隨著汽車船舶、軌道交通、航空航天、軍事國防等高端制造領(lǐng)域以及各類先進(jìn)科研建造領(lǐng)域的飛速發(fā)展,姿態(tài)測量技術(shù)被普遍應(yīng)用于此類建造工程以及高精密加工制造領(lǐng)域,同時測量環(huán)境的復(fù)雜性和測量的高精度要求都對姿態(tài)測量提出了更大的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)測量在工程建設(shè)及制造中對于提高生產(chǎn)效率、制造精度、施工合理性以及建設(shè)安全性有著重要影響。本文針對現(xiàn)代生產(chǎn)及建設(shè)中對于姿態(tài)角高精度測量的需求,構(gòu)建以激光跟蹤設(shè)備為基站的姿態(tài)測量系統(tǒng),提出了一種基于PSD與單目視覺的姿態(tài)測量方法,并搭建了測量系統(tǒng)軟硬件平臺,驗(yàn)證了測量方法可行性。全文依次從選題背景、測量原理、系統(tǒng)搭建、誤差分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等方面展開論述,主要研究內(nèi)容如下:1)提出一種激光跟蹤姿態(tài)測量方法。依據(jù)激光光束單位向量在不同坐標(biāo)系下的不同表現(xiàn)形式建立轉(zhuǎn)換關(guān)系,提出一種基于PSD與單目視覺姿態(tài)組合測量方法,研究了基于PSD的光束向量測量、基于單目視覺的橫滾角測量以及坐標(biāo)系相對姿態(tài)標(biāo)定方法,在此基礎(chǔ)上搭建了姿態(tài)角數(shù)學(xué)解算模型。2)搭建了激光跟蹤姿態(tài)測量系統(tǒng)。從硬件層面完成測量系統(tǒng)設(shè)備選型、平臺搭建及合作靶標(biāo)設(shè)計(jì)制作;從軟件層面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)預(yù)處理、圖像處理、特征點(diǎn)... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

徠卡T-Probe/T-MAC測量靶標(biāo)T-Probe是一種手持便攜式測量系統(tǒng)，其獨(dú)有的可移動接觸式測量特性在工業(yè)

站的六自由度測量方案，推出了SmartTrack、IntelliProbe、IntelliScan等產(chǎn)品[13]。該系列產(chǎn)品使用智能復(fù)合測頭，測量靶標(biāo)主要由開孔角錐棱鏡、PSD、傾角傳感器、采集及傳輸模塊等構(gòu)成，其基本原理為由安裝在測量靶標(biāo)上的反射鏡和PSD構(gòu)成測量模塊，反射棱鏡頂點(diǎn)處開有小孔，激光由小孔入射到PSD上，采集的位置信息用于姿態(tài)修正，利用雙軸伺服反射鏡對激光跟蹤儀發(fā)射的激光進(jìn)行垂直反射，即使得自身的位置探測器始終與光束保持垂直狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時獲取測量模塊姿態(tài)角信息。圖1.2所示為Intelliprobe360智能測量系統(tǒng)[14]。圖1.2APIIntelliprobe360智能測量系統(tǒng)Intelliprobe360智能測量系統(tǒng)特點(diǎn)如下：1）測量精度高。由于選用了測量精度更高的位置敏感探測器配合跟蹤光束以及傾角傳感器完成姿態(tài)角測量，在姿態(tài)角測量精度上優(yōu)于0.01°；2）操作方便。高度一體化的單合作靶標(biāo)具有較好的操作性、便攜性，且有高效的隱藏點(diǎn)測量能力，具有更大的測量范圍，且不需要校準(zhǔn)；3）姿態(tài)角測量響應(yīng)速率較低。優(yōu)于選用了傾角儀的橫滾角補(bǔ)充測量導(dǎo)致姿態(tài)角整體測量更新及響應(yīng)速率降低，更適宜用于靜態(tài)或間隔掃描探測模式。英國ZED公司、德國VMT公司、奧地利萊奧本礦業(yè)大學(xué)等單位均開發(fā)了采用雙屏雙相機(jī)的單點(diǎn)合作靶標(biāo)六自由度測量方案[15~17]。以ZED公司生產(chǎn)的隧道導(dǎo)向最小測量系統(tǒng)（如圖1.3）為例，其合作靶標(biāo)使用了兩個毛玻璃板和兩個拍攝毛玻璃上成像的相機(jī)組成，以全站儀作為測量基站，同時裝配有準(zhǔn)直激光器。合作

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4靶標(biāo)內(nèi)部的相機(jī)完成對全站儀入射光束及準(zhǔn)直光束形成的光斑圖像拍攝，基于圖像信息解算入射光束相對靶標(biāo)矢量方向，進(jìn)而解算靶標(biāo)方位角與俯仰角，再由靶標(biāo)內(nèi)固定的傾角儀獲得滾轉(zhuǎn)角。圖1.3ZED隧道導(dǎo)向最小系統(tǒng)該測量系統(tǒng)特點(diǎn)如下：1）測量精度較高。以擁有準(zhǔn)直激光的提供為前提，利用圖像測量入射激光角度及位置可對微小的光束變化敏感，同時配合內(nèi)置雙軸傾角儀，其測量精度普遍可達(dá)到1mrad；2）操作方便且適應(yīng)性強(qiáng)。單個激光靶自成測量系統(tǒng)，設(shè)備自身及激光源都能方便安置，應(yīng)用于隧道內(nèi)部人工光源干擾、灰塵干擾的環(huán)境下，使用系統(tǒng)內(nèi)置算法完成姿態(tài)測量補(bǔ)償；3）適用靈活性低。該測量系統(tǒng)適用于曲線變動幅度較小的隧道挖掘工程，使用了固定準(zhǔn)直激光源也限制了被測物可動范圍。1.3.2國內(nèi)激光跟蹤姿態(tài)角測量方法研究現(xiàn)狀國內(nèi)的華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)和中科院西安光機(jī)所等單位，基于盾構(gòu)施工的姿態(tài)測量需求，均開展了基于PSD技術(shù)和角錐棱鏡的位姿測量技術(shù)研究[18~20]。該技術(shù)主要包括反射棱鏡，凸透鏡，CCD感光工業(yè)攝像機(jī)，傾角傳感器等，如圖1.4所示，該系統(tǒng)主要用于盾構(gòu)等速度較慢的位姿測量中。該測量系統(tǒng)中俯仰角與方位角由凸透鏡配合CCD相機(jī)完成測量。CCD感光面位于凸透鏡的焦平面上，由全站儀發(fā)射的激光光束部分反射回全站儀用于定位，部分透過角錐棱鏡后方三角形開孔并經(jīng)由凸透鏡聚焦后入射到CCD感光面上形成圓形光斑。利用CCD成像中光斑位置信息即可以計(jì)算出相應(yīng)的方位角與俯仰角，利用傾角傳感器完成滾動角的補(bǔ)充測量。

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本文編號：3284141