RU2828190C1 - Method for non-destructive testing of barrel of small arms and cannon weapons by computer vision - Google Patents
Method for non-destructive testing of barrel of small arms and cannon weapons by computer vision Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828190C1 RU2828190C1 RU2023120493A RU2023120493A RU2828190C1 RU 2828190 C1 RU2828190 C1 RU 2828190C1 RU 2023120493 A RU2023120493 A RU 2023120493A RU 2023120493 A RU2023120493 A RU 2023120493A RU 2828190 C1 RU2828190 C1 RU 2828190C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- defect
- bore
- area
- barrel
- areas
- Prior art date
Links
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 99
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 26
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 4
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 4
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 206010037844 rash Diseases 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims 1
- 238000012549 training Methods 0.000 abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследований и диагностики огнестрельного оружия, а именно к способу неразрушающего контроля канала ствола стрелково-пушечного вооружения (СПВ). Способ может быть использован при решении задач военного назначения.The invention relates to the field of research and diagnostics of firearms, namely to a method of non-destructive testing of the bore of small arms and guns (SAG). The method can be used to solve military problems.
Анализ существующего уровня техники в указанной области показал, что известно достаточно много способов неразрушающего контроля канала ствола. Наиболее близкими по техническим решениям к предлагаемому изобретению являются способы, реализованные различными системами и устройствами неразрушающего контроля канала ствола, которые описаны в патентах RU 2251072 C2, RU 2494368 C1, RU 2494369 C1, RU 2498266 C1, RU 2368885 С2, RU 113829 U1 и др. Они отличаются, соответственно, методами контроля износа канала ствола, рассматриваемыми физическими и техническими параметрами огнестрельного оружия (ОО) и (или) стрелково-пушечного вооружения (СПВ), на основе которых принимается решение о степени износа канала ствола.An analysis of the existing level of technology in the specified area has shown that quite a lot of methods of non-destructive testing of the barrel bore are known. The closest in technical solutions to the proposed invention are the methods implemented by various systems and devices for non-destructive testing of the barrel bore, which are described in patents RU 2251072 C2, RU 2494368 C1, RU 2494369 C1, RU 2498266 C1, RU 2368885 C2, RU 113829 U1 and others. They differ, respectively, in the methods of monitoring the wear of the barrel bore, the considered physical and technical parameters of the firearms (FA) and (or) small arms and guns (SAG), on the basis of which a decision is made on the degree of wear of the barrel bore.
Наиболее близким по достигаемому техническому результату и имеющим назначение, совпадающее с назначением предлагаемого изобретения (прототипом), является способ, описанный в патенте RU 2251072 С2. Для его реализации используется «Система для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов нарезных стволов», состоящая из зонда с головкой для осмотра канала и видеокамеры, блока питания и управления с контроллером, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), монитора, кассеты-переходника, подвижного зонда, выполненного в форме длинного тонкостенного цилиндра, на котором расположены измерительная головка с кольцевым уровнем, подвески передних и задних колес, соединенные с подвижными и неподвижными втулками, расположенными на тонкостенном цилиндре. Перед измерением износа канала ствола производится калибровка измерительного зонда в специальном калибре. При работе системы ЭВМ вычисляет координаты отверстий колков, сравнивает их с паспортными значениями, полученными при специальной калибровке измерительной головки. Через контроллер ЭВМ подает команду на движение зонда по стволу, при этом производится одновременно как измерение колками диаметра ствола по полям и нарезам, так и осмотр его внутренней поверхности. Осмотр осуществляется поворотом видеокамеры последовательно на шесть позиций через 60°. Полученные результаты ЭВМ сравнивает с результатами, полученными при калибровке, вычисляет износ ствола и выдает на дисплей монитора развернутую картину состояния внутренней поверхности ствола (по кавернам, трещинам, раковинам, коррозии и т.д.). Прототип иллюстрируется несколькими примерами с различными конструкционными особенностями и строением измерительных головок, подвесок и звеньев.The closest in terms of the technical result achieved and having a purpose coinciding with the purpose of the proposed invention (prototype) is the method described in patent RU 2251072 C2. For its implementation, a "System for inspecting defects of the inner surface and measuring wear of the bores of rifled barrels" is used, consisting of a probe with a head for inspecting the bore and a video camera, a power supply and control unit with a controller, an electronic computer (EC), a monitor, an adapter cassette, a movable probe made in the form of a long thin-walled cylinder on which a measuring head with a ring level is located, suspensions of the front and rear wheels connected to movable and fixed bushings located on the thin-walled cylinder. Before measuring the wear of the bore, the measuring probe is calibrated in a special gauge. During the operation of the system, the computer calculates the coordinates of the peg holes, compares them with the passport values obtained during a special calibration of the measuring head. The computer sends a command via the controller to move the probe along the barrel, simultaneously measuring the barrel diameter along the lands and grooves with pins and inspecting its inner surface. The inspection is performed by rotating the video camera sequentially through six positions at 60°. The computer compares the results obtained with the results obtained during calibration, calculates barrel wear and displays a detailed picture of the condition of the inner barrel surface (by cavities, cracks, cavities, corrosion, etc.) on the monitor display. The prototype is illustrated by several examples with different design features and structures of measuring heads, suspensions and links.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
невозможность применения для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов гладкоствольных стволов;impossibility of use for inspection of defects of the internal surface and measurement of wear of smoothbore barrels;
использование большого количества сложных, высокоточных, специализированных и узконаправленных элементов (измерительный зонд, специальный калибр и др.), от которых напрямую зависит результат измерений;the use of a large number of complex, high-precision, specialized and narrowly focused elements (measuring probe, special caliber, etc.), on which the measurement result directly depends;
трудоемкость в работе со сложной аппаратурой, требующее специальной подготовки оператора.labor-intensive work with complex equipment, requiring special operator training.
