DE102011001268A1

DE102011001268A1 - Messen von Deformationen eines schnell rotierenden Objekts

Info

Publication number: DE102011001268A1
Application number: DE102011001268A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stasicki Boleslaw; Tania Kirmse; Sebastian Neumann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: DE102011001268B4

Abstract

Zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe (2) gelagerten und mit der Nabe (2) schnell um eine Rotationsachse (6) rotierenden Objekts (4), wobei mit einer Kameraanordnung (7) zu einem Zeitpunkt, der einer bestimmten Rotationslage des Objekts (4) um die Rotationsachse (6) entspricht, mindestens ein Bild des Objekts (4) aus mindestens einer bestimmten Richtung aufgenommen wird, wird die Kameraanordnung (7) drehfest an der Nabe (2) gelagert, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) um die Rotationsachse (6) rotiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe gelagerten und mit der Nabe schnell um eine Rotationsachse rotierenden Objekts mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie auf eine Kameraanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 16.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Messen von Deformationen von Blättern von Propellern von Flugzeugen oder von Rotoren von Hubschraubern, Turbinen und Windkraftanlagen.
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Kameraanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des nebengeordneten Patentanspruchs 16 sind aus der DE 10 2009 029 179 A bekannt. Zum Messen von Deformationen eines Blatts eines Propellers eines Flugzeugs ist auf dem Propellerblatt ein stochastisches Punktemuster angebracht. Mit zwei in unterschiedlichen Richtungen auf das Propellerblatt blickenden Kameras werden zu einem von einer Triggereinrichtung festgelegten Zeitpunkt zwei Bilder des Propellerblatts mit dem Punktemuster aufgenommen. Dies erfolgt gleichzeitig mit Lichtpulsen von einer Lichtquelle, die ebenfalls von der Triggereinrichtung getriggert wird. Aus den beiden Bildern der stereoskopischen Kameraanordnung ist die räumliche Lage des Punktemusters auf dem Propellerblatt im Raum bestimmbar, und sie kann mit einer Referenz verglichen werden, die beispielsweise aus Bildern des undeformierten Rotorblatts bestimmt wurde. Um auf diese Weise auf Deformationen des Propellerblatts nicht nur im Versuch am Boden sondern auch in bestimmten Flugsituationen zu schließen, ist das bekannte Verfahren im Flug des Flugzeugs durchzuführen. Hierbei erweist es sich als schwierig, wenn nicht gar unmöglich, das Propellerblatt in allen interessierenden Rotationsstellungen um seine Rotationsachse mit der Kameraanordnung vom Flugzeug aus zu erfassen. Gleichzeitig sind nur sehr kurze Belichtungszeiten möglich, um Bewegungsunschärfe in den Bildern des Punktemusters klein zu halten. Derart kurze Belichtungszeiten erfordern hohe Beleuchtungsintensitäten, insbesondere bei Aufnahme der Bilder aus größerer Entfernung von dem Propellerblatt. Bei derartigen Aufnahmen des Propellerblatts aus größerer Entfernung machen sich auch Schwingungen der Struktur des Flugzeugs, an der die Kameraanordnung gelagert ist, in Form von Bewegungsunschärfe des Punktemusters in den Bildern bemerkbar.
