电视跟踪仪论文（精选5篇）
电视跟踪仪论文 第1篇
电视跟踪仪具有搜索目标快, 跟踪目标平稳, 精度高, 可设置人工手动、自动跟踪模式, 可对多种目标精确快速自动跟踪等特点, 是观测研究移动目标的利器。电视跟踪仪为闭环控制系统。本文对电视跟踪仪的随动系统进行分析, 利用频域法建立其数学模型, 并对其做合理的数学化简。得到描述系统输入输出的关系方程式。为进一步分析、研究电视跟踪仪, 从理论上完善和充实。
1电视跟踪仪系统的组成
电视跟踪仪系统由以下几部分组成 (见图1) :
(1) 跟踪线路组合 (包括β、ε系统) 。
(2) 电视跟踪器。
(3) β (方位) 、ε (高低) 传动机构。
(4) 单柄操纵机构。
(5) 摄像机。
2系统数学模型的建立[1]
为方便起见, 在此仅以β系统为代表作为分析和建模的对象。
跟踪线路组合由比例积分放大器、前置放大器、相敏整流、整流组件等器件组成。根据原理图作出如下框图 (见图2) :
由图2可知, 作为前级放大的比例积分放大器, 输入口有A单、A雷、A修正、A电视、A调零五个口, 不同的输入信号电压, 经过放大器板的比例、积分通道得到两组不同的信号, 送前置放大器。这两组信号分别是比例信号KP2、KP3和积分信号W1 (S) 、W2 (S) 。
2.1前级放大器传递函数计算
雷达入:A雷=-100/1 200=-0.08. (1)
调零入:A调零=-100/510=-0.198. (2)
修正入:A修正=-100/680=-0.147. (3)
单柄入:A单=-2103/ (0.94S+1) . (4)
电视入:A电=-100/200=-0.5. (5)
放大器比例通道传递函数:
KP2=-R19/R18=-82/100=-0.82. (6)
KP3=-R25/R24=-51/120=-0.425. (7)
放大器积分通道传递函数:
第一级积分传递函数:
W1 (S) =-1/R47/ (C12//C13) S
=-1/511035010-8S
=-1/2.55 S=-0.39/S. (8)
电视跟踪仪的两种工作状态 (半自动, 全自动) 转换是由继电器来实现的, 因此半自动跟踪时的反馈形式为 (图3) :
其等效阻抗为:
undefined. (9)
因此, 这时的传递函数为: (半自动时)
undefined
第二级积分器传递函数:
undefined
undefined (半自动时) . (12)
2.2前置放大器部分传递函数计算
前置放大器部分的输入口有来自比例积分放大器板送来的比例、积分两个输入信号, 测速机反馈信号, 系统较正信号。由于各输入口阻抗不同, 因此不能单纯用K来反映比例放大倍数。利用各信号放大比较后送下一级放大的方法进行分析既方便也符合实际, 所以前置放大器的传递函数如下: (以实际阻值计算)
2.2.1 第一级比例放大器传递函数
比例:KPundefined
undefined
undefined
undefined
2.2.2 第二级比例放大器传递函数
undefined. (17)
2.2.3 可控硅触发电路传递函数[2]
经前置放大器的二级直流放大后, 送入脉冲触发电路, 脉冲触发电路的输出信号作为功率放大的输入信号去触发可控硅。
undefined. (18)
undefined. (19)
其中:Ubo≈1.17UEcosα. (20)
Udo为整流电压平均值。
Ubo为脉冲触发电路电压, 即可控硅输入信号 (0.8 V～2 V) 通常取1.6 V。
TS为失控时间。
q为交流电源一周内的整流电压波头数。
f为交流电源频率。
undefined. (21)
Tsmax为最大失控时间。
q=2 (单相全波头数) 。
undefined. (22)
undefined. (23)
2.3系统校正网络传递函数 (跟踪组合)
undefined (24)
2.4测速机传递函数
undefined. (25)
其中额定转速2 400/min.
额定输出电压51±2.5 V.
