一種單目轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法及裝置屬于計(jì)算機(jī)視覺測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種使用單目視覺測(cè)量方法和復(fù)擺裝置對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測(cè)量的方法及裝置。該測(cè)量方法采用單目視覺系統(tǒng)，利用超高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集被測(cè)物體表面標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)圖像，由圖形工作站將超高速攝像機(jī)傳輸來(lái)的圖片信息進(jìn)行處理，提取出標(biāo)記點(diǎn)在序列圖像上的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行擬合的方式，先計(jì)算出被測(cè)物體的擺動(dòng)周期，進(jìn)而計(jì)算出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。測(cè)量裝置中采用了復(fù)擺裝置，復(fù)擺裝置由三足式可調(diào)節(jié)軸承復(fù)擺支架和測(cè)量部分組成。本發(fā)明易于操作，算法明了易懂，方法快捷。該裝置投入少，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，且能保證較高精度。
【專利說(shuō)明】一種單目轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法及裝置
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種使用單目視覺測(cè)量方法和復(fù)擺裝置對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測(cè)量的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]表征轉(zhuǎn)動(dòng)物體慣性大小的物理量被叫做轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是研究、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要參數(shù)之一，凡是涉及轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的問題，都需要知道轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量是轉(zhuǎn)體測(cè)量很重要的部分。
[0003]在現(xiàn)代科技中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量是不可忽視的，在各個(gè)行業(yè)中都有著十分重要的地位。在飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，飛行器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是優(yōu)化飛行器結(jié)構(gòu)、飛行姿態(tài)的重要信息。此夕卜，在航天工業(yè)中，運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人飛船等都需要測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以確定產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)要求加以修正；在汽車工業(yè)，各種車輛以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件必須測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過(guò)修正偏心來(lái)提高車輛的性能和壽命，因此測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量具有重要的實(shí)際意義。
[0004]專利號(hào)為CN102692264A的《一種用于質(zhì)量、質(zhì)心位置與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)試臺(tái)及測(cè)試方法》采用扭擺機(jī)構(gòu)和安裝在機(jī)構(gòu)上的傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，扭擺裝置本分操作復(fù)雜，而且傳感器須進(jìn)行測(cè)前標(biāo)定，使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程十分繁瑣。專利號(hào)為CN1646971A的名為《一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和慣性積測(cè)量方法及其裝置》，該專利采用復(fù)擺裝置，但是該復(fù)擺裝置亦存在操作繁瑣問題。
[0005]基于上述原因，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套基于單目視覺方式測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量方法與裝置。該裝置投入少，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，算法明了易懂且能保證較高精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法及裝置，利用超高速攝像機(jī)捕獲被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠最大限度的保證捕獲的軌跡的完整性以及實(shí)時(shí)性，有效地避免了其他方法不能確保運(yùn)動(dòng)軌跡的完整性，可提高測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的準(zhǔn)確性，高效、準(zhǔn)確的測(cè)量被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。