激光跟蹤儀垂直軸的設計【轉臺承重5kg轉速20轉分鐘軸中心孔直徑40mm,電機數(shù)1個轉臺半徑160mm】【說明書+CAD】
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激光跟蹤儀垂直軸的設計論文設計介紹 1 引言1.2 設計任務1.3 總體設計方案分析有代表性的中/高速運動物體在線視覺測量的一種方案，整個系統(tǒng)的結構和原理如圖1所示，在實際應用中采用了Costar的逐行掃描CCD相機SI-M310和Matroxmeteor II/MC卡以及OSe的頻閃發(fā)生器與LED光源。2 系統(tǒng)分析2.1什么是姿態(tài) 姿態(tài)指遙感器或遙感平臺對某一參考系所處的角方位。隨著計算機視覺技術的不斷發(fā)展,計算機視覺定位在智能機器人、智能人機交互、視覺交通監(jiān)管(電子警察)等方面有著廣泛的應用。2.2實驗原理(在線檢測技術原理)2.2.1 高速的電子快門和可編程積分控制高速的電子快門和可編程積分控制的作用都是讓相機在很短的一個時間段內收集需要的光，避免光積分時間內物體運動過大造成圖像模糊或拖影，它們所改變的是同樣一個量，都是將在一個時間段光子在CCD成像區(qū)產(chǎn)生的電荷轉移到遮擋面的電荷存儲區(qū)域。2.2.2 逐行掃描和場模式逐行掃描和場模式都是為了避免普通隔行掃描相機對運動物體拍照時出現(xiàn)的奇偶錯楨(又稱梳形圖comb)。普通標準視頻制式(NTSC/PAL/CCIR/RS170)的模擬CCD相機(稱為隔行或交織interlace相機)都是以楨模式掃描，每場都是相隔一行的像素被掃描出去。2.2.3 頻閃照明和觸發(fā)頻閃照明是運動采集中常見的手段，通常由頻閃控制器控制閃光時間通常10ns100us，頻閃LED通常有10ns以下的響應時間，因此與為了和曝光時間配合，讓閃光最亮時能夠采光，需要調整觸發(fā)相機快門與頻閃器之間的間隔時間，直到配合最佳。2.2.4 在線檢測方案比較在實際應用過程，通常有以下幾種比較常見的組合模式(注:以下所說的電子快門包含了可編程積分控制，異步觸發(fā)，場模式或逐行掃描被認為是默認配置)。2.2.5 定速頻閃曝光比較常用也是相對簡單的方法就是不改變曝光速度(20ms/field，CCIR)，當被測物體物體達到時，由傳感裝置觸發(fā)頻閃光源，閃光時間根據(jù)被測物體運動速度決定。2.2.6 高速快門曝光單單靠高速快門而不加頻閃光是另一種比較常用的方法。高速快門一定要保證進入的光足夠，通常需要用很高亮度的光源，高速的鏡頭(高數(shù)值孔徑)，光圈調至最大，也可以增大相機的增益。用高速快門的一個很大優(yōu)點就是能排除環(huán)境光的干擾。2.2.7 綜合法上面的兩種方法聯(lián)合起來應用，不僅能在高速拍照過程中減少環(huán)境光的干擾，而且可以短時間獲得足夠的光能，更重要的是更適合于對運動物體進行高速采集的需要。2.2.8 注意事項觸發(fā)過程有一點需要注意的是:在普通是觸發(fā)模式下，當觸發(fā)后當前楨開始曝光和傳輸當這個過程沒有完成時采集卡會忽略外部的觸發(fā)脈沖，因此，要保證所有需要的(觸發(fā)點)圖像被捕獲，就得保證兩個觸發(fā)脈沖間的間隔時間大于一楨圖像完成曝光與傳輸?shù)臅r間和。3 基本結構設計3.1設計要求主要內容和基本要求:（1）電機的選型及相關參數(shù)的計算；（2）二維移動平臺的裝配圖及部分主要零件圖。3.2初步確定XY工作臺尺寸及估算重量3.3旋轉實驗體設計 回轉體形狀誤差檢測技術在近10 年內有較大的改進,從傳統(tǒng)的手工檢測發(fā)展到微機自動化檢測,從接觸檢測發(fā)展到非接觸視覺檢測【1】。4 絲杠傳動系統(tǒng)的設計計算4.1滾珠絲杠優(yōu)點 絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構。它主要用來將旋轉運動變換為直線運動或將直線運動變換為旋轉運動。4.2絲杠選型4.2.1滾珠絲杠副導程的確定4.2.2滾珠絲杠副的傳動效率4.3聯(lián)軸器選取彈性套柱銷聯(lián)軸器結構比較簡單，制造容易，不用潤滑，不需要與金屬硫化粘結，更換彈性套方便，不用移動半聯(lián)軸器，具有一定補償兩軸相對偏移和減震緩沖性能。5 直線滾動導軌的選型5.1導軌的比較鑲鋼導軌:機床上最常用的導軌形式是鑲鋼導軌，它的使用已有很長的歷史。鑲鋼導軌是導軌系統(tǒng)的固定元件，其截面為矩形。整體導軌或鑄造導軌，即鋼導軌與底座鑄成一體，加工后再經(jīng)精磨到要求的尺寸和光潔度?；瑒訉к?傳統(tǒng)導軌的發(fā)展，首先表現(xiàn)在滑動元件和導軌形式上，滑動導軌的特點是導軌和滑動件之間使用了介質，形式的不同在于選擇不同的介質。直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動.5.2 直線導軌的選型導軌為直線滾動矩形導軌，本設計中共用4條導軌，每條導軌用2個滑塊.考慮到切削工件時工作臺受力不均產(chǎn)生起顛覆力矩初步確定選用燕尾形直線滾動導軌.6 伺服電機及其傳動機構的確定6.1伺服電機的選用6.1.1伺服電機上起動力矩的近似計算6.1.2伺服電機精度驗算6.2 伺服電機慣性負載的計算傳動系統(tǒng)是轉動慣量是一種慣性負載,在電機選用時必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動部件并不都與電機軸同軸線，還存在各傳動部件轉動慣量向電機軸折算問題。7 傳動系統(tǒng)剛度和絲杠穩(wěn)定度的分析7.1剛度分析7.1.