[发明专利]一种基于机器视觉平面摆动的摆心测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及摆动实时监测技术，具体是一种基于机器视觉平面摆动的摆心测试方法。 

背景技术

精密摆动是实现喷气式飞行器推力向量控制一种主要方法，为保证飞行器推力向量控制的精度，需要对精密摆动部件进行摆心测试，合格方能投入使用。以柔性喷管的核心部件柔性接头为例，摆心是柔性接头性能冷试中的一项重要参数，它反映着柔性接头在冷试容压和摆角变化时实际摆心偏离理论摆心的规律。由于摆心偏离会对喷管摆动时的实际间隙、作动筒行程与摆角关系的变化及作动力臂的变化等问题构成影响，柔性接头摆心轴向和径向偏离的实际规律又是总体设计、决策的重要依据，所以，对柔性接头摆心数据的准确测定就成了喷管测试中一项重要内容。 

目前，广泛使用的摆心测试方法为位移传感器法，即在一个平面内布置3个位移传感器同时对摆动体进行检测并通过数学模型得出柔性接头摆心状态，该方法测试设备复杂，数据采集量大，每一个位移传感器的安装测量误差都会对摆心测试数据产生较大的影响，数据处理和误差分析工作难度极大，稳定性差。 

随着视觉测量技术的不断发展，近年来，出现了一种摆动喷管运动视觉测量系统，该系统由红外相机、相机控制器、及布置在喷管上的红外反光球组成。该方法对使用环境要求高，使用的图像采集元件红外相机非常 昂贵、且需要多个相机同步测量，使用起来非常不方便，没有体现视觉测量方法高效、适应性强、系统集成度高的优势，只适宜在实验室环境下使用，在工业测试场合不具有推广性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于机器视觉的平面摆动摆心测试方法，减少测试过程中可能产生误差的环节，降低测试系统对机械基准精度的要求，简化系统重新安装后的初始化过程。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于机器视觉的平面摆动摆心测试方法，包括平面摆动摆心测试系统，平面摆动摆心测试系统包括摆动体、工业相机，摆动体上固定有标志物，工业相机对摆动体与标志物进行图像采集，工业相机通过数据接口与软件系统进行数据传输，软件系统由图像处理模块、摆心计算模块、结构处理模块依次连接构成，其特征在于，利用所述平面摆动摆心测试系统进行摆心测试的方法为： 

(1)把工业相机安装在支架上，校准工业相机的安装位置； 

(2)工业相机对静止状态的摆动体与标志物的图像进行采集，基于静止图像对工业相机纵向与横向像素尺寸进行自动标定； 

(3)让被测摆动体开始摆动，工业相机对摆动体与标志物图像进行连续采集，图像数据通过数据接口上传至系统软件的图像处理模块； 

(4)图像处理模块通过图像处理算法得到标志物在测试系统坐标系的平面坐标，并将平面坐标数据传输给摆心计算模块； 

(5)摆心计算模块依据数学模型计算得出摆心在测试系统中的坐标； 

(6)结果处理模块实时显示并记录摆心曲线。 

系统工作时将两个标志物定位在被测摆动体上，通过标志物静态图像完成视觉系统内部参数自动标定；标志物随摆动体摆动时，工业相机对摆动体进行连续图像采样；图像数据通过数据接口传输给系统软件，图像处理模块通过图像处理算法获取标志物中心在测试系统坐标系的平面坐标；摆心计算模块依据数学模型计算得出两次图像采样区间的平均摆心来逼近摆动体运动过程中的瞬时摆心；结果处理模块对摆心曲线进行直观有效的显示与记录。 

本发明采用两个圆形标志物作为检测摆动体平面运动的基准，两标志物定位在摆动体中心线上，通过图像处理算法得到各标志物中心在测试系统坐标系的平面坐标，进而得出摆动体的运动状态。 

圆形标志物直径值为8-30mm，具体尺寸由摆动体摆动范围决定，开始测试前通过该值完成工业像机单位像素和测试系统单位毫米之间关系自动标定。 

依据数学模型计算摆心在测试系统中坐标的过程为：把标志物中心点A、B在时间t_i和t_i+1两次采样中的投影坐标A1、A2和B1、B2的中垂线交点P定义为平均摆心，由于图像采集方式为连续采集，两次采集之间的间隔非常短，测试系统把该区间的平均摆心视作瞬时摆心的近似值。 

本发明-基于机器视觉平面摆动摆心测试方法，融合了机器视觉和精密测试技术的最新研究进展，相对于现有技术，本发明有以下有益的技术和经济效果： 

1)通过单工业相机采集数据即可完成摆心测试，减少了测试过程中可 能产生误差的环节；