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运动参数三维视觉测量系统软件设计与实现

作　者: 王言伟
导　师: 叶东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 视觉测量喷管运动参数软件设计
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在火箭发动机地面试验中,发动机喷管的三维运动参数测量对于研究和设计发动机推力矢量和火箭飞行姿态调整具有重要意义,但实现难度很大。本文设计一种基于多目视觉的火箭喷管运动参数测量系统,测量火箭发动机喷管摆心、喷管轴线、摆角、摆动角速度、摆动角加速度等运动参数,并通过软件设计实现了三维运动参数的测量算法、误差补偿模型以及人机交互界面。本文提出测量系统的总体方案,应用四台高速测量相机采集喷管运动过程中的红外反光标记球图像,通过对标记球参数测量,建立算法模型实现火箭喷管运动参数测量。首先利用双截面算法模型计算喷管摆心和空间摆角,然后建立喷管轴线的投影法测量模型,解决火箭喷管空间摆角的矢量测量问题,进而实现喷管摆动角速度和摆动角加速度的测量,研究了测量参数的误差分布规律,最后针对测量系统建立相应的误差补偿模型。并通过软件设计完成参数设置模块、预处理模块、测量计算模块、数据传输模块各功能子模块的设计,向用户提供可视化的操作界面。应用双轴摇摆-直线升降运动装置对测量系统进行整体调试,在测量系统软件环境下,通过摆心、摆角测量算法模型及各个功能子模块的正确实现,验证了整个测量系统的稳定性及准确性。经过大量的实验分析,结果表明:在±12°空间范围内,峰值速度≤60°/s的情况下,摆心极限误差与摆动角速度无关,摆角极限误差、摆动角速度极限误差、摆动角加速度极限误差与摆动角速度呈正相关;摆角误差喷管摆心的极限误差为0.103mm,喷管摆角的极限误差为0.041°,摆动角速度极限误差为0.72°/s,摆动角加速度极限误差为3.9°/s~2。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-20
  1.1 课题背景  8
  1.2 喷管运动参数的研究现状  8-15
    1.2.1 喷管摆心参数测量方法的研究现状  9-10
    1.2.2 喷管摆角参数测量方法的研究现状  10-15
  1.3 视觉测量技术的研究现状  15-18
  1.4 课题的研究目的和意义及论文的主要内容  18-20
    1.4.1 课题研究的目的和意义  18-19
    1.4.2 论文的主要内容  19-20
第2章运动参数测量模型  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 运动参数测量系统组成  20-21
  2.3 喷管摆心测量模型  21-26
  2.4 摆角测量模型  26-27
  2.5 误差补偿模型  27-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章测量系统软件设计  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 测量系统软件结构  31-33
    3.2.1 数据结构设计  31-33
    3.2.2 功能结构设计  33
  3.3 测量系统软件编程思想与设计  33-38
    3.3.1 参数设置模块设计  33-34
    3.3.2 预处理模块设计  34-36
    3.3.3 测量计算模块设计  36
    3.3.4 数据传输模块设计  36-37
    3.3.5 用户操作界面设计  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章测量系统实验  39-51
  4.1 引言  39
  4.2 测量实验环境  39-41
    4.2.1 测量装置  39-40
    4.2.2 火箭喷管运动模拟装置  40-41
  4.3 测量实验  41-50
    4.3.1 软件操作运行  41-45
    4.3.2 摆心测量  45-46
    4.3.3 摆角测量  46-47
    4.3.4 摆动角速度测量  47-48
    4.3.5 摆动角加速度测量  48-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-57
致谢  57

运动参数三维视觉测量系统软件设计与实现

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