2.5执行机构传递函数
直流电机电流连续时电压和转速间的传递函数:
undefined. (26)
其中:Ce为电动势系数:undefined
Tm为电力拖动系统的机电时间常数:
undefined. (28)
Cm为电动机的转矩常数:undefined
GD2为电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的飞轮惯量 (Nm2)
Te为电枢回路的电磁时间常数, undefined
L为电枢回路电感 (H) , R为电枢回路电阻 (Ω) 。
undefined. (31)
3系统传递函数化简
条件:单柄半自动输入一固定信号, 由图2化简得到图4。
由图4进一步化简得图5。
将已知参数代入图5 (b) 算式中并化简得:
undefined
4结束语
经过上面分析, 完成了以β系统为代表的数学模型的建立, 这个系统模型的建立为分析电视跟踪仪随动系统的性能, 以及数字化改进打下了基础。
摘要：对电视跟踪仪的随动系统和传递函数进行了较为详细的分析和描述, 对现行的控制电路利用频域法建立数学模型, 并对其做合理的数学化简, 得到描述系统输入输出的关系方程式, 为数字化改进做好数学基础。
关键词：比例信号,积分信号,传递函数,数学模型,随动系统
参考文献
[1]侯龙.自动控制理论[M].西安:西安交通大学出版社, 1986.
电视跟踪仪论文 第2篇
1 速率陀螺简介
速率陀螺是陀螺仪的一种, 能够敏感运动载体上的角速度, 它具有只敏感其敏感轴方向的角速度、不敏感线速度以及其敏感轴位置可以平移的特点.
2 船载地平式电视跟踪仪结构
船载地平式电视跟踪仪的机械结构如图1所示.其中垂直轴是电视跟踪仪整机的支撑架, 其下端通过调平机构固定在甲板上.水平轴垂直于垂直轴, 它可以绕垂直轴自由旋转.视轴也叫瞄准轴, 它实际上是电视跟踪仪望远镜的光学系统的中心轴, 视轴垂直于水平轴, 并且可绕水平轴自由旋转.
3 坐标系定义
为方便分析, 需要定义甲板坐标系、方位环坐标系、俯仰框坐标系等3个坐标系, 甲板坐标系、方位环坐标系、俯仰框坐标系间的相对位置关系如图2所示.
3.1 甲板坐标系
建立甲板坐标系O-XcYcZc, 其中OXc为艏艉线方向, 船头为正方向;OYc是垂直甲板面, 向上为正方向;OZc是按右手规则确定正方向.
3.2 方位环坐标系
定义方位环坐标系O-XyYyZy, OYy轴与甲板坐标系的OYc轴重合, 即如果将甲板坐标系O-XcYcZc绕OYc轴旋转一个角度Ac, 则旋转后得到的新坐标系为坐标系O-XyYyZy.
3.3 俯仰框坐标系
定义俯仰框坐标系O-XpYpZp, 其OZp轴与方位环坐标系O-XyYyZy的OZy轴重合, 即如果将方位环坐标系O-XyYyZy绕OZy轴旋转一个角度Ec后得到的新坐标系就是俯仰框坐标系O-XpYpZp.视轴安装在俯仰框上, 并与OXp轴平行, 即视轴在甲板坐标系内的位置由Ac、Ec唯一确定.
4 船摇对视轴影响的数学模型
当电视跟踪仪的方位、俯仰伺服回路不工作时, 视轴在甲板坐标系内位置为 (Ac, Ec) 且视轴静止.设ωXc、ωYc、ωZc为船体角速度ωc沿甲板坐标系O-XcYcZc的3个轴的分量, ωXc、ωYc、ωZc将通过轴OYc的摩擦约束和几何约束耦合给方位环.ωXc、ωYc、ωZc分解到方位环坐标系各轴上的分量为
undefined
与此同理, ωiy (其分量为ωiyx、ωiyy、ωiyz) 将通过轴OZy的摩擦约束和几何约束耦合给俯仰环坐标系.ωiyx、ωiyy、ωiyz分解到俯仰环各坐标轴的角速度分量为
undefined
将式 (1) 代入式 (2) , 得
undefined
此时再考虑方位、俯仰回路工作时的情况, 方位、俯仰伺服系统所产生的角速度undefinedC、undefinedC也向俯仰框坐标系耦合, 耦合到该坐标系下的角速度由式 (4) 定义
undefined
式中, undefinedc、undefinedc分别为方位、俯仰伺服系统所产生的角速度;ωjp为方位、俯仰伺服系统耦合到俯仰框坐标系上的角速度.