Задачей изобретения является создание способа неразрушающего контроля канала ствола на основе универсального и простого в использовании программно-аппаратного комплекса для анализа степени повреждений и износа каналов нарезных и гладкоствольных стволов СПВ любых калибров.The objective of the invention is to create a method for non-destructive testing of a barrel bore based on a universal and easy-to-use hardware and software complex for analyzing the degree of damage and wear of the bores of rifled and smooth-bore SPV barrels of any caliber.
Сущность изобретения заключается в проведении неразрушающего контроля канала ствола по всей его длине или на отдельных участках посредством получения изображений его поверхности камерой с дальнейшей их обработкой системой компьютерного зрения, которая состоит из сверточной нейронной сети (СНС) для обнаружения и классификации дефектов и блока их пространственной разметки, обсчета геометрических и оптических метрик (БРМ), с выводом следующих результатов: карта дефектов канала ствола СПВ на цифровых изображениях развертки его полного среза, количество областей для семи разных дефектов, общая площадь каждого дефекта, количество областей для каждого дефекта, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность, и наименьшую, среднюю и наибольшую глубину.The essence of the invention consists in carrying out non-destructive testing of the bore along its entire length or in individual sections by obtaining images of its surface with a camera with their subsequent processing by a computer vision system, which consists of a convolutional neural network (CNN) for detecting and classifying defects and a block for their spatial marking, calculating geometric and optical metrics (GOM), with the output of the following results: a map of defects of the bore of the SPV on digital images of the scan of its full section, the number of areas for seven different defects, the total area of each defect, the number of areas for each defect having high, moderate and low compactness, and the smallest, average and greatest depth.
Технический результат заявленного изобретения заключается в возможности проведения в любых условиях местности (лаборатория, мастерская, полигон и т.п.) неквалифицированным (не имеющим специальной подготовки) оператором неразрушающего контроля каналов стволов нарезного и гладкоствольного СПВ и определения карты дефектов канала ствола на цифровых изображениях развертки его полного среза, количества областей для семи разных дефектов, общей площади каждого дефекта, количества областей для каждого дефекта, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность, и наименьшую, среднюю и наибольшую глубину, посредством несложного программно-аппаратного комплекса с универсальным, широко распространенным и доступным оборудованием.The technical result of the claimed invention consists in the possibility of carrying out non-destructive testing of the barrel bores of rifled and smooth-bore SPV by an unskilled (without special training) operator in any terrain conditions (laboratory, workshop, testing ground, etc.) and determining a map of the barrel bore defects on digital images of the scan of its full cut, the number of areas for seven different defects, the total area of each defect, the number of areas for each defect having high, moderate and low compactness, and the smallest, average and greatest depth, by means of a simple software and hardware complex with universal, widespread and accessible equipment.