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度7.1.2根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度7.2 穩(wěn)定性驗算8 裝配與預壓8.1預壓處理 滾珠絲杠副在工作臺上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設計選用兩端支承形式中的“雙支點各單向固定”的支承方式。8.2 裝配要求 按照傳統(tǒng)的工藝方法，安裝滾珠絲杠副一直沿用芯棒、定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正，用百分表將芯棒軸線與機床導軌找正平行，并且芯棒傳動自如輕快的方法。一、 畢業(yè)論文（設計）的選題及工作量要求
1．滿足教學基本要求，體現(xiàn)專業(yè)應用型培養(yǎng)目標，具有綜合性、先進性、題目要有一定的難度和飽滿的工作量。
2．選題應盡量與生產(chǎn)、實驗、實訓、產(chǎn)品和社會實際相結合。原則上畢業(yè)論文（設計）來自實際任務選題應在80%左右，選題要符合本專業(yè)的培養(yǎng)目標，要有一定的知識覆蓋面，要做到一人一題。
3．選題的確定應由指導教師為主，學生自擬為輔。指導教師與學生共同商定，報教研室主任批準經(jīng)系主任審查后報教務部備案，一經(jīng)確定不得隨意更改。
4．對于在實習單位進行畢業(yè)論文（設計）工作的學生，由系指導教師和實習單位教師實行雙導師制，題目由學生和指導教師共同確定，并確定指導方式和論文（設計）要求，但論文（設計）必須達到系的統(tǒng)一要求。
5．鑒于機械系現(xiàn)時的實際情況，各方向指導力量不均衡，因此學生可不按班級、方向選擇指導教師，即全系的學生采用統(tǒng)一安排。待條件成熟后，學生畢業(yè)論文（設計）實現(xiàn)按專業(yè)、按方向進行安排。
6．每個學生的論文（設計）工作要有飽滿的工作量。以機械結構設計為主的題目繪圖量原則上應有2-2.5張0號圖紙，設計說明書不少于8000-10000字；工藝、控制類為主的設計，繪圖量原則上應有1-1..5張0號圖紙（包括電路圖、控制流程圖、試驗流程圖等），設計說明書不少于10000-150000字；論文為主的題目一定要注意知識的覆蓋面，論文（圖表、計算、照片）、字數(shù)不少于15000-20000。答辯時要做PPT展示。
6.鼓勵教師指導實際產(chǎn)品、作品、綜合實驗方面的課題，答辯時能展示實際作品，其圖紙和文字工作量可適當降低。
7．外文文獻翻譯由指導教師根據(jù)論文題目指定外文資料交學生翻譯，字數(shù)約3000—5000漢字（或不少于2000—3000個英文單詞），并附原文裝訂論文冊后。
8．畢業(yè)論文（設計）說明書、設計圖紙、套表等要全部按照教務部的要求，整理完畢后裝入專用袋，答辯完畢后交系存檔。
二、 畢業(yè)論文（設計）開題報告
1. 指導教師在學生選題結束后應擬定畢業(yè)論文（設計）課題任務書下達給學生，要求學生根據(jù)任務書認真開展開題工作。
2.在系規(guī)定的時間內組織由3位及以上指導教師參加的開題報告會，對選題認真審議，提出改進意見，以保證畢業(yè)論文（設計）順利開展
3. 開題報告指導教師應注意填寫以下意見：論文（設計）的主題是什么，擬解決什么問題。對選題意義的評價以及對掌握資料和了解國內外對本研究題目情況的評價。
三、 畢業(yè)論文（設計）正文要求
1. 畢業(yè)論文（設計）要求設計圖紙規(guī)范、符合國家標準、尺寸標注正確；論文要求論點突出，論據(jù)充分，論述嚴密，數(shù)據(jù)真實，結構安排合理，層次分明，圖表清晰，格式規(guī)范，文字通順，結論正確。
2. 撰寫格式原則上按照“四川大學錦城學院本科畢業(yè)論文（設計）格式和參考文獻著錄要求”。
3. 全文要求打印，圖紙圖表用計算機繪制
4. 畢業(yè)論文（設計）應包含以下內容：
（1）封面、題目、摘要、關鍵詞
畢業(yè)論文（設計）應有中英文的（題目、摘要、關鍵詞）。題目要對論文（設計）的內容有高度的概括性，簡明扼要，字數(shù)應在20字以內。要求中文摘要約400字左右。關鍵詞一般3—6個。
（2）目錄：要求標明頁碼
（3）綜述或前言（引言）：要求說明畢業(yè)論文（設計）選題的來源、目的、意義、應達到的技術要求。本課題國內外研究現(xiàn)狀、所存在的問題、參考文獻等。
（4）正文：含方案論證、過程論述、結果分析、結論或總結等內容。
（5）致謝
（6）附錄（包括圖表、程序、所用儀器設備型號及性能指標等）
（7）參考文獻
（8）外文翻譯（含原外文）
四、 畢業(yè)論文（設計）的評閱及答辯程序
1.系建立畢業(yè)論文（設計）答辯委員會，負責全系畢業(yè)論文（設計）檢查、協(xié)調及推薦院優(yōu)畢業(yè)論文（設計）答辯等工作。
2．指導教師檢查學生是否按計劃完成畢業(yè)論文（設計）的全部任務，學生在完成全部任務后，方取得答辯資格。
3．指導教師詳細批閱畢業(yè)論文（設計）圖紙、說明書和論文全部材料并寫出是否同意答辯的評語，之后交專業(yè)畢業(yè)論文（設計）答辯委員會。根據(jù)論文（設計）質量，工作量，工作態(tài)度等原則上應有10-15%的人員不參第一次答辯。
4．專業(yè)畢業(yè)論文（設計）答辯委員會指派相關專家評閱學生論文（設計），寫出專家是否同意提交答辯的評語并給出成績。
5．答辯：系畢業(yè)論文（設計）答辯委員會組織若干答辯小組，負責各專業(yè)的答辯工作，并填好答辯情況表。