俯仰框坐标系上最终的角速度等于船体、伺服系统分别耦合到该坐标系上的角速度的叠加, 即
undefined
按照视轴稳定的要求, 应该有ωy=0、ωz=0, 即
undefined
所以可得出方位、俯仰伺服回路应该产生的补偿角速度如式 (7) 所示.等式右端方括号内部分表示船摇对视轴在甲板方位、俯仰方向的速度扰动, 方括号外面的负号表示伺服回路应该产生的补偿角速度与视轴所受扰动的速度方向相反, 下同.
undefined
5 速率陀螺安装方式及视轴速度扰动量计算
式 (7) 给出了速率陀螺视轴稳定系统角速度补偿的一般表达式, 通过式 (7) 可以在理论上归纳出3种陀螺安装方法:
方案一, 采用3个单自由度速率陀螺.分别沿甲板坐标系的轴OXc、OYc、OZc安装在船体上, 依次测量船体运动的3个角速度ωXc、ωYc、ωZc, 通过式 (7) 就可以计算伺服系统的理论补偿量undefinedc、undefinedc.
方案二, 采用3个单自由度速率陀螺.一个陀螺固定在船体上, 并使其敏感轴与甲板坐标系坐标轴OYc平行, 用来测量ωYc;另一个陀螺安装在方位环上, 敏感轴与方位环坐标系的坐标轴OXy平行, 用来测量ωiyx;第3个陀螺也安装在方位环上, 其敏感轴平行于电视跟踪仪的水平轴即轴OZy, 用来测量ωiyz.由式 (1) 可知
undefined
将式 (8) 代入式 (7) , 则得到方位、俯仰伺服回路应该产生的补偿角速度如式 (9) 所示, 其中负号表示伺服系统产生的补偿角速度与视轴所受扰动速度的方向相反.
undefined
方案三, 采用2个陀螺.一个陀螺安装在俯仰框上, 测量轴与水平轴垂直, 并与OYp轴平行, 用来测量ωipy;另一个陀螺也安装在俯仰框上, 其测量轴平行于水平轴OZy, 用来测量ωiyz.由式 (1) 和式 (2) 知
undefined
再代入式 (7) 可得方位、俯仰伺服回路应该补偿的角速度为
undefined
但是仔细分析后发现, 用来测ωipy的陀螺需要其敏感轴既与水平轴垂直又与OYp轴平行, 这就决定了该陀螺必须装在俯仰框的转子上, 而低平式电视跟踪仪的机械结构决定了俯仰框的转子必须要绕垂直轴转动, 这样一来伺服系统产生的undefinedc就会耦合到测ωipy的陀螺上, 使其测得的角速度不再单纯是船摇速度在OYp方向的分量, 而是船摇角速度、伺服系统产生的角速度共同在OYp方向产生的分量, 所以第3种陀螺安装方案在工程上不可行.
比较前2个方案可以看出:第1种方案陀螺安装很直观, 但由ωxc、ωYc、ωZc得到undefinedc、undefinedc过程中的运算量较大, 不利于伺服处理器进行处理;第2种方案使用3个单轴陀螺, 安装方式巧妙, 从陀螺测得的ωiyz、ωiyx、ωYc得到undefinedc、undefinedc值的过程中仅有一次三角函数运算和若干次算术运算, 降低了运算难度, 有利于进行实时数据处理.
6 实验结果
在船载地平式电视跟踪仪的实践中, 采用第2种速率陀螺安装方式.在外场跟飞过程中记录视轴的甲板方位角Ac、甲板俯仰角Ec及3个陀螺测得的角速度ωYc、ωiyx、ωiyz, 自定义仿真模块hqcompacv以计算船摇对视轴在方位方向上的速度扰动量Acv, 构建如图3所示的仿真系统, 仿真结果如图4所示.
仿真结果表明, 未补偿视轴扰动时方位最大跟踪误差为4.72°, 补偿视轴扰动后方位最大跟踪误差为0.42°, 这与利用试验中记录下来的跟踪误差数据进行的分析结果基本相符.船摇隔离度为
20lg (4.72/0.42) =20.01.
7 结 论
利用速率陀螺稳定船载电视跟踪仪的视轴在实用中获得了良好效果.在分析陀螺安装方式时, 要区分船摇角速度与伺服系统所产生的补偿角速度的不同, 避免概念的混淆.另外, 需要注意速率陀螺的零位漂移问题, 可以建立陀螺零偏稳定性模型, 采用kalman滤波算法对其进行估计.
