сетку в виде перекрестия с делениями. Цена одного деления составляет 5 угловых минут. Визирная система с сеткой предназначена для наведения оси канала ствола оружия в пристрелочную мишень, удаленную на расстояние не менее 45 м.
Сущность контроля положения линии визирования прицела заключается в наведении прицела в соответствующую контрольную точку на пристрелочной мишени и определении по сетке ТХП величины отклонения оси канала ствола относительно соответствующего перекрестия на той же пристрелочной мишени.
Недостатками данного контрольного устройства является следующее: отсутствие жесткой связи между пристрелочной мишенью и оружием, что в процессе контроля может привести к сбиванию первоначальной установки оружия; высокие требования по точности позиционирования к устройству наведения оружия в пристрелочную мишень, что не всегда возможно обеспечить имеющимися приспособлениями, например, широко распространенным прицельным станком типа ПС-51, грубая (5 угловых минут) шкала в поле зрения визирного устройства ТХП не обеспечивает требуемой точности определения измеряемой величины, т.к. современные прицельные устройства обеспечивают точность ввода поправок 20 угловых секунд и менее.
Ствольный коллиматор (изделие 1П61) предназначен для первоначальной установки линии визирования прицела и для проверки ее положения относительно оси канала ствола оружия без стрельбы (Изделие 1П61 - Техническое описание и инструкция по эксплуатации АЛ5.176.629.ТО). Устройство состоит из оптического коллиматора с кронштейном, к которому крепится цилиндрическая направляющая. В фокальной плоскости объектива коллиматора установлена сетка с ценой деления, составляющей 3,6 угловых минут.
Сущность контроля положения линии визирования при помощи изделия 1П61 заключается в определении положения прицельного знака контролируемого прицела на сетке коллиматора относительно индивидуальной точки выверки, определенной в ходе приведения оружия к нормальному бою (пристрелки).
Изделие 1П61 имеет следующие недостатки: недостаточная точность определения положения линии визирования, вызванная ограниченной дискретностью сетки коллиматора, составляющей 3,6 угловых минут, существенная зависимость результатов измерений от бокового угла наклона коллиматора относительно оси канала ствола оружия, т.к. устройство не имеет точных средств горизонтирования, например, пузырькового уровня.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является лазерное пристрелочное устройство - ЛПУ «РУБИН» (Руководство по эксплуатации ТУ 9616-003-70530998-03, ООО НТЦ «Лазерные технологии», г.Новосибирск, 2009). Лазерное пристрелочное устройство предназначено для первоначальной установки линии визирования прицела или для проверки ее положения относительно оси канала ствола оружия без стрельбы. ЛПУ содержит лазерный модуль, ствольный стержень и выверочную светоотражающую мишень. Лазерный модуль содержит оптически связанные источник лазерного излучения с длиной волны в видимой (красной) области спектра и объектив, формирующий пучок параллельных лучей, а также котировочный механизм для согласования (обеспечения параллельности) лазерного луча с осью ствольного стержня. Ствольный стержень содержит металлическую ось с центрирующими фторопластовыми поясками для однозначного базирования стержня на внутренней образующей ствола оружия. Выверочная мишень нанесена на светоотражающем покрытии в виде позиционной сетки и предназначена для визуализации лазерного пятна и измерения величин углового рассогласования линии визирования и луча лазера (линии канала ствола).
Принцип действия ЛПУ состоит в формировании лазерного луча по «линии выстрела» стрелкового оружия и в последующем совмещении точки визирования прицела и лазерного луча с соответствующими точками в плоскости выверочной мишени. Цена деления позиционной сетки на выверочной мишени, удаленной на расстояние 25 м, составляет 3,6 угловых минуты.
Устройство - прототип имеет следующие признаки, общие с заявляемым устройством: лазер и сетку с контрольной точкой для наведения линии визирования контролируемого прицела.
Указанное устройство имеет следующие недостатки.
1. Ограниченная дискретность сетки выверочной мишени, составляющая 3,6 угловых минут, что не обеспечивает точность определения координат линии визирования современных прицелов.