答辯小組一般由4人組成：答辯組長、2名答辯委員和秘書組成（秘書，負責答辯前準備、答辯記錄和整理答辯材料）。
6.指導教師和專家評閱只要有1人不同意提交答辯，該生論文不能進入答辯。
6．每個學生的論文（設計）工作要有飽滿的工作量。以機械結構設計為主的題目繪圖量原則上應有2-2.5張0號圖紙，設計說明書不少于8000-10000字；工藝、控制類為主的設計，繪圖量原則上應有1-1..5張0號圖紙（包括電路圖、控制流程圖、試驗流程圖等），設計說明書不少于10000-150000字；論文為主的題目一定要注意知識的覆蓋面，論文（圖表、計算、照片）、字數(shù)不少于15000-20000。答辯時要做PPT展示。
6.鼓勵教師指導實際產(chǎn)品、作品、綜合實驗方面的課題，答辯PPT時能展示實際作品，其圖紙和文字工作量可適當降低。（要做+外加粉碎機三份開題報告）
7．外文文獻翻譯由指導教師根據(jù)論文題目指定外文資料交學生翻譯，字數(shù)約3000—5000漢字（或不少于2000—3000個英文單詞），并附原文裝訂論文冊后。（學生已做-我們不做）
8．畢業(yè)論文（設計）說明書、設計圖紙、套表等要全部按照教務部的要求，整理完畢后裝入專用袋，答辯完畢后交系存檔。
一、 畢業(yè)論文（設計）開題報告
1. 指導教師在學生選題結束后應擬定畢業(yè)論文（設計）課題任務書下達給學生，要求學生根據(jù)任務書認真開展開題工作。
2.在系規(guī)定的時間內組織由3位及以上指導教師參加的開題報告會，對選題認真審議，提出改進意見，以保證畢業(yè)論文（設計）順利開展
3. 開題報告指導教師應注意填寫以下意見：論文（設計）的主題是什么，擬解決什么問題。對選題意義的評價以及對掌握資料和了解國內外對本研究題目情況的評價。
二、 畢業(yè)論文（設計）正文要求
1. 畢業(yè)論文（設計）要求設計圖紙規(guī)范、符合國家標準、尺寸標注正確；論文要求論點突出，論據(jù)充分，論述嚴密，數(shù)據(jù)真實，結構安排合理，層次分明，圖表清晰，格式規(guī)范，文字通順，結論正確。
2. 撰寫格式原則上按照“四川大學錦城學院本科畢業(yè)論文（設計）格式和參考文獻著錄要求”。
3. 全文要求打印，圖紙圖表用計算機繪制
4. 畢業(yè)論文（設計）應包含以下內容：
（1）封面、題目、摘要、關鍵詞
畢業(yè)論文（設計）應有中英文的（題目、摘要、關鍵詞）。題目要對論文（設計）的內容有高度的概括性，簡明扼要，字數(shù)應在20字以內。要求中文摘要約400字左右。關鍵詞一般3—6個。
（2）目錄：要求標明頁碼
（3）綜述或前言（引言）：要求說明畢業(yè)論文（設計）選題的來源、目的、意義、應達到的技術要求。本課題國內外研究現(xiàn)狀、所存在的問題、參考文獻等。
（4）正文：含方案論證、過程論述、結果分析、結論或總結等內容。
（5）致謝
（6）附錄（包括圖表、程序、所用儀器設備型號及性能指標等）
（7）參考文獻
（8）外文翻譯（含原外文）
畢業(yè)論文（設計）
題 目 激光跟蹤儀垂直軸的設計
系 部 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年級 級
學生姓名
學 號
指導教師
摘 要
由于激光發(fā)散性很小，測距精度高，人們在幾十年前就開始用激光干涉儀來測距離。進而用它測直線度和角度，特別在較長距離的測量中發(fā)揮了它的優(yōu)勢。但是激光 干涉儀使用時要求找好準直，如果干涉鏡或反射鏡偏離了激光光軸，那么就出錯，而且不能斷光再續(xù)，必須重新再來，甚至中間有東西當一下光也是如此。這些限制 了它在空間坐標測量中的應用，另一方面激光終究是一個測長的工具，要用來做空間測量則必須尋求其他的定位裝置。
本文設計了激光跟蹤儀垂直軸設計，主要完成了：整體結構設計，結構設計計算、滾珠絲杠、直線滾動導軌的選擇及其強度分析；以步進電機為進給驅動的驅動系統(tǒng)及其傳動機構的分析設計計算。
關鍵詞: 激光跟蹤儀，工作臺，垂直軸，電機
26
Abstract
Because the laser divergence is small, high precision, people began to distance measurement with laser interferometer in decades ago. And then use it to measure the straightness and angular, especially its advantages in the measurement of long distance. But the laser interferometer used for looking good alignment, if interference mirror or mirrors deviated from the laser beam axis, then the error, and can not be broken light again, must come again, even when the light is something in the middle of a so. These limit its application in spatial coordinate measurement, on the other hand, the laser is ultimately a length measuring tool, used to do spatial measurement must seek other positioning device.