参考文献
[1]罗护.两轴陀螺稳定系统中陀螺安装的几种方法[J].兵工学报, 2005, 26 (3) :426-428.
[2]陈涛.光电经纬仪跟踪架结构模式浅析[J].吉林工学报, 2002, 23 (3) :19-22.
激光跟踪仪的无线化改造 第3篇
关键词：激光跟踪仪,无线路由器,DHCP,WDS
1 引言
激光跟踪仪是一种高精度的测量仪器, 它被广泛应用在航空航天、核工业等领域, 用于各类工件的精确定位安装、产品的几何形态检测, 其最高测量精度可达微米量级。从组成上来看, 它主要由激光器主机、支撑架、控制器和测量软件组成, 计算机与控制器之间用网线连接, 利用专业的测量软件实现对主机的控制, 完成各类测量工作。受制于网线连接, 测量者在进行移动测量时极不方便, 尤其当有1台以上的跟踪仪协同工作时, 它们之间必须使用大量网线和交换机进行连接, 每次需要移动跟踪仪基座位置都会带来很大的工作量。
近年来, 随着无线网络技术的迅猛发展, 给我们的生活带来的极大的便利, 新通讯协议的不断涌现, 让无线网络的速度和可靠性都得到了飞速提高, 为此我们选用了目前应用广泛的无线路由器来实现跟踪仪之间的无线改造。
2 方案设计
激光跟踪仪控制器已固定IP在192.168.0.网段, 按照厂商设计, 控制用计算机的局域网IP为固定值192.168.0.100, 为了确保使用无线方式后计算机顺利与控制器连通, 必须使得计算机在无线端的IP也符合厂商要求, 因此我们在跟踪仪控制器端增加一台无线路由器, 利用它自带的DHCP功能, 通过识别计算机的MAC地址为其分配192.168.1.100, 这样就实现了计算机与控制器的连接。
当需要使用多台跟踪仪时, 首先必须确保跟踪仪间的地址不冲突, 其次为每台控制器配置一台无线路由器, 选择一台作为主路由, 另外几台从路由在同一信道上利用WDS功能与主路由桥接, 从而实现一台计算机与多台激光跟踪仪的互联。
3 实验验证
我们选用了两台TL-WR841N型无线路由进行实验, 首先主路由LAN口地址设为192.168.0.1, 信道1, SSID为LaserTracker, 打开DHCP功能, 指定其给MAC地址为00-22-FA-B1-25-78的测量用笔记本NB分配一个固定地址192.168.0.100, 图1;
从路由LAN口地址设为192.168.0.2, 重启后开启WDS功能, 点击扫描无线网络按钮, 在结果列表中选择主路由建立的网络LaserTracker, 信道也设为1, 无加密, 关闭DHCP功能, 图2, 重启后两台路由器顺利实现桥接。
将跟踪仪A与主路由连接, 跟踪仪B与从路由连接, 开启全部设备后, 打开SpatialAnalyzer软件, 系统顺利与两台跟踪仪互联, 可实现同步测量, 图3。
4 结论
电视跟踪仪论文 第4篇
1 激光跟踪仪测量原理
激光跟踪仪系统由跟踪部、激光跟踪仪控制机、应用处理机和靶标等组成。激光跟踪仪系统的2个角码器自动测量靶标相对于跟踪仪的水平方位角和垂直方位角;靶标与激光跟踪仪之间的距离由激光干涉仪测量。这些信息经传感器电缆传给激光跟踪仪控制机, 控制机整理计算后, 一部分信息经马达电缆反馈回激光跟踪仪, 控制伺服马达, 使激光跟踪仪始终锁定移动中的靶标;另一部分信息经局域网传输给应用处理机, 储存在数据库中。
跟踪仪得到的测量数据定义了一个完整的球体坐标系[3]。原点时跟踪部反射镜中心, 根据三角函数公式可以将球坐标系下的坐标值转换成笛卡尔坐标系下的坐标值。坐标系原点仍在万向反射镜中心, 这个坐标系称作Base坐标系或本机坐标系, 它被固化在硬盘中, 不能被删除和更名。Base坐标也是开始一个新工作的起始坐标系。
API激光跟踪仪的主要参数如下:
(1) 测量精度:
测量固定目标:±0.01 mm/m;
测量活动范围:±0.02~0.04 mm/m;
测量范围:水平±235°;垂直±45°;
距离:±35 m。
(2) 跟踪速度v:
