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基于EMSCON的多激光跟踪仪协同测量关键技术研究

作　者: 胡宝海
导　师: 刘刚；俞慈君
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 多激光跟踪仪协同测量转站同步触发
分类号: V262.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为了监控和定位大量的数字化装备和辅助工装、测量和评估飞机装配准确度、实现各个装配单元的有机集成,激光跟踪仪作为一种高精度的大尺寸测量仪器被应用于飞机装配系统中可提高测量的精度和效率,并实现对装配部件的轨迹监测。本文以飞机数字化装配为平台,着重研究了多激光跟踪仪(LEICA)协同测量的关键技术,如转站(Bundle)技术、数据融合技术和同步触发技术等；并基于其底层控制软件EMSCON,通过VC++开发了多激光跟踪仪协同测量软件。本文第一章阐述了论文研究的背景。介绍了现代大尺寸空间测量技术的现状。最后给出了论文的研究内容和框架结构。第二章阐述了LEICA激光跟踪仪的系统结构、工作原理和它的底层控制软件EMSCON,并介绍了EMSCON的异步通信方式。分析了激光跟踪测量系统的误差。第三章详细分析了激光跟踪仪转站的本质,归纳了几种常见的位姿关系表达及其相互转换。介绍了EMSCON中的转站接口；提出了基于EMSCON的两台跟踪仪协同转站技术；基于马氏距离的多台激光跟踪仪协同转站技术；基于电子水平仪的带参数约束转站技术；基于粗大误差判别的超差公共点剔除技术；这些技术能充分利用多台激光跟踪仪建立协同观测网,减小固定参考对象变形使公共观测点位置偏移的影响,提高转站精度最终达到提高测量精度的目的。第四章介绍了激光跟踪仪的触发接口,并结合单片机系统提出了一种可行的多激光跟踪仪同步触发方案,以此来保证多台跟踪仪测量的同时性。第五章基于飞机数字化装配对于多跟踪仪协同测量系统的功能需求,介绍了基于EMSCON的多跟踪仪协同测量软件的开发。对软件中的各模块进行了设计,最后介绍了软件的界面。第六章对全文的研究工作进行了总结,并对有待进一步研究的内容进行了展望。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 大尺寸空间测量技术  12-18
    1.2.1 大尺寸空间测量的硬件设备  12-16
    1.2.2 现代测量技术的软件系统  16-18
  1.3 课题背景和论文结构  18-20
    1.3.1 论文的选题背景和研究内容  18-19
    1.3.2 论文结构  19-20
第二章 LEICA激光跟踪仪与EMSCON  20-31
  2.1 引言  20-21
  2.2 LEICA激光跟踪仪的组成和原理  21-24
    2.2.1 LEICA激光跟踪仪的组成  21
    2.2.2 LEICA激光跟踪仪的工作原理  21-23
    2.2.3 LEICA激光跟踪仪的主要性能参数  23-24
  2.3 LEICA激光跟踪仪的底层控制软件  24-27
    2.3.1 EMSCON简介  24-26
    2.3.2 EMSCON的异步通信  26-27
  2.4 激光跟踪测量系统的误差分析  27-30
    2.4.1 测量设备误差  28
    2.4.2 测量条件  28-29
    2.4.3 转站误差  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章多激光跟踪仪协同转站技术  31-53
  3.1 引言  31-32
  3.2 BUNDLE与位姿表达  32-38
    3.2.1 Bundle和转站  32-33
    3.2.2 位置和姿态表达  33-38
  3.3 EMSCON中的BUNDLE  38-42
    3.3.1 EMSCON中的点  38
    3.3.2 EMSCON中的坐标系  38-39
    3.3.3 Orientation和Transformation  39-41
    3.3.4 基本的转站流程  41-42
  3.4 两台跟踪仪协同转站  42-45
    3.4.1 先验精度和后验精度  42-43
    3.4.2 坐标旋转后的协方差矩阵  43-44
    3.4.3 名义值与实测值的协方差矩阵  44-45
  3.5 基于马氏距离的多台跟踪仪协同转站  45-48
    3.5.1 多维测量数据的加权均值  45-46
    3.5.2 马氏距离  46
    3.5.3 优化目标函数  46-47
    3.5.4 设置转站参数  47-48
  3.6 多台跟踪仪协同转站到装配坐标系  48-52
    3.6.1 建立装配坐标系  48-49
    3.6.2 转站到装配坐标系  49-50
    3.6.3 剔除超差点  50-51
    3.6.4 参数约束下的转站  51-52
  3.7 本章小结  52-53
第四章多激光跟踪仪同步触发技术  53-60
  4.1 引言  53
  4.2 跟踪仪同步触发接口  53-56
    4.2.1 触发的硬件接口  53-54
    4.2.2 触发模式  54-55
    4.2.3 触发参数  55-56
    4.2.4 触发过程  56
  4.3 跟踪仪同步触发方案  56-59
    4.3.1 跟踪仪同步触发的原理  56-57
    4.3.2 串口通信  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章多激光跟踪仪协同测量软件开发  60-71
  5.1 引言  60
  5.2 多激光跟踪仪协同测量软件总体设计  60-63
    5.2.1 软件开发平台和工具  60-61
    5.2.2 测量软件主要功能  61
    5.2.3 测量软件总体结构设计  61-63
  5.3 测量软件模块设计  63-67
    5.3.1 任务执行模块  63-64
    5.3.2 同步触发模块  64
    5.3.3 与激光跟踪仪通信模块  64-65
    5.3.4 数据存储模块  65
    5.3.5 三维显示模块  65-66
    5.3.6 数据处理模块  66
    5.3.7 用户接口模块  66
    5.3.8 坐标系管理和坐标转换  66-67
  5.4 软件的运行界面  67-70
    5.4.1 基本测量界面  67-68
    5.4.2 坐标系管理界面  68-69
    5.4.3 服务设置界面  69-70
  5.5 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-76

基于EMSCON的多激光跟踪仪协同测量关键技术研究

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