摘要:激光跟踪仪是近十年进展起来的新型大尺寸空间测量仪器,不仅可对空间静止目标进行高精度三维直角坐标测量,而且还可对运动目标进行空间位置姿态的跟踪测量,具有安装操作简单、实时快速扫描测量、测量精度高等优点,是大尺寸工业测量和科学测量的重要手段,近年来得到了迅速进展。激光跟踪头结合高精度激光测距技术和经纬仪的精密测角技术,采取点测量方式实现对大尺寸目标工件的尺寸和形位误差测量,为大型部件的装配和检验提供实时测量基准,此外,激光跟踪测量头还可以通过扫描测量方式对平面和曲面进行快速面型测量。6D测量系统可实时监视目标的距离和姿态信息,在大系统的安装对接历程中具有重大的作用。激光跟踪头具有无导轨、动态快速测量、测量精度高、安装移动便捷等特点,在大科学工程安装检测、大型装备建造、航空航天、船舶、汽车、轨道铺设等大型零部件检测和装配历程中具有非常高的运用价值。本论文基于极坐标法测量原理,设计了由激光跟踪测量仪和合作目标组成的6D精密激光跟踪头测量系统,即对目标点的空间坐标(x,y,z)和姿态(俯仰角,偏航角,滚动角)进行测量。激光跟踪头结构部分主要包括干涉激光测距单元、绝对激光测距单元、二维精密跟踪经纬仪、伺服制约单元、空气折射率补偿单元、仪器支架、管理计算机单元、电控箱以及合作目标等。本课题基于3D便携式、多功能精密激光跟踪头项目,采取球坐标法测量原理,设计了单路激光跟踪仪与合作目标组成的六自由度信息测量系统,论文主要对合作目标的设计以及跟踪经纬仪进行了探讨,主要工作包括:1.6D激光跟踪测量系统的技术路线。测量系统技术的关键所在,即如何由3D测量进展为6D测量,合作目标所获得数据如何转化为俯仰角、偏航角和滚动角。同时得出了在此系统中跟踪仪坐标系与被测物体坐标系之间的转换矩阵。2.激光跟踪头的整体设计。包括水平轴系、垂直轴系、跟踪反射镜等的设计。本论文的重点在于合作目标的设计,通过对目标反射镜的改装实现手动测量目标点偏航角、俯仰角和滚动角。3.对激光跟踪头进行了系统的精度浅析与误差计算。包括跟踪经纬仪的测角精度、测量距离,由角锥棱镜、倾角传感器和位置敏感探测器所产生的合作目标测量误差等,通过计算证明各项误差均可达到所设技术指标。关键词:激光跟踪论文6自由度测量论文合作目标论文误差浅析论文
摘要4-6
ABSTRACT6-8
目录8-10
第一章 绪论10-16
1.1 6D 激光跟踪测量系统的基本概念10-11
1.2 国内外进展近况11-12
1.3 多自由度测量探讨近况12-14
1.4 论文的探讨目的和内容14-16
第二章 6D 激光跟踪测量系统设计16-27
2.1 激光跟踪测量系统的基本原理16-18
2.1.1 单站法16-17
2.1.2 多站法17-18
2.2 6D 精密激光跟踪头测量系统的技术案例18-23
2.2.1 选定目标点直角坐标的测量18-20
2.2.2 选定目标点空间姿态的测量20-22
2.2.3 测量中所涉及的坐标系间转换22-23
2.2.4 测量中要解决的关键技术不足23
2.3 6D 激光跟踪系统的设计23-27
2.3.1 干涉测长光路24-26
2.3.2 合作目标镜的设计26-27
第三章 6D 精密激光跟踪头的设计27-47
3.1 跟踪经纬仪的设计27-42
3.1.1 垂直轴设计29
3.1.2 水平轴设计29-30
3.1.3 跟踪反射镜设计30
3.1.4 限位机构设计30-31
3.1.5 调平检测设计31-33
3.1.6 激光跟踪头试验样机展示33-42
3.2 合作目标的结构设计42-47
3.2.1 目标镜的设计43-45
3.2.2 倾角传感器的选择45
3.2.3 位置敏感探测器的选择45-47
第四章 6D 精密激光跟踪头精度与误差浅析47-61
4.1 激光跟踪测量系统的精度47-48
4.2 跟踪经纬仪测角精度浅析48-53
4.2.1 编码器的精度48
4.2.2 仪器轴系旋转精度48-49
4.2.3 经纬仪的调平精度49
4.2.4 经纬仪两轴垂直度49-50
4.2.5 跟踪反射镜误差浅析50-52
4.2.6 激光跟踪仪实验精度52-53
4.3 合作目标的误差浅析53-61
4.3.1 角锥棱镜误差浅析53-57
4.3.2 倾角传感器误差浅析57-59
4.3.3 位置敏感探测器(PSD)精度浅析59-61
第五章 总结与展望61-63