某某激光设计项目设计方案.docx

某某激光设计项目设计方案第一章引言1概述1.1方案目的及意义本方案利用激光准直性好、光强度高等特点，研制出一种高速、精确且易于安装的一维定位随动系统，实现激光实时对准移动中的标靶。其可应用于勘探、测量、追踪、识别等各生产生活领域，具有较广泛的应用前景。1.2国内外现状目前,世界上先进的大尺寸测量技术主要有激光跟踪测量、数字扫描摄影、激光经纬仪、多关节测量机器手、三坐标测量机、双频激光干涉等。其中，激光跟踪测量技术是在“光靶运动—光束跟踪”理论基础上发展起来的，利用激光干涉测长、精密测角及光靶跟踪技术，可对任意点的空间坐标进行实时跟踪测量，精度高、速度快、范围大、通用性强，特别适合于大尺寸工件的现场测量，在大型设备的制造安装过程中得到广泛的应用。现有的“光靶运动—光束跟踪”式激光跟踪测量技术的工作原理是：手持测量光靶与被测量对象接触，测量激光束始终跟踪瞄准测量光靶，精确测量被测点的空间位置。但其存在以下四个问题：（1）不能直接应用被测对象的数字模型，对其进行自动高效测量）、；（2）对大型被测对象，人工布点及测量过程繁杂，测量效率低；（3）人工操作测量造成被测对象几何形变，严重影响测量精度；（4）对大型薄壁结构，测量过程困难，甚至无法进行。如何解决以上问题，是当前激光跟踪测量技术领域的焦点。1.3方案创新点本系统光路采用半透半反镜及全反射膜，以取代普通光学系统中透镜组，可提高定位的精度，降低安装调试难度。目标靶被安放在相对固定的环形导轨上，其表面覆有薄的全反射膜，使反射传递给系统光敏传感器的激光信号具有足够的强度。采用控制能力较强的飞思卡尔16位单片机，增强实时控制能力。机械结构也相对简单，安装调节都比较方便，经济实惠。本系统具有广阔的应用前景，适应不同的精度要求，可加以扩充，如依靠两套传感器实现平面内定位跟踪、通过扩充及改变传感器排布可实现3维追踪等。在合适的工艺条件下，该系统可以适应绝大多数环境，具有很强的适应性。2技术报告内容安排本文分五个部分对本系统的设计制作进行说明。第二章是对设计的一个简单的说明，主要内容是对设计的一个技术概述。第三部分是对机械及光学设计的说明。第四部分主要介绍系统传感器的设计安装，系统电路板的固定和安装以及硬件电路的设计原理、创新点和实现过程等。第五部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是随动系统设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。第六部分是对开发工具、制作、安装、调试过程等所做的一些说明，以及模型车一些主要技术参数的说明。第二章设计思路及方案论证2.1主要设计思路本系统制作的主要思路是利用激光组对目标靶的偏离状态进行识别，并将信息采集到MC9S12XS128单片机中，在MC9S12XS128单片机中利用一定的控制算法来控制伺服系统的工作状态，以消除光源对目标靶的偏差，使激光组始终对准目标靶，达到随动定位的目的。系统整体分为传感器光学系统、机械运动系统、硬件电路系统。其中由传感器光学系统为传感器提供稳定的成像信号；机械运动系统为激光器及传感器提供平滑、精确的转动，使其能始终对准目标靶；硬件电路系统为单片机、激光器以及激光传感器等提供电源、进行信号传递以及信号处理。我们构造如下模型：在平面圆环上设置有一目标靶，其可绕圆环自由转动，且靶面面对圆心；从圆心附近发出的若干光线束照射到靶面上，经靶面反射后的信号光线束通过传感器接收后送入单片机；将经运算得到的偏移方向信号传至伺服舵机使其转动以达到消除偏差的作用，从而使光线束始终对准靶面。其示意图如下：【尚未完成】2.2控制算法方案论证标靶的示意图如下图所示：标靶上，反光区由全反射材料构成，能将入射光以原先的角度反射回去，且保持光强不减弱；吸收区由吸光材料构成，可吸收绝大部分入射光，无反射信号。若我们将反射光信号通过光学传感器接收，便可通过电平信号得知光束照射区域是否为反光区，以此作为信号识别的基础。我们将两束垂直排布的激光束分别照在标靶的上部和下部，这样就构成了一组能对标靶偏移方向进行识别的信号组。偏移有以下几种状态：(1)、若标靶无偏移，则两束光都能经反射进入光电传感器，此时不进行修正；(2)、若标靶向左偏移，则下部激光束移入吸收区，此时仅上部激光束信号能够被接受到，此时将传感器向左转动，便可修正方向直到进入无偏移的状态；(3)、若标靶向右偏移，则上部激光束移入吸收区，仅下部的光信号能被接受，传感器可向右移动以纠正偏差。对于两个传感器都没有接收到信号的状态，我们认为这是异常信号，控制程序不会启动。状态图如下：传感器上传感器下偏移状态控制11无偏移/10标靶左偏向左转动01标靶右偏向右转动00//2.3光学方案论证2.3.1光学方案简介我们设计如下光学结构：图2-3-1 光学结构50%分光板以与半径成45°夹角安放，激光发射器沿径向安装用以发射