Aus der DE 10 2009 029 179 A ist es auch bekannt, dass statt oder zusätzlich zu einer stereoskopischen Kameraanordnung das Punktemuster aus einer weiteren definierten Richtung auf das Propellerblatt projiziert werden kann, um bereits aus einem Bild des Punktemusters auf dem Rotorblatt auf Deformationen des Propellerblatts schließen zu können. Aber auch bei diesem aus der DE 103 41 959 A bekannten und als PROPAC bezeichneten Verfahren erweist es sich als vorteilhaft, das Punktemuster auf dem Propellerblatt mit einer stereoskopischen Kameraanordnung aufzunehmen, um Zweideutigkeiten hinsichtlich der Deformationsrichtung des Propellerblatts aufzulösen, die bei der Auswertung von nur aus einer zur Projektionsrichtung unterschiedlichen Richtung aufgenommenen Bildern des Punktemusters auf dem Propellerblatt auftreten können.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe gelagerten und mit der Nabe schnell um eine Rotationsachse rotierenden Objekts und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Kameraanordnung aufzuzeigen, mit denen die geschilderten Nachteile bekannter Verfahren zum Messen von Deformationen von Propeller- oder Rotorblättern im Flug eines Flugzeugs oder Hubschraubers oder im Betrieb einer Turbine oder Windkraftanlagen vermieden werden.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Kameraanordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 16 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Kameraanordnung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe gelagerten und mit der Nabe schnell um eine Rotationsachse rotierenden Objekts, wobei mit einer Kameraanordnung zu einem Zeitpunkt, der einer bestimmten Rotationslage des Objekts um die Rotationsachse entspricht, mindestens ein Bild des Objekts aus mindestens einer bestimmten Richtung aufgenommen wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung drehfest an der Nabe gelagert ist, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt um die Rotationsachse rotiert. Dabei kann das Objekt mit Markierungen oder einem Punktemuster versehen sein oder solche Markierungen können oder ein solches Punktemuster kann auch aus einer weiteren Richtung auf das Objekt projiziert werden, um das Messen seiner Deformationen zu erleichtern. Entscheidend ist hier jedoch, dass die Kameraanordnung nicht möglichst unbeweglich an einer Struktur gelagert ist, gegenüber der das Objekt um die Rotationsachse rotiert, sondern mit dem Objekt um die Rotationsachse rotiert. Hierdurch wird Bewegungsunschärfe, die sich aus der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Struktur ergibt, gegenüber der das Objekt um die Rotationsachse rotiert, in den mit der Kameraanordnung aufgenommenen Bildern grundsätzlich vermieden. Auch Bewegungsunschärfe durch Schwingungen der Struktur, der gegenüber das Objekt um die Rotationsachse rotiert, beeinflusst die Bilder der Kameraanordnung nicht. Zudem ist für die mit dem Objekt um die Rotationsachse rotierende Kameraanordnung das Objekt in jeder Rotationslage um die Rotationsachse zugänglich, das heißt sichtbar. Diese Sichtbarkeit ist in aller Regel in allen Rotationslagen des Objekts um die Rotationsachse wegen der mit dem Objekt rotierenden Kameraanordnung sogar vollkommen gleich.
Es versteht sich, dass eine drehfeste Lagerung der Kameraanordnung an der Nabe bei hohen Drehgeschwindigkeiten, mit der die Nabe zusammen mit dem interessierenden Objekt umläuft, mechanisch hoch beansprucht wird und entsprechend belastbar ausgeführt werden muss. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich eine solche belastbare Lagerung der Kameraanordnung mit vertretbarem Aufwand realisieren last. Ebenso hat sich herausgestellt, dass Abbildungsverhältnisse der Kameraanordnung realisierbar sind, d. h. insbesondere Winkel der Richtungen, unter denen die Aufnahmen des interessierenden Objekts erfolgen können, die für das Messen von Deformationen des interessierenden Objekts auch dann ausreichend sind, wenn die Kameraanordnung in relativ geringem axialen Abstand von dem Objekt an der Nabe gelagert wird, so dass sie beispielsweise die übliche Anströmung eines Propellers eines Flugzeugs, bei dem Deformationen seiner Blätter von Interesse sind, nicht verändert.
Bevorzugt ist es bei dem neuen Verfahren, wenn mit der Kameraanordnung zu dem bestimmten Zeitpunkt, der der bestimmten Rotationslage des interessierenden Objekts um die Rotationsachse entspricht, zwei oder noch mehr Bilder des Objekts aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden, um die Informationsbasis für das Bestimmen der Deformationen des Objekts zu verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Verfahrens werden zum Zwecke der Ausbildung einer stereoskopischen Kameraanordnung zwei Bildsensoren Rücken an Rücken angeordnet, d. h. ihre lichtempfindlichen Vorderseiten werden voneinander abgekehrt Vor diesen beiden Bildsensoren wird jeweils ein Objektiv angeordnet, wobei die beiden Objektive koaxial zueinander ausgerichtet werden. Vor den Objektiven wiederum wird jeweils ein Umlenkspiegel angeordnet. Mit den beiden Umlenkspiegeln werden die Blickfelder der beiden Bildsensoren auf dem interessierenden Objekt zur Überdeckung gebracht. Die Anordnung der Bildsensoren, der Objektive und der Umlenkspiegel ist spiegelsymmetrisch zu einer zwischen den Bildsensoren verlaufenden Symmetrieebene und nahezu rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse des interessierenden Objekts, wenn diese in der Symmetrieebene normal zu der gemeinsamen optischen Achse der Objektive verläuft. Die geringen Abweichungen von einer Rotationssymmetrie basieren darauf, dass die Umlenkspiegel auch seitlich gekippt werden müssen, um die Blickfelder der beiden Bildsensoren symmetrisch zur Überdeckung zu bringen, und darauf, dass die Bildsensoren gegenüber der gemeinsamen optischen Achse der beiden koaxial ausgerichteten Objekte vorzugsweise gegenläufig gekippt werden, um bei der Abbildung des interessierenden Objekts das Scheimpflug-Kriterium einzuhalten.
