本文關(guān)鍵詞：激光跟蹤儀快速跟蹤測量關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：激光跟蹤儀是一種大尺寸空間三維坐標測量儀器,因其測量范圍廣、精度高和實時跟蹤的特點,被廣泛應(yīng)用于大飛機裝配、汽車制造、機器人姿態(tài)校正和科學研究等領(lǐng)域。本課題基于UOI激光跟蹤儀基站結(jié)構(gòu),主要對跟蹤儀測距方法、目標偏差檢測方法、實時跟蹤反饋控制等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。課題完善了UOI激光跟蹤儀的測量功能,并提升了系統(tǒng)跟蹤性能,為研制具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的激光跟蹤儀產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)。本文的主要研究工作如下:針對激光跟蹤儀三維坐標的測量模型,分析了系統(tǒng)跟蹤原理和目標檢測單元的光束投射原理。建立了空間坐標測量補償模型,研究了動態(tài)測量偏差與PSD坐標解耦關(guān)系。針對本課題中快速跟蹤測量要求,設(shè)計了跟蹤儀整體測控方案。針對原有系統(tǒng)光路由分立元件搭建,穩(wěn)定性差導致測量精度受限等問題,設(shè)計了集成化探測光機平臺,并采用了大功率近紅外半導體激光作為跟蹤光源,保證探測單元信噪比。針對PSD探測單元易被雜散光和光學元件表面回光干擾,導致檢測精度不高的問題,設(shè)計了軟硬件濾波單元和抗干擾光斑補償單元,滿足了系統(tǒng)對快速運動目標位置偏差實時檢測的要求。采用了參考位置距離一定的雙頻干涉測量方法實現(xiàn)絕對測距,設(shè)計電子細分模塊對干涉信號進行32倍細分計數(shù),實現(xiàn)了0.01μm干涉測距分辨力。針對伺服控制的PID調(diào)節(jié)方式,比較了伺服系統(tǒng)在速度環(huán)控制策略和位置環(huán)控制策略下的優(yōu)缺點,進而選擇了理論跟蹤速度更快的速度環(huán)控制策略,設(shè)計了跟蹤控制算法,為跟蹤經(jīng)驗參數(shù)的選擇提供估算模型。針對伺服跟蹤控制的技術(shù)要求,研究了角坐標測量技術(shù)、模量傳輸技術(shù)和雙核協(xié)作通信技術(shù)。基于USB通信方式,設(shè)計了Lab VIEW的3D動態(tài)實時顯示界面,實現(xiàn)了對系統(tǒng)測量結(jié)果和各部分狀態(tài)的實時監(jiān)測。最后,根據(jù)系統(tǒng)整體方案搭建了單站式激光跟蹤儀測控系統(tǒng),并進行了單軸跟蹤速度測試實驗、重復性檢測實驗、系統(tǒng)分辨力實驗以及綜合跟蹤測量實驗。實驗結(jié)果表明,所設(shè)計的激光跟蹤儀快速跟蹤測控系統(tǒng)能夠在3.5m范圍內(nèi),對高達0.51m/s速度的目標良好跟蹤,系統(tǒng)重復性優(yōu)于±10.6μm,測量分辨力10μm。
【關(guān)鍵詞】：激光跟蹤儀 伺服跟蹤 測控系統(tǒng) 雙頻干涉測量
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究的目的與意義9-10
• 1.2 激光跟蹤儀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 不同原理的激光跟蹤儀10-12
• 1.2.2 激光跟蹤儀發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 激光跟蹤原理與伺服控制技術(shù)研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 激光跟蹤儀工作原理分析17-24
• 2.2.1 激光跟蹤原理17-20
• 2.2.2 光束投射原理20-21
• 2.2.3 跟蹤儀基站機械結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.4 跟蹤系統(tǒng)整體方案設(shè)計22-24
• 2.3 激光跟蹤儀空間坐標測量模型24-29
• 2.3.1 空間坐標動態(tài)測量模型25
• 2.3.2 空間坐標與PSD坐標映射關(guān)系25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 光學合作單元結(jié)構(gòu)設(shè)計與技術(shù)研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 光學合作單元原理分析30-31
• 3.3 集成探測光路設(shè)計31-35
• 3.3.1 半導體光源性能分析31-33
• 3.3.2 半導體集成光路設(shè)計33-35
• 3.4 目標偏差檢測單元設(shè)計35-43
• 3.4.1 探測硬件設(shè)計36-37
• 3.4.2 濾波單元設(shè)計與補償分析37-41
• 3.4.3 探測單元測試41-43
• 3.5 距離測量單元43-46
• 3.5.1 雙頻干涉光路分析43-45
• 3.5.2 雙頻測量硬件設(shè)計45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 伺服跟蹤控制技術(shù)研究47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 伺服控制方案設(shè)計47-48
• 4.3 跟蹤控制策略分析48-53
• 4.3.1 位置環(huán)跟蹤控制策略48-51
• 4.3.2 速度環(huán)跟蹤控制策略51-53
• 4.4 跟蹤算法設(shè)計53-57
• 4.4.1 跟蹤算法模型53-55
• 4.4.2 核心參數(shù)Kl估算方法和模量編碼方法55-57
• 4.5 伺服跟蹤控制技術(shù)57-62
• 4.5.1 角坐標測量技術(shù)研究57-59
• 4.5.2 模量傳輸技術(shù)59-61
• 4.5.3 雙核處理器通信技術(shù)61-62
• 4.6 基于LABVIEW系統(tǒng)顯示技術(shù)62-64
• 4.7 本章小結(jié)64-65
• 第5章 實驗與分析65-76
• 5.0 引言65
• 5.1 激光跟蹤儀測控系統(tǒng)搭建和實驗方法設(shè)計65-66
• 5.2 跟蹤速度測試實驗66-70
• 5.3 重復性檢測實驗70-72
• 5.4 測量分辨力實驗72-74
• 5.5 綜合跟蹤測量實驗74-75
• 5.6 本章小節(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果82-84
• 致謝84

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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3 馬騰武;馬強;楊紅果;常迎梅;趙俊偉;;基于隱藏特征測量的激光跟蹤儀探頭及其測量誤差分析[J];工具技術(shù);2006年11期

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本文編號：1069365