基于SOC的wMPS高速测量及信号处理器关键技术研究

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1、基于SOC的wMPS高速测量及信号处理器关键技术研究ResearchonkeytechnologyofthesignalprocessorofwMPSforhigh-speedmeasuringbasedonSOC学科专业：仪器科学与技术作者姓名：花明浩指导教师：杨凌辉讲师指导教师：天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十月摘要大型装备制造业是我国实现强国强军的中国梦的核心支柱产业，如何在大型装备的制造与装配中精确测量大型零部件尺寸与形貌一直是制造过程中的重点与难点。而传统的测量仪器由于难以兼顾精度要求和量程要求，整体性能难以满足工业现场需求。因此，大尺寸大量程

2、的精密测量与定位技术的重要性日益凸显，成为了保证零部件质量的关键保障。室内测量定位系统(wMPS)是一种新型的基于光电扫描原理的测量系统，它通过多个发射站在空间中的协同工作来构建测量网路，有多个接收器并行工作。它具有很高的实时性，并且在拥有很大测量空间的同时有着极高的精度，提升了测量效率。目前针对wMPS系统静态测量性能及误差补偿的研究比较全面，对于如何解决其动态测量误差尚未有详细的研究或解决方案。本文在现有wMPS系统的前提下，定性分析了系统动态测量误差模型，并从工程应用的角度通过增加信号处理器的性能减小其动态测量误差，设计并研发了新型的信号处理器。同时进行了动态

3、测量精度的比对实验，证明了新型的信号处理器可以有效地提升wMPS系统的动态测量性能。论文的主要研究内容如下：1、介绍了现阶段主要的大尺寸三维空间测量定位系统，分析了wMPS系统目前的发展现状及其局限性，基于wMPS系统的测量原理剖析了其动态测量的特性，定性地分析了其主要动态测量误差的来源，最终提出基于Xilinx公司的Zynq平台设计新的信号处理器作为解决方案。2、详细地介绍了Xilinx公司最新的Zynq平台，并根据其平台特性划分了信号处理器的软硬件设计，并给出了可编程逻辑部分逻辑电路的核心模块设计，以及处理器中软件部分的总体流程以及核心的脉冲匹配算法。3、根据软

4、硬件设计，搭建工程样机，并以wMPS系统为平台进行试验，通过比对高精度导轨的直线度验证高精度信号处理器对整体系统动态测量精度的提升。关键词：大尺寸测量wMPSZynq软硬件协同设计IIIABSTRACTWiththeflourishmentofthelarge-scaleassemblyandmanufacturingindustry,especiallyinaerospaceandrailtransportationmanufacturing.Theimportanceoflarge-scaleprecisionmeasurementandpositioningt

5、echnologyhasbecomeincreasinglyprominent,itisnowbeingviewedasanindispensablemeansofensuringthequalityofmanufacturing.However,traditionalmeasuringinstrumentsfailtobalancetheaccuracyrequirementsandrangerequirements,thereforetheiroverallperformancecan’tmeettheneedsofindustrialsites.Workspa

6、cemeasuringandpositioningsystem(wMPS)isanovelphotoelectricscanningmeasurementsystembasedontheintersectionmeasuringprinciple.Itisanetwork-architecturemeasuringsystemconsistsofseveraltransmitterswithseveralreceiversworkinginthesametime.Thereforeithasaverylargemeasurementspaceaswellasaver

7、yhighaccuracy,andcanworkinrealtime.Anditsignificantlyimprovedtheworkingefficiency.Atpresent,mostresearchfocusonthestaticmeasurementperformanceanderrorcompensation.However,therehasnodetailedresearchorsolutionaboutthedynamicmeasurementerrorofthesystemsofar.Basedonthecurrentworkspacemea