准直光束校准方法的研究

论文摘要

三维姿态测量系统中,由激光器发出指示光束,照射至二边的屏幕上,由屏幕上的光斑位置反映出目标的各姿态角。而指示激光器的直线性是整个测量系统的保证,本文所要解决的主要问题就是对激光器的直线性进行校准。国内外直线度测量的方法有很多,本文分析和比较了传统的直线度测量方法,采用了基于精密导轨的测量方法。现在直线度的测量方法多数是对一条直线的直线度进行测量,本文所要解决的主要问题是两束激光的直线性校准,首先要分别对两束激光器的直线性校准,然后将两束激光调到一条直线上,这也是设计中的重点问题。设计的原理是以精密导轨作为直线基准,成对的二支指示激光器发出的指示光束应成一直线。先用摄像机在一端接收激光器发出的光斑,并记录光斑的位置,求出其质心,然后在导轨上移动激光器,调节顶丝,直到摄像机上的光斑位置不动为止,然后将激光器移到导轨另一端,让激光器在导轨上滑动,调节顶丝,直到摄像机上光斑位置不变,而且与前一次测试时的位置在误差允许的范围内,则认为激光器直线性校准完毕。硬件部分主要完成了激光器及其支架、衰减片组、透镜组和数字相机的结构设计;软件部分主要完成了图像的采集和质心的求取;最后进行了直线性校准实验,并对实验过程进行了误差分析,提出了减小误差的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 直线度测量技术的分类
• 1.2.2 国内外直线度测量技术现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 系统方案设计
• 2.1 设计方案选择
• 2.2 系统原理设计
• 2.2.1 指示激光器选择
• 2.2.2 衰减环节的设计
• 2.2.3 望远系统的设计
• 2.2.4 摄像机的理论基础
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统整体结构设计
• 3.1 指示激光器直线性校准
• 3.1.1 激光器直线性校准原理
• 3.1.2 指示激光器
• 3.1.3 衰减片组
• 3.1.4 准直系统设计
• 3.1.5 摄像机成像实验
• 3.2 激光器平面性校准环节设计
• 3.3 材料的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 软件设计及运行结果
• 4.1 软件设计总体流程图
• 4.2 摄像机的初始化
• 4.3 图像采集
• 4.4 数据处理单元设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验与误差分析
• 5.1 直线性校准实验
• 5.2 实际系统中误差及处理方法
• 5.2.1 半导体激光器的误差分析
• 5.2.2 激光通过准直系统后光束的变化
• 5.2.3 激光通过衰减系统的误差
• 5.2.4 图像传感器的噪声分析
• 5.3 数据处理的误差
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理
• 致谢