DE102013104308B4

DE102013104308B4 - Justierverfahren und Justiervorrichtung zur parallelen Ausrichtung der Simulatorlinie eines Schusssimulators zur Visierlinie einer Schusswaffe

Info

Publication number: DE102013104308B4
Application number: DE102013104308.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Schneider
Original assignee: Jenoptik Advanced Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2033-04-30
Also published as: DE102013104308A1

Abstract

Justiervorrichtung (3) zur parallelen Ausrichtung einer Simulatorlinie (2.3) eines an einer Schusswaffe (1) befestigten Schusssimulators (11) zu einer Visierlinie (1.2) der Schusswaffe (1), wobei der Schusssimulator (11) zur Abstrahlung eines Simulatorlaserstrahls eine Simulatorlaserquelle (2) mit einer Simulatorlaserachse (2.1) und eine erste Ablenkeinheit (2.5) zum Verkippen des Simulatorlaserstrahls in eine parallele Richtung zur Visierlinie (1.2), welche eine Simulatorlinie (2.3) darstellt, sowie ein Abschlussglas (2.4) aufweist, mit Stellmotoren (6.1, 6.2) zum Verstellen der ersten Ablenkeinheit (2.5), mit einer eine Kameraachse (4.1) aufweisenden Kamera (4), einem der Kamera (4) vorgeordneten teildurchlässigen Strahlteiler (5) und einer die Kamera (4) und die Stellmotoren (6.1, 6.2) verbindenden Rechen- und Steuereinheit (7), wobei die Justiervorrichtung (3) am Schusssimulator (11) über eine dafür vorgesehene Verbindung (2.2) temporär so befestigt ist, dass ein entlang der Simulatorlaserachse (2.1) ausgesendeter Simulatorlaserstrahl sicher auf die Kamera (4) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektionslaserquelle (9) mit einer Projektionslaserachse (9.1) vorhanden ist, die einen Projektionslaserstrahl (9.2) entlang der Projektionslaserachse (9.1) aussendet und auf der Projektionslaserachse (9.1) eine zweite Ablenkeinheit (10) zum Verkippen des Projektionslaserstrahls (9.2) gegenüber der Projektionsachse (9.1) vorhanden ist, die mit weiteren Stellmotoren (6.3, 6.4) sowie der Rechen- und Steuereinheit (7) verbunden ist, dass die Kameraachse (4.1) und die Projektionsachse (9.1) zueinander parallel ausgerichtet sind, dass eine Messlaserquelle (8) mit einer Messlaserachse (8.1) vorhanden ist, die zum Strahlteiler (5) so angeordnet ist, dass diese einen entlang der Messlaserachse (8.1) ausgesendeten Messlaserstrahl (8.2) in Richtung der Kameraachse (4.1), von der Kamera (4) weg, auf das Abschlussglas (2.4) reflektiert, von wo aus der Messlaserstrahl (8.2) zurück durch den Strahlteiler (5) auf die Kamera (4) reflektiert wird, und dass wenigstens ein Bedienelement (13) vorhanden ist, welches mit der Rechen- und Steuereinheit (7) in Verbindung steht und über welches ein entlang der Visierlinie (1.2) blickender Schütze die Verkippung des Projektionslaserstrahles (9.2) steuern kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Justierverfahren und eine Justiervorrichtung zur Ausrichtung der Simulatorlinie eines an einer Schusswaffe befestigten Schusssimulators zur Visierlinie der Schusswaffe, um mit einem vom Schusssimulator ausgesandten Laserstrahl sicher ein anvisiertes Objekt zu treffen. Eine derartige Justiervorrichtung ist gattungsgemäß aus der Patentschrift DE 10 2005 054 156 B4 bekannt.
Duellsimulatoren sind Ausbildungsgeräte, mit denen die Wirkung der eigenen Waffe auf Ziele gefechtsmäßig dargestellt werden kann. Hierbei werden zur Simulation eines scharfen Schusses Systeme verwendet, die aus einem mit einem Lasersender ausgestatteten Schusssimulator als aktives und einem Empfängersystem als passives Teil bestehen, wobei der aktive Teil an der Schusswaffe und der passive Teil am gegnerischen Waffensystem oder bei Infanteristen an deren Ausrüstung angebracht ist. Die Schusswaffe und das gegnerische Waffensystem können sowohl im Stand der Technik als auch betreffend die Erfindung reale Waffen oder Waffenattrappen sein bzw. aus solchen bestehen.
Bevor ein an der Schusswaffe befestigter Schusssimulator zum Einsatz kommen kann, ist es erforderlich, die Simulatorlinie des Schusssimulators (im Stand der Technik häufig Simulatorachse genannt) zur Visierlinie der Schusswaffe auszurichten, sodass sie exakt parallel zueinander verlaufen.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Schusssimulatoren und/oder Vorrichtungen zum Justieren solcher Schusssimulatoren bekannt, die sich hauptsächlich dadurch unterscheiden, mit welchen Mitteln die Simulatorlinie parallel zur Visierlinie einer Schusswaffe, an welcher der Schusssimulator befestigt ist, justiert werden. Nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet, unterscheiden sich die verschiedenen Lösungen insbesondere darin, ob sie spezifisch für bestimmte Schusswaffen, für verschiedene Schusswaffen gleichen Waffentyps oder sogar für Schusswaffen unterschiedlicher Waffentypen verwendet werden können.
