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基于光电扫描的全向六自由度测量标靶关键技术研究

王小冷  
【摘要】:大尺寸范围内的六自由度高效测量技术有着广泛的应用背景和工程应用价值,基于六自由度测量的姿态测量在船舶、飞机、火箭、卫星等大型装备的制造、装配和对接过程中的意义日益凸显。wMPS(工作空间测量定位系统)是一种基于角度交会测量原理的光电扫描测量系统,能很方便的解决等大尺寸装备装配过程中的坐标测量、跟踪定位、准直等精密测量难题。相对于其他大尺寸空间坐标测量系统来讲,该系统的优势在于可实现多任务并行测量,提高了测量效率。然而,目前wMPS缺少一种有效的姿态测量手段,因此,有必要将六自由度测量技术引入wMPS以扩展wMPS的应用领域。论文研究了一种基于光电扫描测角原理、运用靶标空间几何约束的新型六自由度测量方法,并基于该方法研制了一种六自由度全向测量标靶。该标靶在一个平面内固定了六个光电接收单元,通过标定六个单元的位置关系使其成为一个整体,进而实现测量功能。依托天津大学研发的wMPS实验平台,本文对该方法进行了实验验证。实验结果显示,六自由度标靶的测量重复性精度0.2mm以内,绝对精度在0.2mm以内,姿态角精度在0.1度以内。此外,该标靶还具有可接收全向信号,弱化交会条件等优点。论文主要研究工作如下:1、介绍了六自由度测量技术,阐述了大尺寸空间测量发展现状,提出了wMPS对六自由度测量技术的需求,明确了论文的理论意义和现实意义。2、以扫描角测量原理为基础,对光电扫描多角度周向约束定位原理展开研究,进而提出了六自由度标靶的姿态测量原理并对误差进行分析。3、根据测量原理,对六自由度标靶的硬件实现技术和软件实现技术分别展开研究,并研制了六自由度标靶样机。4、以wMPS为平台进行试验,对基于周向约束定位原理的六自由度标靶进行测量精度验证。


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