Введение к работе
Актуальность темы. Гладкоствольное оружие нашло широкое распространение в охоте, как в спортивной, так и промысловой. Другое массовое применение гладкоствольного оружия - это спорт, а именно, стендовая стрельба. Необходимо отдельно отметить боевое применение гладкоствольного оружия.
Обязательным этапом технологического процесса производства является контроль параметров оружия, в первую очередь, контроль точности, кучности и равномерности боя. Массовое производство дробового оружия требует разработки систем и методов измерений, обеспечивающих малую погрешность измерений, высокую производительность и низкую стоимость испытаний.
Параметры дробового оружия в ходе его эксплуатации изменяются. Время от времени необходимо проводить контроль текущих параметров оружия и выстрела из этого оружия. В этих испытаниях важно обеспечить необходимые и безопасные условия испытаний, гарантирующие необходимое качество проверки оружия, при минимуме затрат на испытания.
В области исследования дробового выстрела известные работы А.А. Зернова, Б.А. Крейцера, И.П. Степанова, С.А. Батулина, А.П. Ивашенцова, Н.А. Изметинско-го, Л.Е. Михайлова, М. Журнэ, Э.В. Штейнгольда, И.А. Арбузова. В области автоматизации измерений параметров стрелкового оружия можно отметить работы: Ю.В. Веркиенко, B.C. Казакова и других. Существующие автоматизированные системы измерений параметров дробового выстрела в большинстве случаев дают лишь качественную оценку параметров дробового выстрела и требуют большого времени для проведения испытаний.
Измерение параметров дробового выстрела имеет свою специфику. Эта специфика не может быть учтена без создания математической модели дробового выстрела и требует разработки методик и средств контроля параметров дробовой осыпи, получаемой в результате выстрела из дробового оружия, и параметров оружия, из которого был проведен этот выстрел.
Задачи построения математической модели дробовой осыпи; методик оценки параметров измерительной системы; формирования, разработки и создания измерительной системы, обеспечивающей повышения качества, снижения времени и стоимости испытаний дробового оружия, как в условиях промышленных испытаний, так и в условиях индивидуальной проверки дробового оружия являются актуальными.
Объект исследования. Методы и средства контроля параметров дробового оружия.
Предметом исследования являются: методики математического описания дробовой осыпи в плоскости мишени, учитывающие дальность стрельбы, номер дроби и тип оружия; методики оценки параметров дробового выстрела в условиях ограничений на размер мишени, методики контроля параметров дробового выстрела с ис- " пользованием автоматизированных измерительных систем на основе цифровой телекамеры.
Цель работы состоит в разработке научно-технических решений, направленных на создание автоматизированных методик испытаний и средств контроля параметров дробового оружия, позволяющих повысить точность оценки параметров дробового оружия, снизить стоимость и время проведения испытаний, повысить их безопасность.
4 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель дробовой осыпи, учитывающую дистанцию стрельбы, номер дроби, тип оружия;
определить требования к измерительной системе, обеспечивающей качественный контроль параметров дробового оружия, с учетом количества дробин в снаряде и величины их потерь;
разработать методы и алгоритмы обработки цифрового телевизионного изображения мишени с дробовыми отметками, работающие в реальном масштабе времени; определить требования к телекамере;
разработать методы компенсации проекционных и оптических искажений, определяемых телевизионной измерительной системой, методы снижения погрешностей оценок, обусловленные конструктивными особенностями мишени;
экспериментально оценить эффективность разработанных математических моделей и алгоритмов по обеспечению контроля параметров дробового оружия;
разработать программное обеспечение измерительной системы для проведения автоматизированных испытаний, оценки и документирования результатов испытаний.
Методы исследования. При разработке математических моделей применялась теория вероятностей и математической статистики, теория внешней баллистики. При разработке измерительной системы на основе телевизионной мишени - теория вычислительной математики, теория погрешностей, теория распознавания образов, теория цифровой обработки изображений, теория геометрической оптики, теория телевизионных измерительных систем, теория программирования и алгоритмов.
В экспериментальных исследованиях использовались методы моделирования статистических зависимостей и методы натурных испытаний на действующих образцах дробового оружия.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением вычислительного эксперимента, компьютерного моделирования и натурных испытаний.
Теоретические положения и математические модели, полученные в работе, обосновываются последовательным и корректным применением математического аппарата при выборе аналитических выражений, сопоставлением полученных теоретических результатов с известными экспериментальными данными и эмпирическими соотношениями.
