球坐標(biāo)激光跟蹤三維位置檢測方法研究.pdf

1、本論文針對精密機器系統(tǒng)中運動部件三維位置的動態(tài)檢測問題,提出采用一種高精度解決方法——激光跟蹤測量系統(tǒng).論文對方法的實現(xiàn)進行了深入的理論分析和研究,數(shù)字仿真和實驗研究證明了這種基于激光跟蹤測量系統(tǒng)的位置檢測方法的有效性.論文首先綜合介紹了多維精密位置測量在制造領(lǐng)域的重要性及現(xiàn)代化生產(chǎn)對多維位置測量的新要求,并比較分析了現(xiàn)有各種二維和三維位置測量系統(tǒng)的特點及其在動態(tài)檢測應(yīng)用中存在的問題.以激光干涉儀為基礎(chǔ)設(shè)計了球坐標(biāo)激光跟蹤測量系統(tǒng),建立

2、了理想模型和轉(zhuǎn)鏡中心偏移模型;針對以往球坐標(biāo)激光跟蹤系統(tǒng)中參考點只能借助于外部具有更高精度的儀器來校正的缺點,本研究提出平面約束自校正方法,對系統(tǒng)進行了自校正研究,仿真結(jié)果表明該方法的有效性.論文研究了系統(tǒng)工作原理,設(shè)計了伺服跟蹤系統(tǒng),綜合分析伺服轉(zhuǎn)鏡跟蹤機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動方式,確定單轉(zhuǎn)鏡獨立式機構(gòu)方案和力矩電機驅(qū)動方式,提出了跟蹤轉(zhuǎn)鏡機構(gòu)的設(shè)計要求,設(shè)計并完成單轉(zhuǎn)鏡獨立式伺服轉(zhuǎn)鏡機構(gòu),實現(xiàn)對三維目標(biāo)點的跟蹤.分析了激光跟蹤測量系統(tǒng)對

3、目標(biāo)鏡的要求,比較了角錐棱鏡和貓眼逆反射器的性能.完成了球坐標(biāo)激光跟蹤測量系統(tǒng)的光路設(shè)計.通過增加分光鏡、平面鏡等光學(xué)元件,把激光干涉儀改造成激光跟蹤干涉儀,充分利用了原有光學(xué)器件.論文分析了激光跟蹤測量系統(tǒng)的誤差源:距離測量誤差和角度測量誤差.距離測量誤差包括激光干涉儀測量誤差,機構(gòu)誤差,跟蹤誤差等.指出角度測量誤差是主要的誤差源.由誤差分析可知編碼器的精度對于整個測量系統(tǒng)的精度而言,占主導(dǎo)作用.為了獲得更高的精度,研究了電子細(xì)分和相

4、位編碼技術(shù)對增量編碼器進行細(xì)分.采用相位編碼技術(shù),分辨率能提高80倍.在測量系統(tǒng)中引入濾波處理——卡爾曼濾波,提出了改進的卡爾曼濾波算法,以減小隨機誤差的影響,提高系統(tǒng)測量精度.提出變維濾波器算法,對機動目標(biāo)或非機動目標(biāo)進行跟蹤.仿真結(jié)果表明應(yīng)用卡爾曼濾波大大提高了測量系統(tǒng)精度.論文進行了測量系統(tǒng)實驗裝置的建立和應(yīng)用.對激光跟蹤測量系統(tǒng)位置檢測方法進行了實驗驗證和論證.實驗結(jié)果表明了該位置檢測方法的有效性.本論文對球坐標(biāo)激光跟蹤測量系統(tǒng)