球坐標(biāo)激光跟蹤三維位置檢測(cè)方法研究.pdf

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

2、了理想模型和轉(zhuǎn)鏡中心偏移模型;針對(duì)以往球坐標(biāo)激光跟蹤系統(tǒng)中參考點(diǎn)只能借助于外部具有更高精度的儀器來校正的缺點(diǎn),本研究提出平面約束自校正方法,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(jì)了伺服跟蹤系統(tǒng),綜合分析伺服轉(zhuǎn)鏡跟蹤機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動(dòng)方式,確定單轉(zhuǎn)鏡獨(dú)立式機(jī)構(gòu)方案和力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,提出了跟蹤轉(zhuǎn)鏡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)并完成單轉(zhuǎn)鏡獨(dú)立式伺服轉(zhuǎn)鏡機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)三維目標(biāo)點(diǎn)的跟蹤.分析了激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)對(duì)

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(cè)量系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì).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(cè)量系統(tǒng)的誤差源:距離測(cè)量誤差和角度測(cè)量誤差.距離測(cè)量誤差包括激光干涉儀測(cè)量誤差,機(jī)構(gòu)誤差,跟蹤誤差等.指出角度測(cè)量誤差是主要的誤差源.由誤差分析可知編碼器的精度對(duì)于整個(gè)測(cè)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(duì)增量編碼器進(jìn)行細(xì)分.采用相位編碼技術(shù),分辨率能提高80倍.在測(cè)量系統(tǒng)中引入濾波處理——卡爾曼濾波,提出了改進(jìn)的卡爾曼濾波算法,以減小隨機(jī)誤差的影響,提高系統(tǒng)測(cè)量精度.提出變維濾波器算法,對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)或非機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤.仿真結(jié)果表明應(yīng)用卡爾曼濾波大大提高了測(cè)量系統(tǒng)精度.論文進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的建立和應(yīng)用.對(duì)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)位置檢測(cè)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和論證.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該位置檢測(cè)方法的有效性.本論文對(duì)球坐標(biāo)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)