Ein erster Schusssimulator ist aus der Patentschrift US 2004/0076928 A1 bekannt. Der hier offenbarte Schusssimulator weist zur Erzeugung eines Laserstrahles, neben der üblichen Laserquelle und einer vorgeordneten Optik mit einer optischen Achse, eine zur Laserquelle konjugiert angeordnete Quelle sichtbarer Strahlung sowie einen Strahlteiler auf, welcher den sichtbaren Strahl in den Laserstrahl einkoppelt. Die vorgeordnete Optik umfasst ein Keilscheibenpaar, welches es ermöglicht, den den Schusssimulator verlassenden Laserstrahl und damit auch den sichtbaren Strahl gegenüber der optischen Achse zu verkippen. Zur Justierung des Laserstrahles, welcher die Simulatorlinie verkörpert, wird als Hilfsmittel ein Retroprisma, mit an den Abstand von Visierlinie und Schusssimulatorachse (hier optische Achse) des Schusssimulators angepassten Abmaßen, benötigt. Das Retroprisma wird vor dem Schusssimulator und dem Visierkanal der Waffe so angeordnet, dass der den Schusssimulator verlassende sichtbare Strahl in den Visierkanal eingekoppelt wird. Der ein Ziel anvisierende Schütze sieht dann einen Punkt, dessen Lage er durch die Verdrehung des Keilscheibenpaars auf die Justierlinie verschieben kann. Sobald der Punkt auf der Justierlinie liegt, ist die Simulatorlinie parallel zur Visierlinie justiert. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass die Justierung durch ein einfaches justagefreies Vorsetzen eines Retroprismas kontrolliert und wiederholt werden kann. Nachteilig ist der technische Aufwand für eine sichtbare Quelle und einen Strahlteiler, der für jeden einzelnen Schusssimulator erforderlich ist, der insbesondere die Kosten für einen solchen Schusssimulator erhöht. Nachteilig ist des Weiteren, dass zur temporären Vorordnung des Retroprismas vor den Schusssimulator dieser nur an einer vorgegebenen Position an der Waffe befestigt werden kann, in der dessen Austrittsfläche in einer Ebene liegt mit einer an der Waffe geeigneten Montagefläche. Auch ist es von Nachteil, dass für verschiedene Abstände von Visierlinie und optischer Achse des Schusssimulators verschieden dimensionierte Retroprismen benötigt werden.
Aus der Patentanmeldung GB 2 417 314 A ist eine Justiervorrichtung zur Ausrichtung der Simulatorlinie eines an einem Gewehrlauf befestigten Schusssimulators zur Visierlinie des Gewehres entsprechend der zweitgenannten Art bekannt. Die Justiervorrichtung (boresight device) ist in Richtung der Visierlinie und der Simulatorlinie, die nahe der Visierlinie und nach der Justage zu dieser parallel ausgerichtet ist, in Schussrichtung dem Gewehrlauf nachgeordnet angeordnet und umfasst im Wesentlichen ein optisches System bestehend aus einer LCD-Kamera sowie optisch abbildenden und umlenkenden Elementen, die einen vom Schusssimulator kommenden Laserstrahl auf der LCD-Kamera abbilden, sowie eine kreuzförmige Zielmarke, die in einer zur Empfangsebene der LCD-Kamera konjugierten Ebene angeordnet ist, was zusätzlich einen Strahlteiler erfordert. Die Zielmarke ist in Richtung ihrer Kreuzlinien verschiebbar, was dem Bediener ermöglicht, über einen Joystick die Zielmarke solange in zwei Richtungen zu verschieben, bis die Kreuzmitte auf der Visierlinie liegt. Anschließend wird der Lasersender des Schusssimulators aktiviert und der Laserstrahl als Laserfleck auf der Empfangsebene der LCD-Kamera abgebildet. Die Ausrichtung des Laserstrahls wird jetzt über die Verstellung eines zum Schusssimulator gehörenden Prismenpaares verändert, bis der Laserfleck, der gemeinsam mit dem Abbild der Zielmarke auf einem Display eingeblendet ist, die Zielmarke überlagert.
Zweifelsfrei müssen die Zielmarke und die Empfängerebene so angeordnet sein, dass die Visierlinie senkrecht auf der Empfängerebene steht, was über die Verbindung der Justiervorrichtung mit dem Gewehrlauf abgesichert werden muss. Nachteilig ist die zwingende Notwendigkeit, den Schusssimulator so an der Waffe anbringen zu müssen, dass die Simulatorlinie unmittelbar neben der Visierlinie verläuft, da beide durch einen gleichen optischen Kanal geführt werden. Der mögliche Abstand der Simulatorlinie ist spätestens durch die Öffnungsblende des optischen Systems begrenzt.
