[發明專利]一種轉動慣量的光學測量方法及系統

有效

• 申請號: 201711485331.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108204879B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 付增良;趙俊波;梁彬;張石玉
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10;G01M9/06
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 任林沖<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種轉動慣量的光學測量方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)限制三自由度機構另外兩個通道自由度，在當前通道方向安裝彈性梁，提供系統在當前方向的彈性恢復力，使系統受到擾動后可沿當前通道自由振動；

(2)將步驟(1)中得到的單自由度振動系統置于三目視覺系統的測量視場，測量模型上標識點在視覺坐標系下的三維坐標；

(3)模型上標識點在試驗系統體軸系中的三維坐標已知，根據步驟(2)中得到的所述三維坐標計算出視覺坐標系與體軸系之間的空間位置關系，得到坐標系間的轉換矩陣；

(4)利用砝碼加載裝置向試驗系統當前通道施加力矩，同時利用三目視覺系統測量模型上標識點在體軸系中坐標變化，獲得當前載荷下彈性系統的在當前通道的變形角度，進而計算彈性系統剛度；

(5)去除砝碼加載裝置，向系統當前通道施加初始角位移，激勵系統自由振動，利用三目視覺系統實時測量模型上標識點在體軸系中變化歷程，繪制模型角位移相對時間的變化曲線，利用均值法得到系統振動圓頻率；

(6)根據步驟(4)中得到的系統剛度與步驟(5)中得到的振動圓頻率計算模型在當前通道的轉動慣量。

2.如權利要求1所述的一種轉動慣量的光學測量方法,其特征在于，所述步驟(3)中計算出視覺坐標系與體軸系之間的空間位置關系，得到坐標系間的轉換矩陣M＝R+T，其中，R和T通過公式

計算得到，[X_b Y_b Z_b]^T為標識點在體軸系下坐標，[X_C Y_C Z_C]^T為標識點在視覺坐標系下坐標。

3.如權利要求1所述的一種轉動慣量的光學測量方法,其特征在于，所述步驟(4)中彈性系統剛度具體為：

(3.1)加載重量為m的砝碼，加載中心距離體軸系原點沿O_bX_b軸方向距離為L，則施加于系統的當前力矩為：M＝m×g×L；

(3.2)利用三目視覺系統測量加載砝碼前、后模型上標識點在體軸系下坐標分別為：(X_b1,Y_b1,Z_b1)和(X_b2,Y_b2,Z_b2)，則彈性系統在當前通道的角位移變化量：

(3.3)彈性系統剛度K＝M/Δθ，為提高測量精度，實施中可反復加載多次，最后利用最小二乘法計算系統剛度值。

4.如權利要求1所述的一種轉動慣量的光學測量方法,其特征在于，所述步驟(5)中實時測量標識點在體軸系下坐標(X_bi,Y_bi,Z_bi)，并計算t_i時刻模型角位移得到角位移隨時間變化的曲線(θ_i,t_i)，利用均值法計算振動周期T，模型振動圓頻率ω＝2π/T。

5.如權利要求1所述的一種轉動慣量的光學測量方法,其特征在于，所述步驟(6)中轉動慣量由步驟(4)中系統剛度和步驟(5)中振動圓頻率計算得到：I＝K/ω²,其中K為系統的剛度，ω為系統的振動圓頻率，為提高測量精度，實施中可反復振動多次，利用最小二乘法獲得模型的轉動慣量。

6.如權利要求1所述的一種轉動慣量的光學測量方法,其特征在于，系統剛度標定和轉動慣量測量過程中三自由度機構支撐段和三目視覺系統間相互位置關系不發生變化。