沿激光方向v﹤6.0 m/s;
垂直激光方向v﹤5.0 m/s。
2 激光跟踪仪在动车组司机室测量技术中的应用
2.1 现场数据采集
为了保证某种动车组流线型司机室 (见图1) 的制造质量, 使用激光跟踪仪对该司机室进行了测量。根据制造工艺要求, 该司机室组焊完后进行自然冷却, 待彻底冷却进入出胎打磨等工序, 然后使用激光跟踪仪的靶标对该司机室的外形、窗口、灯口、天窗等关键部位进行测量, 得到一系列的数据点。
2.2 采集数据点的分析
2.2.1 司机室外轮廓点数据分析
司机室外轮廓的制造精度是保证司机室具有良好空气动力学性能的基础, 所以在测量司机室外轮廓时, 在司机室外轮廓上任意采取220点 (这些点均布在司机室外轮廓的表面) 。数据分析时采用激光跟踪仪自带软件中的最佳拟合分析命令, 找出220点和理论型面的最佳坐标位置。通过计算和分析得出每个测量点距离理论值司机室表面的偏差, 并同时显示出每个偏差值矢量方向, 分析结果如图2所示。
把分析后的220个点的矢量方向偏差值做成图表 (见图3) , 可以看出220个点中, 在产品制造偏差允许范围 (0~-6) mm之间的点数为191点, 占总点数的86.8%;制造偏差较小 (在生产中通过调修很容易修正) 位于区间 (1~0) mm之间的点数为18点, 占总点数的8.2%, 其余点占总数的5%。
2.2.2 司机室侧窗口测量点数据分析
司机室每面侧墙上有3个窗口, 都属于三维空间形状, 从左向右分别命名为A、B、C, 其制造精度好坏直接影响车窗的安装精度, 所以在测量侧墙窗口时根据每个窗口大小与形状在不同的窗口上选取数量不等的测量点。窗口A选择12个测量点;窗口B选择21个测量点;窗口C选择16个测量点, 保持分析司机室外轮廓时拟合的最佳坐标系不变。通过计算和分析得出每个测量点距离理论值窗口表面的偏差, 并同时显示出每个偏差值矢量方向, 分析结果如图4所示。
把窗口A、窗口B、窗口C中各点分析后的矢量方向偏差值做成图表 (见图5) , 可以看出, 窗口A中在产品制造偏差允许范围 (2~-2) mm之间的点数为10点, 占总点数的83.3%;窗口B中在产品制造偏差允许范围 (2~-2) mm之间的点数为17点, 占总点数的81%;窗口C中在产品制造偏差允许范围 (2~-2) mm之间的点数为14点, 占总点数的87.5%。
2.2.3 司机室灯座测量点数据分析
灯口是安装车灯的基础, 属三维空间形状, 其制造精度的好坏直接影响车灯的安装精度。所以在灯口的测量上选择30个测量点, 保持分析司机室外轮廓时拟合的最佳位置坐标不变。通过计算和分析得出每个测量点距离理论值灯口表面的偏差, 并同时显示出每个偏差值矢量方向, 分析结果如图6所示。
把分析后的30个点的矢量方向偏差值做成图表 (见图7) , 可以看出, 30个测量点中在产品制造偏差允许范围 (2~-2) mm之间的点数为26点, 占总点数的86.6%。
2.2.4 司机室前窗测量点数据分析
前窗是安装前挡风球面玻璃的基础, 属三维空间形状, 其制造精度的好坏直接影响前挡风球面玻璃的安装精度。所以在前窗的测量上选择48个测量点, 保持分析司机室外轮廓时拟合的最佳位置坐标不变。通过计算和分析得出每个测量点距离理论值前窗表面的偏差, 并同时显示出每个偏差值矢量方向, 分析结果如图8所示。
把分析后的48个点的矢量方向偏差值做成图表 (见图9) , 可以看出, 48个测量点中在产品制造偏差允许范围 (1~-3) mm之间的点数为41点, 占总点数的85.4%。
3 结束语
通过充分借鉴航空航天领域API激光测量仪的应用过程和分析方法, 实现了对流线型司机室外形的测量, 填补了国内机车车辆行业对流线型司机室外形测量技术方面的空白。通过测量成功地分析出该司机室流线型外形的制造偏差, 为下一步提升制造质量、改进制造工艺提供了有价值的参考。
参考文献
[1]张曙光.CRH2型动车组[M].北京:中国铁道出版社, 2009.