Auch wenn ein abweichender Kameraaufbau ohne Rücken an Rücken angeordnete Bildsensoren und davor angeordnete koaxial ausgerichtete Objektive gewählt wird, ist die Einhaltung des Scheimpflug-Kriteriums bei dem neuen Verfahren bevorzugt.
Nach dem Scheimpflug-Kriterium wird trotz nicht paralleler Ausrichtung des Bildsensors zu der Ebene, längs derer sich das Objekt erstreckt, dennoch eine scharfe Abbildung erzielt, wenn sich Objektebene, Objektivebene und Bildebene längs einer gemeinsamen Achse schneiden. Die Einhaltung des Scheimpflug-Kriteriums erlaubt es, mit kürzeren Verschlusszeiten bei der Aufnahme von Bildern des interessierenden Objekts zu arbeiten, als wenn die Schärfe der Bilder des Objekts ausschließlich durch Tiefenschärfe der Abbildung mit einer kleinen Blende erzielt werden müsste. Eine bei dem neuen Verfahren ausreichende Tiefenschärfe stellt sich nur bei sehr kleiner Blende und entsprechend geringer Lichtausbeute ein. Die Einhaltung des Scheimpflug-Kriteriums ermöglicht es, dieselbe Bildschärfe bei größerer Blende zu erzielen und damit eine entsprechend größere Lichtausbeute. Zusammen mit der geringeren Neigung der Bilder des Objekts zu Bewegungsunschärfe, die längere Verschlusszeiten und auch damit eine höhere Lichtausbeute erlaubt, kommt das neue Verfahren mit deutlich geringerer Beleuchtungsintensität des interessierenden Objekts aus als der Stand der Technik.
Die beschriebene nahezu rotationssymmetrische Ausbildung der Kameraanordnung erleichtert es nicht nur, die Kameraanordnung bezüglich der Rotationsachse des Objekts auszuwuchten, um die Rotationsbewegung des Objekts nicht durch Unwuchten der mitrotierenden Kameraanordnung zu stören, sondern auch die unvermeidbar auf alle Teile der Kameraanordnung einwirkenden Fliehkräfte durch einen einfachen mechanischen Aufbau abzufangen.
Die hohe Lichtausbeute des neuen Verfahrens bedeutet nicht, dass es nicht günstig sein kann, das Objekt beim Aufnehmen der Bilder mit einer Lichtquelle zu beleuchten, um eine vom Umgebungslicht unabhängige Ausleuchtung der Bilder zu erzielen. Bei dem neuen Verfahren reicht hierfür jedoch eine Lichtquelle relativ geringer Intensität aus. Dabei wird diese Lichtquelle vorzugsweise ebenfalls drehfest an der Nabe gelagert, an der auch das interessierende Objekt gelagert ist, so dass sie beim Aufnahmen der Bilder mit dem Objekt rotiert. So werden auch bezüglich der Beleuchtung des Objekts von der aktuellen Rotationslage des Objekts um die Rotationsachse unabhängige Beleuchtungsverhältnisse geschaffen. Möglich ist die mitrotierende Lichtquelle, weil die erforderliche Beleuchtungsintensität bei dem neuen Verfahren nur gering ist und entsprechend auch der Energiebedarf für die Lichtquelle. Dies gilt insbesondere, wenn es sich um eine Blitzlichtquelle handelt, die nur dann Licht abstrahlt, wenn es für die Aufnahme eines Bilds des interessierenden Objekts benötigt wird, die also mit der Kameraanordnung synchronisiert ist, und wenn der Lichtquelle eine ihr Licht auf das interessierende Objekt konzentrierende Projektionsoptik vorgeschaltet ist.
Weiterhin kann die Qualität der Bilder des Objekts dadurch gesteigert werden, dass das Objekt mit monochromatischem Licht von der Lichtquelle beleuchtet wird und beim Aufnahmen der Bilder eine auf die Wellenlänge des monochromatischen Lichts abgestimmte Bandpassfilterung des registrierten Lichts vorgenommen wird. Hierdurch wird das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber normalerweise weißem Umgebungslicht unempfindlich, wodurch sich auch die von der mitrotierenden Lichtquelle benötigte Lichtleistung und damit Ihre notwendige Leistungsaufnahme weiter reduzieren.
