基于光電掃描測(cè)角與超聲測(cè)距的全站式空間定位方法研究.pdf

1、全站式空間定位測(cè)量技術(shù)以其靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)裝備制造領(lǐng)域的大尺寸測(cè)量。當(dāng)前全站式測(cè)量技術(shù)存在以下原理局限性：球坐標(biāo)式全站測(cè)量技術(shù)受限于激光干涉測(cè)距原理，只能進(jìn)行單任務(wù)測(cè)量，測(cè)量效率低；角度交會(huì)式全站測(cè)量技術(shù)受限于缺少距離約束，僅依靠被測(cè)空間提供的結(jié)構(gòu)約束，導(dǎo)致測(cè)量精度較低。為實(shí)現(xiàn)多任務(wù)、實(shí)時(shí)性好、精度高的新型全站式測(cè)量，本文在旋轉(zhuǎn)掃描激光空間角度測(cè)量方法研究的基礎(chǔ)上，引入高精度超聲測(cè)距法，構(gòu)建新型全站式多任務(wù)空間

2、定位測(cè)量系統(tǒng)，完成了以下研究?jī)?nèi)容：
　　1、提出了一種新型全站式空間定位測(cè)量方法，采用球坐標(biāo)測(cè)量原理，通過旋轉(zhuǎn)掃描激光測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的空間角度，結(jié)合周向陣列式超聲測(cè)距法測(cè)量被測(cè)點(diǎn)距離，解算被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。借助掃描激光與超聲陣列的空間發(fā)散角，可實(shí)現(xiàn)全站（單站）條件下的多任務(wù)、實(shí)時(shí)測(cè)量；
　　2、闡述了通過掃描激光測(cè)量空間角度的原理，研究了激光平面參數(shù)的標(biāo)定方法，提出了將掃描測(cè)角與超聲測(cè)距相融合的方法，即采用系統(tǒng)互掃描的方法標(biāo)定超聲測(cè)距

3、模塊在光電掃描基站下的坐標(biāo)，并詳細(xì)闡述了基于多平面約束與超聲測(cè)距的空間坐標(biāo)定位原理；
　　3、提出并研究了一種對(duì)射式高精度超聲測(cè)距方法，采用粗測(cè)與精測(cè)結(jié)合的方式精確測(cè)量飛行時(shí)間。粗測(cè)法采用帶特征點(diǎn)的互相關(guān)法提取飛行時(shí)間中的整數(shù)倍聲波周期部分，精測(cè)法通過檢測(cè)發(fā)射與接收聲波間的相位差對(duì)飛行時(shí)間中不足整周期的部分作精確修正。對(duì)射方式避免了反射物對(duì)超聲信號(hào)的干擾，聲波信號(hào)質(zhì)量得到保障，通過相位細(xì)分的方式可達(dá)到較高精度；
　　4、溫度

4、是影響聲速變化的最主要因素，直接決定了測(cè)量精度。針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境因素，尤其是超聲傳播路徑上溫度分布的不均勻與不穩(wěn)定性，提出了一種基于有限元算法的測(cè)量空間三維溫度場(chǎng)的構(gòu)建方法，通過邊界溫度值來擬合測(cè)量空間內(nèi)部的溫度分布，對(duì)聲速進(jìn)行精確的補(bǔ)償；
　　5、分析了掃描測(cè)角與超聲測(cè)距結(jié)合的坐標(biāo)測(cè)量不確定度來源，包括激光平面掃描角測(cè)量不確定度與超聲測(cè)距不確定度，并推導(dǎo)了測(cè)量靶坐標(biāo)測(cè)量不確定度的傳遞模型，給出了測(cè)量靶最優(yōu)測(cè)量方案，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證