弹头发射痕迹非接触三维检测仪

　　弹头发射痕迹是指枪弹发射过程中,由枪支机件在稳固定位和规则性动作下同弹头的固定部位发生机械作用而留下的擦痕。在枪案刑侦与枪械性能分析中,需对弹头的发射痕迹进行测量和鉴别。本文介绍了一种数字伺服聚焦式弹头发射痕迹光学式三维检测仪,该仪器具有速度快、分辨率高、不损伤弹痕等特点,可提取弹射痕迹的三维立体形貌。

　　1　仪器构造与工作原理

　　光学式三维弹射痕迹测量系统总体结构如图1·1所示。其工作原理如下:在进行测量之前,首先通过调整弹头辅助装夹设备,将被测弹头粘结在弹头夹具(弹托)上,并保证弹头轴线与弹托轴线的同轴度误差控制在一定范围内,然后将弹托固定在圆光栅回转工作台主轴上,由X向工作台及立柱调整传感器测头的位置,使弹头被测部位进入传感器的有效测量范围,并可通过用户界面设置量程范围、轴向间距、测量长度等采样环境。测量开始后,计算机发出指令控制直流电机带动圆光栅主轴旋转,并监控零位光栅信号寻找采样起始位置,在找到采样起始点之后,便进入监控圆光栅计数脉冲状态,每接收到一个采样间隔脉冲信号,计算机便启动A/D转换器采集该位置信息,直至采集完弹头被测部一圈截面轮廓。测完一圈后,X向工作台沿弹头轴向移动一定距离,重复上述步骤采集弹头圆柱部第二圈的数据,就这样依次测量弹头被测部指定区域,即可得到被测弹头表面三维痕迹形貌的原始数据。这些数据经误差补偿等预处理后,可提供给特征提取与分析系统识别和显示。

　　2　数字伺服聚焦式光学传感器

　　数字伺服聚焦式光学传感器是基于离散参数自学习的PID控制算法的大量程数字伺服聚焦式非接触传感器,并将其应用于弹头发射痕迹测量系统,可实现对表面的无损测量,精度和速度大大提高,取得了良好效果。

　　2.1　数字伺服聚焦式光学传感器的原理和结构

　　聚焦探测法的基本原理就是把聚焦光束当作探针,利用光电探测器测量被测表面的微观起伏偏离聚焦物镜焦点的微小离焦量,而其线性测量值的变动可反映被测表面的形貌。

　　该光学传感器原理采用改进的傅科刀口法(如图2.1)。采用四个光电池(S1~ S4),按照耦合方案来接受反射光的全部能量,相对傅科刀口法,可显著提高聚焦误差检测的灵敏度及信号的输出幅度,降低了分束棱镜刀口偏移的位置灵敏性,从被测表面反射回来的光束经物镜、分光镜会聚于分束棱镜P的顶角附近,光束被分裂成两束光后,分别投射到两组二象限光电探测器上,离焦量δ产生的聚焦误差信号FE = (S1+S4)-(S2+S3)(SI为光电池接受的光能量)。