Aus der Patentschrift DE 10 2005 054 156 B4 ist eine Justiervorrichtung zur Ausrichtung der Simulatorlinie (hier Simulatorachse) eines Schusssimulators, verkörpert durch einen Laserstrahl, zur Visierlinie einer Schusswaffe bekannt, mit der eine auf einer Kameraachse in einem Fernrohr angeordnete leuchtende Visiermarke, zum einen über ein Prisma, in den Visierkanal des Schützen eingespiegelt und zum anderen auf einer Kamera abgebildet wird. Durch Verkippung des Fernrohrs wird die Visiermarke zentrisch zur Visierlinie verschoben, sodass anschließend die optische Achse des Fernrohrs parallel zur Visierlinie verläuft. Indem die Justiervorrichtung mit dem Kamerakanal vor dem Schusssimulator angeordnet wird, wird die Simulatorlinie in diesen eingekoppelt. Während über den Schusssimulator ein Laserstrahl ausgesendet und somit auf der Kamera des Kamerakanals gemeinsam mit der leuchtenden Visiermarke abgebildet wird, wird ein im Schusssimulator vorhandenes Keilscheibenpaar solange verdreht, bis der Laserstrahl mittig in der Abbildung der Visiermarke auf der Kamera auftrifft. Im Ergebnis ist die Simulatorlinie parallel zur Visierlinie ausgerichtet. Vorteilhaft ist hier, dass alle Mittel, die zur Justierung der Simulatorachse erforderlich sind, in einer separaten Justiervorrichtung untergebracht sind. Diese Vorrichtung muss allerdings so an der Waffe angebracht werden, dass die Zielmarke in den Visierkanal eingeblendet werden kann, womit sie insbesondere geeignet ist, wenn der Abstand zwischen Visierlinie und Simulatorachse klein ist. Die Vorrichtung muss in ihrer Ausführung auf einen bekannten Abstand von Visierlinie und Simulatorlinie konfiguriert sein, weshalb sie nicht flexible für verschiedene Waffentypen verwendet werden kann.
Aus der WO 2011/026 487 A2 sind eine modulare Justiervorrichtung mit einem Displaymodul und ein Kameramodul sowie ein Verfahren zum Justieren einer Simulatorlinie (hier Simulatorachse) zu einer Visierlinie bekannt. Das Displaymodul stellt eine Strichkreuzprojektionseinrichtung dar, bestehend aus einem Display, auf dem ein verschiebbares Strichkreuz erzeugbar ist. Dessen Mittelpunkt definiert gemeinsam mit einer ersten Abbildungsoptik eine kippbare Displaymodulachse. Das Kameramodul umfasst eine digitale Kamera mit einem Kamerachip und eine zweite Abbildungsoptik. Die optische Achse der zweiten Abbildungsoptik definiert eine feststehende Kameramodulachse. Die optischen Achsen der ersten und der zweiten Abbildungsoptik sind zueinander parallel ausgerichtet. Das Display definiert ein Displaykoordinatensystem und der Kamerachip definiert ein Kamerakoordinatensystem und es ist ein Rechner vorhanden, der so ausgelegt ist, dass er einen Punkt bezogen auf ein Koordinatensystem, in einen Punkt bezogen auf das andere Koordinatensystem umrechnet. Das Displaymodul und das Kameramodul können aufgrund ihrer Ausführung zueinander verschieden angeordnet werden, womit die Justiervorrichtung an unterschiedlichen Schusswaffen mit Schusssimulator, die sich durch den Abstand der Visierlinie zur Simulatorachse unterscheiden, so angepasst werden kann, dass bei befestigter Justiervorrichtung am Schusssimulator oder der Schusswaffe ein durch die Visiereinrichtung blickender Bediener das Strichkreuz sehen kann und ein von der Laserquelle ausgesandter Laserstrahl auf den Kamerachip auftrifft. Obwohl hier durch die Modulbauweise eine höhere Flexibilität für die Verwendung der Justiereinrichtung an verschiedenen mit einem Schusssimulator ausgestatteten Waffen bzw. Waffentypen erreicht wird, muss doch für jeden Einzelfall eine durch ausgewählte Zusammensetzung der Module konkrete Justiereinrichtung konfiguriert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Justiervorrichtung und ein damit durchführbares Justierverfahren zu schaffen, die geeignet sind, unabhängig von den waffenspezifischen Befestigungsmöglichkeiten für einen Schusssimulator und damit unabhängig vom Abstand der Simulatorlinie zur Visierlinie, die Simulatorlinie zur Justierlinie parallel auszurichten, um alternativ zur Justierung unterschiedlicher mit Schusssimulatoren ausgestatteter Schusswaffen, eines oder auch unterschiedlicher Waffentypen, eingesetzt werden zu können. Vorteilhaft soll die Justierung nicht nur durchführbar sein während die Waffe auf einer festen Unterlage fixiert ist, sondern auch wenn diese durch einen Schützen gehalten wird.
Die Aufgabe wird für eine Justiervorrichtung zur parallelen Ausrichtung einer Simulatorlinie eines an einer Schusswaffe befestigten Schusssimulators zu einer Visierlinie der Schusswaffe, wobei der Schusssimulator zur Abstrahlung eines Simulatorstrahls eine Simulatorlaserquelle mit einer Simulatorlaserachse und eine erste Ablenkeinheit, zum Verkippen des Simulatorstrahls in eine parallele Richtung zur Visierlinie welche eine Simulatorlinie darstellt, sowie ein Abschlussglas aufweist, gelöst. Die Justiervorrichtung umfasst Stellmotoren zum Verstellen der ersten Ablenkeinheit, eine Kamera mit einer Kameraachse, einen der Kamera vorgeordneten teildurchlässigen Strahlteiler und einer die Kamera und die Stellmotoren verbindende Rechen- und Steuereinheit. Die Justiervorrichtung ist am Schusssimulator über eine dafür vorgesehene Verbindung temporär so befestigt, dass ein entlang der Simulatorlaserachse ausgesendeter Simulatorlaserstrahl sicher auf die Kamera (4) auftrifft. Sie umfasst auch eine Projektionslaserquelle mit einer Projektionslaserachse, die einen Projektionslaserstrahl entlang der Projektionslaserachse aussendet, und eine auf der Projektionslaserachse angeordnete zweite Ablenkeinheit zum Verkippen des Projektionslaserstrahls gegenüber der Projektionsachse. Die zweite Ablenkeinheit ist mit weiteren Stellmotoren sowie der Rechen- und Steuereinheit verbunden. Die Kameraachse und die Projektionsachse sind zueinander parallel ausgerichtet und mechanisch so festgelegt. Es ist wenigstens ein Bedienelement vorhanden, über welches ein entlang der Visierlinie blickender Schütze die Verkippung des Projektionslaserstrahles steuern kann. Das wenigstens eine Bedienelement steht mit der Rechen- und Steuereinheit in Verbindung.