Технический результат заявленного изобретения достигается последовательным выполнением мероприятий по подготовке и проведению неразрушающего контроля канала ствола СПВ посредством использования программно-аппаратного комплекса неразрушающего контроля канала ствола методом компьютерного зрения (ПАК) (ПАК схематично представлен на Фиг. 1, где: 1 - зонд с цифровой камерой; 2 - корпус устройства ввода, вывода и поворота зонда с цифровой камерой (УВВП); 3 - кольцо центрирования зонда с цифровой камерой в канале ствола; 4 - шаговые двигатели; 5 - направляющие колеса шаговых двигателей; 6 - плата контроллера; 7 - нейлоновая лента; 8 - ствол стрелково-пушечного вооружения; 9 - У ВВП; d - калибр СПВ, lст - длина ствола; L - расстояние от внешнего среза УВВП до дульного среза канала ствола), который состоит из зонда с цифровой камерой (1 на Фиг. 1), УВВП (2 и 9 на Фиг. 1), сменных колец центрирования зонда в канале ствола (3 на Фиг. 1) и персональной ЭВМ (ПЭВМ) с установленным специализированным программным обеспечением (СПО), с помощью которых в автоматическом режиме проводится управление движением зонда, получение и анализ снимков поверхности канала ствола с последующим выводом следующих результатов: карта дефектов канала ствола СПВ на цифровых изображениях развертки его полного среза, количество областей для семи разных дефектов, общая площадь каждого дефекта, количество областей для каждого дефекта, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность, и наименьшую, среднюю и наибольшую глубину (архитектура ПАК схематично представлена на Фиг. 2). При этом к устройству для получения и передачи изображения (зонду с цифровой камерой) предъявляются следующие требования: диаметр зонда с цифровой камерой меньше калибра исследуемого и диагностируемого огнестрельного оружия; длина зонда с цифровой камерой не меньше длины канала ствола исследуемого и диагностируемого огнестрельного оружия; наличие встроенного источника освещения для исключения искажений, вызванных сторонней подсветкой; возможность осуществления цветной фотосъемки под углом 90 градусов относительно движения зонда с разрешением получаемых изображений не менее HD (high definition) и размером не менее 1280 на 720 пикселей.The technical result of the claimed invention is achieved by consistently performing measures to prepare and conduct non-destructive testing of the bore of the SPV by using a hardware and software complex for non-destructive testing of the bore using the computer vision method (HSC) (the HSC is schematically shown in Fig. 1, where: 1 - a probe with a digital camera; 2 - a housing for the device for input, output and rotation of a probe with a digital camera (UVVP); 3 - a ring for centering the probe with a digital camera in the bore; 4 - stepper motors; 5 - guide wheels of the stepper motors; 6 - a controller board; 7 - a nylon tape; 8 - a barrel of a small arms and cannon armament; 9 - U VVP; d - SPV caliber, l st - barrel length; L - the distance from the outer edge of the UVVP to the muzzle end of the bore), which consists of a probe with a digital camera (1 in Fig. 1), UVVP (2 and 9 in Fig. 1), replaceable centering rings a probe in the barrel bore (3 in Fig. 1) and a personal computer (PC) with installed specialized software (SPO), with the help of which the probe movement is automatically controlled, images of the barrel bore surface are obtained and analyzed, with the subsequent output of the following results: a map of barrel bore defects SPV on digital images of the scan of its full cross-section, the number of areas for seven different defects, the total area of each defect, the number of areas for each defect having high, moderate and low compactness, and the smallest, medium and greatest depth (the PAC architecture is schematically shown in Fig. 2). In this case, the following requirements are imposed on the device for obtaining and transmitting the image (probe with digital camera): the diameter of the probe with digital camera is less than the caliber of the firearm being examined and diagnosed; the length of the probe with digital camera is not less than the length of the barrel bore of the firearm being examined and diagnosed; the presence of a built-in light source to eliminate distortions caused by extraneous illumination; the ability to take color photographs at an angle of 90 degrees relative to the probe's movement with a resolution of the resulting images of at least HD (high definition) and a size of at least 1280 by 720 pixels.
При подготовке к неразрушающему контролю канала ствола СПВ: при необходимости проводится (установленным нормативно-технической документацией порядком) чистка огнестрельного оружия; с дульного среза канала ствола снимаются любые установленные устройства (например, дульный тормоз-компенсатор); разворачивается ПАК, в частности, на зонд с цифровой камерой (1 на Фиг. 1) при необходимости устанавливается кольцо его центрирования в канале ствола (3 на Фиг. 1) с диаметром на 0,2 мм меньше калибра СПВ, УВВП (2 и 9 на Фиг. 1) внешним срезом вплотную закрепляется при помощи нейлоновой ленты (7 на Фиг. 1) на дульном срезе канала ствола (8 на Фиг. 1), включается ПЭВМ и загружается СПО, в которое вводятся данные по калибру (d на Фиг. 1) и длине канала ствола СПВ (lст на Фиг. 1) в миллиметрах, расстоянию от внешнего среза УВВП до дульного среза канала ствола (L на Фиг. 1) в миллиметрах (по умолчанию в СПО данный параметр установлен 0 мм, т.е. L=0 мм), сектору съемки камерой поверхности канала ствола для указанного калибра СПВ в градусах, и данные по участкам канала ствола, на которых проводится неразрушающий контроль (в частности, расстояния от среза казенной части ствола до начала участков в миллиметрах и их длина миллиметрах).In preparation for non-destructive testing of the SPV barrel bore: if necessary, the firearm is cleaned (in accordance with the procedure established by the regulatory and technical documentation); any installed devices (for example, the muzzle brake-compensator) are removed from the muzzle of the barrel bore; the PAK is deployed, in particular, onto the probe with a digital camera (1 in Fig. 1), if necessary, a ring for its centering is installed in the barrel bore (3 in Fig. 1) with a diameter 0.2 mm smaller than the caliber of the SPV, the UVVP (2 and 9 in Fig. 1) is tightly secured with its outer edge using a nylon tape (7 in Fig. 1) on the muzzle end of the barrel bore (8 in Fig. 1), the PC is turned on and the SPO is loaded, into which data are entered on the caliber (d in Fig. 1) and the length of the SPV barrel bore (l st in Fig. 1) in millimeters, the distance from the outer edge of the UVVP to the muzzle end of the barrel bore (L in Fig. 1) in millimeters (by default, this parameter is set to 0 mm in the SPO, i.e. L=0 mm), the camera shooting sector of the barrel bore surface for the specified caliber of the SPV in degrees, and data on sections of the barrel bore on which non-destructive testing is carried out (in particular, the distance from the edge of the breech of the barrel to the beginning of the sections in millimetres and their length in millimetres).
