wMPS测量系统模型建立与仿真分析

论文摘要

近年来工业发展对精密测量技术提出了越来越高的要求,特别是现场大尺寸测量成为科技攻关的重点。wMPS作为一种全新的大尺寸测量系统,具有测量精度高、多点实时测量与跟踪、自动化测量等优点,在大型工业制造与装配领域将得到广泛应用。wMPS测量系统结合了经纬仪的工作原理,也是运用角度交会的方法进行空间点的三维坐标测量。不同的是,wMPS测量系统是发射器发射旋转的红外激光扇面,通过激光扇面的角度交会实现了空间点坐标的自动化测量,是对大尺寸空间测量与定位方法的一项重要改进。本文主要是对wMPS测量系统建立测量模型并进行仿真实验。根据wMPS系统的测量原理,分析了系统的各个组成部分与影响系统测量的主要参数,建立了系统的几何模型与解析模型,并且研究了模型解算方法。由于各发射器与接收器的相互约束关系以及空间角度交会测量系统的复杂性,所以对发射器与接收器的各个参数有严格的控制要求。本文通过仿真实验的方法找出发射器和接收器中影响测量的重要参数指标,在Matlab仿真环境下选择了适用的优化算法进行了仿真计算,并在仿真中研究了系统的标定方法与测量空间点坐标的方法。通过对仿真结果与误差的分析,为系统发射器与接收器的硬件设计、测量站配置、信号处理、现场安装以及误差补偿与校正提供重要的理论依据,并且通过仿真为软件编程奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 wMPS测量系统
• 1.2.1 发展现状
• 1.2.2 wMPS的应用
• 1.3 本课题的研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 wMPS测量原理分析
• 2.1 wMPS工作原理
• 2.1.1 角度交会测量
• 2.1.2 wMPS测量原理
• 2.2 测量系统组成
• 2.2.1 发射器
• 2.2.2 接收器
• 2.2.3 测量算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 wMPS测量模型
• 3.1 发射器扇面
• 3.2 发射器坐标系与全局坐标系的转换
• 3.3 发射器与接收器空间关系
• 3.4 wMPS解析模型
• 3.5 优化算法
• 3.5.1 非线性最小二乘法
• 3.5.2 牛顿法
• 3.5.3 Matlab中的lsqnonlin函数
• 3.6 本章小结
• 第四章 仿真实验
• 4.1 wMPS参数分析
• 4.1.1 已知参数
• 4.1.2 未知参数
• 4.2 参数标定的仿真
• 4.2.1 标定分析
• 4.2.2 仿真求解未知参数
• 4.3 仿真求解空间点坐标
• 4.4 本章小结
• 第五章 误差分析
• 5.1 标定误差
• 5.2 测量范围对误差的影响
• 5.3 发射器数量对误差的影响
• 5.4 发射器转速稳定性对误差的影响
• 5.5 接收器的响应误差对测量的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结及工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