六自由度光学测量传感器设计与研究

摘要

在现代工业测量领域，对多维度同时测量的不同需求越来越多。激光跟踪仪在大尺寸的六自由度测量领域广泛应用，但其在小工作距的测量中受到了限制。在小工作距的测量环境中广泛使用的激光三角测头，其在多维同时检测的能力上稍有欠缺。
　　针对现代工业自动化领域，对小工作距中的微位移和微角度的六维信息测量的需求，本文对六自由度光学测量传感器进行设计和研究。
　　首先，通过对六自由度光学测量传感器的原理进行研究分析，建立了六自由度光学测量传感器的数学模型和误差模型。其次，根据系统结构和测量原理设计相应的光路系统，以完成对激光信号传输和采集，最后，设计电路系统以完成对光电元件PSD感应的电信号进行信号的采集和PSD信号预处理，同时将预处理完的信号通过串口通信传输到上位机，显示在上位设计的用户显示界面上。根据设计的光路系统、电路系统搭建实验平台，并通过电动位移台对实验系统进行标定，最后根据系统的测量原理和实验数据解算出实际位移与系统中光斑位移的系数矩阵。对搭建的实验平台进行三维检测，实验结果表明，本文设计的六自由度光学测量传感器能够实现对对六自由度光学测量传感器工作距的物体的微位移和微角度的测量。

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第1章 绪论

1.1 课题的来源及研究的背景和意义

1.2 国外研究现状

1.3国内研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 六自由度光学测量传感器的原理及总体方案

2.1 引言

2.2 六自由度光学测量传感器原理

2.3 六自由度光学测量传感器的总体方案设计

2.4本章小结

第3章 六自由度光学测量传感器光学设计及仿真

3.1 引言

3.2光学系统设计

3.3 ZEMAX光学参数仿真

3.4 ZEMAX光学系统误差仿真

3.5 本章小结

第4章 六自由度光学测量传感器系统软硬件设计

4.1 引言

4.2 PSD光电信号转换电路

4.3 AD信号采集模块

4.4 基于FPGA下的数字信号预处理

4.5 串口通信模块

4.6 基于Labview下的上位机显示模块

4.7本章小结

第5章 实验结果分析

5.1 SIXDOF实验系统搭建

5.2综合实验与分析

5.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