В качестве пояснения необходимо отметить следующее:As an explanation, the following should be noted:
1. Внешний срез УВВП (2 и 9 на Фиг. 1) является начальной (нулевой) отметкой, от которой отсчитывается расстояние (L на Фиг. 1) движения зонда с цифровой камерой (1 на Фиг. 1) (по умолчанию в СПО на ПЭВМ установлено 0 мм, т.е. L=0 мм), поэтому оно закрепляется вплотную к дульному срезу канала ствола СПВ (8 на Фиг. 1). В случае невозможности закрепления (размещения) УВВП при помощи нейлоновой ленты (7 на Фиг. 1) указанным способом (например, в связи с наличием на дульном срезе канала ствола дульного тормоза-компенсатора), в СПО на ПЭВМ вручную вводится расстояние от внешнего среза УВВП до дульного среза канала ствола СПВ (L на Фиг. 1).1. The outer edge of the UVVP (2 and 9 in Fig. 1) is the initial (zero) mark from which the distance (L in Fig. 1) of movement of the probe with the digital camera (1 in Fig. 1) is counted (by default, 0 mm is set in the SPO on the PC, i.e. L=0 mm), therefore it is secured tightly to the muzzle end of the SPV barrel bore (8 in Fig. 1). If it is impossible to secure (place) the UVVP using a nylon tape (7 in Fig. 1) in the specified way (for example, due to the presence of a muzzle brake-compensator on the muzzle end of the barrel bore), the distance from the outer edge of the UVVP to the muzzle end of the SPV barrel bore (L in Fig. 1) is manually entered into the SPO on the PC.
2. По умолчанию (установлено в СПО на ПЭВМ) неразрушающий контроль проводится для полного среза (на 360 градусов) внутренней поверхности по всей длине канала ствола СПВ. При необходимости проведения неразрушающего контроля определенных участков канала ствола СПВ в СПО на ПЭВМ вручную вводятся следующие данные для каждого из этих участков: расстояние от среза казенной части ствола до начала участка в миллиметрах и его длина в миллиметрах.2. By default (set in the SPO on the PC), non-destructive testing is performed for a full cut (360 degrees) of the inner surface along the entire length of the SPV barrel bore. If it is necessary to perform non-destructive testing of certain sections of the SPV barrel bore, the following data are manually entered into the SPO on the PC for each of these sections: the distance from the cut of the breech of the barrel to the beginning of the section in millimeters and its length in millimeters.
3. В состав ПАК входит набор сменных колец центрирования зонда с цифровой камерой в канале ствола (3 на Фиг. 1) с разным диаметром от 5,25 до 151,8 мм (на 0,2 мм меньше основных калибров СПВ).3. The PAK includes a set of replaceable rings for centering the probe with a digital camera in the barrel bore (3 in Fig. 1) with different diameters from 5.25 to 151.8 mm (0.2 mm less than the main SPV calibers).
4. Для удобства работы, в зависимости от условий проведения неразрушающего контроля и размера огнестрельного оружия, СПВ размещается на горизонтальной поверхности (как правило, для образцов СПВ калибром не более 14,5 мм), ПАК разворачивается рядом с дульным срезом.4. For ease of operation, depending on the conditions of non-destructive testing and the size of the firearm, the SPV is placed on a horizontal surface (as a rule, for SPV samples with a caliber of no more than 14.5 mm), the PAK is deployed next to the muzzle.
