激光跟踪仪快速跟踪测量关键技术研究

发布时间：2017-10-20 21:09

  本文关键词：激光跟踪仪快速跟踪测量关键技术研究

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【摘要】：激光跟踪仪是一种大尺寸空间三维坐标测量仪器,因其测量范围广、精度高和实时跟踪的特点,被广泛应用于大飞机装配、汽车制造、机器人姿态校正和科学研究等领域。本课题基于UOI激光跟踪仪基站结构,主要对跟踪仪测距方法、目标偏差检测方法、实时跟踪反馈控制等关键技术进行了研究。课题完善了UOI激光跟踪仪的测量功能,并提升了系统跟踪性能,为研制具有独立自主知识产权的激光跟踪仪产品打下了基础。本文的主要研究工作如下:针对激光跟踪仪三维坐标的测量模型,分析了系统跟踪原理和目标检测单元的光束投射原理。建立了空间坐标测量补偿模型,研究了动态测量偏差与PSD坐标解耦关系。针对本课题中快速跟踪测量要求,设计了跟踪仪整体测控方案。针对原有系统光路由分立元件搭建,稳定性差导致测量精度受限等问题,设计了集成化探测光机平台,并采用了大功率近红外半导体激光作为跟踪光源,保证探测单元信噪比。针对PSD探测单元易被杂散光和光学元件表面回光干扰,导致检测精度不高的问题,设计了软硬件滤波单元和抗干扰光斑补偿单元,满足了系统对快速运动目标位置偏差实时检测的要求。采用了参考位置距离一定的双频干涉测量方法实现绝对测距,设计电子细分模块对干涉信号进行32倍细分计数,实现了0.01μm干涉测距分辨力。针对伺服控制的PID调节方式,比较了伺服系统在速度环控制策略和位置环控制策略下的优缺点,进而选择了理论跟踪速度更快的速度环控制策略,设计了跟踪控制算法,为跟踪经验参数的选择提供估算模型。针对伺服跟踪控制的技术要求,研究了角坐标测量技术、模量传输技术和双核协作通信技术。基于USB通信方式,设计了Lab VIEW的3D动态实时显示界面,实现了对系统测量结果和各部分状态的实时监测。最后,根据系统整体方案搭建了单站式激光跟踪仪测控系统,并进行了单轴跟踪速度测试实验、重复性检测实验、系统分辨力实验以及综合跟踪测量实验。实验结果表明,所设计的激光跟踪仪快速跟踪测控系统能够在3.5m范围内,对高达0.51m/s速度的目标良好跟踪,系统重复性优于±10.6μm,测量分辨力10μm。
【关键词】：激光跟踪仪 伺服跟踪 测控系统 双频干涉测量
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9-10
• 1.2 激光跟踪仪国内外发展现状10-16
• 1.2.1 不同原理的激光跟踪仪10-12
• 1.2.2 激光跟踪仪发展现状12-16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 第2章 激光跟踪原理与伺服控制技术研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 激光跟踪仪工作原理分析17-24
• 2.2.1 激光跟踪原理17-20
• 2.2.2 光束投射原理20-21
• 2.2.3 跟踪仪基站机械结构21-22
• 2.2.4 跟踪系统整体方案设计22-24
• 2.3 激光跟踪仪空间坐标测量模型24-29
• 2.3.1 空间坐标动态测量模型25
• 2.3.2 空间坐标与PSD坐标映射关系25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 光学合作单元结构设计与技术研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 光学合作单元原理分析30-31
• 3.3 集成探测光路设计31-35
• 3.3.1 半导体光源性能分析31-33
• 3.3.2 半导体集成光路设计33-35
• 3.4 目标偏差检测单元设计35-43
• 3.4.1 探测硬件设计36-37
• 3.4.2 滤波单元设计与补偿分析37-41
• 3.4.3 探测单元测试41-43
• 3.5 距离测量单元43-46
• 3.5.1 双频干涉光路分析43-45
• 3.5.2 双频测量硬件设计45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 伺服跟踪控制技术研究47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 伺服控制方案设计47-48
• 4.3 跟踪控制策略分析48-53
• 4.3.1 位置环跟踪控制策略48-51
• 4.3.2 速度环跟踪控制策略51-53
• 4.4 跟踪算法设计53-57
• 4.4.1 跟踪算法模型53-55
• 4.4.2 核心参数Kl估算方法和模量编码方法55-57
• 4.5 伺服跟踪控制技术57-62
• 4.5.1 角坐标测量技术研究57-59
• 4.5.2 模量传输技术59-61
• 4.5.3 双核处理器通信技术61-62
• 4.6 基于LABVIEW系统显示技术62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第5章 实验与分析65-76
• 5.0 引言65
• 5.1 激光跟踪仪测控系统搭建和实验方法设计65-66
• 5.2 跟踪速度测试实验66-70
• 5.3 重复性检测实验70-72
• 5.4 测量分辨力实验72-74
• 5.5 综合跟踪测量实验74-75
• 5.6 本章小节75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李广云;非正交系坐标测量系统原理及进展[J];测绘信息与工程;2003年01期

2 王亚伟;周维虎;王中宇;丁蕾;;激光跟踪测量系统大气折射率修正方法[J];光电子技术;2011年02期

3 马腾武;马强;杨红果;常迎梅;赵俊伟;;基于隐藏特征测量的激光跟踪仪探头及其测量误差分析[J];工具技术;2006年11期

4 王巍,黄宇,庄建平;激光跟踪仪在飞机装配工装制造中的应用[J];航空制造技术;2004年12期

5 王佳,路刚;激光自动跟踪空间坐标测量系统的发展(一)[J];航空计测技术;1997年03期

6 王孝坤;;利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法[J];应用光学;2013年04期

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本文编号：1069365