Vorteilhaft weist die Justiervorrichtung eine Messlaserquelle mit einer Messlaserachse auf, die zum Strahlteiler so angeordnet ist, dass diese einen entlang der Messlaserachse ausgesendeten Messlaserstrahl in Richtung der Kameraachse, von der Kamera weg, auf das Abschlussglas reflektiert, von wo aus der Messlaserstrahl zurück durch den Strahlteiler auf die Kamera reflektiert wird.
Es ist von Vorteil, wenn die Justiervorrichtung einen Entfernungsmesser aufweist.
Vorteilhaft sind die Ablenkeinheiten als Keilscheibenpaare ausgeführt.
Die Aufgabe wird für ein Justierverfahren zur parallelen Ausrichtung einer Simulatorlinie eines an einer Schusswaffe befestigten Schusssimulators zu einer Visierlinie der Schusswaffe, wobei der Schusssimulator zur Abstrahlung eines Simulatorstrahls eine Simulatorlaserquelle mit einer Simulatorlaserachse und eine erste Ablenkeinheit, zum Verkippen des Simulatorstrahls in eine parallele Richtung zur Visierlinie, welche die Simulatorlinie darstellt, sowie ein Abschlussglas aufweist, mit einer Justiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 gelöst. Dabei wird aus einer Entfernung der Justiervorrichtung zu dem anvisierten Ziel und einem senkrechten Abstand der Visierlinie zur Projektionslaserachse ein Soll-Projektionswinkel, den der Projektionslaserstrahl und die Visierlinie miteinander einschließen, wenn sich der Projektionslaserstrahl und die Visierlinie im Ziel schneiden, berechnet. Es wird der Projektionslaserstrahl, gesteuert durch einen entlang der Visierlinie blickenden Schützen, durch Verstellen einer zweiten Ablenkeinheit (10) verkippt, bis dieser mit der Visierlinie auf dem Ziel zusammenfällt und somit um einen Ist-Projektionswinkel gegenüber der Projektionslaserachse verkippt wurde. Aus der Differenz des Ist-Projektionswinkels und des Soll-Projektionswinkels wird ein erster fester Winkel abgeleitet, der die Verkippung der Projektionslaserachse zur Visierlinie beschreibt und es wird aus diesem ersten Winkel ein Justierwinkel berechnet und der Simulatorlaserstrahl um diesen Justierwinkel gegenüber der Simulatorlaserachse verkippt, wonach die Simulatorlinie parallel zur Visierlinie ausgerichtet ist.
Vorteilhaft wird ein Messlaserstrahl über eine Reflektion am Abschlussglas auf der Kamera abgebildet und aus einer Winkellage der Simulatorlaserachse zum Abschlussglas und der Lage der Abbildung des Messlaserstrahls auf der Kamera ein zweiter fester Winkel ermittelt, der die Verkippung der Kameraachse zur Simulatorlaserachse beschreibt und es wird der Justierwinkel aus dem zweiten Winkel und dem ersten Winkel berechnet.
Es ist von Vorteil, wenn die Entfernung während des Verfahrens gemessen wird.
Vorteilhaft wird die Entfernung wiederholt gemessen, bis der Schütze bestätigt, dass der Projektionslaserstrahl mit der Visierlinie im Ziel zusammenfällt und die letzte gemessene Entfernung zur Berechnung verwendet.
Ein genaueres Justierergebnis ist erzielbar, wenn in die Berechnung des Justierwinkels auch der Abstand der Simulatorlaserachse zur Visierlinie eingeht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels an Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:
1 eine Prinzipskizze der Justiervorrichtung 3 verbunden mit einem an einer Schusswaffe 1 befestigten Schusssimulator 11,
2 den Strahlenverlauf des Messlaserstrahles 8.2 und des unausgelenkten Simulatorlaserstrahls zur Kamera 4 und
3 eine Skizze zur Demonstration der Achsen- und Winkelbeziehungen, wobei der Abstand C vernachlässigt wurde und der Abstand B gleich dem Abstand D gesetzt wurde.
1 zeigt eine Schusswaffe 1 mit einer Visierlinie 1.2, die z. B. durch Kimme und Korn bestimmt ist, und einen daran befestigten Schusssimulator 11 mit einer Simulatorlinie 2.3. Der Schusssimulator 11 umfasst eine Laserquelle, nachfolgend zur Unterscheidung Simulatorlaserquelle 2 genannt, und eine erste Ablenkeinheit 2.5. Es soll hier der Einfachheit halber davon ausgegangen werden, dass die Simulatorlaserquelle 2 eine Strahlformungsoptik zum Kollimieren eines emittierenden Laserstrahles (nachfolgend Simulatorlaserstrahl genannt) umfasst. Eine solche Strahlformungsoptik könnte auch separat in Abstrahlrichtung hinter der Simulatorlaserquelle 2 vorgesehen sein. Die Abstrahlrichtung des Hauptstrahles des Simulatorlaserstrahles (was genau genommen ein Strahlenbündel ist) fällt mit der optischen Achse der Strahlformungsoptik zusammen und stellt die Simulatorlaserachse 2.1 dar.
