开题报告---王文_管理学_高等教育_教育专区.docx

毕业设计（论文）任务书学 院机械学院指导教师熊芝 职 称讲师学生姓名王文专业班级11测控1学 号1110131104设计题目分布式坐标测量系统空间误差特性分析设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）设计内容：1 查阅文献了解目前应用于工业大尺寸坐标测量的分布式测量系统有哪些；2 建立各类分布式测量系统的测量模型；3 采用MC蒙特卡洛数值分析法对测量系统空间误差分布特点进行分析，绘出空间误差分布图；4 根据测量系统空间误差分布特点给出测站部署时的指导意见；5 撰写毕业设计论文。设计要求：1 查阅资料，要求阅读中文文献不少于15篇，外文期刊不少于8篇；2 在阅读文献的基础上写出综述报告，要求对毕业设计有清醒的思路和明确的目的；3 对每一阶段的任务有详细的计划，按规定的时间和任务要求完成毕业设计内容；4 毕业设计论文采用计算机打印。指导教师签名：年 月 日基层教学单位审核学 院审 核毕业设计（论文）学生开题报告课题名称分布式坐标测量系统空间误差特性分析课题来源自选课题类型AY指导教师熊芝学生姓名王文学 号1110131104专业班级11测控1班本课题的研究现状、研究目的及意义大型装备的制造技术和工艺正在向数字化制造方式进展，标志之一是采用先进的测量手段，对制造过程中的位置、尺寸、姿态等几何信息进行实时测量，将测量信息反馈给加工设备，测量和制造融合在一起，构成一体化的制造系统，实现高效率数字化制造。大型装备制造中的被测对象不仅几何尺寸大、相对测量精度要求也更高，而且待测关键点多，多个测量任务并存，同时测量环境不可避免受到工作人员、物流及其他工装夹具的影响，使得三坐标测量机、激光跟踪仪等传统单站测量设备的应用存在较大障碍，如三坐标测量机机量程短，难以实现对大型结构件的测量；激光跟踪仪在操作过程中需要工作人员牵引目标反射球进行移动，无法实现目标的自动识别和瞄准。这些传统单站测量设备在某一时刻只能测量一次，且绝对测量精度随着测量范围的增大而降低，无法平衡在大空间中测量范围、测量精度及测量效率三者之间的矛盾。分布式计算机网络技术和全球卫星定位系统的出现为研究人员带来了新的思路，分布式大尺寸坐标测量系统有了新的进展，wMPS空间测量定位系统应运而生。该系统可像GPS系统一样对分布在空间的多个接收器同时进行实时定位、追踪，且接收器不受某一方向信号遮挡的影响，保证了测量的精度及效率；此外，通过在测量网中适当增加测站，可以扩大范围而不损失测量精度，解决了测量范围与精度之间的矛盾。wMPS有效地平衡了测量范围、测量精度及测量效率三者间的矛盾，为高端设备制造过程中的精密测量提供了有力的技术支持，是大尺寸测量领域研究热点及重要发展方向。分布式坐标测量系统在多测站的共同作用下实现坐标测量，因此在此类系统中，单台测站的性能以及各测站之间的协同作用是影响系统整体性能的关键，当测站数目增多时，表现形式更为复杂，测站网络的布局则是其中一个重要方面。分布式坐标测量系统定位精度与测站网络布局之间具有密切联系，布站方式相同时，不通空间目标的定位误差不同。同样的，不同布站方式对同一目标的定位误差也不相同。此外，随着测站数目增多，系统使用成本也在逐渐增加，为了将成本控制在合理范围内，选择合适的测站数目也是工程实践中面临的问题。研究网络布局对定位误差的影响，优化测量网络结构，为提高系统定位精度、降低成本提供理论支持，同时为工程实践提供布局方案，是分布式坐标测量的重大问题。目前现代工业应用于大尺寸测量的分布式坐标测量系统大致可分为三类：基于测长的空间坐标测量、基于角度传感器的空间交汇测量及角度传感器与测长原理结合的球坐标测量。在工业领域常见的分布式坐标测量系统中，多站激光跟踪干涉测量系统和移动空间坐标测量系统是基于空间距离交汇原理，而经纬仪系统和wMPS系统则是基于空间角度交汇原理。激光跟踪干涉测量系统利用空间距离交汇原理，通过多个站点将测得的距离信号在空间进行交汇求解。该系统的特点是在计算坐标时只利用测量得到的长度改变量信息，从而回避角度量测量以此来从原理上获得较高的准确度。但是由于测量中要求多台激光干涉仪同时瞄准跟踪同一目标镜，因此距离测量的准确度受到瞄准精度的限制。移动空间坐标测量系统是由意大利都灵理工大学工业测量与质量工程实验室在实验的基础上发展起来的无线传感器网络。该系统基于超声波测距及多站距离交汇原理实现了大尺寸空间三维坐标测量。经纬仪测量系统在大尺寸精密测量领域中占有重要地位，是由多台高精度电子经纬仪构成的空间角度交汇测量系统，但是该系统有人眼瞄准的缺陷，测量效率较低，因此需要改进。wMPS系统是基于经纬仪的基础上，通过改进得到的一种全新的三维坐标测量系统。wMPS测量系统在角度交会测量原理的基础上，运用光电扫描的测量方法，实现了对测量空间内接收器的三维坐标的自动化测量。wMPS测量系统具有随着测量范围的无限增加测量精度不会降低，并可同时对多个测量点进行实时测量与跟踪等优点，因此具有广泛的应用前景。目前，wMPS测量系统已被广泛应用到了大型部件的装配与拼接中，在航天航空、船舶与汽车制造等领域都得到了应用。随着激光与半导体技术的进一步发展，wMPS测量系统的测量功能与精度将得到更高的进步，在现场大尺寸测量领域将占有重要地位。随着社会的高速发展，现代工业对精密测量的要求越来越高，而大尺寸精密测量则是其中的一项重要发展方向。大尺寸精密测量主要应用于航天航空、卫星系统、汽车、造船等行业，而这些行业中所生产的零部件大多尺寸较大，传统的测量工具无法满足其需求。与传统的测量系统相比，分布式大尺寸坐标测量系统在这些方面有着不可比拟的优势，是实现大尺寸空间高效测量的有力支撑。