This paper designed a laser tracker vertical shaft design, the main completed: the overall structure design, structure design, ball screw, linear rolling guide the choice and strength analysis; step motor as feed drive system and its transmission mechanism analysis and design calculation.
Keywords: laser tracker, working table, vertical shaft, motor
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
1 引言 1
1.1激光跟蹤儀概念 1
1.1激光跟蹤儀組成 1
1.2 設計任務 2
1.3 總體設計方案分析 3
2 系統(tǒng)分析 4
2.1什么是姿態(tài) 4
2.2實驗原理 4
3基本結構設計 5
3.1設計要求 5
3.2初步確定設計尺寸 5
3.3 電機功率計算 5
3.4 確定減速比 6
4 齒輪減速傳動設計計算 7
4.1 選擇齒輪傳動的類型與材料 7
4.2 按齒面接觸疲勞強度設計 7
4.3 按齒根彎曲強度設計 9
4.4 幾何尺寸計算 10
5軸的設計及校核 12
5.1選擇軸的材料 12
5.2初算軸徑 12
5.3結構設計 12
5.5校核軸和軸承 13
5.6軸承壽命校核 16
5.7鍵的設計與校核 16
第6章 軸的工藝設計 18
6.1 定位基準的選擇 18
6.2制定工藝路線 18
6.3 方案比較與分析 19
6.4選擇加工設備及刀、量具 21
第7章 總結與展望 23
7.1 全文總結 23
7.2 展望 23
參考文獻 25
致 謝 26
1 引言
1.1激光跟蹤儀概念
由于激光發(fā)散性很小，測距精度高，人們在幾十年前就開始用激光干涉儀來測距離。進而用它測直線度和角度，特別在較長距離的測量中發(fā)揮了它的優(yōu)勢。但是激光 干涉儀使用時要求找好準直，如果干涉鏡或反射鏡偏離了激光光軸，那么就出錯，而且不能斷光再續(xù)，必須重新再來，甚至中間有東西當一下光也是如此。這些限制 了它在空間坐標測量中的應用，另一方面激光終究是一個測長的工具，要用來做空間測量則必須尋求其他的定位裝置。
激光跟蹤儀是一臺以激光為測距手段配以反射標靶的儀器，它同時配有繞兩個軸轉動的測角機構，形成一個完整球坐標測量系統(tǒng)?？梢杂盟鼇頊y量靜止目標，跟蹤和測量移動目標或它們的組合。
1.1激光跟蹤儀組成
激光跟蹤測量系統(tǒng)（Laser Tracker System）是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測量儀器。它集合了激光干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理 論等各種先進技術，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。它具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合于大尺寸 工件配裝測量。
激光跟蹤測量系統(tǒng)基本都是由激光跟蹤頭（跟蹤儀）、控制器、用戶計算機、反射器（靶鏡）及測量附件等組成。
激光跟蹤測量系統(tǒng)的工作基本原理是在目標點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當目 標移動時，跟蹤頭調整光束方向來對準目標。同時，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標的空間位置。簡單的說，激光跟蹤測量系統(tǒng)的所要解決的問題是靜態(tài) 或動態(tài)地跟蹤一個在空間中運動的點，同時確定目標點的空間坐標。
激光器要放在激光器的主機體內,全封閉,平衡設計，光束通過光纖傳送，無反射鏡（避免反射鏡因經(jīng)過運輸而產(chǎn)生微小的位移就需要長的校準時間），光纖具有穩(wěn)定性好,制造精度高，激光光路部分全程完全密封，可靠性好，響應速度快。
* 內置綜合氣象站，能夠測量環(huán)境溫度、濕度、和氣壓，并自動補償環(huán)境誤差，保證設備的精度及穩(wěn)定性. 控制器還可外接八個溫度傳感器（控制器上帶八個接口）,可對測量現(xiàn)場或大工件附近溫度的變化誤差進行自動補償。
* 強強組合 TrackerArm 對于大型零件中的局部復雜測量,可結合測量臂來對跟蹤儀進行隱藏點的補充測量,完全脫離激光束真正意義上的6自由度測量,并且能實現(xiàn)在同一坐標系下生成測量數(shù)據(jù).
