wMPS测量原理与系统设计

论文摘要

传统的大尺寸测量方法,在测量效率和测量范围、测量精度方面难以满足日益发展的工业测量的要求,所以需要引入wMPS——光电扫描式多站角度交会测量系统。wMPS在继承传统大尺寸测量优点基础上,利用新的测量方式,是对传统方法的补充和发展,它具有理论上的无限的测量范围,可以支持多个目标的实时测量,有很高的精度,能完全实现测量的自动化,在航空航天、汽车、轮船等大尺寸装备制造领域将会有广泛的应用。wMPS硬件主要由测量基站和接收器组成,利用角度交会的测量原理,两个以上的测量基站就可以测出接收器所处位置的三维坐标。根据角度交会测量的基本原理,需要先测量出接收器相对测量基站的水平角和垂直角,本文论述了水平角和垂直角测量的详细过程,并提出了系统测量算法;对系统的各项参数进行研究,分析了系统的各项误差来源,并对整个测量系统的精度进行了分析。本文对测量基站进行分析,并在此基础上去设计测量基站,在测量基站的设计过程中,激光器的供电方式是影响基站结构的关键之一,根据供电方式的不同,本文提出了两种基站结构设计方案,由于基于旋转供电的基站设计方案在成本上和精度上都优于基于外接供电的基站设计方案,所以选择基于旋转供电的结构方式;另外,本文提出了三种同步光产生方式和两种电机转速控制方案,并从精度上和结构上选择更适合于wMPS系统的方案。针对不同的测量任务,wMPS有三种不同类型的接收器,本文在讨论了接收器计时点的选择,根据计时点的要求对三种接收器结构进行了分析,提出了这三种接收器结构设计方案,并分析其误差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大尺寸精密测量技术
• 1.2.1 坐标测量机
• 1.2.2 经纬仪测量系统
• 1.2.3 激光跟踪测量系统
• 1.2.4 数字近景摄影视觉测量系统
• 1.3 wMPS 大尺寸测量系统
• 1.3.1 光电扫描式角度交会测量系统
• 1.3.2 wMPS 系统的优势
• 1.3.3 wMPS 系统的应用前景
• 1.4 本文主要内容及研究意义
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 研究意义
• 第二章 wMPS 系统原理
• 2.1 wMPS 系统组成
• 2.1.1 测量基站
• 2.1.2 接收器
• 2.1.3 系统软件
• 2.2 wMPS 测量原理
• 2.2.1 方位角测量
• I的测量'>2.2.2 垂直角E_I的测量
• Z测量'>2.2.3 水平角A_Z测量
• 2.3 wMPS 的测量算法
• 2.3.1 系统参数的标定
• 2.3.2 测量算法
• 2.4 系统误差分析
• 2.5 系统参数选择
• 第三章 wMPS 测量基站分析与设计
• 3.1 基于外接供电的基站设计
• 3.1.1 总体设计框架
• 3.1.2 机械结构及加工精度分析
• 3.1.3 光路设计及其对系统精度的影响
• 3.2 基于旋转供电的基站设计方案
• 3.2.1 基于旋转供电的基站设计框架
• 3.2.2 机械加工及光路设计
• 3.2.3 两种基站设计方案的比较
• 3.3 同步光脉冲的设计
• 3.3.1 霍尔元件
• 3.3.2 反射式光电对管
• 3.3.3 光电编码器
• 3.4 电机速度控制
• 3.4.1 基于PID 的电机速度控制系统
• 3.4.2 锁相环电机速度控制系统
• 3.4.3 两种调速方式的比较
• 第四章 wMPS 接收器分析与结构设计
• 4.1 前言
• 4.1.1 敏感元件
• 4.1.2 接收器的结构
• 4.2 接收器的精度分析
• 4.2.1 接收器计时点对精度的影响
• 4.2.2 接收器安装误差对精度的影响
• 4.3 三种接收器的结构设计
• 4.3.1 全方位接收器
• 4.3.2 平面接收器
• 4.3.3 矢量棒接收器
• 第五章 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