Auch eine etwaige Projektionseinrichtung zur Projektion eines optischen Musters auf das Objekt während des Aufnehmens der Bilder des Objekts wird bei dem neuen Verfahren vorzugsweise drehfest an der Nabe gelagert, so dass sie beim Aufnehmen der Bilder mit dem Objekt rotiert. So werden von der jeweiligen Rotationslage des Objekts um die Rotationsachse unabhängige Projektionsverhältnisse geschaffen.
Die mit der Kameraanordnung aufgenommenen Bilder können bei dem neuen Verfahren direkt drahtlos an eine nicht mit dem Objekt rotierende Empfangseinrichtung übermittelt werden. Zusätzlich oder stattdessen können sie in einem Speicher gespeichert werden, der an der Nabe gelagert ist, so dass er beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt rotiert. In diesem Fall kommt das neue Verfahren ohne eine Peripherie, d. h. zusätzliche Ausrüstung neben den mit dem Objekt rotierenden Teilen aus.
So ist es bei dem neuen Verfahren auch bevorzugt, wenn eine Batterie zur elektrischen Versorgung der Kameraanordnung und aller mit dem Objekt rotierenden Einrichtungen drehfest an der Nabe gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen der Bilder ebenfalls mit dem Objekt rotiert. Eine alternative elektrische Versorgung der rotierenden Einrichtungen über Schleifringe oder dergleichen ist zwar grundsätzlich denkbar, aber weniger bevorzugt, insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer an der Nabe zu lagernden autarken Kameraanordnung. Unter dem Begriff Batterie sind hier unter anderem auch wieder aufladbare Batterien, zum Beispiel sogenannte Akkumulatoren aber auch sogenannte Supercaps, d. h. als Speicher für elektrische Energie geeignete Kondensatoren großer Kapazität, zu verstehen.
Bei dem neuen Verfahren ist keine Synchronisation der Kameraanordnung mit einer oder mehreren bestimmten Rotationsstellungen des interessierenden Objekts erforderlich, um überhaupt Bilder des interessierenden Objekts aufnehmen zu können. Das interessierende Objekt befindet sich immer im Blickfeld der Kameraanordnung. Dennoch ist es bei der Durchführung des neuen Verfahrens in aller Regel von Interesse, festzulegen, in welcher Rotationsstellung sich das interessierende Objekt bei der Aufnahme der Bilder befindet. Zu diesem Zweck kann das Aufnehmen der Bilder durch eine Triggeranordnung ausgelöst werden, die erfasst, wann sich das Objekt in einer gegenüber einem nicht mit dem Objekt rotierenden Element definierten Rotationsstellung befindet. Mit der Triggeranordnung kann insbesondere ein gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem sich das Objekt in der gegenüber dem nicht rotierenden Element definierten Rotationsstellung befindet, einstellbar phasenverzögertes Triggersignal generiert werden, mit dem dann das Aufnehmen der Bilder mit der Kameraanordnung ausgelöst wird. So kann die Triggeranordnung zunächst die Dauer eines Umlaufs des interessierenden Objekts um die Rotationsachse bestimmen, um dann die Bilder in bestimmter Phasenlage relativ zu der gegenüber dem nicht rotierenden Element definierten Rotationsstellung aufzunehmen. Ein hierfür geeigneter digitaler Phasenschieber ist aus der DE 195 44 642 C1 bekannt.
Die Triggeranordnung kann bei dem neuen Verfahren insgesamt drehfest an der Nabe gelagert werden, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt rotiert, um den Gedanken der autarken Kameraanordnung weiterzuverfolgen. Grundsätzlich kann die Triggeranordnung aber auch an der Struktur gelagert sein, gegenüber der das interessierende Objekt rotiert, und ihr Triggersignal drahtlos an die Kameraanordnung übermitteln.
