一种单目转动惯量快速测量方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明一种转动惯量快速测量方法及装置属于计算机视觉测量【技术领域】，涉及一种使用单目视觉测量方法和复摆装置对物体转动惯量进行测量的方法及装置。该测量方法采用单目视觉系统，利用超高速摄像机实时采集被测物体表面标记点的运动图像，由图形工作站将超高速摄像机传输来的图片信息进行处理，提取出标记点在序列图像上的运动轨迹，通过采用数学模型对标记点的运动轨迹进行拟合的方式，先计算出被测物体的摆动周期，进而计算出被测物体的转动惯量。测量装置中采用了复摆装置，复摆装置由三足式可调节轴承复摆支架和测量部分组成。本发明易于操作，算法明了易懂，方法快捷。该装置投入少，结构稳定性强，操作简单，且能保证较高精度。
【专利说明】一种单目转动惯量快速测量方法及装置
[0001]本发明属于计算机视觉测量【技术领域】，涉及一种使用单目视觉测量方法和复摆装置对物体转动惯量进行测量的方法及装置。
【背景技术】
[0002]表征转动物体惯性大小的物理量被叫做转动惯量，是研究、设计转动物体运动规律的重要参数之一，凡是涉及转动动力学的问题，都需要知道转动物体的转动惯量，因此转动惯量的测量是转体测量很重要的部分。
[0003]在现代科技中转动惯量的测量是不可忽视的，在各个行业中都有着十分重要的地位。在飞行器设计领域，飞行器的转动惯量是优化飞行器结构、飞行姿态的重要信息。此夕卜，在航天工业中，运载火箭、人造卫星、载人飞船等都需要测量转动惯量，以确定产品是否符合设计要求加以修正；在汽车工业，各种车辆以及转动部件必须测量转动惯量，通过修正偏心来提高车辆的性能和寿命，因此测定物体的转动惯量具有重要的实际意义。
[0004]专利号为CN102692264A的《一种用于质量、质心位置与转动惯量的测试台及测试方法》采用扭摆机构和安装在机构上的传感器来测量转动惯量，扭摆装置本分操作复杂，而且传感器须进行测前标定，使得整个测量过程十分繁琐。专利号为CN1646971A的名为《一种转动惯量和惯性积测量方法及其装置》，该专利采用复摆装置，但是该复摆装置亦存在操作繁琐问题。
[0005]基于上述原因，本发明设计了一套基于单目视觉方式测量转动惯量的测量方法与装置。该装置投入少，结构稳定性强，操作简单，算法明了易懂且能保证较高精度。
【发明内容】
[0006]本发明目的是克服现有技术的缺陷，发明一种转动惯量快速测量方法及装置，利用超高速摄像机捕获被测物体的运动轨迹，能够最大限度的保证捕获的轨迹的完整性以及实时性，有效地避免了其他方法不能确保运动轨迹的完整性，可提高测量转动惯量的准确性，高效、准确的测量被测物转动惯量。同时，本发明的三足复摆转动惯量测量装置采用三足支架，并合理安排支架重心使得复摆随被测物体摆动时不会致使支架晃动；利用止推轴承作为复摆与架体连接部件，可有效地减小复摆摆动过程中沿轴承轴线方向的窜动并减小摩擦阻力，且高度可调，满足大多数测量环境。本发明用于转动惯量测量，解决了快速、准确测量转动惯量的难题。
[0007]本发明采用的技术方案是一种转动惯量快速测量方法，其特征是，采用单目视觉系统，利用超高速摄像机(13)实时采集被测物体表面标记点(12)的运动图像，由图形工作站(18)将超高速摄像机(13)传输来的图片信息进行处理，提取出标记点在序列图像上的运动轨迹，通过采用数学模型对标记点的运动轨迹进行拟合的方式，先计算出被测物体的摆动周期，进而计算出被测物体的转动惯量，测量方法的具体步骤如下:
[0008]先将贴着有标记点12的被测物11通过夹持板10固定在复摆主体8上，调节光源15使得标记点12清晰可见，微小拨动被测物使得复摆主体8随着被测物11摆动，利用超高速摄像机13拍摄标记点12的运动轨迹。将拍摄的视频传输给图形工作站18 ；
[0009](I)标记点特征的提取
[0010]采用梯度重心法提取被测物(11)运动时表面的标记点(12)，首先采用高斯一阶微分算子对图像进行卷积操作，以获得图像在各点的梯度，则对于标志图案所在子区域的梯度重心点坐标的求取方法如下:
【权利要求】
1.一种转动惯量快速测量方法，其特征是，采用单目视觉系统，利用超高速摄像机(13)实时采集被测物体表面标记点(12)的运动图像，由图形工作站(18)将超高速摄像机(13)传输来的图片信息进行处理，提取出标记点在序列图像上的运动轨迹，通过采用数学模型对标记点的运动轨迹进行拟合的方式，先计算出被测物体的摆动周期，进而计算出被测物体的转动惯量，测量方法的具体步骤如下: 先将贴着有标记点12的被测物11通过夹持板10固定在复摆主体8上，调节光源15使得标记点12清晰可见，微小拨动被测物使得复摆主体8随着被测物11摆动，利用超高速摄像机13拍摄标记点12的运动轨迹。将拍摄的视频传输给图形工作站18 ； (1)标记点特征的提取 采用梯度重心法提取被测物(11)运动时表面的标记点(12)，首先采用高斯一阶微分算子对图像进行卷积操作，以获得图像在各点的梯度，则对于标志图案所在子区域的梯度重心点坐标的求取方法如下:
2.依据权利要求1所述的一种转动惯量快速测量方法，其特征是，该方法采用的测量装置是由三足式可调节轴承复摆支架I和测量部分II组成； 所述三足式可调节轴承复摆支架I由三个三足尖端支腿1、三个可调节旋钮2、三个L型支撑方管3、承重圆平台4、矩形支撑以及加强筋5、悬挂横梁6、止推轴承7、复摆主体8、限位螺母9和夹持板10以及被测物11、标记点12。测量部分II包括超高速摄像机13、镜头14、光源15、云台16以及三脚架17、图形工作站18组成；在三足式可调节轴承复摆支架I中，三个三足尖端支腿I通过三个可调节旋钮2安装进三个L型支撑方管3 ;承重圆平台4焊接在三个L型支撑方管3所组成的平面上；矩形支撑以及加强筋5焊接在承重圆平台4的上表面；悬挂衡量6通过螺纹与矩形支撑以及加强筋5连接；止推轴承7通过过盈配合安装于悬挂衡量6上；通过螺栓固定在复摆主体8上并把；夹持板10通过螺栓固定在复摆主体8上；利用限位螺母9给予止推轴承7预紧力；被测物11通过夹持板10固定在复摆主体8上,将标记点12贴在被测物11表面上； 在所述测量部分II中，镜头14通过镜头卡口安装在超高速摄像机13上，光源15利用本身自有的连接板螺栓连接在超高速摄像机13的底面，使得光源15的发光部分环绕在镜头14周围，超高速摄像机13固定在云台16的滑块上，然后把滑块固定在云台16的底座上，云台16底座焊接与三脚架17 上；使用网线将超高速摄像机13与图形工作站18连接。
【文档编号】G01M1/10GK103499416SQ201310451594
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】刘巍, 贾振元, 尚志亮, 马鑫, 张洋, 付饶, 李晓东 申请人:大连理工大学