Die erste Ablenkeinheit 2.5, z. B. ein Keilscheibenpaar, ist in Abstrahlrichtung der Simulatorlaserquelle 2 nachgeordnet. Durch ein gezieltes Verstellen der Ablenkeinheit 2.5 kann der auftreffende Simulatorlaserstrahl gegenüber der Simulatorlaserachse 2.1 verkippt werden, in eine Richtung, welche die Simulatorlinie 2.3 darstellt. Der Schusssimulator 11 weist ein Abschlussglas 2.4 auf, welches dessen Gehäuse im Bereich des Austritts des Simulatorlaserstrahls verschließt. Diesem Abschlussglas 2.4 kommt im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Justiervorrichtung 3 und einem erfindungsgemäßen Justierverfahren eine besondere Bedeutung zu und die Simulatorlaserachse 2.1 verläuft vorteilhaft senkrecht zum Abschlussglas 2.4. Anderenfalls muss die Winkelabweichung vom rechten Winkel bekannt sein.
Die Simulatorlinie 2.3 eines Schusssimulators 11 parallel zur Visierlinie 1.2 einer Schusswaffe 1 auszurichten, ist Sinn und Zweck der Justierung, wie er im Stand der Technik ebenso wie in der vorliegenden Erfindung zu erfüllen ist.
Der Schusssimulator 11 ist mit der Schusswaffe 1 mechanisch fest verbunden, womit die Visierlinie 1.2 und die Simulatorlaserachse 2.1 eine feste Relativlage zueinander haben und durch die Befestigungstoleranzen einen unbekannten festen Winkel miteinander einschließen. Um diesen unbekannten Winkel muss letztendlich die Simulatorlinie 2.3, verkörpert durch den Simulatorlaserstrahl, zur Visierlinie 1.2 verkippt werden, damit die Simulatorlinie 2.3 zur Visierlinie 1.2 parallel verläuft.
1 zeigt auch eine Justiervorrichtung 3. Sie ist für die Dauer der Justierung an dem Schusssimulator 11 über eine dafür vorgesehene Verbindung 2.2 temporär befestigt. Diese Verbindung 2.2 muss über die Dauer der Justierung stabil sein, unterliegt jedoch Lagetoleranzen (hier übertreiben dargestellt), die dazu führen, dass die Projektionslaserachse 9.1 und die Kameraachse 4.1, die durch Mittel der Justiervorrichtung 3 definiert werden und zueinander parallel verlaufen, mit der Simulatorlaserachse 2.1 einen zweiten Winkel γ einschließen, der vorteilhaft in die Berechnung des Justierwinkels einfließt. Sind diese Lagetoleranzen nur gering, kann auf die Bestimmung des zweiten Winkels γ verzichtet werden, womit auch die Justiervorrichtung 3, dann ohne den später beschriebenen Messkanal, ausgeführt werden kann.
Nach dem mechanischen Verbinden der Justiervorrichtung 3 mit dem Schusssimulator 11 werden die Datenschnittstellen zwischen der Justiervorrichtung 3 und dem Schusssimulator 11 miteinander verbunden. Die Justiervorrichtung 3 ist dann so vor dem Schusssimulator 11 angeordnet, dass ein entlang der Simulatorlaserachse 2.1 ausgesendeter Simulatorlaserstrahl sicher auf die Kamera 4 der Justiervorrichtung 3 auftreffen würde.
Die Justiervorrichtung 3 besteht im Wesentlichen aus einem Projektionskanal bzw. vorteilhaft aus einem Messkanal und einem Projektionskanal.
Der Messkanal wird durch eine Kamera 4 mit einer Kameraachse 4.1, einem der Kamera 4 vorgeordneten teildurchlässigen Strahlteiler 5, bevorzugt einem Halbwürfelprisma und einer Messlaserquelle 8 mit einer Messlaserachse 8.1 gebildet. Auch hier soll der Einfachheit halber davon ausgegangen werden, ebenso wie bei der später beschriebenen Projektionslaserquelle 9, dass eine Abbildungsoptik Bestandteil der Messlaserquelle 8 bzw. der Projektionslaserquelle 9 ist. Die Kamera 4, der teildurchlässige Strahlteiler 5 und die Messlaserquelle 8 sind so zueinander angeordnet, dass ein entlang der Messlaserachse 8.1 ausgesendeter Messlaserstrahl 8.2 in Richtung der Kameraachse 4.1, von der Kamera 4 weg, auf das Abschlussglas 2.4 und dann zurück durch den Strahlteiler 5 hindurch auf die Kamera 4 reflektiert wird. Stünde die Kameraachse 4.1 theoretisch senkrecht auf dem Abschlussglas 2.4, dann würde der Messlaserstrahl 8.2 in die Kameraachse 4.1 reflektiert und im Mittelpunkt der Kamera 4 abgebildet werden. Da jedoch die Justiervorrichtung 3 mit einer Toleranz mit dem Schusssimulator 11 verbunden ist, verlaufen die Kameraachse 4.1 und die Simulatorlaserachse 2.1 nicht parallel zueinander, weshalb die Kameraachse 4.1 auch nicht senkrecht auf das Abschlussglas 2.4 auftrifft, sondern sie schließen den festen zweiten Winkel γ miteinander ein und der Messlaserstrahl 8.2 wird in Abhängigkeit von dem zweiten Winkel γ auf der Kamera 4, entfernt vom Mittelpunkt der Kamera 4, abgebildet. Aus der Lage der Abbildung des Messlaserstrahls 8.2 im Koordinatensystem der Kamera 4 kann der zweite feste Winkel γ berechnet werden.