* 能實現(xiàn)干涉儀測量、干涉與絕對相輔測量和真正絕對測量的選擇，獨立的2路激光系統(tǒng)。在ADM（絕對測量）模式下，能夠實現(xiàn)高精度，高效率的掃描測量。
* 為了保證機器的熱穩(wěn)定性，光學儀器、電子儀器和激光源不得集成在同一空間，并且在激光頭部要有散熱孔.
* 主機配備3個跟蹤器安裝復位器TMR,可同時放置3個(1.5”,0.875”,0.5”)反射鏡標靶,為了提高穩(wěn)定性,此復位器必須是跟蹤儀主要構件的一部分,不得使用螺栓固定。
* 具有內置電子水平儀，可以自動進行水平面的測量，也可以實現(xiàn)對工件的調平。
簡介
在直角坐標系、圓柱坐標系及球坐標系中唯有球坐標系是只要求長度量的，其他兩個角度量完全可以用現(xiàn)代精密的角度編碼起器完成。
現(xiàn)在的三大技術，即：精度的角度編碼器、續(xù)光再續(xù)和激光催生了激光跟蹤儀。
T-Probe的發(fā)明使隱蔽處測量成為可能，尤其是對方向姿態(tài)的測量大大擴展了激光跟蹤儀的應用，例如可以用于機器人姿態(tài)的動態(tài)測量。
激光跟蹤儀在汽車、航空航天和通用制造領域工裝設置、檢測和機床控制與校準應用中得到普遍認可，其中以Leica居多，擁有全球1600多臺的裝機量。激光測量技術如今已開始廣泛應用。
1.2 設計任務
激光跟蹤儀設計主要解決微型工件在工業(yè)上的裝配過程中需滿足較高的安裝精度，為了測試激光姿態(tài)，需建立一套自動裝置，將檢測得到的參數(shù)傳遞給控制系統(tǒng)進行姿態(tài)的高精度定位，本設計主要解決裝置中二維微型移動平臺的設計。
1.3 總體設計方案分析
電動機轉動，帶動小齒輪轉動，小齒輪和大齒輪嚙合傳動，大齒輪通過一根軸與轉臺進行連接，進行旋轉運動。
圖1-1 系統(tǒng)總體原理圖
2 系統(tǒng)分析
2.1什么是姿態(tài)
姿態(tài)指遙感器或遙感平臺對某一參考系所處的角方位。隨著計算機視覺技術的不斷發(fā)展 ,計算機視覺定位在智能機器人、智能人機交互、視覺交通監(jiān)管(電子警察) 等方面有著廣泛的應用。計算機 視覺定位 ,又稱PNP問題 ,是指在被定位物體上設 置一定數(shù)量的特征點 ,根據(jù)這些特征點在圖像中的位置和其在物體坐標系中實際位置的對應性 ,按照 某種約束求取物體坐標系與攝像機坐標系間的旋轉矩陣和偏移向量 ,從這方面講其等價于攝像機的外參數(shù)標定 。當前基于計算機視覺的物體定位方 法按照使用攝像機的數(shù)量基本可以分為單目定位和雙目定位2種 。采用單個相機進行定位時 ,需要 設定圖像中特征點和實際物體特征點間的幾何約束 ,建立數(shù)學方程 ,進而通過求解該方程來給出物 體的姿態(tài) ,該方法具有精度高 、計算速度快的優(yōu)點 , 但需要設計高效魯棒的幾何約束以對物體和圖像 之間的關系進行精確表達 ;采用雙目視覺來進行定 位時 ,一般采用三維重建的方法來進行定位 ,這種方法簡單 ,只需要 3 個特征點即能求解 ,然而該方 法由于采用 2 個攝像機 , 增加了圖像處理的復雜度,從而影響了物體的實時性能 ,且在該方法中要 求 2 個攝像機應能同時觀測到目標物體 ,因此其觀測范圍也小 。
2.2實驗原理
觸發(fā)過程有一點需要注意的是:在普通是觸發(fā)模式下，當觸發(fā)后當前楨開始曝光和傳輸當這個過程沒有完成時采集卡會忽略外部的觸發(fā)脈沖，因此，要保證所有需要的(觸發(fā)點)圖像被捕獲，就得保證兩個觸發(fā)脈沖間的間隔時間大于一楨圖像完成曝光與傳輸?shù)臅r間和。在異步觸發(fā)模式下，如果脈沖間隔時間短于一楨圖像完成曝光與傳輸?shù)臅r間，不同的相機可能會有不同的動作，一部分相機會同普通觸發(fā)模式下相同，完成一楨的動作后才可以接收觸發(fā)脈沖，而另一部分相機則會取消當前楨的動作，從新開始曝光，因此要獲得所有需要的圖像，同樣應該保證觸發(fā)脈沖間隔時間大于單楨圖像完成曝光與傳輸?shù)臅r間和。
從上面三種組合方式我們很容易看出曝光時間和閃光時間的交集就是實際成像所利用的時間，具體方法的采用得考慮應用對象、環(huán)境以及成本要求等諸多因素。觸發(fā)機制從原理上容易去描述，在實際的工業(yè)現(xiàn)場應用中它卻常常被證明是引起問題的部分。這主要因為觸發(fā)機制沒有標準化，不同公司的相機和采集卡往往都擁有不同的硬件結構和電壓定義，常常就同一種方法的稱謂都是各說各話，很容易讓人混淆這些概念。通過簡單接線或模擬電路接收傳感器的信號然后發(fā)送給采集卡、相機或頻閃發(fā)生器的觸發(fā)輸入端，很容易有噪聲信號產(chǎn)生，要獲得穩(wěn)定的視覺系統(tǒng)就必須有穩(wěn)定干凈的觸發(fā)源。
3基本結構設計
3.1設計要求
激光跟蹤儀設計主要解決微型工件在工業(yè)上的裝配過程中需滿足較高的安裝精度，為了測試圓柱物體的姿態(tài)，需建立一套基于自動裝置，將檢測得到的參數(shù)傳遞給控制系統(tǒng)進行姿態(tài)的高精度定位，本設計主要解決裝置中機械傳動平臺的設計。
3.2初步確定設計尺寸
轉臺承重5kg，轉速20轉/分鐘，軸中心孔直徑為40mm,電機數(shù)1個，轉臺半徑為160mm.
