wMPS三维精密测量系统硬件分析与设计

论文摘要

随着现代工业的发展,精密三维坐标测量技术已经成为现代工业中不可或缺的测量手段,wMPS三维测量系统是一种基于光电扫描的空间交会式测量系统,具有精度高、抗干扰能力强、能满足多用户同时使用、简单易用的特点。本文分析了wMPS三维坐标测量系统的优点,研究了wMPS三维测量系统的测量原理及系统组成,提出了硬件要求。其中,为了保证发射器稳速旋转,本系统采用了电机锁相伺服控制技术和无接触供电技术。本文还讨论了接收传感器的基本结构,提出了底层软件算法和跟踪算法。论文主要研究工作如下:1.针对大尺寸测量的需求和应用,分析了wMPS三维坐标系统的测量原理,提出了系统硬件方面的要求和该系统的研究意义和研究目的。2.根据测量原理对发射器旋转平稳性的要求,研究了电机锁相伺服控制技术和无刷电机驱动技术,给出了实现方案。3.根据旋转平台供电的要求,分析了无接触供电的特点、拓扑结构、数学模型和控制策略,采用串联谐振式半桥ZVS变换器实现了无接触供电,保证了激光器供电的可靠性和稳定性。4.采用PIN二极管和跨阻放大器作为光电模块,并加入时点判别电路,保证脉冲时刻的准确测量。5.采用了FPGA和CPU作为数字处理系统,设计了底层控制算法,为正确处理测量数据提供了保证。6.通过实验对系统的硬件系统进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大尺寸空间测量技术
• 1.3 wMPS 三维测量系统（workspace Measuring Position System）
• 1.3.1 wMPS 三维测量系统的应用
• 1.3.2 国内外发展状况
• 1.4 wMPS 工作原理
• 1.4.1 水平角的测量原理
• 1.4.2 垂直角的测量原理
• 1.5 本课题的研究意义及主要研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 主要工作
• 第二章 wMPS 三维测量系统发射器硬件系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 电机锁相环调速控制
• 2.2.1 基于TC9142P 的锁相环电机控制电路
• 2.3 无刷直流电动机驱动设计
• 2.3.1 无刷直流电动机简介
• 2.3.2 基于L6235 的三相无刷直流电动机驱动器
• 2.4 发射器供电设计
• 2.4.1 无接触电能传输技术
• 2.4.2 无接触电能传输系统构成及工作原理
• 2.5 无接触电能传输电磁机构分类及其特点
• 2.5.1 静止式无接触电能传输机构
• 2.5.2 滑动式无接触电能传输电磁机构
• 2.5.3 旋转式无接触电能传输电磁机构
• 2.6 无接触电能传输技术系统设计
• 2.6.1 电磁机构的选择
• 2.6.2 拓扑结构选择
• 2.6.3 无接触变压器模型分析
• 2.6.4 控制策略
• 2.7 无接触供电的实现
• 第三章 wMPS 测量系统接收传感器硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 测量传感器工作原理
• 3.3 光电探测电路设计
• 3.3.1 光电探测器
• 3.3.2 PIN 光电探测器偏压电路设计
• 3.3.3 PIN 光电探测器前置放大器设计
• 3.4 接收传感器计时点判别电路设计
• 3.4.1 计时点误差分析
• 3.4.2 延时线式定比例时点判别法
• 3.4.3 微积分式计时点判别方法
• 3.5 接收器数字处理单元
• 3.5.1 FPGA 芯片选型
• 3.5.2 接收器数字处理系统的硬件实现
• 3.5.3 数字处理系统主循环算法
• 3.5.4 跟踪算法
• 3.6 接收器数字处理系统仿真
• 第四章 实验数据及分析
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验步骤
• 4.2.1 发射器电机的转动平稳性实验步骤
• 4.2.2 无接触供电实验步骤
• 4.2.3 接收传感器测试实验步骤
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 发射器电机的转动平稳性实验结果与分析
• 4.3.2 无接触供电实验结果与分析
• 4.3.3 接收传感器实验结果与分析
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