Der Projektionskanal wird durch eine Projektionslaserquelle 9 mit einer Projektionslaserachse 9.1 und eine zweite Ablenkeinheit 10 gebildet, die einen von der Projektionslaserquelle 9 in Richtung der Projektionslaserachse 9.1 ausgesendeten Projektionslaserstrahl 9.2 auslenken kann, um den Projektionslaserstrahl 9.2 auf ein über die Visierlinie 1.2 anvisiertes Ziel 12 richten zu können.
Die Justiervorrichtung 3 weist des Weiteren einen ersten und zweiten Stellmotor 6.1, 6.2 auf, die jeweils über mechanische Koppelstellen mit der im Schusssimulator 11 vorhandenen ersten Ablenkeinheit 2.5 verbunden sind. Ein dritter und vierter Stellmotor 6.3, 6.4 sind vorhanden, die mit der dem Projektionskanal zugeordneten zweiten Ablenkeinheit 10 in Verbindung stehen. Darüber hinaus gehört zur Justiervorrichtung 3 eine Rechen– und Steuereinheit 7, die über Datenleitungen mit den Stellmotoren 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4, der Simulatorlaserquelle 2, der Messlaserquelle 8, der Projektionslaserquelle 9 und der Kamera 4 in Verbindung steht. Die Kameraachse 4.1 und die Projektionslaserachse 9.1 sind mechanisch stabil zueinander parallel ausgerichtet.
Die Rechen– und Steuereinheit 7 ist mit wenigstens einem Bedienelement 13 verbunden, über das der Schütze, während er durch das Visier der Schusswaffe 1 ein Ziel 12 anvisiert, den Projektionslaserstrahl 9.2 verkippen kann.
Die Funktionsweise der Justiervorrichtung 3 und das mit ihr durchführbare Justierverfahren werden nachfolgend beschrieben.
Zur Durchführung der Justierung müssen die Entfernung A der Justiervorrichtung 3 zu einem anvisierten Ziel 12 und der senkrechte Abstand B der Visierlinie 1.2 zur Simulatorlaserachse 2.1 sowie der senkrechte Abstand D der Visierlinie 1.2 zur Projektionslaserachse 9.1 bekannt sein. Der Abstand B ist grundsätzlich durch die Konstruktionsmaße der Schusswaffe 1 und des Schusssimulators 11 vorgegeben, welche deren relative Montagelage zueinander bestimmen. Toleranzen sind vernachlässigbar. Der Abstand D ergibt sich aus den Konstruktionsmaßen der Justiervorrichtung 3, des Schusssimulators 11 und der Schusswaffe 1, welche deren relative Montagelage zueinander bestimmen. Toleranzen sind vernachlässigbar. Die genauesten Ergebnisse werden erhalten, wenn als Entfernung A die Entfernung zwischen dem Durchstoßpunkt der Projektionslaserachse 9.1 durch die zweite Ablenkeinheit 10 und dem Ziel 12 verwendet wird. Um diese Entfernung A genau zu erfassen, müsste im Projektionskanal ein Laserentfernungsmesser integriert sein und ein Entfernungsmessstrahl über die zweite Ablenkeinheit 10 zum Ziel 12 und zurück geführt werden. Stattdessen kann ein Entfernungsmesser jedoch auch an anderer Stelle an oder in der Justiervorrichtung 3, der Schusswaffe 1 oder dem Schusssimulator 11 vorgesehen sein und die gemessene Entfernung zum Ziel 12 in Kenntnis der Relativlage des Entfernungsmessers zum Durchstoßpunkt der Projektionslaserachse 9.1 durch die zweite Ablenkeinheit 10 entsprechend korrigiert werden. Für größere Entfernungen A bis zum Ziel 12 könnte diese Lageabweichung auch vernachlässigt werden.
Die Entfernung A wird einmalig ermittelt oder auch wiederholt während der Justierung überprüft, wenn die Waffe während der Justierung nicht auf einer festen Unterlage fixiert ist, sondern durch einen Schützen gehalten wird, sodass sich durch dessen nicht sicher zu vermeidende Bewegung quasi das Ziel 12 relativ in der Lage verändert. Mittels der Entfernung A und dem Abstand D wird in der Rechen- und Steuereinheit 7 ein Soll-Projektionswinkel α_soll berechnet, den der Projektionslaserstrahl 9.2 mit der Visierlinie 1.2 einschließt, wenn der Projektionslaserstrahl 9.2 im Ziel 12 die Visierlinie 1.2 schneidet. Bei großen Entfernungen A kann auch auf eine Differenzierung zwischen den Entfernungen B und D verzichtet werden, bzw. deren Unterschied vernachlässigt werden.