3.3 電機功率計算
工作所需功率為：
(3-1)
(3-2)
式中， 電機工作效率，
電機所需的輸出功率為：
(3-3)
式中：為電機至工作臺主動軸之間的總效率。齒輪： 軸承：。因此
3）轉矩
由后面齒輪的轉矩可得：
選擇i=16,負載轉速為n=180r/min
3.4 確定減速比
由于上節(jié)選取的電機轉速為n=180r/min，而轉臺要輸出的轉速為n=20r/min，那需要中間通過一對齒輪傳動進行減速傳動設計，而減速比i=180/20=9
4 齒輪減速傳動設計計算
4.1 選擇齒輪傳動的類型與材料
1） 選用直齒圓柱齒輪傳動；
2） 選用7級精度；
3） 選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調質）；
4） 選小齒輪齒數(shù)Z=20，大齒輪齒數(shù)取Z=180
4.2 按齒面接觸疲勞強度設計
(3-4)
(1) 確定公式內的各計算數(shù)值。
1） 試選載荷系數(shù)；
2） 計算小齒輪傳遞的轉矩
3） 由文獻[1,205~205]表10-7，齒寬系數(shù)
4） 由文獻[1,201~201]表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)
5） 由文獻[1,209~209]圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度；
6） 由文獻[1，206~206]]式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)
7) 由文獻[1，206~206]圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8) 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得
（2）計算
1）試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小的值
2）計算周轉速度
3）計算齒寬b
4)計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
5） 計算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級精度，由文獻[1，206~206]圖10-8查的動載荷系數(shù);
直齒輪;
由文獻[1，193~193]表10-2查得使用系數(shù);
由文獻[1，196~197]表10-4用插值法查的7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時；,由、,。由文獻[1，210~210]查圖10-23得;故載荷系數(shù)
6)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由文獻[1,204~204]式（10-10a）得
7）計算模數(shù)m
4.3 按齒根彎曲強度設計
由文獻[1，201~201]式（10-5）得彎曲強度的設計公式為
(3-5)
（1）確定公式內的各計算數(shù)值
1）由文獻[1，207~208]圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限
2）由文獻[1，206~206]圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3)計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù),由式（10-12）得
4）計算載荷系數(shù)K
5)查取齒形系數(shù)
由文獻[1，200~200]表10-5查的
6）查取應力校正系數(shù)
由文獻[1，200~200]表10-5查得
7） 計算大小齒輪的并加以比較
（2）設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，取。
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
4.4 幾何尺寸計算
1）計算分度圓直徑
2）中心距
3）計算齒輪寬度
取
其他幾何尺寸的計算（，）
齒頂高 由于正常齒輪，
所以
齒根高 由于正常齒
所以
全齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
名 稱
計 算 公 式
結 果 /mm
模數(shù)
m
2
壓力角
n
分度圓直徑
d1
40
d2
360
齒頂圓直徑`
齒根圓直徑
中心距
200
齒 寬
5軸的設計及校核
5.1選擇軸的材料
因傳遞的功率不大，并對重量及結構尺寸無特殊要求，故查表[1]得選用常用材料的45鋼，正火處理，強度極限，許用彎曲應力。
5.2初算軸徑
查表[1]得，考慮軸端只承受轉矩，故取最 則：
軸有一個鍵槽，軸徑應增大，則軸端最細處直徑：
5.3結構設計
軸承部件的結構設計：該發(fā)熱小，軸不長，故軸承用兩端固定方式，按軸上零件安裝順序，從最小軸徑處開始設計。
（3）、軸承與軸段③及軸段⑥的設計
軸段③及軸段⑥上安裝軸承，其直徑應便于軸承安裝，又符合軸承內徑系列，選用軸承7213[2]，軸承內徑，外徑，寬通常一根軸上的兩個軸承取相同的型號
（4）、齒輪與軸段⑤
該段上安裝齒輪4，為便于齒輪的安裝，應略大于，可初定為，其右端采用軸肩定位，左端采用套筒定位，為使套筒端面能夠頂?shù)烬X輪面，軸段⑤的長度應比輪轂略短，故取。
（5）、軸段④
軸段④為齒輪提供定位和固定作用，定位軸肩的高度為：
取，則，
齒輪左端面距箱體內壁距離,取軸段④的長度
（6）、軸段②與軸段⑥的長度
箱體外殼有一定空隙，故取
軸段⑥的長度
5.5校核軸和軸承
已知：
作用在圓周上的圓周力 ：
徑向力 ：