Проведение неразрушающего контроля канала ствола СПВ (8 на Фиг. 1) начинается нажатием кнопки в СПО на ПЭВМ, после чего УВВП (2 и 9 на Фиг. 1), получив сигнал от ПЭВМ на встроенный контроллер управления (6 на Фиг. 1), запускает движение зонда с цифровой камерой (1 на Фиг. 1) и кольцом его центрирования в канале ствола (3 на Фиг. 1) (ЗКК) до среза казенной части канала ствола, т.е. на расстояние, равное сумме длины канала ствола СПВ и расстояния от внешнего среза УВВП до дульного среза канала ствола (lст+L). Далее ЗКК движется назад, осуществляя съемку полного среза (на 360 градусов) внутренней поверхности канала ствола. При этом, если в СПО на ПЭВМ вручную не введены данные по участкам, на которых требуется проведение неразрушающего контроль (расстояние от среза казенной части ствола до начала участка и его длина), то съемка полного среза внутренней поверхности канала ствола СПВ осуществляется по всей его длине от казенной части к дульному срезу. Если в СПО на ПЭВМ введены данные по участкам, на которых требуется проведение неразрушающего контроль, то съемка полного среза внутренней поверхности канала ствола СПВ осуществляется только на этих участках последовательно при движении ЗКК от казенной части к дульному срезу. Последовательно полученные изображения автоматически передаются в СПО на ПЭВМ, где из них формируется развертка полного среза каждого участка.The non-destructive testing of the SPV barrel bore (8 in Fig. 1) begins by pressing a button in the SPO on the PC, after which the UVVP (2 and 9 in Fig. 1), having received a signal from the PC to the built-in control controller (6 in Fig. 1), starts the movement of the probe with a digital camera (1 in Fig. 1) and its centering ring in the barrel bore (3 in Fig. 1) (ZKK) to the edge of the breech of the barrel bore, i.e. to a distance equal to the sum of the length of the SPV barrel bore and the distance from the outer edge of the UVVP to the muzzle edge of the barrel bore (l st + L). Then the ZKK moves back, shooting a full cut (360 degrees) of the inner surface of the barrel bore. In this case, if the data on the sections requiring non-destructive testing (the distance from the breech face of the barrel to the beginning of the section and its length) are not manually entered into the PC-based SPO, then the complete cross-section of the inner surface of the SPV barrel bore is taken along its entire length from the breech face to the muzzle face. If the data on the sections requiring non-destructive testing are entered into the PC-based SPO, then the complete cross-section of the inner surface of the SPV barrel bore is taken only in these sections sequentially as the SPV moves from the breech face to the muzzle face. The sequentially obtained images are automatically transferred to the PC-based SPO, where they are used to form a scan of the complete cross-section of each section.
В качестве пояснения необходимо отметить следующее:As an explanation, the following should be noted:
1. Ввод, вывод и поворот ЗКК осуществляются посредством использования в УВВП направляющих колес на двух шаговых двигателях (4 и 5 на Фиг. 1), один из которых отвечает за движение ЗКК по оси канала ствола, второй - за поворот ЗКК вокруг своей оси.1. The input, output and rotation of the ZKK are carried out by using guide wheels on two stepper motors (4 and 5 in Fig. 1) in the UVVP, one of which is responsible for the movement of the ZKK along the axis of the barrel bore, the second - for the rotation of the ZKK around its axis.
2. Ввод, вывод и поворот ЗКК, а также получение изображений поверхности среза канала ствола осуществляется в автоматическом режиме СПО посредством использования данных по калибру (d на Фиг. 1) и длине канала ствола СПВ (lст на Фиг. 1), расстоянию от внешнего среза УВВП до дульного среза канала ствол (L на Фиг. 1) а, сектору съемки камерой поверхности канала ствола для указанного калибра СПВ, а также данных по участкам канала ствола, на которых проводится неразрушающий контроль (в частности, расстоянию от среза казенной части ствола до начала участков в миллиметрах и их длины миллиметрах).2. Input, output and rotation of the ZKK, as well as obtaining images of the surface of the barrel bore cut is carried out in the automatic mode of the SPO by using data on the caliber (d in Fig. 1) and the length of the SPV barrel bore (l st in Fig. 1), the distance from the outer cut of the UVVP to the muzzle cut of the barrel bore (L in Fig. 1) a, the sector of shooting by the camera of the surface of the barrel bore for the specified caliber of the SPV, as well as data on the sections of the barrel bore on which non-destructive testing is carried out (in particular, the distance from the cut of the breech of the barrel to the beginning of the sections in millimeters and their length in millimeters).
Обнаружение, классификация и определение границ дефектов на цифровых изображениях развертки полного среза канала ствола (по всей его длине или на отдельных участкам) осуществляется СПО посредством СНС архитектуры YOLO, которая позволяет выделять общие признаки на различных изображениях каналов стволов после обучения на основе предварительно собранной базы данных и использовать выведенные закономерности для работы с новыми данными. Для адаптации работы архитектуры YOLO к выполнению неразрушающего контроля канала ствола проведено обучение СНС на базе данных из 7 наиболее распространенных дефектов канала ствола, представленных на Фиг.: 3 (определены в рамках проведенных научно-исследовательских работ):Detection, classification and definition of defect boundaries in digital images of the full bore scan (along its entire length or in individual sections) is performed by the SPO using the YOLO architecture CNN, which allows identifying common features in various bore images after training based on a previously collected database and using the derived patterns to work with new data. To adapt the YOLO architecture to non-destructive testing of the bore, the CNN was trained based on the data of the 7 most common bore defects shown in Fig. 3 (determined within the framework of the conducted research work):
- нагар - окисленный налет, остающийся на поверхности канала ствола после воздействия высоких температур на средства технического обслуживания СПВ (масла, смазки, специальные жидкости и т.п.);- carbon deposits - oxidized deposits remaining on the surface of the barrel bore after exposure to high temperatures on the maintenance equipment of the SPV (oils, lubricants, special liquids, etc.);
- раковины - значительные углубления в металле на поверхности канала ствола, образовавшиеся в результате прогрессирующего разгара ствола и небрежного ухода за СПВ (образуются в результате длительной коррозии в местах скола хрома);- cavities - significant depressions in the metal on the surface of the barrel bore, formed as a result of progressive wear of the barrel and careless maintenance of the SPV (formed as a result of long-term corrosion in places where chrome has chipped);
