[發明專利]一種基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202310070458.3
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN116222393A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 劉建平;薛超;胡少剛;楊山清
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 高棋

本發明為克服氣體懸浮法測量球體偏心存在測量精度低的缺陷，提出一種基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置及方法，其包括氣浮單元、運動限制單元、圖像采集單元和數據處理單元，其中，氣浮單元輸出高壓氣體使待測球體懸浮于氣浮單元的正上方；運動限制單元設置在氣浮單元的一側，對待測球體的側面貼合接觸，且運動限制單元與待測球體的接觸點與待測球體的形心處于同一水平高度；圖像采集單元設置在氣浮單元的上方，對待測球體的擺動情況進行拍攝記錄；數據處理單元的輸入端與圖像采集單元的輸出端連接，對采集的待測球體擺動的圖像數據進行圖像識別分析，得到待測球體擺動的周期，再根據球體偏心距與球體擺動的周期關系得到待測球體的偏心距大小。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，更具體地，涉及一種基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置及方法。

背景技術

懸浮法是常用的球體質心與形心偏離測量方法之一，通常包括靜電懸浮法和氣體懸浮法，其原理是將球體采用靜電或者氣浮的方式懸浮起來可自由轉動，若球體的質心O_m與形心O_O不重合，那么球體會繞其形心做單擺運動，通過測量該單擺運動的周期就可以得到球體的質心與形心的偏離量。如圖1所示，為氣浮法測球體偏心距的原理示意圖。

現有氣浮法測量球體偏心有以下兩點缺陷，其一是球體可朝任意方向自由轉動，運動復雜多變；其二是缺少對球體運動的高精度監測手段，使得擺動周期的測量精度低。

發明內容

本發明為克服上述氣體懸浮法測量球體偏心存在球體可朝任意方向自由轉動導致球體質心與形心偏離測量精度低的缺陷，提供一種基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置，以及基于圖像識別的球體質心偏離測量方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置，包括氣浮單元、運動限制單元、圖像采集單元和數據處理單元，其中，所述氣浮單元用于輸出高壓氣體使待測球體懸浮于所述氣浮單元的正上方；所述運動限制單元設置在所述氣浮單元的一側，用于對待測球體的側面貼合接觸，且所述運動限制單元與待測球體的接觸點與待測球體的形心處于同一水平高度；所述圖像采集單元設置在所述氣浮單元的上方，用于對待測球體的擺動情況進行拍攝記錄；所述數據處理單元的輸入端與所述圖像采集單元的輸出端連接，用于對采集的待測球體擺動的圖像數據進行圖像識別分析，得到待測球體擺動的周期，再根據球體偏心距與球體擺動的周期關系得到待測球體的偏心距大小。

本技術方案中，采用氣浮單元使待測球體在高壓氣體作用下懸浮，采用運動限制單元與待測球體的貼合接觸限制待測球體的多自由度運動，設置在氣浮單元上方的圖像采集單元實時記錄待測球體上標記點的運動，進一步通過數據處理單元對待測球體運動記錄得到球體擺動的周期，最后根據周期計算得到待測球體的質心偏離大小。

作為優選方案，所述運動限制單元包括固定支架和量具，所述量具設置在所述固定支架頂部，且所述量具的測量端與待測球體的側面貼合接觸，用于測量由與待測球體接觸產生的作用力。

作為優選方案，所述量具包括千分表。

作為優選方案，對待測球體進行質心偏離精確測量前，調節所述量具使其測量到最小變化的讀數位置。

作為優選方案，所述氣浮單元包括空壓機、減壓閥、氣管和氣浮臺，所述氣管的出氣端設置在所述氣浮臺的上表面，所述氣管的進氣端與所述減壓閥的輸出端連接，所述減壓閥的輸入端與所述空壓機的輸出端連接。

作為優選方案，所述氣浮臺的上表面開設有半球形槽位，所述氣管的出氣端設置在所述半球形槽位的槽底。

作為優選方案，所述圖像采集單元包括CCD相機。

一種基于圖像識別的球體質心偏離測量方法，應用于上述任一技術方案提出的基于圖像識別的球體質心偏離測量裝置，包括以下步驟：

S1：在待測球體上設置標記點；