本发明专利技术提供一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，涉及转动惯量测量技术领域，包括：标定扭摆台扭簧刚度系数k；在扭摆台的载物圆盘侧面放置竖直标记线作为特征点族，经高分辨率工业相机成像于光电检测单元；对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓；提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标；根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移；绘制扭摆曲线；计算转动惯量，解决了现有技术中提出的在需要高精确测量的场景下，传统的机械测量方法测量伴随着设备昂贵且体积庞大、操作复杂且使用场景较窄的问题。用场景较窄的问题。用场景较窄的问题。
【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法及系统
[0001]本专利技术涉及转动惯量测量
，具体为一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法及系统。
技术介绍
[0002]转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度，是表明刚体特性的一个物理量。刚体转动惯量除了与物体质量有关外，还与转轴的位置和质量分布有关。对于形状复杂，质量分布不均匀的刚体，计算将极为复杂，通常需要采用实验方法来进行测量。
[0003]转动惯量的测量,一般都是使刚体以一定形式运动,通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系,进行转换测量。例如机械部件,电动机转子和枪炮的弹丸等。在工程实际中，测量转动惯量主要方法有：单线扭摆法、扭转振动法、三线扭摆法等。
[0004]目前转动惯量测量技术的研究中，为减小误差而采用线阵图像传感器或光栅测角传感器对角位移进行测量进而求出转动惯量，但所需硬件成本较高，很难推广使用。而使用半球气浮式的测量平台虽然可以为载体提供高精度的惯性参考基准，但平台中的球体不易吊挂也不易装夹，且设计实验台成本巨大。
[0005]在需要高精确测量的场景下，传统的机械测量方法测量伴随着设备昂贵且体积庞大、操作复杂且使用场景较窄等缺点，已经不满足当下测量要求。
技术实现思路
[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法及系统，解决了上述
技术介绍
中提出的在需要高精确测量的场景下，传统的机械测量方法测量伴随着设备昂贵且体积庞大、操作复杂且使用场景较窄的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，包括：
[0010]标定扭摆台扭簧刚度系数k；
[0011]在扭摆台的载物圆盘侧面放置竖直标记线作为特征点族，经高分辨率工业相机成像于光电检测单元；
[0012]对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓；
[0013]提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标；
[0014]根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移；
[0015]绘制扭摆曲线；
[0016]计算转动惯量。
[0017]优选地，所述对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓，包
括：
[0018]对所述对采集到的扭摆台图像进行高斯模糊处理；
[0019]然后对经过高斯模糊处理后的扭摆台图像进行二值化处理；
[0020]进而再对经过二值化处理的扭摆台图像进行形态学操作；
[0021]最后利用Canny边缘处理算法处理得到被测主体轮廓。
[0022]优选地，所述提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标，包括：
[0023]运用OpenCV中的Findcontours()函数提取出每一个轮廓的像素点集；
[0024]调用Opencv中的contourArea()函数计算轮廓面积，根据面积判断是否为正确轮廓，若是，则保存正确轮廓，若否，则释放错误轮廓；
[0025]调用opencv中的minAreaRect()函数对得到的矩形轮廓进行拟合，拟合后，返回左边轮廓坐标平均值。minAreaRect()函数是根据给出轮廓返回最小矩形的拟合函数；
[0026]返回标记点坐标。
[0027]优选地，所述根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移，包括：引入世界坐标系、相机坐标系、像平面坐标系、像素坐标系，建立标记点位置与实际运动位移的关系模型，通过坐标变换计算实际运动位移。
[0028]优选地，所述绘制扭摆曲线，包括：计算扭摆角θ；
[0029]结合每帧图像的拍摄时间t拍摄时间最终得到(t，θ)数据组，用平滑曲线连接完成扭摆曲线绘制。
[0030]优选地，所述计算转动惯量，包括：
[0031]寻找扭摆曲线的极大值点；
[0032]计算每个极大值点的主频平均值ω
p
和阻尼比平均值ξ；
[0033]依据下述公式计算转动惯量I：
[0034][0035]其中，主频平均值ω
p
，阻尼比平均值ξ，转动惯量I，扭簧刚度系数k。
[0036]本专利技术还提供一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量系统，包括：
[0037]标定模块：用于标定扭摆台扭簧刚度系数k；
[0038]图像采集模块：用于在扭摆台的载物圆盘侧面放置竖直标记线作为特征点族，经高分辨率工业相机成像于光电检测单元；
[0039]图像处理模块：用于对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓；
[0040]提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标；
[0041]坐标变换模块：用于根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移；
[0042]曲线绘制模块：用于绘制扭摆曲线；
[0043]转动惯量计算模块：用于计算转动惯量。
[0044]本专利技术还提供一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量系统终端，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一
条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如前任一项所述的一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法。
[0045]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如前任一项所述一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法。
[0046](三)有益效果
[0047]本专利技术提供了一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法及系统。具备以下有益效果：
[0048]本专利技术提供的一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法及系统，为了解决普通轴承摩擦阻尼等影响转动惯量测量精度的问题，利用线性模型修正系统阻尼比以提高测量精度。
[0049]通过机器视觉方法记录被测物体在扭振运动下的影像得到扭摆曲线，通过提取扭振运动阻尼比、扭振主频实现了被测物体转动惯量的精确测量。
[0050]本专利技术提出的方法可实现被测物转动惯量的高效、高精度测量。测量结果重复性好、准确度高，满足转动惯量测量的工程需求。
附图说明
[0051]图1为本专利技术提供的一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法流程图；
[0052]图2为本专利技术提供的一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法的坐标变换关系示意图；
[0053]图3为本专利技术提供的一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法的扭摆角计算示意图；
[0054]图4为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，其特征在于，包括：标定扭摆台扭簧刚度系数k；在扭摆台的载物圆盘侧面放置竖直标记线作为特征点族，经高分辨率工业相机成像于光电检测单元；对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓；提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标；根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移；绘制扭摆曲线；计算转动惯量。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，其特征在于，所述对采集到的扭摆台图像信息进行图像预处理，得到被测主体轮廓，包括：对所述对采集到的扭摆台图像进行高斯模糊处理；然后对经过高斯模糊处理后的扭摆台图像进行二值化处理；进而再对经过二值化处理的扭摆台图像进行形态学操作；最后利用Canny边缘处理算法处理得到被测主体轮廓。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，其特征在于，所述提取每一个轮廓的像素点集，得到优化后的被测主体轮廓，对所述优化后的轮廓进行拟合，返回标记点坐标，包括：运用OpenCV中的Findcontours()函数提取出每一个轮廓的像素点集；调用Opencv中的contourArea()函数计算轮廓面积，根据面积判断是否为正确轮廓，若是，则保存正确轮廓，若否，则释放错误轮廓；调用opencv中的minAreaRect()函数对得到的矩形轮廓进行拟合，拟合后，返回左边轮廓坐标平均值。minAreaRect()函数是根据给出轮廓返回最小矩形的拟合函数；返回标记点坐标。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉和扭摆法的刚体转动惯量测量方法，其特征在于，所述根据标记点坐标通过坐标变换计算实际运动位移，包括：引入世界坐标系、相机坐标系、像平面坐标系、像素坐标系，建立标记点位置与实际运动位移的关系模型，通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁承炜，李昊冉，谌业清，汪睿，李鸿基，张烈山，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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