求垂直面的支承力：
計算垂直彎矩：
求水平面的支承力：
計算、繪制水平面彎矩圖：
求F在支點產(chǎn)生的反力：
求F力產(chǎn)生的彎矩：
求合成彎矩圖（圖）：
圖 軸合成彎矩圖
考慮最不利的情況；把與相加
求危險截面當量彎矩
由圖可見處截面最危險，其當量變矩為：（取折合系數(shù) ）
計算危險截面處軸的直徑：
考慮到鍵槽的影響，取
因為，所以該軸是安全的。
5.6軸承壽命校核
軸承壽命可由式進行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，取，按最不利考慮，則有
則
所以軸上軸承是適合要求的。
5.7鍵的設計與校核
查附表[2]，，
則取鍵，
因為齒輪的材料為45鋼，查附表10-5[1]得，，取鍵長，，取鍵長
根據(jù)擠壓強度條件，鍵的校核力：
所以所選鍵位，。
第6章 軸的工藝設計
6.1 定位基準的選擇
粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇零件的重要孔的毛坯孔和軸面作粗基準：1、在保證各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量盡量均勻；2保證定位準確、夾緊可靠。
選擇精基準的出發(fā)點是保證加工精度，特別是加工表面的相互位置精度，以及安裝的方便可靠。其選擇的原則如下：1、基準重合原則；2、基準統(tǒng)一原則；3、自為基準原則；4、互為基準原則；5、所選精基準 應能保證工件定位準確穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結構簡單適用。
精基準的選擇：加工輸出軸，通過了解零件結構特點和加工精度要求，可以初步選定車各階梯圓柱面時分別以不加工面為基準。選定A面面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案比較簡單，可靠，操作方便，使用夾具即可。利用鉆頂尖孔可以對精加工面進行自由度的限制確保加工達到要求精度。
6.2制定工藝路線
根據(jù)各表面加工要求和各加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各外圓面加工方法如下：外圓面：粗車—精車
因為外圓面軸承位置有同軸度要求，所以宜在一次固定加工中完成，以保證其位置精度。根據(jù)先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的加工原則，先完成一端的粗加工后再精加工，再調頭加工另外一端。然后加工鍵槽，，最后進行修磨加工。
為改善工件材料的力學性能的熱處理工序，例如淬火、滲碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之間進行，這是因為淬火處理后尤其是滲碳淬火后工件會有較大的變形產(chǎn)生，為修正滲碳、淬火處理產(chǎn)生的變形，熱處理后需要安排精加工工序。在淬火處理之前，需要將銑鍵槽、鉆孔、攻螺紋，去毛刺等次要表面的加工進行完畢。當工件需要作滲碳淬火處理時，由于滲碳過程工件會有較大的變形產(chǎn)生，常將滲碳過程放在次要表面加工之前進行，這樣可以減少次要表面與淬硬表面間的位置誤差。
根據(jù)機械加工工序先后順序的安排，一般應遵循以下幾個原則：
1、先加工定位基準，再加工其他表面。
2、先加工主要表面，后加工次要表面。
3、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
4、先加工平面，后加工孔。
為了減少工件的換位帶來的加工誤差，可以在一次裝夾中通過換刀來完成幾個工序的加工。對于位置度要求較高的孔系，宜在同一工位工安排該孔系相關表面的加工工作，以消除工件更換裝夾誤差對孔系位置精度要求的影響。
綜合上述論述，初步擬訂加工工藝路線如下：
6.3 方案比較與分析
加工路線方案一：
10時效
20車兩端面
30粗車外圓
40粗車臺階
50修磨中心孔
60精車外圓及臺階
70車退刀槽
80掉頭，粗車
90精車
120銑鍵槽
150調質處理
160去毛刺
170清洗
180檢驗
190油封、入庫
加工路線方案二：
10時效
20車兩端面
30粗車外圓
40粗車臺階
50調質處理
60修磨中心孔
70精車外圓及臺階
80車退刀槽
90掉頭，粗車
100精車
110銑鍵槽
120去毛刺
130清洗
140檢驗
150油封、入庫
上述方案中遵循了工藝路線擬定的一般原則，但是在某些工序上有些問題還值得進一步討論。
從上述2種方案比較可以看出，二者的區(qū)別在于調質工序的安排，方案一把調質放到后面工序，而方案二把調質放到粗加工之后加工。從手冊了解可知調質容易出現(xiàn)開裂變形等缺陷，如果安排在最終工序將會導致零件尺寸超差達不到使用要求。
根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工跟開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此外，可用不同的機床或不同的刀具順次同步進行加工。對于單個零件要先粗加工、后半精加工，而后精加工?；蛘咭慌慵?，先全部進行粗加工、半精加工，最后再進行精加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面粗、精加工完畢后，再加工另的其他表面；否則，可能會在對新的表面進行大切削量加工過程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面變形。所以在車削中應先切除整個零件的大部分余量，再將其表面精車一遍，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。粗精加工中間最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形能得到充分的恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。
