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激光跟踪系统改进及定位站自标定的探讨

作　者: 刘丽亚
导　师: 张国雄
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 激光跟踪坐标测量伺服增益定位站自标定
分类号: TH721
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 216次
引　用: 4次
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内容摘要

基于多站法原理的激光跟踪干涉坐标测量系统具有测量范围大、精度高、柔性、动态、可现场测量等一系列突出特点,并且通过冗余设计,系统具有自标定、丢失信息自恢复和误差自补偿的能力,因此,多路激光跟踪坐标测量系统在大尺寸精密测量、机器人标定等许多领域都有着极为广阔的应用前景。世界各国对此高度重视,并投入了相当的人力和物力进行这方面的研究。我们也首次在国内研制激光跟踪干涉柔性坐标测量系统,并受到国家自然科学基金的资助,项目编号59875064。本论文介绍了测量系统的一个关键部分—伺服控制系统。叙述了控制系统的工作原理、光斑位置信号的提取、电机驱动方式的选择。设计了基于电流环、速度环、位置环控制的伺服控制电路。由于在原有的控制方案中,控制系统传递函数的增益与目标镜到跟踪转镜的距离有关,使得测量范围受到限制,因此,在原有控制方案上进行了改进。具体方法是将目标镜到跟踪头的距离l作为增益变化的控制信号,此跟踪系统就可以根据目标镜到跟踪转镜之间的距离变化而实时的改变开环增益,因而改善了系统的跟踪能力。论文还对定位站自标定方法进行了研究,即在空间建立若干定位站,各个定位站之间的距离可以用一种激光干涉尺寸测量仪测得。猫眼可以依次落到各个定位站上,利用直线标定法可以测得基点到各个定位站之间的距离。各个距离确定后就可以通过合理建立坐标系来确定各个基点的位置,从而实现自标定。仿真结果表明采用定位站自标定法对基点位置的标定具有较高的标定精度,是一种有效的标定方法。

全文目录

中文摘要  2-3
英文摘要  3-6
第一章绪论  6-11
  1.1 激光跟踪测量系统的概念  7-9
    1.1.1 球坐标法测量系统  7-8
    1.1.2 三角法测量系统  8
    1.1.3 多边法测量系统  8-9
  1.2 课题研究的目的和内容  9-11
第二章激光跟踪测量系统设计  11-26
  2.1 概述  11
  2.2 基本测量原理  11-12
  2.3 激光跟踪系统的设计  12-15
    2.3.1 激光跟踪干涉仪  12-13
    2.3.2 激光干涉测长光路  13
    2.3.3 位置跟踪控制系统  13-14
    2.3.4 激光跟踪头  14-15
  2.4 激光跟踪系统的自标定  15-26
    2.4.1 自标定方法  15-17
    2.4.2 定位站自标定  17-26
第三章激光跟踪控制系统的改进  26-56
  3.1 激光跟踪工作原理和总体设计方案  26-27
    3.1.1 激光跟踪工作原理  26-27
    3.1.2 总体设计方案  27
  3.2 直流PWM 伺服驱动装置  27-32
    3.2.1 脉宽调制器及其改进  28-32
    3.2.2 双极性 PWM 驱动器  32
  3.3 电流环和速度环简述  32-36
    3.3.1 电流环  32-33
    3.3.2 速度环  33-34
    3.3.3 直流电机驱动器L292  34-36
  3.4 位置检测电路设计及改进方案  36-39
    3.4.1 位置检测及电路设计  36-37
    3.4.2 原位置控制系统存在的缺陷  37-39
  3.5 位置控制系统的改进方案  39-40
  3.6 计算机与单片机的接口  40-47
    3.6.1 计算机与 AT89C51 单片机的接口  41
    3.6.2 VB 通信程序实现  41-47
  3.7 单片机与 D/A 转换器的接口电路  47-52
    3.7.1 D/A 转换器 MX7225  48-49
    3.7.2 单片机程序  49-52
  3.8 增益可调电路  52-56
    3.8.1 器件介绍  52-53
    3.8.2 电路的设计及其原理  53-56
第四章实验  56-65
  4.1 定位站自标定精度校验实验  56-63
    4.1.1 仿真  57-58
    4.1.2 实验  58-62
    4.1.3 误差分析  62-63
  4.2 可变增益电路的能力测试  63-65
第五章总结与展望  65-67
  5.1 主要工作总结  65
  5.2 技术展望  65-67
参考文献  67-69
攻读硕士期间发表论文  69-70
致谢  70

激光跟踪系统改进及定位站自标定的探讨

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