Wie bereits angedeutet wurde, ist bei dem neuen Verfahren das interessierende Objekt insbesondere ein Blatt eines Propellers oder Rotors eines Flugzeugs bzw. eines Hubschraubers, einer Turbine oder einer Windkraftanlage. Bei einem solchen Propeller oder Rotor wird die Kameraanordnung vorzugsweise unter einem die Nabe des Propellers oder Rotors abdeckenden und mit Fenstern versehenen Spinner angeordnet. Dabei ist auch der Begriff Spinner hier weit auszulegen. Er schließt zumindest jedwede Anström- oder Nachlaufhaube eines Propellers ebenso wie jede Nabenabdeckung eines Rotors ein. Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung zeigt es sich, dass ein vorhandener Spinner bis auf das Anbringen eines oder mehrerer Fenster, durch die die Kameraanordnung auf das interessierende Blatt des Propellers oder Rotors blickt, in seinem äußeren Erscheinungsbild nicht verändert werden muss. Vielmehr ist in Spinner bekannter Propeller ausreichend Platz für die drehfeste Lagerung der Kameraanordnung an der Nabe des Propellers.
Die erfindungsgemäße Kameraanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Montagebasis zur drehfesten Lagerung an der Nabe auf. An dieser Montagebasis sind alle Bestandteile der Kameraanordnung drehfest gelagert, die mit der Kameraanordnung und damit mit dem interessierenden Objekt bei der Durchführung des neuen Verfahrens rotieren. Hierzu kann auch ein Kleinrechner zur Steuerung der Kameraanordnung gehören, ebenso wie eine Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation mit der Kameraanordnung. Alle weiteren Detail von bevorzugten Ausführungsformen der neuen Kameraanordnung wurden bereits bei der Erläuterung des neuen Verfahrens beschrieben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 zeigt eine an der Nabe eines Propellers drehfest gelagerte erfindungsgemäße Kameraanordnung in einer perspektivischen Seitenansicht.
2 ist eine Draufsicht auf den Propeller gemäß 1.
3 ist ein Detail der Kameraanordnung gemäß 1.
4 zeigt den für die Kameraanordnung innerhalb des Spinners eines Propellers zur Verfügung stehenden Bauraum in einer perspektivischen Ansicht.
5 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kameraanordnung.
FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt einen Propeller 1 mit an einer Nabe 2 gelagerten Blättern 3, wobei ein Blatt 3 als interessierendes Objekt 4 an seiner Vorderseite mit einem stochastischen Punktemuster 5 versehen ist. Der Propeller 1 läuft in seiner Verwendung um eine Rotationsachse 6 um. Um während dieser Rotation auftretende Deformationen des Objekts 4 zum Beispiel aufgrund des Eintretens in unterschiedliche Druckbereiche, die durch einen Tragflügel eines Flugzeugs verursacht werden, an welchem ein den Propeller 1 aufweisendes Triebwerk gelagert ist, zu messen, ist eine Kameraanordnung 7 vorgesehen. Die Kameraanordnung 7 ist über eine Montagebasis 8 drehfest an der Nabe 2 gelagert, und alle Teile der Kameraanordnung 7 stützen sich drehfest an der Montagebasis 8 ab. Zu diesen Teilen zählen ein Gehäuse 9, das eine Kameraelektronik und Bildsensoren aufnimmt und an dem zwei in entgegengesetzten Richtungen blickende, aber koaxial angeordnete Objektive 10 gelagert sind. Weiterhin zählen hierzu zwei Umlenkspiegel 11, die die Blickfelder der Objektive 10 so umlenken, dass sie im Bereich des Rotorblatts 3 mit dem Punktemuster 5 überlappen; eine Lichtquelle 12 zur Beleuchtung dieses Rotorblatts 3, ein Kleinrechner 13 zum Steuern der Kameraanordnung einschließlich der Lichtquelle 12 und zum Speichern der mit der Kameraanordnung 7 aufgenommenen Bilder des Objekts 4, sowie eine Batterie 14 zur elektrischen Versorgung der gesamten Kameraanordnung 7. Es versteht sich, dass die gesamte Kameraanordnung 7 bezüglich der Rotationsachse 6 ausgewuchtet und dazu bezüglich der Rotationsachse 6 möglichst drehsymmetrisch aufgebaut ist. Mit der Kameraanordnung 7 kann in jeder Rotationsstellung um die Rotationsachse 6 ein Bild des Objekts 4 aufgenommen werden, weil durch das Mitrotieren der Kameraanordnung 7 keine Verschiebung ihres Blickfelds gegenüber dem Objekt 4 eintritt. So können Deformationen des Objekts 4 in Abhängigkeit von seiner Rotationsstellung über den gesamten Umfang des Propellers 1 erfasst werden.
