基于机器视觉的扭摆法转动惯量测量技术研究

摘要

针对阻尼条件下刚体转动惯量的测量问题，提出一种融合机器视觉和扭摆法原理的新方法。根据扭摆法的测量原理，建立了摆角θ关于时间t、阻尼比ζ、无阻尼自振频率ωn的数学模型，最终推导出了线性阻尼条件下转动惯量的计算方法。利用高分辨率工业相机和成像系统对扭摆台进行摄像，经图像边缘捕获、特征点提取、摆角计算后得到摆角θ关于时间t的曲线，根据该曲线计算出阻尼比ζ、周期T和转动惯量I。搭建了一套实验系统，针对转动惯量不大于4.00×10-3 kg·m~2的被测物体进行转动惯量测量实验，结果表明测量误差的绝对值不超过4.55×10-5 kg·m~2;对于4种被测物进行了多次重复性测量实验，测量的标准差优于1.2×10-4 kg·m~2。该方法可用于工程中刚体惯量的测量问题，对某型无人机进行了Z轴转动惯量实测，进一步验证了所述方法的有效性。