DE102011017564A1 - Verfahren und System zum Prüfen einer Oberfläche auf Materialfehler - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche mit bekannter Position auf Materialfehler mittels einer auf einem unbemannten und autonom navigierenden Fluggerät angeordneten Kameraanordnung offenbart, welches aufweist: automatisches anfliegen der Oberfläche ausgehend von einem Startplatz, wobei Hindernisse durch Anwendung von Verfahren zum automatischen Erkennen von Hindernissen und Ausweichen umflogen werden können; kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts in Bezug auf die Oberfläche mit Hilfe eines Positionssensors; Aufnehmen einer Sequenz von Bildern der Oberfläche, wobei zwischen den einzelnen Bildern das Fluggerät entlang einer Flugbahn derart relativ zur Oberfläcrlappungsbereichen zumindest teilweise überlappende Bildausschnitte der Oberfläche aufweisen; und Zusammensetzen der Bilder der Sequenz zu einem Gesamtbild der Oberfläche, um eine Prüfung der Oberfläche auf Defekte und eine Lokalisierung von Defekten anhand des Gesamtbildes zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine System zum automatisierten Prüfen einer Oberfläche auf Materialfehler.
  • Materialfehler können negative Auswirkungen auf die Stabilität von Bauteilen an Bauwerken, wie z. B. Brückenpfeiler oder Rotorblätter von Windturbinen, haben. Insbesondere können sich Materialfehler fortpflanzen und zu gravierenden statischen Beeinträchtigungen führen. Deshalb werden die Oberflächen solcher Bauwerke üblicherweise regelmäßigen Prüfungen, insbesondere Sichtprüfungen unterzogen. Bei schwer erreichbaren und/oder in großer Höhe befindlichen Oberflächen (wie z. B. Flügel von Offshore-Windkraftanlagen) ist eine Prüfung auf Materialfehler mit großem Aufwand verbunden, da beispielsweise Personen aus großer Höhe abgeseilt werden müssen, um die zu prüfenden Oberflächen zu erreichen und anschließend zu inspizieren. Hierbei ist besonders der Zeitaufwand, jedoch auch der Sicherheitsaspekt beachtlich.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. ein System zum Prüfen von Oberflächen auf Materialfehler zur Verfügung zu stellen, die den damit verbundenen Aufwand und das Sicherheitsrisiko reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 6 sowie durch ein System gemäß Anspruch 5 gelöst. Beispielhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren und ein Messsystem zum Prüfen einer Oberfläche auf Materialfehler mittels einer auf einem unbemannten und autonom navigierenden Fluggerät angeordneten Kameraanordnung beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts in Bezug auf die Oberfläche mit Hilfe eines Positionssensors, Aufnehmen von wenigstens einem Bild der Oberfläche, um ein (z. B. automatisiertes) Prüfen des wenigstens einen Bildes auf Defekte in der Oberfläche zu ermöglichen und so Materialfehler der Oberfläche zu erkennen und zu lokalisieren.
  • Des Weiteren wird ein Verfahren und ein Messsystem zum Prüfen der Oberfläche von Rotorblättern von Windkraftanlagen auf Materialfehler mittels einer auf einem unbemannten und autonom fliegenden Fluggerät angeordneten Kameraanordnung beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung weist das Verfahren folgendes Schritte auf: kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts in Bezug auf die Oberfläche eines Rotorblattes mit Hilfe eines Positionssensors, Aufnehmen einer Sequenz von Bildern der Oberfläche, wobei zwischen den einzelnen Bildern das Fluggerät entlang einer Flugbahn derart relativ zur Oberfläche des Rotorblattes bewegt wird, dass jeweils benachbarte Bilder der Sequenz zumindest teilweise überlappende Bildausschnitte der Oberfläche des Rotorblattes darstellen, Zusammensetzen der Bilder der Sequenz zu einem Gesamtbild der Oberfläche des Rotorblattes und automatisiertes Prüfen der Bilder der Sequenz auf Defekte in der Oberfläche, um Materialfehler in der Oberfläche des Rotorblattes zu erkennen und zu lokalisieren.