2. Отсутствие жесткой связи между выверочной мишенью и оружием, что в процессе контроля может привести к сбиванию первоначальной установки оружия, и, как следствие, к ошибкам в определении положения линии визирования контролируемого прицела.
3. Недостаточно высокая точность визирования при совмещении лазерного пятна с соответствующей точкой в плоскости выверочной мишени, вызванная ограниченной разрешающей способностью визуального наблюдения.
4. Необходимо иметь защищенный от стрельбы измерительный участок протяженностью не менее 25 м, располагающийся вблизи от стрелкового тира или стрельбища.
Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего технические результаты: повышение точности контроля положения линии визирования прицелов, установленных на оружии, относительно канала ствола оружия и уменьшение габаритов устройства, т.е. обеспечение компактности устройства.
Поставленная задача решается следующим образом. В известном устройстве, содержащем лазер и сетку с контрольной точкой для наведения линии визирования контролируемого прицела, в отличии от прототипа выполнено следующее:
- введен коллимационно-измерительный блок, содержащий коллимационный канал с установленной в нем упомянутой сеткой, формирующий удаленное изображение сетки, и измерительный канал с лазером и позиционно-чувствительным фотоприемным устройством, фиксирующим положение лазерного пятна;
- введено зеркало, предназначенное для отражения лазерного луча и оснащенное устройством его крепления на оружии с однозначной ориентацией нормали зеркала относительно оси канала ствола оружия;
- введено устройство вычисления координат лазерного пятна, входом соединенное с выходом позиционно-чувствительного фотоприемного устройства;
- коллимационно-измерительный блок закреплен на опоре на жестком основании, на котором также закреплена опора для установки оружия с контролируемым прицелом;
- по крайней мере, одна из упомянутых опор выполнена с возможностью угловой и линейной регулировки по вертикали и горизонту для оптического сопряжения контролируемого прицела и лазерного излучения, отраженного от зеркала, с коллимационно-измерительным блоком.
Коллимационно-измерительный блок содержит два оптических канала - коллимационный и измерительный.
Коллимационный канал содержит объектив и установленную в его фокальной плоскости сетку, а измерительный канал - объектив, на оптической оси которого установлен светоделительный элемент, а в фокальных плоскостях установлены лазер и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, фиксирующее положение пятна лазерного излучения. Светоделительный элемент позволяет совместить на оптической оси одного объектива сразу два устройства - лазер и фотоприемное устройство. В качестве светоделительного элемента могут использоваться, например, светоделительный кубик, светоделительная пластина, полупрозрачное зеркало.
Коллимационный и измерительный каналы жестко связаны между собой, их оптические оси ориентированы друг относительно друга однозначно, преимущественно параллельно.
Такой коллимационно-измерительный блок может применяться для контроля прицелов, работающих в видимом или инфракрасном диапазоне длин волн. Для контроля дневных и ночных прицелов используется коллимационный канал, работающий в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, а для контроля прицелов, функционирующих на основе принципов тепловидения, используется коллимационный канал, работающий в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне длин волн.
Коллимационный канал формирует удаленное изображение сетки, содержащей контрольную точку для наведения контролируемого прицела. В качестве контрольной точки используется центр перекрестия сетки или иная визирная марка в поле зрения коллимационного канала, обеспечивающая требуемую точность наведения. Измерительный канал предназначен для фиксации положения пятна лазерного излучения в плоскости позиционно-чувствительного фотоприемного устройства с целью последующего определения координат лазерного пятна.
Так как в ходе контроля положения линии визирования нет необходимости знать абсолютное значение угла между линией визирования прицела и осью канала ствола оружия, то зеркало может базироваться на любой части оружия, обладающей достаточной стабильностью углового положения относительно посадочного места прицела, например, на внутренней поверхности канала ствола, или на его внешней поверхности. Однако, при установке зеркала в канале ствола точность измерений может быть снижена из-за неизбежного наличия нагара, образующегося в ходе стрельбы и, как правило, приводящего к изменению углового положения зеркала, а следовательно и лазерного пятна, относительно первоначального положения, зафиксированного до стрельбы.