- коррозия - дефект поверхности в виде пятен или полос с рыхлой структурой окисной пленки, образовавшихся в результате попадания в ствол воды (влаги);- corrosion - a surface defect in the form of spots or stripes with a loose structure of the oxide film, formed as a result of water (moisture) entering the barrel;
- сетка разгара - дефект в виде пересекающихся полосок или тонких линий на поверхности хромированных стволов, появляющийся в процессе стрельбы (с увеличением количества выстрелов в данных полосках образуются трещины, начинается выкрашивание хрома в виде точек, которое может привести к сколу хрома);- a burn grid - a defect in the form of intersecting stripes or thin lines on the surface of chrome-plated barrels that appears during shooting (as the number of shots increases, cracks form in these stripes, and the chrome begins to chip in the form of dots, which can lead to chrome chipping);
- скол хрома - наиболее сильно выраженный разгар хромового покрытия канала ствола;- chrome chip - the most pronounced break in the chrome coating of the barrel bore;
- сыпь - первичное поражение поверхности канала ствола в виде точек и мелких крапин;- rash - primary lesion of the surface of the barrel channel in the form of dots and small specks;
- царапины - дефект на поверхности канала ствола в виде черточек (иногда с заметным подъемом металла по краям), образующийся вследствие попадания в ствол частиц грязи (пыли, песчинок и т.п.).- scratches - a defect on the surface of the barrel bore in the form of lines (sometimes with a noticeable rise in the metal along the edges), formed as a result of dirt particles (dust, sand grains, etc.) getting into the barrel.
Результатом работы СНС является карта дефектов канала ствола на цифровых изображениях развертки его полного среза (по всей длине ствола или на отдельных его участках), которая передается в БРМ, где на основе границ дефектов канала ствола производится расчет их геометрических и оптических метрик в соответствии с формулами, представленными в таблице на Фиг. 4. В результате работы БРМ для каждого из 7 дефектов канала ствола определяются:The result of the SNS operation is a map of the barrel bore defects on digital images of the scan of its full section (along the entire length of the barrel or on its individual sections), which is transferred to the BRM, where, based on the boundaries of the barrel bore defects, their geometric and optical metrics are calculated in accordance with the formulas presented in the table in Fig. 4. As a result of the BRM operation, for each of the 7 barrel bore defects the following are determined:
- количество областей дефектов в штуках (i, шт.);- the number of defect areas in pieces (i, pieces);
- общая площадь дефекта в процентах (Sобщ, %) относительно общей площади развертки полного среза канала ствола, полученной при проведении неразрушающего контроля (по всей длине ствола или на отдельных его участках), которая вычисляется по формуле- the total area of the defect as a percentage (S total , %) relative to the total area of the full bore scan obtained during non-destructive testing (along the entire length of the barrel or in its individual sections), which is calculated using the formula
где Sp - площадь развертки полного среза канала ствола, полученная при проведении неразрушающего контроля (по всей длине ствола или на отдельных его участках); Si - площадь дефекта в i-той области;where S p is the area of the full bore scan obtained during non-destructive testing (along the entire length of the bore or in its individual sections); S i is the area of the defect in the i-th region;
- количество областей дефектов, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность (характеризует кучность и локальность дефекта), в штуках (iq, шт. ), которые определяются по следующим правилам: если компактность дефекта в i-той области (q,) находится в пределах от 4 до 50 (4≤qi≤50), то дефект в данной области имеет высокую компактность; если 50<qi≤200, то дефект в данной области имеет умеренную компактность; если qi>200, то дефект в данной области имеет низкую компактность;- the number of defect areas with high, moderate and low compactness (characterizes the density and locality of the defect), in pieces (i q , pieces), which are determined by the following rules: if the compactness of the defect in the i-th area (q,) is in the range from 4 to 50 (4≤q i ≤50), then the defect in this area has high compactness; if 50<q i ≤200, then the defect in this area has moderate compactness; if q i >200, then the defect in this area has low compactness;
- количество областей дефектов, имеющих наименьшую, среднюю и наибольшую глубину, в штуках (iσ, шт.), которые определяются по следующим правилам: если среднеквадратическое отклонение яркости дефекта в i-той области (а,) находится в пределах от наименьшего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей (σmin) до половины суммы наименьшего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей и среднего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей то дефект в данной области имеет наименьшую глубину; если σi находится в пределах от половины суммы наибольшего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей и среднего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей до наибольшего среднеквадратического отклонения яркости дефекта из выявленных среднеквадратических отклонений яркостей дефектов для всех областей (σmax), то дефект в данной области имеет наибольшую глубину; если то дефект в данной области имеет среднюю глубину.- the number of defect areas with the smallest, average and greatest depths, in pieces (i σ , pieces), which are determined according to the following rules: if the standard deviation of the brightness of a defect in the i-th area (a,) is within the range from the smallest standard deviation of the brightness of a defect from the identified standard deviations of the brightness of defects for all areas (σ min ) to half the sum of the smallest standard deviation of the brightness of a defect from the identified standard deviations of the brightness of defects for all areas and the average standard deviation of the brightness of a defect from the identified standard deviations of the brightness of defects for all areas then the defect in the given area has the smallest depth; if σ i is within the range of half the sum of the largest standard deviation of the defect brightness from the identified standard deviations of the defect brightness for all areas and the average standard deviation of the defect brightness from the identified standard deviations of the defect brightness for all areas to the greatest standard deviation of the defect brightness from the identified standard deviations of the defect brightness for all areas (σ max ), then the defect in this area has the greatest depth; if then the defect in this area has an average depth.