  • Im Übrigen wird ein Messsystem beschreiben, welches zur Durchführung der oben erwähnten Verfahren geeignet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten. Die in den Figuren dargestellten Komponenten sind zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Es zeigen:
  • 1 in einer Vorderansicht eine Oberfläche mit einem Materialfehler und sich teilweise überlappende Bilder der Oberfläche entlang einer Flugbahn des Fluggerätes,
  • 2 in einer Seitenansicht eine Oberfläche und das Fluggerät mit einer Kameraanordnung,
  • 3 in einer Seitenansicht eine Oberfläche und die Kameraanordnung mit verschiedenen Öffnungswinkeln,
  • 4 in einem Blockschaltbild das Fluggerät und eine Steuereinheit und
  • 5 eine Windkraftturbine mit Rotorblättern und dem Fluggerät.
  • In 1 ist in einer Vorderansicht eine beliebige Oberfläche 100 dargestellt. Es handelt sich bei der Oberfläche 100 z. B. um eine schwer erreichbare, beispielsweise in großer Höhe befindliche Oberfläche. Diese Oberfläche 100 kann Materialfehler 101 aufweisen. Der in 1 dargestellte Materialfehler 101 kann beispielsweise ein Riss sein. Erfindungsgemäß wird von der zu prüfenden Oberfläche 100 wenigstens ein erstes Bild 121 aufgenommen. In der Praxis wird es jedoch häufig vorkommen, dass die Oberfläche 100 zu groß ist, als dass sie durch ein einziges Bild 121 mit ausreichender Bildqualität erfasst werden könnte, insbesondere dann, wenn das Bild von einer Kamera mit Teleobjektiv aufgenommen wird. Deshalb kann wenigstens ein zweites Bild 122 oder eine Sequenz 120 von Bildern aufgenommen werden, die jeweils einzelne Oberflächenabschnitte der Oberfläche 100 darstellen.
  • Ist wenigstens ein zweites Bild 122, d. h. eine Sequenz 120 von Bildern notwendig, so können die einzelnen Bilder 121, 122 der Sequenz 120 in einer Weise aufgenommen werden, dass sich benachbarte Bilder in Überlappungsbereichen 123 wenigstens teilweise überlappen. Dadurch können die einzelnen Bilder 121, 122 der Sequenz 120 mittels Bildverarbeitung praktisch ”nahtlos” zu einem Gesamtbild 130 zusammengesetzt werden. Hierzu können beispielsweise an sich bekannte Image-Stitching-Methoden oder ein anderes geeignetes Bildverarbeitungsverfahren angewendet werden. Dabei ist auch eine Umrechnung der einzelnen Bilder in sogenannte Orthofotos möglich. Unter einem Orthofoto wird eine verzerrungsfreie und maßstabsgetreue Abbildung der Oberfläche verstanden, die durch photogrammetrische Verfahren aus den Bildern der Sequenz 120 abgeleitet wird.
  • Zur Erstellung des wenigstens einen Bildes 121 oder der Sequenz 120 von Bildern wird ein unbemanntes und autonom navigierendes Fluggerät 200 (englisch ”autonomous UAV” bzw. ”autonomous unmanned aerial vehicle”, auch als ”Drohne” bezeichnet) mit einer Kameraanordnung 210 verwendet werden. Das Fluggerät 200 fliegt beispielsweise entlang einer Flugbahn 110. Diese Flugbahn 110 wird so gewählt, dass die Kameraanordnung 210 des Fluggeräts 200 eine Sequenz 120 von Bildern aufnehmen kann, so dass sich zwischen den Einzelbildern 121, 122 Überlappungsbereiche 123 ergeben, um ein Gesamtbild 130 zu erzielen.