Folgende Schritte werden zur Justierung der Simulatorlinie 2.3 zur Visierlinie 1.2 durchgeführt:

• Durch einen Schützen wird ein Ziel 12 anvisiert, während ein Projektionslaserstrahl 9.2 ausgesendet wird. Initiiert durch den Schützen, wird der Projektionslaserstrahl 9.2 in seiner Winkellage zur Projektionslaserachse 9.1 verstellt, bis er auf das anvisierte Ziel 12 auftrifft und dann bestätigt. Der Projektionslaserstrahl 9.2 wird damit aus einer nicht ausgelenkten Abstrahlrichtung, in Richtung der Projektionslaserachse 9.1, um einen Ist-Projektionswinkel α_IST verkippt. Der Ist-Projektionswinkel α_IST, weicht um einen festen ersten Winkel β vom Soll-Projektionswinkel α_SOLL ab, welcher der nicht bekannten Verkippung der Projektionslaserachse 9.1 zur Visierlinie 1.2 entspricht.
• Vorher, gleichzeitig oder anschließend wird die Messlaserquelle 8 über Reflexion an dem Abschlussglas 2.4 auf der Kamera 4 abgebildet. Die Kamera 4 definiert durch die Empfangsmatrix und die Kameraachse 4.1 ein Kamera-Koordinatensystem, sodass mit Hilfe trigonometrischer Funktionen und bekannten Konstruktionsmaßen der Justiervorrichtung 3 aus der Lage der Abbildung des Messlaserstrahls 8.2', die Verkippung der Kameraachse 4.1 zur Simulatorlaserachse 2.1 um einen zweiten festen Winkel γ berechnet werden kann, siehe 2. Da die Kameraachse 4.1 mechanisch fest und parallel zur Projektionslaserachse 9.1 verläuft, schließen auch die Projektionslaserachse 9.1 und die Simulatorlaserachse 2.1 den zweiten Winkel γ miteinander ein.
• Anschließend wird über die Rechen- und Steuereinheit 7 der Justierwinkel berechnet. Er ergibt sich aus der Summe des zweiten Winkels γ unter Beachtung des Abstandes B und dem ersten Winkel β. Der erste und zweite Stellmotor 6.1, 6.2 werden angesteuert und die erste Ablenkeinheit 2.5 verstellt, bis der Simulatorlaserstrahl um den Justierwinkel gegenüber der Simulatorlaserachse 2.1 verkippt ist. Der Simulatorlaserstrahl ist dann parallel zur Visierlinie 1.2 ausgerichtet und verkörpert die justierte Simulatorlinie 2.3.

Indem die Entfernung überprüft und bei Änderungen der Soll-Projektionswinkel α_SOLL nachkorrigiert wird, kann zu dem Zeitpunkt, indem ein eingestellter Ist-Projektionswinkel α_IST durch den Schützen bestätigt wird, auch ein aktueller Soll-Projektionswinkel α_SOLL für die Berechnung berechnet werden. Das Verfahren ist daher besonders vorteilhaft geeignet, wenn eine Justierung unter Einsatzbedingungen vorgenommen werden soll.
Wenn die Montagetoleranzen zwischen der Justiervorrichtung 3 und dem Schusssimulator 11 für die geforderte Genauigkeit der Justierung der Simulatorlaserachse 2.1 zur Visierlinie 1.2 vernachlässigbar ist, kann auf die Berechnung des zweiten festen Winkels γ verzichtet werden. Der Justierwinkel wird dann allein anhand des ersten Winkels β unter Beachtung des Abstandes B berechnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Schusswaffe
1.2: Visierlinie
2: Simulatorlaserquelle
2.1: Simulatorlaserachse
2.2: Verbindung
2.3: Simulatorlinie
2.4: Abschlussglas
2.5: erste Ablenkeinheit
3: Justiervorrichtung
4: Kamera
4.1: Kameraachse
5: teildurchlässiger Strahlteiler
6.1: erster Stellmotor
6.2: zweiter Stellmotor
6.3: dritter Stellmotor
6.4: vierter Stellmotor
7: Rechen- und Steuereinheit
8: Messlaserquelle
8.1: Messlaserachse
8.2: Messlaserstrahl
8.2': Abbildung des Messlaserstrahls
9: Projektionslaserquelle
9.1: Projektionslaserachse
9.2: Projektionslaserstrahl
10: zweite Ablenkeinheit
11: Schusssimulator
12: Ziel
13: Bedienelement
α_SOLL: Soll-Projektionswinkel
α_IST: Ist-Projektionswinkel
β: erster fester Winkel zwischen der Visierlinie und der Projektionslaserachse
γ: zweiter fester Winkel zwischen der Projektionslaserachse und der Simulatorlaserachse
A: Entfernung der Justiervorrichtung zum anvisierten Ziel
B: Abstand zwischen der Visierlinie und der Simulatorlaserachse
C: Abstand zwischen der Kameraachse und der Projektionslaserachse
D: Abstand zwischen der Projektionslaserachse und der Kameraachse

Claims