同時(shí)，本發(fā)明的三足復(fù)擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置采用三足支架，并合理安排支架重心使得復(fù)擺隨被測(cè)物體擺動(dòng)時(shí)不會(huì)致使支架晃動(dòng)；利用止推軸承作為復(fù)擺與架體連接部件，可有效地減小復(fù)擺擺動(dòng)過(guò)程中沿軸承軸線方向的竄動(dòng)并減小摩擦阻力，且高度可調(diào)，滿足大多數(shù)測(cè)量環(huán)境。本發(fā)明用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量，解決了快速、準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的難題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法，其特征是，采用單目視覺系統(tǒng)，利用超高速攝像機(jī)(13)實(shí)時(shí)采集被測(cè)物體表面標(biāo)記點(diǎn)(12)的運(yùn)動(dòng)圖像，由圖形工作站(18)將超高速攝像機(jī)(13)傳輸來(lái)的圖片信息進(jìn)行處理，提取出標(biāo)記點(diǎn)在序列圖像上的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行擬合的方式，先計(jì)算出被測(cè)物體的擺動(dòng)周期，進(jìn)而計(jì)算出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，測(cè)量方法的具體步驟如下:
[0008]先將貼著有標(biāo)記點(diǎn)12的被測(cè)物11通過(guò)夾持板10固定在復(fù)擺主體8上，調(diào)節(jié)光源15使得標(biāo)記點(diǎn)12清晰可見，微小撥動(dòng)被測(cè)物使得復(fù)擺主體8隨著被測(cè)物11擺動(dòng)，利用超高速攝像機(jī)13拍攝標(biāo)記點(diǎn)12的運(yùn)動(dòng)軌跡。將拍攝的視頻傳輸給圖形工作站18 ；
[0009](I)標(biāo)記點(diǎn)特征的提取
[0010]采用梯度重心法提取被測(cè)物(11)運(yùn)動(dòng)時(shí)表面的標(biāo)記點(diǎn)(12)，首先采用高斯一階微分算子對(duì)圖像進(jìn)行卷積操作，以獲得圖像在各點(diǎn)的梯度，則對(duì)于標(biāo)志圖案所在子區(qū)域的梯度重心點(diǎn)坐標(biāo)的求取方法如下:
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法，其特征是，采用單目視覺系統(tǒng)，利用超高速攝像機(jī)(13)實(shí)時(shí)采集被測(cè)物體表面標(biāo)記點(diǎn)(12)的運(yùn)動(dòng)圖像，由圖形工作站(18)將超高速攝像機(jī)(13)傳輸來(lái)的圖片信息進(jìn)行處理，提取出標(biāo)記點(diǎn)在序列圖像上的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行擬合的方式，先計(jì)算出被測(cè)物體的擺動(dòng)周期，進(jìn)而計(jì)算出被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，測(cè)量方法的具體步驟如下: 先將貼著有標(biāo)記點(diǎn)12的被測(cè)物11通過(guò)夾持板10固定在復(fù)擺主體8上，調(diào)節(jié)光源15使得標(biāo)記點(diǎn)12清晰可見，微小撥動(dòng)被測(cè)物使得復(fù)擺主體8隨著被測(cè)物11擺動(dòng)，利用超高速攝像機(jī)13拍攝標(biāo)記點(diǎn)12的運(yùn)動(dòng)軌跡。將拍攝的視頻傳輸給圖形工作站18 ； (1)標(biāo)記點(diǎn)特征的提取 采用梯度重心法提取被測(cè)物(11)運(yùn)動(dòng)時(shí)表面的標(biāo)記點(diǎn)(12)，首先采用高斯一階微分算子對(duì)圖像進(jìn)行卷積操作，以獲得圖像在各點(diǎn)的梯度，則對(duì)于標(biāo)志圖案所在子區(qū)域的梯度重心點(diǎn)坐標(biāo)的求取方法如下:
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量快速測(cè)量方法，其特征是，該方法采用的測(cè)量裝置是由三足式可調(diào)節(jié)軸承復(fù)擺支架I和測(cè)量部分II組成； 所述三足式可調(diào)節(jié)軸承復(fù)擺支架I由三個(gè)三足尖端支腿1、三個(gè)可調(diào)節(jié)旋鈕2、三個(gè)L型支撐方管3、承重圓平臺(tái)4、矩形支撐以及加強(qiáng)筋5、懸掛橫梁6、止推軸承7、復(fù)擺主體8、限位螺母9和夾持板10以及被測(cè)物11、標(biāo)記點(diǎn)12。測(cè)量部分II包括超高速攝像機(jī)13、鏡頭14、光源15、云臺(tái)16以及三腳架17、圖形工作站18組成；在三足式可調(diào)節(jié)軸承復(fù)擺支架I中，三個(gè)三足尖端支腿I通過(guò)三個(gè)可調(diào)節(jié)旋鈕2安裝進(jìn)三個(gè)L型支撐方管3 ;承重圓平臺(tái)4焊接在三個(gè)L型支撐方管3所組成的平面上；矩形支撐以及加強(qiáng)筋5焊接在承重圓平臺(tái)4的上表面；懸掛衡量6通過(guò)螺紋與矩形支撐以及加強(qiáng)筋5連接；止推軸承7通過(guò)過(guò)盈配合安裝于懸掛衡量6上；通過(guò)螺栓固定在復(fù)擺主體8上并把；夾持板10通過(guò)螺栓固定在復(fù)擺主體8上；利用限位螺母9給予止推軸承7預(yù)緊力；被測(cè)物11通過(guò)夾持板10固定在復(fù)擺主體8上,將標(biāo)記點(diǎn)12貼在被測(cè)物11表面上； 在所述測(cè)量部分II中，鏡頭14通過(guò)鏡頭卡口安裝在超高速攝像機(jī)13上，光源15利用本身自有的連接板螺栓連接在超高速攝像機(jī)13的底面，使得光源15的發(fā)光部分環(huán)繞在鏡頭14周圍，超高速攝像機(jī)13固定在云臺(tái)16的滑塊上，然后把滑塊固定在云臺(tái)16的底座上，云臺(tái)16底座焊接與三腳架17 上；使用網(wǎng)線將超高速攝像機(jī)13與圖形工作站18連接。
【文檔編號(hào)】G01M1/10GK103499416SQ201310451594
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】劉巍, 賈振元, 尚志亮, 馬鑫, 張洋, 付饒, 李曉東 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)