Достоверность экспериментальных исследований обеспечивается большим объемом экспериментального материала, полученного, как путем компьютерного моделирования, так и натурных испытаний; выбором надежных критериев при оценке работы алгоритмов обработки информации и при оценке погрешностей измерения параметров дробового выстрела; наглядностью интерпретации практических результатов.
5 Научная новизна результатов диссертационного исследования, полученная лично автором, заключается в следующем:
предложена, обоснована и исследована математическая модель дробового выстрела, основанная на статистических закономерностях дробовой осыпи на плоскости мишени, учитывающая дистанцию стрельбы, номер дроби и тип оружия;
созданы и исследованы методики оценки параметров дробовой осыпи; найдены статистические зависимости между погрешностями измерений средней точки попадания и среднеквадратичного отклонения, и числом дробин, участвовавших в эксперименте;
разработаны методики учета влияния формы и размеров мишени на результаты измерений;
созданы работающие в реальном масштабе времени алгоритмы подавления влияния фона и фильтрации шумов телевизионного изображения мишени, алгоритмы описания, распознавания и классификации дробовых отметок, включая сдвоенные отметки;
исследованы и разработаны методики снижения погрешностей оценок координат дробовых отметок, обусловленных проекционными и оптическими искажениями.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
сформулированы рекомендации, позволяющие проектировать измерительные системы с учетом условий испытаний дробового оружия; разработаны аналитические и графические методики расчета размеров мишеней, учитывающие потери части дробин;
показано, что при контроле параметров выстрела в качестве базового параметра расчета предпочтительнее использовать среднее значение выборочной дисперсии;
при создании автоматизированной измерительной системы, предназначенной для контроля параметров дробового выстрела, использованы предложенные методики и алгоритмы, определены требования к телекамере и конструкции;
создан комплекс программ для проведения испытаний на автоматизированной измерительной системе «АИС-Д» по контролю параметров изделия.
Разработанная система «АИС-Д» обеспечивает:
бесконтактное определение параметров дробовой осыпи диаметром от 1,5 мм и темпом стрельбы до двух выстрелов в минуту на дистанциях стрельбы 10...50 м;
оценку положения средней точки попадания дробовой осыпи с погрешностью не превышающей 1 мм, оценку значения среднеквадратичного отклонения с,, погрешностью не превышающей 1 мм, причем погрешность определения координат не более 2 мм, доля потерянных дробин в круг диаметром 750 мм не превышает 0,2%.
Реализация и использование результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке автоматизи-. рованной измерительной системы, допущенной к опытно-промышленной эксплуатации в ОАО «Концерн «Ижмаш». Разработанные в диссертации методики измерений, алгоритмы фильтрации и обработки изображений применяются в учебном про-
6 цессе в ИжГТУ, результаты работы используются при выполнении дипломных проектов и магистерских диссертаций.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях (НТК) "Информационные системы в промышленности и образовании" в 2007-2010 годах (ИжГТУ, г. Ижевск), на НТК "Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства" (ИжГТУ, г. Ижевск) в 2006-2009 годах, на научной конференции-семинаре "Теория управления и математическое моделирование" в 2008 году (ИжГТУ, г. Ижевск), на международной научно-практической конференции "Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте" (г. Одесса, июнь 2009 г.), на международной научно-практической конференции "Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития" (г. Одесса, октябрь 2009 г.), на НТК "Информационные технологии в промышленности и образовании", посвященной 50-летию кафедры ВТ (ИжГТУ, г. Ижевск 2009 г.), на I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, посвященная 25-летию кафедры «приборы и методы контроля качества» «Измерение, контроль и диагностика - 2010» (ИжГТУ, г. Ижевск).
Личный вклад автора. Автором выполнена постановка задач для достижения поставленной цели, сформулированы и обоснованы вынесенные на защиту положения. Представленные в диссертации математические модели, алгоритмы и методики контроля дробового оружия, проведенные на их основе исследования, получены автором лично. Автоматизированная измерительная система «АИС-Д» разработана и испытана на кафедре «Вычислительная техника» под руководством доцента Казакова B.C. при непосредственном участии автора.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 16 работ (из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов, одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, указателя литературы из 103 наименований. Работа содержит 171 страниц машинописного текста, включая 70 иллюстраций, 29 таблиц и Приложения на 6 страницах.
Похожие диссертации на Разработка методик и средств контроля параметров дробового оружия с использованием телекамеры