[2]张曙光.CRH5型动车组[M].北京:中国铁道出版社, 2009.
电视跟踪仪论文 第5篇
直线度是导轨最重要的技术指标,导轨直线度精度的高低直接关系着设备的准确性、可靠性和稳定性,因此有必要对其进行直线度检定。而对导轨的数据获取是一个难点,而激光跟踪仪在动态测量方面的高性能恰恰能解决这方面的问题。
在对圆柱型导轨进行精度评定的过程中,采用何种方法、何种仪器,如何采集数据、处理数据,如何评定直线度一直以来有很多种方法,当然不同的方法适用于不同的环境背景。本文将提出一种如何利用激光跟踪仪动态测量对特定环境下的圆柱型导轨进行直线度检测的方法。
鉴于激光跟踪仪在动态测量方面的优良特性,我们将利用激光跟踪仪动态测量模式对近30m导轨进行直线度检测。在数据采集的过程中,如何有效地提取出导轨上的一条具有代表性的直线是问题的关键。由于双频激光干涉测距仪导轨上的小车滚轮并不是理想圆,小车在移动中会出现颠簸,如果用小车的移动轨迹作为拟合的直线来进行测量,则会引入车轮不规则误差。为了解决这方面的问题,我们提出了 “提取导轨最高点作为拟合直线的测量点”的方法,同时选用激光跟踪仪动态测量模式,通过对大量的点进行筛选,进而筛选出各个断面最高点数据,通过直线拟合、回归分析,进而求出导轨在水平面内的直线度误差和竖直平面内的直线度误差。
1 激光跟踪仪动态测量原理
激光跟踪仪利用反光镜中的锥角棱镜,将激光束沿原路反射回激光头,形成长度干涉仪测量臂;与两个相互垂直的度盘一起,组成了一个线性轴和两个角度轴的三维球坐标测量系统。测量时,反光镜移动到被测点,激光跟踪仪读取测量点的坐标值,当测量点 ( 棱镜) 移动时,已经进入PSD ( 位置感应探测器) 的光将会在位置检测器上产生一个偏移值,根据偏移值,PSD就会控制马达转动直到偏移值为零,因此当反射器在空间移动时,激光跟踪头能一直跟踪反射器,并能进行坐标的实时采集。以AT901-B为例,它的静态角度测量误差为 ±1″左右,动态测量精度稍差一些; 它具备高达3000点/秒的测量速度; IFM激光干涉仪距离精 度为0. 5μm / m,ADM绝对测距 仪测距精 度为全量 程80m半径内不超过10μm; 点位精度 ( 标称值) 为15μm + 6μm / m。
2 直线度的定义
直线度误差是指实际直线对理想直线的变动量。通过寻找包含此直线的两条平行直线的最小距离来确定。
直线度误差的评定有多种方法,如最小包容区域法、最小二乘法、两端点连线法。本文采用最小二乘法,先拟合出一条理想直线,再将所有的点进行投影,求出水平方向和垂直方向上的直线度,即求出点到直线的距离的最大值和最小值。如图1所示,直线度为dmax- dmin( 在直线下方的点为负值,即dmin为负) 。
3 导轨坐标获取
激光跟踪仪动态测量使用的是IFM测量装置,IFM激光干涉仪距离精度可达到0. 5μm / m,因此我们将跟踪仪架设在导轨的一端,如图2所示,使测量时光路沿着导轨方向,这样角度编码器的移动将会很小,进而减小测距精度的影响,其整体测量精度将会大幅提高。
然后在各个断面分别放置CCR1. 5″角隅棱镜( 其中心误差0. 01 ~ 0. 025mm) 。由于长导轨是由一段一段短导轨连接而成,所以断面 ( 测量点) 就选在连接处。
将仪器放置在导轨的一端,可以最大限度地利用激光跟踪仪的优点,即测距方面的优良特性,避免了角度的变化引入相对较大的测角误差。
如果采用跟踪仪静态模式,则存在两个问题:第一,由于是人为地用手托着球棱镜,难免有抖动,由于激光跟踪仪测量条件难以保证,我们将得不到测量结果; 第二,球棱镜放置的位置不能保证为断面的最高点,这时就要用到跟踪仪的动态测量模式。