分布式坐标测量系统是一种网络式测量系统，测站网络布局对系统定位误差有重大影响，同时测站数目制约着系统成本。本课题旨在通过对分布式坐标测量系统进行空间误差分析，根据误差分布特点给出空间误差图，以在工程实践中对相应的系统给出指导意见。 课题类型：（1）A工程实践型；B理论研究型；C科研装置研制型；D计算机软件型；E综合应用型（2）X真实课题；Y模拟课题；（1）、（2）均要填，如AY、BX等。本课题的研究内容基于对分布式坐标测量系统的误差特性分析，采用MC蒙特卡洛数值分析法对测量系统空间误差分布特点进行分析，给出空间误差分布图。主要内容包括以下几个方面：1. 建立各类分布式测量系统的测量模型以下以wMPS系统为例，简要的介绍以下该系统的测量模型:为方便理解wMPS的一个简单单站测角原理，我们将发射站抽象为绕着旋转轴旋转的两个光平面，光平面相对于旋转轴具有一定的倾角，将接收器抽象为一个质点，建立如下图1所示的数学模型。图 1 wMPS单站测量模型 如图1所示，OXYZ为发射站局部坐标系，设平面1过X轴且和Z轴倾角为1，平面2和Z轴倾角为2，两平面在水平面上的夹角为off ，发射站逆时针旋转，转速为(rad/s)。将发射站视为静止参考物，发射站顺时针转动，设P为被测点初始位置，P1为被测点转至第一个光平面所在位置，水平旋转角为1，P2为被测点转至第二个光平面所在位置，水平旋转角为2。 定义被测点在局部坐标系中的水平角（水平投影顺时针旋转至X轴正向的角度，范围为0,2）为，垂直角（被测方向矢量和水平面的夹角，范围为（-2，2）为。由图1所示几何关系可得：sin-1=tan1tansin+2-off=tan2tan （1-1）从式（1-1）可以看出，通过发射站和接收器的单向通讯，发射站可以确定接收器所在发射站局部坐标系的水平角和垂直角。要获得这些角度信息，需要首先对发射站光平面进行参数标定，这一过程也成为内标定。2.利用Matlab采用MC蒙特卡洛数值分析法对测量系统空间误差分布特点进行分析，给出误差分布图3.根据得到的实验结论对测站部署给出指导意见本课题研究的实施方案、进度安排 第1-2周：毕业设计相关技术资料收集； 第3周：完成毕业设计开题报告，制定毕业设计计划； 第4-7周：进行毕业设计（总体方案、技术设计、工程实验、制定毕业设计论文提纲）； 第8周：毕业设计中期检查； 第9-11周：完善毕业设计、完成毕业设计论文； 第12周：毕业设计论文和英文翻译打印、装订； 第13周：毕业设计答辩。已查阅的主要参考文献1. Estler W.T.,Edmundsm K.L.,peggs G.N.,et al.,Large-Scale Metrology-An Update,CIRP Annals-Manufacturing Technology,2002,51(2):5876092. Xiong Z.,Zhu J.G.,Zhao Z.Y., et al.,Workspace measuring and positioning system based on rotating laser planes,MECHANIKA,2012,18(1):94983. Mautz R.,Overview Of Current Indoor Positioning Systems, Geodesy and Cartography, 2009,35(1):18224. Franceschini F., Galetto M., Maisano D., et al.,Distrbuted Large-Scale Dimensional Metrology:New Insights,Germany:springer,20115. Megerian S., Koushanfar F.,Qu G., et al., Exposure in wireless sensor networks: theory and practical solutions,Wirel Netw,2002,8(1):4434546. Ghosh A., Das S.K., Coverage and connectivity issues in wireless sensor networks:a survey,Pervasive Mob Comput ,2008,4(1):3033347. Ai J.,Abouzeid A. A.,Covorage by directional sensors in randomly deployed wireless sensor networks,J Combin Optimiz,2006,(11):21418. Mason S.,Heuristic reasoning strategy for automated sensor placement,Photogramm Eng Remote Sen,1997,(63):109311029. Takatsuji T., Koseki Y., Goto M., Restriction on the arrangement of laser trackers in laser trilateration, Meas.Sci.Technol.,1998,(9):1357135910. Olague G.,Mohr, R.,Optimal Camera Placement for Accurate Reconstruction,INRIA,Report N3338,199811. 黄桂平，大尺寸三坐标测量方法与系统，宇航计测技术，2007,