基于wmps的非接触式测量关键技术研究

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1、基于wMPS的非接触式测量关键技术研究ResearchonKeyTechnologiesofNon-contactMeasurementBasedonwMPS学科专业：仪器科学与技术研究生：孙卿指导教师：邾继贵教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要随着大型装备制造业的生产技术水平不断发展，对大尺寸精密测量系统的测量精度、效率、范围以及灵活性等提出了更高的要求。基于光电扫描的工作空间测量定位系统(workshopMeasuringandPositioningSystem,wMPS)可以有效的满足这些新需求，成

2、为了近年来大尺寸测量领域的研究热点问题。现有的wMPS坐标测量方式一般是通过安装了若干个接收器的矢量棒实现测头的接触式测量，这种接触式测量在大型复杂现场环境下存在容易引起柔性待测物表面形变及大尺寸测量空间内遮挡情况等问题。因此本文提出了一种wMPS与激光测距传感器相结合的空间坐标非接触式测量方法，主要研究内容包括：1.分析了wMPS工作原理并推导出了wMPS的数学模型，对相位式激光测距方法进行了相应研究，结合wMPS原理与测距原理并根据刚体姿态的描述方法给出了wMPS非接触测量靶的测量模型。2.基于wMPS的数学模型并结合测

3、量靶自身约束关系，得到测量靶位姿解算的目标函数，给出了多站和单站情况下的初值估计方法，通过L-M方法进行迭代求解，实现测量靶的位姿测量。3.研究了wMPS系统发射站的光平面参数和全局定向参数的校准方法。通过设计实现控制点接收器和激光跟踪仪反射球具有互换性，利用跟踪仪对测量靶控制点位置参数进行标定。通过二维PSD的光斑重心测量的高精度，研究测量靶基于单点约束和坐标匹配的激光测距传感器参数标定方法。4.通过蒙特卡洛方法对测量靶测量误差进行仿真验证，搭建了双站wMPS系统与四控制点测量靶的实验验证平台，对测量靶参数完成标定工作，并

4、对测量靶测量精度进行了实验验证。关键词：wMPS非接触测量激光测距姿态解算ABSTRACTWiththelarge-scaleproductiontechnologyandequipmentmanufacturinglevelcontinuousdevelopmentofprecisionmeasurementsystemforlarge-sizemeasurementaccuracy,efficiency,rangeandflexibilityputforwardhigherrequirements.Theworkshop

5、MeasuringandPositioningSystem(wMPS)caneffectivelymeetthesenewrequirements,sowMPShasbecomeahotissueinthefieldoflarge-scalemeasurementresearch.ExistingwMPScoordinatemeasurementprobeisgenerallyrealizedbyavectorstickfixedseveralreceivers,namelyakindofcontactmeasurement

6、.Suchkindofcontactmeasurementinthelargeandcomplexfieldenvironmentmaycausetheflexibleanalytesurfacedeformationandexisthiddenpartwithinthemeasurementspace.Therefore,thispaperpresentsanon-contactspatialcoordinatesmeasuringmethodcombiningwMPSwithlaserranging.Themaincon

7、tentsaresummarizedasfollows:1.TheworkingprincipleofwMPSwasanalyzed.Thereout,themathematicalmodelofwMPSwasdeduced.Phase-shiftlaserrangingmethodisstudied.CombiningtherangingprincipleandwMPS,themeasuringmodelofwMPSnon-contacttargetwasdeducedaccordingtorigidbodyposedes

8、criptionmethods.2.BasedonthemathematicalmodelofthewMPSandcombinedwiththeconstraintrelationmeasuretarget,theobjectivefunctionforcalculatingpositio