激光经纬仪精确交会实现机制研究

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1、激光经纬仪精确“交会”实现机制研究ResearchonPreciseIntersectionofLaserTheodolites学科专业：仪器科学与技术研究生：李俊军指导教师：吴斌副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独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示

2、了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要激光经纬仪测量系统利用与“视准轴”同轴的激光束实现对目标点的瞄准，能够在大空间、大尺寸范围实现对目标物体的快速、非接触式测量，具

3、有广泛的应用前景。但由于激光经纬仪伺服驱动系统空间角度分辨率的限制，随着测量空间、尺寸的增大，难以保证“视准轴”精确瞄准目标点，从而制约了激光经纬仪测量系统的应用推广。本文以大型装备精密装配、制造对大尺寸坐标测量技术的应用需求为背景，以双经纬仪测量系统为平台，基于激光经纬仪“视准轴”可视化条件，开展了激光经纬仪精确“交会”实现机制的研究。激光经纬仪精确“交会”机制通过控制伺服驱动系统使经纬仪以最小步进角为间隔对目标点进行多点扫描，通过高分辨率摄像机实时采集扫描点和目标点的位置关系图像，利用图像处理和相关算法实现经纬仪精确瞄准目标

4、点，从而实现精确“交会”的目的。激光经纬仪精确“交会”机制利用“视准轴”激光束瞄准取代人眼瞄准，避免了人为误差的影响，提高了测量效率。论文主要工作包括：1.分析了当前大尺寸坐标测量技术在工业领域的重要地位和发展前景，对目前应用最为广泛的多种大尺寸坐标测量系统进行了原理概述，并结合大尺寸坐标测量技术在测量过程中对“交会”的需求，提出了一种激光经纬仪精确“交会”的实现机制。2.在分析经纬仪测量系统测量原理的基础上，对经纬仪测量系统的交会控制方法进行了梳理和归纳。并进一步对经纬仪测量系统非精确“交会”进行了误差分析，从而提出了激光经纬

5、仪精确“交会”的思路与方案。3.针对激光经纬仪精确“交会”的实现机制，分析了激光点特征提取、目标点坐标定位的方法以及摄像机镜头的变焦控制算法。根据测量需要，建立了三种激光经纬仪精确“交会”的实现模型。4.针对激光经纬仪精确“交会”的实现方法，进行了系统仿真，初步证明了方法的可行性，并对精确“交会”测量方法的精度和不确定度进行了系统分析。5.结合实验室环境，基于实验室仪器设备，搭建了激光经纬仪测量平台，并对三种精确“交会”实现方法逐一进行了实验验证，最后从不同角度对三种方法进行了比较和分析。关键词：精确“交会”激光经纬仪大尺寸坐标

6、测量瞄准ABSTRACTLaserTheodolitemeasuringsystemachieveaimingatthetargetpointbylaserbeamwhichisconcentricwith“collimationaxis”.Itcanrealizefast,non-contactmeasurementinlargespaceandlargesizerange,soithaswideapplicationprospects.However,becauseofthespaceangleresolutionlimit

7、oftheservodrivesystem,itisverydifficulttoensurethatthetheodolite"collimationaxis"aimatthetargetpointaccuratelywiththeincreaseofthemeasurementspaceandsize.Thenitrestrictstheapplicationandpromotionoflasertheodolitesystem.Underthebackgroundofrequirementoflargesizecoordi

8、natemeasuringtechnologyinlargeequipmentprecisionassemblymanufacturingandonthebasisofdoubletheodolitemeasuringsystem,thispaperpropos