In der Draufsicht gemäß 2 ist der Propeller 1 mit durch einen Spinner 15 abgedeckter Nabe dargestellt. Dabei unterscheidet sich der Spinner 15 nicht von einem die Nabe bei dem Propeller 1 auch ohne die Kameraanordnung abdeckenden Spinner 15, außer dass (typischerweise ein bis drei) Fenster 19 vorgesehen sind, über die die Kameraanordnung 7 auf das Objekt 4 blickt und durch die das Objekt mit der Lichtquelle 12 beleuchtet wird.
3 zeigt als Detail der Kameraanordnung 7 gemäß 1 den Inhalt des Gehäuses 9. In dem Gehäuse 9 ist hinter jedem der koaxialen Objektive 10 mit ihrer gemeinsamen optischen Achse 16 ein Bildsensor 17 angeordnet. Zwischen den Bildsensoren 17 befindet sich die Kameraelektronik 18. Die Rücken an Rücken angeordneten Bildsensoren 17 sind gegenüber der optischen Achse 16 verkippt, um das Scheimpflug-Kriterium einzuhalten, nach dem sich Objektebene, Objektivebene und Bildebene längs einer Geraden schneiden müssen, um eine maximale Schärfe bei der Abbildung eines nicht parallel zu den Bildsensoren 17 angeordneten Objekts zu erzielen. Die Rotationsachse 6 verläuft normal zu der optischen Achse 16 durch eine Symmetrieebene des Gehäuses 9, zu der die Kameraanordnung 7 spiegelsymmetrisch aufgebaut ist.
4 zeigt den Zentralbereich eines Propellers 1 mit von dem Spinner 15 abgedeckter Nabe 2, wobei ein Teil des Spinners 15 weggebrochen ist, um einen innerhalb des Spinners 15 freien Bauraum 20 aufzuzeigen, in dem die Kameraanordnung 7 gemäß 1 untergebracht werden kann, ohne die Form des Spinners 15 ändern zu müssen. Durch die Kameraanordnung in dem Bauraum 20 verändert sich die Anströmung oder Abströmung des Propellers 1 nicht. In dem Spinner 15 für die Kameraanordnung vorgesehene Fenster 19 sind für diese Strömungsverhältnisse unerheblich.
Die in dem Blockschaltbild gemäß 5 gezeigten Elemente der Kameraanordnung 7 können sämtlich drehfest an der Nabe gelagert werden, an der auch das interessierende Objekt gelagert ist. In jedem Fall drehfest an der Nabe gelagert sind zwei hier separat dargestellte Kameras 21, die jeweils neben einem der Objektive 10 einen der Bildsensoren umfassen. Vorzugsweise auch drehfest an der Nabe gelagert ist die Lichtquelle 12, die insbesondere eine Blitzlichtquelle mit vorgeschalteter Projektionsoptik 22 ist. Die Projektionsoptik 22 kann dazu genutzt werden, mit der Lichtquelle 12 ein Punktemuster aus einer bestimmten Richtung auf das interessierende rotierende Objekt zu projizieren oder auch nur dazu, das Licht von der Blitzlichtquelle 12 auf das interessierende Objekt zu konzentrieren, um mit möglichst wenig Energie für die Versorgung der Blitzlichtquelle 12 auszukommen. Der Kleinrechner 13 zum Empfangen von Bilddaten 23 von den beiden Kameras 21 ist vorzugsweise ebenfalls drehfest an der Nabe gelagert. Sonst muss er die Bilder 23 drahtlos von den Kameras 21 empfangen. Der Kleinrechner 13 kann über eine Kommunikationsverbindung 24 auf einen Speicher 25 zugreifen, um beispielsweise die Bilddaten 23 abzulegen. Wenn der Speicher 25 nicht drehfest an der Nabe gelagert ist, ist die Kommunikationsverbindung 24 drahtlos auszuführen. Für eine Kommunikation mit nicht mitrotierenden Einrichtungen ist in jedem Fall eine Schnittstelle 26 zur drahtlosen Kommunikation an der Nabe drehfest gelagert, die eine Kommunikationsverbindung 27 zu dem Kleinrechner 13 aufweist. Von einem Zeit- und/oder Positionssignalempfänger 28 empfängt der Kleinrechner 13 einen Zeit- und/oder Positionscode 29, beispielsweise ein GPS- oder IRIG-Signal. Mit diesem Code versieht der Kleinrechner die Bilddaten 23 für deren Zuordnung zu einem bestimmten Betriebszustand des interessierenden Objekts. Der Zeit- und/oder Positionssignalempfänger 28 muss nicht mit dem interessierenden Objekt rotieren, wenn er seinen Zeit- und/oder Positionscode drahtlos an den Kleinrechner 13 übermittelt. Eine Triggeranordnung 30, die über ein Triggersignal 31 die Kameras 21 ansteuert, damit diese zeitgleich ein Bild des interessierenden Objekts aufnehmen, und die dieses Triggersignal 31 auch an den Kleinrechner 13 übermittelt, weist einen Triggerimpulsgeber 35 auf, bei dem es sich insbesondere um einen optischen Signalgeber, wie beispielsweise eine Lichtschranke, handelt, die dann einen Triggerimpuls 32 ausgibt, wenn sich das interessierende Objekt bzw. die mit diesem rotierende