基于光電掃描測角與超聲測距的全站式空間定位方法研究.pdf

1、全站式空間定位測量技術(shù)以其靈活性高、適應(yīng)性強等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)裝備制造領(lǐng)域的大尺寸測量。當(dāng)前全站式測量技術(shù)存在以下原理局限性：球坐標(biāo)式全站測量技術(shù)受限于激光干涉測距原理，只能進行單任務(wù)測量，測量效率低；角度交會式全站測量技術(shù)受限于缺少距離約束，僅依靠被測空間提供的結(jié)構(gòu)約束，導(dǎo)致測量精度較低。為實現(xiàn)多任務(wù)、實時性好、精度高的新型全站式測量，本文在旋轉(zhuǎn)掃描激光空間角度測量方法研究的基礎(chǔ)上，引入高精度超聲測距法，構(gòu)建新型全站式多任務(wù)空間

2、定位測量系統(tǒng)，完成了以下研究內(nèi)容：
　　1、提出了一種新型全站式空間定位測量方法，采用球坐標(biāo)測量原理，通過旋轉(zhuǎn)掃描激光測量被測點的空間角度，結(jié)合周向陣列式超聲測距法測量被測點距離，解算被測點坐標(biāo)。借助掃描激光與超聲陣列的空間發(fā)散角，可實現(xiàn)全站（單站）條件下的多任務(wù)、實時測量；
　　2、闡述了通過掃描激光測量空間角度的原理，研究了激光平面參數(shù)的標(biāo)定方法，提出了將掃描測角與超聲測距相融合的方法，即采用系統(tǒng)互掃描的方法標(biāo)定超聲測距

3、模塊在光電掃描基站下的坐標(biāo)，并詳細(xì)闡述了基于多平面約束與超聲測距的空間坐標(biāo)定位原理；
　　3、提出并研究了一種對射式高精度超聲測距方法，采用粗測與精測結(jié)合的方式精確測量飛行時間。粗測法采用帶特征點的互相關(guān)法提取飛行時間中的整數(shù)倍聲波周期部分，精測法通過檢測發(fā)射與接收聲波間的相位差對飛行時間中不足整周期的部分作精確修正。對射方式避免了反射物對超聲信號的干擾，聲波信號質(zhì)量得到保障，通過相位細(xì)分的方式可達到較高精度；
　　4、溫度

4、是影響聲速變化的最主要因素，直接決定了測量精度。針對工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境因素，尤其是超聲傳播路徑上溫度分布的不均勻與不穩(wěn)定性，提出了一種基于有限元算法的測量空間三維溫度場的構(gòu)建方法，通過邊界溫度值來擬合測量空間內(nèi)部的溫度分布，對聲速進行精確的補償；
　　5、分析了掃描測角與超聲測距結(jié)合的坐標(biāo)測量不確定度來源，包括激光平面掃描角測量不確定度與超聲測距不確定度，并推導(dǎo)了測量靶坐標(biāo)測量不確定度的傳遞模型，給出了測量靶最優(yōu)測量方案，實驗驗證