Justiervorrichtung (3) zur parallelen Ausrichtung einer Simulatorlinie (2.3) eines an einer Schusswaffe (1) befestigten Schusssimulators (11) zu einer Visierlinie (1.2) der Schusswaffe (1), wobei der Schusssimulator (11) zur Abstrahlung eines Simulatorlaserstrahls eine Simulatorlaserquelle (2) mit einer Simulatorlaserachse (2.1) und eine erste Ablenkeinheit (2.5) zum Verkippen des Simulatorlaserstrahls in eine parallele Richtung zur Visierlinie (1.2), welche eine Simulatorlinie (2.3) darstellt, sowie ein Abschlussglas (2.4) aufweist, mit Stellmotoren (6.1, 6.2) zum Verstellen der ersten Ablenkeinheit (2.5), mit einer eine Kameraachse (4.1) aufweisenden Kamera (4), einem der Kamera (4) vorgeordneten teildurchlässigen Strahlteiler (5) und einer die Kamera (4) und die Stellmotoren (6.1, 6.2) verbindenden Rechen- und Steuereinheit (7), wobei die Justiervorrichtung (3) am Schusssimulator (11) über eine dafür vorgesehene Verbindung (2.2) temporär so befestigt ist, dass ein entlang der Simulatorlaserachse (2.1) ausgesendeter Simulatorlaserstrahl sicher auf die Kamera (4) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektionslaserquelle (9) mit einer Projektionslaserachse (9.1) vorhanden ist, die einen Projektionslaserstrahl (9.2) entlang der Projektionslaserachse (9.1) aussendet und auf der Projektionslaserachse (9.1) eine zweite Ablenkeinheit (10) zum Verkippen des Projektionslaserstrahls (9.2) gegenüber der Projektionsachse (9.1) vorhanden ist, die mit weiteren Stellmotoren (6.3, 6.4) sowie der Rechen- und Steuereinheit (7) verbunden ist, dass die Kameraachse (4.1) und die Projektionsachse (9.1) zueinander parallel ausgerichtet sind, dass eine Messlaserquelle (8) mit einer Messlaserachse (8.1) vorhanden ist, die zum Strahlteiler (5) so angeordnet ist, dass diese einen entlang der Messlaserachse (8.1) ausgesendeten Messlaserstrahl (8.2) in Richtung der Kameraachse (4.1), von der Kamera (4) weg, auf das Abschlussglas (2.4) reflektiert, von wo aus der Messlaserstrahl (8.2) zurück durch den Strahlteiler (5) auf die Kamera (4) reflektiert wird, und dass wenigstens ein Bedienelement (13) vorhanden ist, welches mit der Rechen- und Steuereinheit (7) in Verbindung steht und über welches ein entlang der Visierlinie (1.2) blickender Schütze die Verkippung des Projektionslaserstrahles (9.2) steuern kann.
Justiervorrichtung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Entfernungsmesser aufweist.
Justiervorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheiten (2.5, 10) Keilscheibenpaare sind.
Justierverfahren zur parallelen Ausrichtung einer Simulatorlinie (2.3) eines an einer Schusswaffe (1) befestigten Schusssimulators (11) zu einer Visierlinie (1.2) der Schusswaffe (1), wobei der Schusssimulator (11) zur Abstrahlung eines Simulatorlaserstrahls eine Simulatorlaserquelle (2) mit einer Simulatorlaserachse (2.1) und eine erste Ablenkeinheit (2.5) zum Verkippen des Simulatorlaserstrahls in eine parallele Richtung zur Visierlinie (1.2), welche die Simulatorlinie (2.3) darstellt, sowie ein Abschlussglas (2.4) aufweist, mit einer Justiervorrichtung (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Entfernung (A) der Justiervorrichtung (3) zu einem anvisierten Ziel (12) und einem senkrechten Abstand (D) der Visierlinie (1.2) zur Projektionslaserachse (9.1) ein Soll-Projektionswinkel (α_SOLL), den der Projektionslaserstrahl (9.2) und die Visierlinie (1.2) miteinander einschließen, wenn sich der Projektionslaserstrahl (9.2) und die Visierlinie (1.2) im Ziel (12) schneiden, berechnet wird, dass der Projektionslaserstrahl (9.2), gesteuert durch einen entlang der Visierlinie (1.2) blickenden Schützen, durch Verstellen einer zweiten Ablenkeinheit (10) verkippt wird, bis dieser mit der Visierlinie (1.2) auf dem Ziel (12) zusammenfällt und um einen Ist-Projektionswinkel (α_IST) gegenüber der Projektionslaserachse (9.1) verkippt wurde, dass aus der Differenz des Ist-Projektionswinkels (α_IST) und des Soll-Projektionswinkels (α_SOLL) ein erster fester Winkel (β) abgeleitet wird, der die Verkippung der Projektionslaserachse (9.1) zur Visierlinie (1.2) beschreibt, dass ein Messlaserstrahl (8.2) über eine Reflektion am Abschlussglas (2.4) auf der Kamera (4) abgebildet wird und aus einer Winkellage der Simulatorlaserachse (2.1) zum Abschlussglas (2.4) und der Lage der Abbildung des Messlaserstrahls (8.2) auf der Kamera (4) ein zweiter fester Winkel (γ) ermittelt wird, der die Verkippung der Kameraachse (4.1) zur Simulatorlaserachse (2.1) beschreibt und der Justierwinkel aus dem zweiten Winkel (γ) und dem ersten Winkel (β) berechnet wird und der Simulatorlaserstrahl um diesen Justierwinkel durch Verstellen der ersten Ablenkeinheit (2.5) gegenüber der Simulatorlaserachse (2.1) verkippt wird, wonach die Simulatorlinie (2.3) parallel zur Visierlinie (1.2) ausgerichtet ist.
Justierverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung (A) während des Verfahrens gemessen wird.
Justierverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung (A) wiederholt gemessen wird, bis der Schütze bestätigt, dass der Projektionslaserstrahl (9.2) mit der Visierlinie (1.2) im Ziel (12) zusammenfällt und eine letzte gemessene Entfernung (A) zur Berechnung verwendet wird.
Justierverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Berechnung des Justierwinkels auch der Abstand (B) der Simulatorlaserachse (2.1) zur Visierlinie (1.2) eingeht.