激光设计方案.docx

一种一维激光定位随动系统 第一章 引言 3 1 概述 3 1.1 方案目的及意义 3 1.2 国内外现状 3 1.3 方案创新点 3 2 技术报告内容安排 4 第二章 设计思路及方案论证 5 2.1 主要设计思路 5 2.2 控制算法方案论证 5 2.3 光学方案论证 7 2.3.1光学方案简介 7 2.3.2具体参数分析 8 2.4 硬件设计方案论证 11 第三章 机械结构简介及调整 12 3.1 定位靶系统组成与安装 12 3.2 光学系统组成与安装 12 3.3 运动伺服系统组成与安装 12 第四章 系统硬件电路设计 13 4.1 电源管理模块 13 4.2 单片机最小系统 14 4.3 激光器模块 16 4.3.1 激光头的基本原理 16 4.3.2 激光发射管的相关参数 16 4.3.3 相关电路 17 4.4 光电传感器模块 18 4.5 伺服电机模块 18 第五章 系统软件设计 21 激光设计方案全文共30页，当前为第1页。5.1 模块设计 21 激光设计方案全文共30页，当前为第1页。 5.1.1 系统时钟模块 21 5.1.2 普通I/O模块 22 5.1.3 中断模块 22 5.1.4 PWM模块 23 5.2 位置传感器信号采集及模式识别 24 5.3 运动系统控制 24 第六章 系统开发与调试 25 6.1 调试 25 6.2 系统技术参数统计 25 第七章 总结 26 参考文献 27 附录I 源程序 29 附录II 原理图 30 激光设计方案全文共30页，当前为第2页。 第一章 引言 激光设计方案全文共30页，当前为第2页。 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 激光设计方案全文共30页，当前为第3页。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。 激光设计方案全文共30页，当前为第3页。 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。 激光设计方案全文共30页，当前为第4页。 激光设计方案全文共30页，当前为第4页。 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 随着科技的进步与工业技术的发展，对于高精度、高效率的测量技术的需求也日益增长。激光技术因其独特的优越性，在精确测量领域占据了不可替代的地位。《激光设计方案》是一份针对这一需求，提出并设计的一维激光定位随动系统的技术文档，旨在突破现有测量技术的局限，为相关领域提供一种新的高精度测量解决方案。 本方案将激光技术与自动控制系统相结合，通过一维激光定位随动系统的研制，满足了实时对准移动标靶的需求。系统通过精准的激光定位，实现对目标的快速和精确追踪，具有广泛的应用前景。在勘探、测量、追踪、识别等不同生产生活中，本系统都可以发挥重要作用，提供实时、精确的测量数据。 通过对国内外现状的分析，我们可以看到现有的激光跟踪测量技术虽然功能强大，但在实际应用中仍面临许多挑战。针对现有技术存在的如无法自动高效测量、大型对象测量效率低、人工操作影响精度等问题，本方案提出了创新的解决方法，通过硬件和软件的精心设计，使系统在性能上有了质的飞跃。 硬件设计方案是本方案的重中之重。在光学方案的设计中，系统摒弃了传统的透镜组，采用了半透半反镜及全反射膜，有效提高了定位精度并简化了系统的安装调试过程。目标靶安装在环形导轨上，全反射膜的存在使得激光信号的反射强度足以被光敏传感器准确捕捉。此外，系统选用的飞思卡尔16位单片机，增强了系统的实时控制能力，保证了系统的快速响应和高效率运行。 硬件设计的其他部分包括电源管理模块、单片机最小系统、激光器模块和光电传感器模块等，共同构成了本系统的物理基础。激光器模块详细介绍了激光头的基本原理、激光发射管的相关参数以及相关电路设计。光电传感器模块则承担着接收反射激光信号的任务，而伺服电机模块根据接收到的信号调整激光束方向，以实现对目标的精确跟踪。 在软件设计方面，系统集成了一系列功能模块，包括系统时钟模块、普通I/O模块、中断模块和PWM模块。这些模块协同工作，实现了对位置传感器信号的实时采集与模式识别，从而控制运动系统，确保激光始终能够准确对准目标。 在系统的开发与调试环节，设计者进行了详细的调试工作，并对技术参数进行了统计分析，以确保系统的稳定性和高效性。通过这些环节的努力，系统能够达到预期的设计要求，满足实际应用中的严格标准。 总结来看，《激光设计方案》以其创新的设计理念和技术实现，为激光跟踪测量技术领域带来了新的活力。该方案不仅提高了定位精度和测量效率，而且通过硬件和软件的优化设计，极大简化了系统的安装和调试过程，降低了使用成本。此外，系统的应用前景广阔，具有很强的适应性和扩展性，不仅可以满足当前的高精度要求，还能够根据实际需要进行功能上的扩充，如通过增加传感器实现二维或三维追踪，满足未来更多领域的测量需求。因此，本方案的提出，不仅具有重要的理论价值，更有着巨大的实际应用意义。