Результаты работы СНС и БРМ (в частности, карта дефектов канала ствола на цифровых изображениях развертки его полного среза, количество областей для семи разных дефектов, общая площадь каждого дефекта, количество областей для каждого дефекта, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность, и наименьшую, среднюю и наибольшую глубину) через блок вывода результатов неразрушающего контроля канала ствола СПВ выводятся (отображаются) на монитор ПЭВМ.The results of the work of the SNS and BRM (in particular, a map of barrel bore defects on digital images of the scan of its full cross-section, the number of areas for seven different defects, the total area of each defect, the number of areas for each defect that have high, moderate and low compactness, and the smallest, average and greatest depth) are output (displayed) to the PC monitor via the output unit of the results of non-destructive testing of the barrel bore of the SPV.
На Фиг. 5 и Фиг. 6 представлены примеры отображения результатов неразрушающего контроля канала ствола нарезного или гладкоствольного СПВ на мониторе ПЭВМ, получаемые оператором, не имеющим специальной подготовки и (или) квалификации, в любых условиях местности (лаборатория, мастерская, полигон и т.п.).Fig. 5 and Fig. 6 show examples of displaying the results of non-destructive testing of the barrel bore of a rifled or smoothbore SPV on a PC monitor, obtained by an operator who does not have special training and/or qualifications, in any terrain conditions (laboratory, workshop, training ground, etc.).
Одним из существенных отличительных признаков патентуемого изобретения, по сравнению с известными техническими решениями аналогов и прототипа, является использование ПАК (Фиг. 1), имеющего определенные состав и архитектуру (Фиг. 2), с помощью которого непосредственно проводится неразрушающий контроль канала ствола СПВ. Изменение ПАК, равно как и использование другого ПАК, не позволит достичь заявленного технического результата.One of the essential distinctive features of the patented invention, in comparison with known technical solutions of analogues and prototypes, is the use of the PAC (Fig. 1), having a certain composition and architecture (Fig. 2), with the help of which non-destructive testing of the bore of the SPV is directly carried out. Changing the PAC, as well as using another PAC, will not allow achieving the declared technical result.
Вторым существенным отличительным признаком патентуемого изобретения является порядок (алгоритм) выполнения неразрушающего контроля канала ствола СПВ, в частности мероприятий по его подготовке и проведению. Изменение порядка (алгоритма) выполнения неразрушающего контроля канала ствола СПВ, равно как и использование другого порядка (алгоритма), не позволит достичь заявленного технического результата.The second essential distinctive feature of the invention being patented is the order (algorithm) of performing non-destructive testing of the SPV barrel bore, in particular the measures for its preparation and implementation. Changing the order (algorithm) of performing non-destructive testing of the SPV barrel bore, as well as using another order (algorithm), will not allow achieving the claimed technical result.
Третьим существенным отличительным признаком патентуемого изобретения является использование для получения карты дефектов канала ствола СПВ на цифровых изображениях развертки его полного среза СНС архитектуры YOLO, обученной на базе данных из 7 наиболее распространенных дефектов канала ствола, определенных в рамках проведенных научно-исследовательских работ (нагар, раковины, коррозия, сетка разгара, скол хрома, сыпь и царапины). Использование другого порядка обнаружения, классификации и определения границ дефектов на цифровых изображениях развертки полного среза канала ствола СПВ, равно как и обучение СНС на базе данных других дефектов канала ствола СПВ или другого их количества, не позволит достичь заявленного технического результата.The third essential distinctive feature of the invention being patented is the use of the YOLO architecture neural network for obtaining a map of the SPV barrel bore defects on digital images of the scan of its full section, trained on the basis of data from 7 of the most common defects of the SPV barrel, determined within the framework of the conducted research works (carbon deposits, cavities, corrosion, fumes, chrome chips, rash and scratches). The use of a different order of detection, classification and determination of the boundaries of defects on digital images of the scan of the full section of the SPV barrel bore, as well as training the neural network on the basis of data of other defects of the SPV barrel bore or a different number of them, will not allow achieving the declared technical result.