Крепление на жестком основании опор для установки оружия и коллимационно-измерительного блока может осуществляться различными способами, исключающими их взаимное перемещение друг относительно друга, например, при помощи штифтов, болтов или винтов. Жесткостью крепления опор относительно единого жесткого основания достигается неизменность углового положения оружия с контролируемым прицелом относительно коллимационно-измерительного блока, что является одним из факторов повышения точности измерений по сравнению с прототипом.
Для совмещения линии визирования контролируемого прицела с контрольной точкой сетки, а также для направления лазерного излучения, отраженного от зеркала, в объектив измерительного канала, опора для установки коллимационно-измерительного блока и/или опора для установки оружия выполняются регулируемыми путем осуществления поворотов и линейных перемещений в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для установки оружия могут использоваться одна или две опоры.
В качестве приемника лазерного излучения используется позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, например, телевизионная камера на основе ПЗС-матрицы (матрицы на основе приборов с зарядовой связью) или КМОП-матрицы (матрицы на основе полевых транзисторов с изолированным затвором с каналами разной проводимости). При выборе позиционно-чувствительного фотоприемного устройства с размером светочувствительного элемента 3,7 мкм и при фокусном расстоянии коллиматора, составляющем 400 мм, угловая разрешающая способность измерительного канала с учетом применения зеркала составит около 1 угловой секунды, что в двадцать раз меньше (точность в двадцать раз выше), чем точность большинства прицелов для высокоточной стрельбы, и более чем в 200 раз превосходит аналогичный параметр прототипа, составляющий 3,6 угловых минут.
В качестве устройства вычисления координат лазерного пятна на позиционно-чувствительном фотоприемном устройстве может использоваться ЭВМ (персональный компьютер) с соответствующим программным обеспечением, или специализированное вычислительное устройство на основе процессора. Техническая реализация устройства вычисления координат лазерного пятна известна, например, из лазерного интерактивного тира «Ист-Лазер», в котором телевизионная камера регистрирует точки попадания в виде лазерного пятна и передает их в ЭВМ.
Устройство вычисления координат может дополнительно содержать устройство отображения пятна лазерного излучения и/или его координат, в качестве которого используется монитор ЭВМ или знакосинтезирующий индикатор.
Для повышения точности наведения прицела в контрольную точку сетки в частных случаях реализации могут использоваться дополнительные оптические и оптико-электронные приспособления, увеличивающие масштаб наблюдаемого изображения и устанавливаемые со стороны окулярной части контролируемого прицела. В качестве таких приспособлений могут использоваться, например, телескопические и проекционные системы, а также теле- или видеокамеры, обеспечивающие формирование и передачу изображения на внешнее видеоконтрольное устройство - ЭВМ (персональный компьютер).
Лазер имеет длину волны в той области спектра, в которой обеспечивается работа позиционно-чувствительного фотоприемника. Для ослабления лазерного излучения устанавливаются один или несколько ослабляющих светофильтров или диафрагма с точечным отверстием.
Пример конкретного выполнения устройства, установленного на оружие, приведен на чертеже.
Устройство для контроля положения линии визирования прицела содержит следующие элементы: коллимационно-измерительный блок 1, содержащий объективы 2 и 21, сетку 4 с осветительной системой 5, светоделительный кубик 3, лазер 10 с ослабляющим светофильтром и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство 6, закрепленный на опоре 7 на жестком основании 8 с помощью винтов 9; зеркало 11, закрепленное на кронштейне 12, которое однозначно крепится на стволе оружия 13 с оптическим прицелом 14; регулируемая опора 15 для крепления с помощью винтов 9 на жестком основании 8 оружия 13; телевизионную камеру 16, ЭВМ 17 с монитором 18, позволяющим наблюдать изображение 19 сетки 4 и изображение 20 лазерного пятна. ЭВМ 17 (персональный компьютер) соединена с выходом позиционно-чувствительного фотоприемного устройства бис выходом телевизионной камеры 16.
