基于单目视觉和扭摆法原理的刚体转动惯量测量技术研究

来源：计算机测量与控制杂志2022年第7期北京时间：

作者：孙天龙,李鸿基,汪睿,鲁承炜,张烈山

单位：浙江理工大学机械与自动控制学院

摘要：在扭振法转动惯量测量中通常忽略系统阻尼对计算结果的影响，从而导致测量误差，针对此问题提出了一种融合视觉检测技术和扭振法基本原理的刚体转动惯量测量方法。该方法通过高帧率的工业相机捕获被测物体的扭振轨迹图像，经过高斯模糊、二值化和Canny边缘算法等处理后提取出图像特征，根据物像坐标转换关系计算每帧图像对应被测物的扭摆角θ，得到扭摆角-时间曲线。由该曲线得到扭振周期T和阻尼比ζ，再根据转动惯量与扭振周期、阻尼比之间的数学模型，最终得到被测刚体的转动惯量值。实验结果表明，该方法能够准确识别扭振阻尼，实现转动惯量的精确测量，在0-5×10-3 kg·m2范围内，单次测量误差的绝对值不超过2.51×10-5 kg·m2，标准差优于1.80×10-5 kg·m2。

关键词：转动惯量;扭摆角;阻尼比;机器视觉;图像处理

基金资助：浙江省基础公益研究计划资助项目（LGF21F050004）；国家级大学生创新创业训练计划项目（202010338014）；浙江省大学生科技创新活动计划资助项目（2021R406002）