在工序中鉆孔、擴孔和對孔的攻絲可以只安排一個工序，這樣就可以節(jié)省工時，而且還減少了工步。
修改后的工藝路線如下：
鍛造毛坯
10時效
20車兩端面
30粗車外圓
40粗車臺階
50調質處理
60修磨中心孔
70精車外圓及臺階
80車退刀槽
90掉頭，粗車
100精車
110銑鍵槽
120去毛刺
130清洗
140檢驗
150油封、入庫
6.4選擇加工設備及刀、量具
由于生產(chǎn)類型為少批量生產(chǎn)，所以所選設備宜以通用機床為主，輔以少量專用機車。起生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床加工生產(chǎn)。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳遞，由于工件質量較大，故需要輔助工具來完成。
平端面確定工件的總長度?？蛇x用量具為多用游標卡尺（mm）,測量范圍0～1000mm（參考文獻[2]表6—7）。采用車床加工，床選用臥式車床CA6140（參考文獻[2]表4—3），專用夾具。鉆孔、擴孔、攻絲所選刀具見（參考文獻[2]第五篇金屬切削刀具，第2、3節(jié)），采用相匹配的鉆頭，專用夾具及檢具。
鉆中心孔。選用60°中心鉆（參考文獻[4]第6章）。
銑鍵槽5。選擇X6132臥式（萬能）銑床（參考文獻[2]表4—17）。選擇與鍵槽寬度相同型號的刀具。采用精銑專用夾具及游標卡尺、刀口形直尺。
第7章 總結與展望
7.1 全文總結
本次設計主要是激光跟蹤技術機械結構設計，根據(jù)設計要求，便攜式設計：設備部件易拆易裝，方便帶至測量現(xiàn)場；可以實現(xiàn)橫向、縱向的任意調動；利用激光跟蹤技術測量；工作的內容總結如下：
一、緒論主要闡述激光跟蹤技術的概念，激光跟蹤技術機作用以及它的應用與發(fā)展，本次設計的目的及其重大意義。
二、介紹激光跟蹤技術機系統(tǒng)的測量原理，測量機的特點，然后詳細介紹了控制系統(tǒng)的原理。
三、主要介紹激光跟蹤技術機的整體設計法案。
四、主要描述機械部分的設計和一些硬件件的選擇，對相應的硬件進行詳細的介紹。
1、繪制整體結構草圖。
2、底座、框架的設計。
4、電動平移臺的結構設計。
5、掃描儀硬件的選擇及一些硬件的詳細介紹。
五、介紹測量機的相關設計計算。
7.2 展望
人們經(jīng)常需要快速的獲得物體表面的立體信息，將其轉變?yōu)橛嬎銠C能直接處理的信息。激光跟蹤技術這一裝置將在許多領域可以發(fā)揮重要作用。
一、 工業(yè)制造業(yè)
激光跟蹤技術系統(tǒng)提供了一種快速無接觸的快速方法，能快速測量物體的立
體尺寸，可用于工業(yè)零件快速在線測量、仿制、快速制造系統(tǒng)、對特殊物體的測量等。
二、影視娛樂業(yè)
隨著計算機圖形圖像技術的飛速發(fā)展，計算機影視特技技術越來越廣泛地應用于影視、廣告業(yè)，達到了過去無法想想的特技效果，已經(jīng)成為高質量影視、廣告制作不可缺少的手段。要在計算機上完成三維動畫，必須要有三維模型數(shù)據(jù)，這時就可以用三維掃描系統(tǒng)將演員、道具、模型等的表面空間數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)中。
三、文物保護
激光跟蹤技術系統(tǒng)能以不損傷物體的手段，獲得文物的三維信息、紋理、便于長期保存、再現(xiàn)，給文物復制帶來了很大的便利。
四、藝術
把該系統(tǒng)和數(shù)控雕刻機相結合，可以很方便地雕像。只要對對象進行一次掃描，就能獲得其表面的每個點的坐標數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)送入數(shù)控雕刻機，很快就能雕刻出逼真的雕像。
五、醫(yī)學、整形、美容
能快速測量人體各個部分，寶庫奧牙齒、面部、肢體等的尺寸，對美容、矯形、修復、口腔醫(yī)學、假肢制作都非常有用。
六、服裝
現(xiàn)在隨著人民生活水平的提高，人們開始追求個性化服裝設計，激光跟蹤技術系統(tǒng)可以快速地獲得人體所有尺寸，輸入計算機，與服裝CAD結合，按照每個人的模型進行服裝設計，還可以直接在計算機上看到服裝設計效果，并且可以進行二次設計。
七、學術研究
隨著技術的發(fā)展，圖形圖像科技工作者的研究逐漸從二維進入三維，激光跟蹤技術系統(tǒng)可以給他們提供迅速獲取三維圖像數(shù)據(jù)的手段，為三維物體識別的研究提供方便。
參考文獻
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11、傅曉林，《機電一體化課程設計指導書》
致 謝
本論文是在導師XXX的悉心指導下完成的，在學校四年的學習生涯，將隨著畢業(yè)論文的結束畫上圓滿的句號，在這四年里，在所有老師的細心教育和自己的刻苦努力下，我學到了很多很實用的知識，更重要的是，我學到不僅僅是書本上的知識，更是一種學習的能力，相信這一定可以幫助自己在今后的工作中起到積極的作用。
在這次畢業(yè)論文中，給予我?guī)椭畲鬅o疑就是我的指導老師。雖然陳老師工作繁忙，但卻對我的關心卻絲毫不受工作的影響，電話交流非常頻繁，并利用因特網(wǎng)及時進行護動交流，給予我很大的發(fā)展空間，不斷拓展自己的思維，培養(yǎng)了我獨立思考、處理問題的能力。在這次論文中，真的感覺學到了很多很多知識，在此表示我衷心的感謝。
最后，再次感謝所有在這次論文中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。
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