Kameraanordnung 7 in einer bestimmten Rotationsstellung gegenüber einem nicht mitrotierenden Objekt befindet. Dieser Triggerimpuls 32 wird in einem Phasenschieber 33 verzögert, um das Triggersignal 31 dann zu geben, wenn sich das interessierende Objekt in einer bestimmten Position befindet, die durch eine bestimmte Phasenlage definiert ist. Über eine Kommunikationsverbindung 34 kann der Kleinrechner 13 den Phasenschieber 33 zum Beispiel so ansteuern, dass nacheinander Bilder des interessierenden Objekts in aufeinanderfolgenden Phasenlagen aufgenommen werden, um mit den Bildern alle möglichen Phasenlagen des Objekts zu erfassen. Die Triggeranordnung 30 muss nicht mit dem interessierenden Objekt rotieren, sofern sie das Triggersignal 31 drahtlos übermittelt und die Kommunikationsverbindung 34 mit dem Kleinrechner 13 drahtlos ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Propeller
2: Nabe
3: Rotorblatt
4: Objekt
5: Punktemuster
6: Rotationsachse
7: Kameraanordnung
8: Montagebasis
9: Gehäuse
10: Objektiv
11: Umlenkspiegel
12: Lichtquelle
13: Kleinrechner
14: Batterie
15: Spinner
16: optische Achse
17: Bildsensor
18: Kameraelektronik
19: Fenster
20: Bauraum
21: Kamera
22: Projektionsoptik
23: Bilddaten
24: Kommunikationsverbindung
25: Massenspeicher
26: Schnittstelle
27: Kommunikationsverbindung
28: Zeit- und/oder Positionssignalempfänger
29: Zeit- und/oder Positionscode
30: Triggeranordnung
31: Triggersignal
32: Triggerimpuls
33: Phasenschieber
34: Kommunikationsverbindung
35: Triggerimpulsgeber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009029179 A [0003, 0004]
DE 10341959 A [0004]
DE 19544642 C1 [0019]

Claims

Verfahren zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe (2) gelagerten und mit der Nabe (2) schnell um eine Rotationsachse (6) rotierenden Objekts (4), wobei mit einer Kameraanordnung (7) zu einem Zeitpunkt, der einer bestimmten Rotationslage des Objekts um die Rotationsachse (6) entspricht, mindestens ein Bild des Objekts (4) aus mindestens einer bestimmten Richtung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung (7) drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) um die Rotationsachse (6) rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kameraanordnung (7) zu dem bestimmten Zeitpunkt zwei Bilder des Objekts (4) aus zwei unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kameraanordnung (7) zwei Bildsensoren (17) Rücken an Rücken angeordnet werden, wobei die Blickfelder der beiden Bildsensoren (17) mit einander gegenüberliegenden Umlenkspiegeln (11) auf dem Objekt (4) zur Überdeckung gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung (7) so an der Nabe (2) gelagert wird, dass eine gemeinsame optische Achse (16) von zwei koaxial ausgerichteten Objektiven (10) der Kameraanordnung (7) normal zu der Rotationsachse (6) verläuft, um die die Kameraanordnung (7) mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufnehmen der Bilder des Objekts (4) das Scheimpflug-Kriterium eingehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (12) zur Beleuchtung des Objekts (4) während des Aufnehmens des mindestens einen Bilds drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (4) mit monochromatischem Licht von der Lichtquelle (12) beleuchtet wird und dass das mindestens eine Bild des Objekts (4) bei der Wellenlänge des monochromatischen Lichts aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektionseinrichtung zur Projektion eines optischen Musters auf das Objekt (4) während des Aufnehmens des mindestens einen Bilds drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bild von der Kameraanordnung (7) drahtlos an eine Empfangseinrichtung übertragen wird, die nicht mit dem Objekt (4) rotiert, und/oder in einem Speicher (25) gespeichert wird, der an der Nabe (2) gelagert wird, so dass er beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeit- und/oder Positionssignalempfänger (28) drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass er beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) rotiert, und dass das mindestens eine Bild mit einem von dem Zeit- und/oder Positionssignalempfänger (28) empfangenen Zeit- und/oder Positionscode (29) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie (14) zur elektrischen Versorgung der Kameraanordnung (7) und aller mit dem Objekt (4) rotierenden Einrichtungen drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds ebenfalls mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnehmen des mindestens einen Bilds durch eine Triggeranordnung (30) ausgelöst wird, die erfasst, wann sich das Objekt (4) in einer gegenüber einem nicht mit dem Objekt (4) rotierenden Element definierten Rotationsstellung befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Triggeranordnung (30) ein gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem sich das Objekt (4) in der gegenüber dem nicht rotierenden Element definierten Rotationsstellung befindet, einstellbar phasenverzögertes Triggersignal (31) generiert wird, mit welchem das Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit der Kameraanordnung (7) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggeranordnung (30) drehfest an der Nabe (2) gelagert wird, so dass sie beim Aufnehmen des mindestens einen Bilds mit dem Objekt (4) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schnell rotierende Objekt (4) ein Blatt (3) eines Rotors oder Propellers (1) ist und dass die Kameraanordnung (7) unter einem die Nabe (2) des Rotors oder Propellers (1) abdeckenden und mit Fenstern (19) versehenen Spinner (15) des Rotors oder Propellers (1) angeordnet wird.
Kameraanordnung (7) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Bildsensor (17), um zu einem Zeitpunkt, der einer bestimmten Rotationslage eines an einer Nabe (2) gelagerten und mit der Nabe (2) schnell um eine Rotationsachse (6) rotierenden Objekts (4) um die Rotationsachse entspricht, mindestens ein Bild des Objekts (4) aus mindestens einer bestimmten Richtung aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung (7) eine Montagebasis (8) zur drehfesten Lagerung an der Nabe (2) umfasst.
Kameraanordnung (7) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraanordnung (7) zwei Rücken an Rücken angeordnete Bildsensoren (17), um zum gleichen Zeitpunkt zwei Bilder des Objekts (4) aus zwei unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen, zwei koaxial ausgerichtete Objektive (10) und zwei vor den Objektiven (10) angeordnete Umlenkspiegel (11) aufweist.
Kameraanordnung (7) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame optische Achse (16) der beiden koaxial ausgerichteten Objektive (10) normal zu der Rotationsachse (6) verläuft.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bildsensor (17) und jedes zugehörige Objektiv (10) gegenüber dem Objekt (4) unter Einhaltung des Scheimpflug-Kriteriums angeordnet ist.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (12) zur Beleuchtung des Objekts (4) während des Aufnehmens des mindestens einen Bilds drehfest an der Montagebasis (8) gelagert ist.
Kameraanordnung (7) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine monochromatische Lichtquelle ist und dass mindestens einem Bildsensor (17) ein auf die Wellenlänge des monochromatischen Lichts abgestimmtes Bandpassfilter vorgeschaltet ist.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektionseinrichtung zur Projektion eines optischen Musters auf das Objekt (4) während des Aufnehmens des mindestens einen Bilds drehfest an der Montagebasis (8) gelagert ist.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender zum drahtlosen Übertragen des mindestens einen Bilds an eine nicht rotierende Empfangseinrichtung und/oder ein Speicher (25) für das mindestens eine Bild drehfest an der Montagebasis gelagert (8) ist.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeit- und/oder Positionssignalempfänger (28) drehfest an der Montagebasis (8) gelagert ist und dass die Kameraanordnung (7) das mindestens eine Bild mit einem von dem Zeit- und/oder Positionssignalempfänger (28) empfangenen Zeit- und/oder Positionscode (29) versieht.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie (14) zur elektrischen Versorgung der Kameraanordnung (7) und aller mit dem Objekt (4) rotierenden Einrichtungen drehfest an der Montagebasis (8) gelagert ist.
Kameraanordnung (7) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Triggeranordnung (30) vorgesehen ist, die erfasst, wann sich das Objekt (4) in einer gegenüber einem nicht mit dem Objekt (4) rotierenden Element definierten Rotationsstellung befindet, und die das Aufnehmen des mindestens einen Bilds auslöst.