Четвертым существенным отличительным признаком патентуемого изобретения являются порядок расчета геометрических и оптических метрик дефектов канала ствола СПВ и правила, позволяющие определить на карте дефектов канала ствола СПВ количество областей для семи разных дефектов, общую площадь каждого дефекта, количество областей для каждого дефекта, имеющих высокую, умеренную и низкую компактность, и наименьшую, среднюю и наибольшую глубину. Изменение порядка расчета, равно как и использование других правил, приведет к ошибочным результатам.The fourth essential distinctive feature of the invention being patented is the procedure for calculating the geometric and optical metrics of the SPV bore defects and the rules that make it possible to determine on the SPV bore defect map the number of areas for seven different defects, the total area of each defect, the number of areas for each defect that have high, moderate and low compactness, and the smallest, average and largest depth. Changing the calculation procedure, as well as using other rules, will lead to erroneous results.
Проведенные патентные исследования не выявили технических решений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета заявленного изобретения и характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что указанное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The conducted patent research did not reveal any technical solutions that became publicly available in the world before the priority date of the claimed invention and characterized by the claimed set of features; therefore, it can be assumed that the said technical solution meets the patentability condition of “novelty”.
Для применения заявляемого изобретения используется несложный программно-аппаратный комплекс с универсальным, широко распространенным и доступным оборудованием, апробировано в опытно-промышленных условиях, что соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».To apply the claimed invention, a simple hardware and software complex is used with universal, widely used and accessible equipment, tested in pilot industrial conditions, which corresponds to the patentability condition “industrial applicability”.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2828190C1 true RU2828190C1 (en) | 2024-10-07 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4446235A1 (en) * | 1994-12-23 | 1996-06-27 | Mauser Werke Oberndorf Waffensysteme Gmbh | Measuring unit for inside surface of tubes esp. gun barrel with rifling grooves |
AU6399796A (en) * | 1995-06-30 | 1997-02-05 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force, The | Electro-optic, noncontact, interior cross-sectional profiler |
KR101957123B1 (en) * | 2017-08-10 | 2019-07-02 | 대한민국(육군참모총장) | Inspection equipment for the gauge of cartridge chamber |
CN111928729A (en) * | 2020-07-27 | 2020-11-13 | 天津大学 | Method and device for measuring bore diameter of rifling of gun barrel |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4446235A1 (en) * | 1994-12-23 | 1996-06-27 | Mauser Werke Oberndorf Waffensysteme Gmbh | Measuring unit for inside surface of tubes esp. gun barrel with rifling grooves |
AU6399796A (en) * | 1995-06-30 | 1997-02-05 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force, The | Electro-optic, noncontact, interior cross-sectional profiler |
KR101957123B1 (en) * | 2017-08-10 | 2019-07-02 | 대한민국(육군참모총장) | Inspection equipment for the gauge of cartridge chamber |
CN111928729A (en) * | 2020-07-27 | 2020-11-13 | 天津大学 | Method and device for measuring bore diameter of rifling of gun barrel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | A new surface roughness measurement method based on a color distribution statistical matrix | |
CN201964875U (en) | Distant target observing system | |
Feliciano et al. | Texture digital analysis for corrosion monitoring | |
CN104034733A (en) | Life Prediction Method Based on Binocular Vision Monitoring and Surface Crack Image Recognition | |
JP6930926B2 (en) | Defect inspection equipment, methods and programs | |
CN116953196B (en) | Defect detection and safety state assessment method for steel tee joint | |
CN104777174B (en) | Axial workpiece abrupt change of cross-section portion faces fatigue crack detecting system and method | |
CN105424724A (en) | Artillery inner bore defect detection device and method based on active panoramic vision | |
CN115014248A (en) | A method for identification and flatness determination of laser projection lines | |
CN113008158A (en) | Multi-line laser tyre pattern depth measuring method | |
Ott et al. | Applying 3D measurements and computer matching algorithms to two firearm examination proficiency tests | |
RU2828190C1 (en) | Method for non-destructive testing of barrel of small arms and cannon weapons by computer vision | |
JP2011524031A (en) | How to select the best trace area for shell case-based automatic region segmentation and shell case comparison | |
CN109559342B (en) | Method and device for measuring animal body length | |
US10612891B1 (en) | Automated ammunition photogrammetry system | |
Liscio et al. | The lead-in method for bullet impacts in metal panels | |
Zhong et al. | Visual testing for fiber-reinforced composite materials | |
RU2835781C1 (en) | Method of estimating wear and categorizing barrels of artillery pieces | |
CN115164640B (en) | Device and method for detecting abrasion of inner wall of cylinder | |
CN112950765B (en) | A Cavity Straightness Detection Method Based on Point Cloud Modeling | |
RU2828997C1 (en) | Method of determining actual state of barrel of artillery pieces and device for its implementation | |
Smith et al. | Intelligent imaging of forensic ballistics specimens for ID | |
Mizanuzzaman et al. | Automatic Abnormality Detection and Estimation in Small Arms Barrel--A New Software-Based System for Bangladesh Army | |
US20160018196A1 (en) | Target scoring system and method | |
Li | Firearm identification system based on ballistics image processing |