【摘要】：角度是基本的幾何量之一,現(xiàn)有的角度測量方法有很多,并且廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)、科研、國防等領域�？臻g物體相對于大地坐標系的三維姿態(tài)測量、物體不同結構或系統(tǒng)之間的三維相對轉角的測量都是角度測量的重要組成部分。在同一物體不同結構或系統(tǒng)之間的三維相對轉角的測量中,相對俯仰角和偏擺角的測量技術已較成熟,如可利用光學自準直法進行測量;對于相對滾轉角,因其滾轉矢量所在平面的法線與兩系統(tǒng)連線方向重合,所以滾轉角的測量相對復雜。本文介紹了一些關于角度測量的基本方法,分析總結了光學非接觸滾轉角測量的常用方法。重點圍繞泰伯莫爾效應的滾轉角測量方法展開本文的研究工作,即透射光柵在單色平面波的照射下會在其泰伯距離處產(chǎn)生泰伯像,置于該泰伯像處的反射光柵與該泰伯像產(chǎn)生莫爾條紋,當反射光柵與透射光柵有相對角度變化時,產(chǎn)生的莫爾條紋寬度與夾角也將隨之改變。本文在分析論述基于泰伯莫爾效應的滾轉角測量方法的基礎上,對泰伯效應進行了計算仿真分析,按照設計要求確定了泰伯效應結合光電自準直儀的三維轉角檢測系統(tǒng)的方案;重點介紹了該系統(tǒng)的光路設計,基于該設計進行了滾轉角檢測系統(tǒng)的光路的搭建與調(diào)試;通過實驗獲得莫爾條紋圖像;對所得莫爾條紋進行圖像處理得到其傾角和寬度變化量,進而計算出滾轉角的變化量。圖像處理過程中依次使用圖像預處理、Otus閾值分割、細化、直線擬合等多種處理方法。根據(jù)仿真模擬分析了三維角度的耦合情況對測量的影響。計算仿真結果和實驗結果表明,論文提出的基于泰伯莫爾效應進行物體滾轉角測量的方案是可行的,且能達到較高的測量精度和分辨力;結合光電自準直儀可有效地實現(xiàn)物體空間姿態(tài)的測量。
[Abstract]:Angle is one of the basic geometric quantities. There are many methods of angle measurement, which are widely used in industrial production, scientific research, national defense and other fields. The three-dimensional attitude measurement of space object relative to geodetic coordinate system and the measurement of three-dimensional relative rotation angle between different structures or systems are important parts of angle measurement. In the measurement of three dimensional relative rotation angle between different structures or systems of the same object, the measurement technology of relative pitch angle and deflection angle is more mature, such as the optical autocollimation method; for relative rolling angle, Because the normal line of the plane in which the rolling vector is located coincides with the direction of the connection between the two systems, the measurement of the rolling angle is relatively complex. In this paper, some basic methods of angle measurement are introduced, and the common methods of optical non-contact rolling angle measurement are analyzed and summarized. The research work of this paper is focused on the taubermoire effect's rolling angle measurement method, that is, the transmission grating under the monochromatic plane wave will produce the Taber image at the teraber distance. The reflection grating placed at the spot of the Tyber image produces moire fringes with the image. When the angle between the reflection grating and the transmission grating changes, the width and angle of the moire fringe will also change. On the basis of analyzing and discussing the method of measuring the rolling angle based on the Tybermoire effect, this paper carries on the calculation and simulation analysis to the Taber effect, and according to the design requirements, determines the scheme of the three-dimensional rotation angle detection system of the Tyber effect combined with the photoelectric autocollimator. The optical circuit design of the system is introduced in detail. Based on the design, the optical path of the rolling angle detection system is built and debugged, the moire fringe image is obtained by experiment, and the inclination angle and width change are obtained by processing the obtained moire fringe image. Then the variation of rolling angle is calculated. In the process of image processing, several processing methods, such as image preprocessing and Otus threshold segmentation, thinning, line fitting and so on, are used in turn. According to the simulation, the effect of the coupling of three-dimensional angle on the measurement is analyzed. The simulation results and experimental results show that the scheme proposed in this paper is feasible for measuring the rolling angle of objects based on the Taber moire effect and can achieve high measurement accuracy and resolution. Combined with photoelectric autocollimator, the measurement of space attitude of object can be realized effectively.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2202538