测量时,将测量间隔设置50ms,即每秒采集20个点。测量时用手拿着球棱镜在导轨测量断面最高点位置附近缓慢移动,同时采集数据,为了确保在采集的点中包含断面最高点,必须采集足够的数据,采集时间为10 ~ 15s,以断面1为例,球棱镜移动方式如图3所示。
这样就可以得 到断面1的一组测 量值 ( 约200 ~ 300个点) ,但是最高点测量值的Z坐标不一定最大。为了保证Z坐标最大的值为断面最高位置的值,必须在测量前将激光跟踪仪整平,这时就需要用到倾斜传感器。
徕卡的AT901系列激光跟踪仪,配备了Nivel系列的二维水平气泡,如图4所示。测量时将水平气泡和激光跟踪仪通过电缆线连接在一起,水准气泡的测量数据直接对观测值进行改正。从公开的技术资料来看,Nivel倾斜仪的原理来自于徕卡电子经纬仪的双轴补偿系统,其标称的 整平精度 为± 1. 0″。
通过筛选断面1的这组动态测量值,可以得到断面1最高点的坐标。同理,我们可以得到其他各个断面的最 高点坐标,提取的数 据结果如 表1所示。
4数据处理
4. 1直线度
我们用最小二乘法拟合出一条直线,将这些空间点进行投影,分别投影到基面XOY平面、XOZ平面,即进行直线度分离。在各自基面上分别对这些离散点进行直线拟合、回归分析,进而得到两条直线的直线度,即导轨分别沿 两个方向 上的直线度。
4. 2处理过程
( 1) 直线拟合
在水平面内,即XOY平面内,数据近似直线,如图5所示。
所以采用一元线性回归模型,设方程为:
回归方程为:
故而可得到理想导轨线性方程:
线性相关系数计算如下:
X和Y接近完全线性相关关系。
( 2) 求点到直线的距离
公式为d = ( Y - Y^) cosθ( Y为测量值,^Y为理想值)
直线斜率tanθ = 12. 923769
直线倾角 θ = 1. 493573
倾角正弦值sinθ = 0. 077146
最大偏移距离dmax= 1. 376mm,最小偏移距离dmin= - 1. 544m。
所以水平面内的直线度误差为K1= dmax- dmin= 2. 93mm。
同理,在竖直平面内,即XOZ平面内,同样可求得另一个直线度误差为K2= 0. 62mm
实际检测值与导轨真实直线度相吻合 。
偏差折线图如图6所示 。
5 结论
从上述处理结果可以看出,导轨在水平面的偏距比竖直平面内的偏距大。
从Z坐标的变化来看,导轨是近似水平的。可是第一段在高度上明显低于其他段的坐标,我们又进行了第二组测量,仍然是这个结果,原因可能是: 第一,前两个点距离激光跟踪仪较近,俯角较大,测量误差越大; 第二,第一段导轨有变形 ( 可能是地基沉降沉降引起等) 。
通过激光跟踪仪的动态测量可以对圆柱型导轨进行直线度监测,只是测量的可靠性受到坐标采集的密度的影响,当然采集的坐标越多,得到的断面最高点的坐标也越可靠。对于导轨最高点坐标的提取,更合理的方法是采用拟合的方法,拟合出最高点坐标,但并不能保证所测量的一组断面上的点在同一个圆环上,从而给拟合增加了难点。
本文通过激光跟踪仪的动态测量达到了对导轨直线度检测的目的。拓宽了激光跟踪仪动态测量在圆柱形导轨直线度检测方面的应用,并给圆柱型导轨直线度检测方面提供了一种新的方法,为导轨上调试及设备的正常运行提供了保障。
摘要：鉴于激光跟踪仪在动态测量方面的优良特性,本文提出了利用激光跟踪仪动态测量模式对近30m导轨进行直线度检测的方法。对该方法的原理、实验步骤、精度保证等方面进行了详细的分析。结合特殊的实验背景及特定的实验环境,提出了“提取导轨最高点作为拟合直线的测量点”的实验方法,同时对如何利用激光跟踪仪动态测量来提取导轨断面最高点及注意事项进行了详尽说明。此外利用了空间点投影的方式分别求出了导轨在水平面内的直线度误差和竖直平面内的直线度误差,以便于对导轨的直线度做更加细致的分析。