Опора 15 выполнена с возможностью угловой и линейной регулировки по вертикали и горизонту для совмещения линии визирования контролируемого прицела 14 с контрольной точкой - перекрестием сетки 4, а также для направления лазерного излучения от зеркала 11 в объектив 2 измерительного канала. Позиционно-чувствительное фотоприемное устройство 6 выполнено в виде телевизионной камеры на основе КМОП-матрицы. Лазер 10 имеет длину волны в видимой области спектра.
Контроль положения линии визирования прицелов на стрелковом оружии осуществляется следующим образом.
Оружие 13 с закрепленным на нем прицелом 14 устанавливается на регулируемую опору 15 и закрепляется в ней при помощи соответствующих зажимных устройств. На внешней поверхности ствола оружия 13 базируется зеркало 11 при помощи кронштейна 12. С помощью регулировочных элементов опоры 15 производится наведение контролируемого прицела 14 в центр перекрестия сетки 4 коллимационно-измерительного блока 1, являющимся контрольной точкой для прицеливания. Совмещенное изображение сетки 4 и прицельного знака прицела 14 принимается телевизионной камерой 16, которая передает полученное изображение с увеличением его масштаба на экран монитора 18 ЭВМ 17, что является одним из факторов повышения точности измерения по сравнению с прототипом.
Включается питание лазера 10, лазерный луч попадает на зеркало 11 и, отразившись от него, направляется на позиционно-чувствительное фотоприемное устройство 6 коллимационно-измерительного блока 1. Изображение пятна лазерного излучения фиксируется в запоминающем устройстве ЭВМ 17, где производится высокоточное определение координат лазерного пятна, что является основным фактором повышения точности измерения координат лазерного луча по сравнению с прототипом.
0
0
1
1
Используя соответствующее программное обеспечение, ЭВМ 17 определяет координаты (X, Y) лазерного пятна, соответствующие начальному угловому положению линии визирования контролируемого прицела 14 относительно лазерного луча, однозначно связанного со стволом оружия 13. После расчета координат с оружия 13 снимается кронштейн 12 с зеркалом 11, оружие 13 снимается с опоры 15 и производится очередной этап стрельбовых испытаний. По окончании стрельбы оружие 13 вновь устанавливается на опору 15, зеркало 11 с помощью кронштейна 12 вновь базируется относительно канала ствола оружия 13 тем же способом, что и при первоначальной установке, производится повторная наводка оружия 13 с прицелом 14 в контрольную точку сетки 4 и определяются координаты (X, Y) лазерного пятна, соответствующие текущему угловому положению линии визирования относительно лазерного луча, и т.д. для каждого этапа стрельбовых проверок.
В общем случае отклонение линии визирования относительно первоначального положения после каждого этапа стрельбовых испытаний определяется в соответствии с нижеследующими формулами:
i
i
0
ΔX=X-X;
i
i
0
ΔY=Y-Y,
i
i
где ΔX, ΔY - отклонение линии визирования относительно первоначального положения после i-го этапа стрельбовых испытаний, соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях;
i
i
X, Y - координаты лазерного пятна после 1-го этапа стрельбовых испытаний, соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях.
За счет использования отражения лазерного излучения от зеркала лазерный луч отклоняется на угол в два раза больший угла поворота зеркала (оружия), что обеспечивает высокую угловую разрешающую способность измерительного канала, а, следовательно, по сравнению с прототипом, повышается точность определения положения линии визирования контролируемого прицела 14.
Кроме того, жесткая связь между коллимационно-измерительным блоком 1 и оружием 13, установленными на едином основании 8, минимизирует ошибки, вызванные их взаимными смещениями в процессе контроля, что повышает точность определения положения линии визирования контролируемого прицела 14. При этом устройство по сравнению с прототипом компактно, т.к. не требует защищенного участка местности протяженностью не менее 25 м.
Проведенные экспериментальные исследования устройства для контроля положения линии визирования прицелов на стрелковом оружии подтвердили, что оно обеспечивает существенно более высокую точность результатов измерений по сравнению с прототипом.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить точность контроля положения линии визирования прицелов, установленных на оружии, относительно канала ствола оружия и обеспечить компактность устройства.