[发明专利]一种转动惯量的光学测量方法及系统

权利要求书

1.一种转动惯量的光学测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)限制三自由度机构另外两个通道自由度，在当前通道方向安装弹性梁，提供系统在当前方向的弹性恢复力，使系统受到扰动后可沿当前通道自由振动；

(2)将步骤(1)中得到的单自由度振动系统置于三目视觉系统的测量视场，测量模型上标识点在视觉坐标系下的三维坐标；

(3)模型上标识点在试验系统体轴系中的三维坐标已知，根据步骤(2)中得到的所述三维坐标计算出视觉坐标系与体轴系之间的空间位置关系，得到坐标系间的转换矩阵；

(4)利用砝码加载装置向试验系统当前通道施加力矩，同时利用三目视觉系统测量模型上标识点在体轴系中坐标变化，获得当前载荷下弹性系统的在当前通道的变形角度，进而计算弹性系统刚度；

(5)去除砝码加载装置，向系统当前通道施加初始角位移，激励系统自由振动，利用三目视觉系统实时测量模型上标识点在体轴系中变化历程，绘制模型角位移相对时间的变化曲线，利用均值法得到系统振动圆频率；

(6)根据步骤(4)中得到的系统刚度与步骤(5)中得到的振动圆频率计算模型在当前通道的转动惯量。

2.如权利要求1所述的一种转动惯量的光学测量方法,其特征在于，所述步骤(3)中计算出视觉坐标系与体轴系之间的空间位置关系，得到坐标系间的转换矩阵M＝R+T，其中，R和T通过公式

计算得到，[X_b Y_b Z_b]^T为标识点在体轴系下坐标，[X_C Y_C Z_C]^T为标识点在视觉坐标系下坐标。

3.如权利要求1所述的一种转动惯量的光学测量方法,其特征在于，所述步骤(4)中弹性系统刚度具体为：

(3.1)加载重量为m的砝码，加载中心距离体轴系原点沿O_bX_b轴方向距离为L，则施加于系统的当前力矩为：M＝m×g×L；

(3.2)利用三目视觉系统测量加载砝码前、后模型上标识点在体轴系下坐标分别为：(X_b1,Y_b1,Z_b1)和(X_b2,Y_b2,Z_b2)，则弹性系统在当前通道的角位移变化量：

(3.3)弹性系统刚度K＝M/Δθ，为提高测量精度，实施中可反复加载多次，最后利用最小二乘法计算系统刚度值。

4.如权利要求1所述的一种转动惯量的光学测量方法,其特征在于，所述步骤(5)中实时测量标识点在体轴系下坐标(X_bi,Y_bi,Z_bi)，并计算t_i时刻模型角位移得到角位移随时间变化的曲线(θ_i,t_i)，利用均值法计算振动周期T，模型振动圆频率ω＝2π/T。

5.如权利要求1所述的一种转动惯量的光学测量方法,其特征在于，所述步骤(6)中转动惯量由步骤(4)中系统刚度和步骤(5)中振动圆频率计算得到：I＝K/ω²,其中K为系统的刚度，ω为系统的振动圆频率，为提高测量精度，实施中可反复振动多次，利用最小二乘法获得模型的转动惯量。

6.如权利要求1所述的一种转动惯量的光学测量方法,其特征在于，系统刚度标定和转动惯量测量过程中三自由度机构支撑段和三目视觉系统间相互位置关系不发生变化。