  • Das Fluggerät 200 kann ein sogenanntes ”Sense-and-Avoid-System” (auch ”See-andAvoid-System”) zur Erkennung von Hindernissen und zum automatisierten Ausweichen aufweisen. Derartige Systeme können über eine mindestens eine Kamera aufweisende Kameraanordnung 210 sowie über Abstandssensoren (z. B. Radarsensor oder Laserscanner) verfügen. Ein Sense-and-Avoid-System ist z. B. in der Publikation WO/2010/007115 beschrieben. Inbesondere bei der Inspektion einer Windkraftanlage in einem Windpark mit vielen Windkraftanlagen hat die Verwendung eines autonom navigierenden UAVs mit Sense-and-Avoid-System signifikannte Vorteile, da Kollisionen mit in der Flugbahn liegenden Windkraftanlagen praktisch automatisch vermieden wird. Als UAVs eignen sich besonders Helikopter, insbesondere Quadrotor-Helikopter.
  • In 2 ist eine Seitenansicht der Oberfläche 100 dargestellt. Der Materialfehler 101 ist ebenfalls skizziert. Weiterhin ist schematisch das Fluggerät 200 gezeigt, wobei sich das Fluggerät 200 in der Höhe h über dem Erdoberfläche 10 (bzw. Wasseroberfläche) und im Abstand d von der zu inspizierenden Oberfläche 100 befindet. Das Fluggerät 200 kann dabei beispielsweise in einem Schwebezustand einen festen Winkel β (z. B. 90°) sowie einen festen (vorgebbaren) Abstand d zur Oberfläche 200 einhalten. Für die weitere Bildverarbeitung (z. B. das oben erwähnte Image-Stitching) kann es von Vorteil sein, wenn die Bilder der Sequenz annähernd aus der gleichen Perspektive aufgenommen werden.
  • Das Fluggerät 200 kann eine Antriebseinheit 250, eine Speichereinheit 230, zumindest einen Positionssensor 220 sowie eine Kameraanordnung 210 aufweisen. Das Fluggerät 200 kann so ausgeführt sein, das es in der Lage ist, gegenüber der Erdoberfläche 10 und der Oberfläche 100 in einem Schwebezustand zu verharren. Beispielsweise kann das Fluggerät 200 ein VTOL-Fluggerät (engl. VTOL: vertical take-off and landing). VTOL-Fluggeräte sind in der Lage senkrecht zu starten, zu landen sowie zu schweben, d. h. in einer bestimmten Position in der Luft zu verharren. Die maximalen Außenabmessungen eines solchen Fluggeräts kann z. B. im Bereich von rund 2,5 m liegen. Solche Fluggeräte können beispielsweise eine Flugbahn 110 über die Oberfläche 100 hinweg durchfahren, wobei die Flugbahn in einem vorgegebenen definierten Abstand d zur Oberfläche 100 verläuft und das Fluggerät einen festen Winkel zur Oberfläche 100 einhält. Die Kameraanordnung 210 des Fluggeräts dient dazu, wenigstens ein Bild 121, 122 oder eine Sequenz 120 von Bildern der Oberfläche 100 aufzunehmen. Diese Bilder können in der Speichereinheit 230 abgelegt werden. Der Positionssensor 220 oder mehrere Positionssensoren können dafür vorgesehen sein, die Höhe h, die Entfernung d sowie den Winkel βkontinuierlich beispielsweise in vorgegeben Taktzyklen zu ermitteln. Dadurch kann die Relativposition und die Orientierung des Fluggeräts 200 relativ zur Oberfläche 100 kontinuierlich ermittelt und bei Bedarf geregelt werden. Bei der Ermittlung der Relativposition des Fluggeräts 200 kann die Höhe h und/oder der Abstand d und/oder der Elevationswinkel β und/oder der Azimutwinkel oder alle diese Größen berücksichtigt werden. Es ist auch denkbar, weitere nicht aufgeführte Hilfsgrößen, beispielsweise die Windgeschwindigkeit, bei der Bestimmung der Relativposition mit einzubeziehen. Häufig ist es Wünschenswert den Effekt der Windgeschwindigkeit auf das Fluggerät regelungstechnisch zu kompensieren. Aus Gründen der Energieeffizienz kann das Fluggerät immer in Windrichtung gedreht werden.
  • Der Positionssensor 220 kann wenigstens einen Laserscanner zur Abtastung der Oberfläche 100 aufweisen, um den Abstand d zur Oberfläche 100 (kontinuierlich) zu messen. Alternativ sind auch Radarsensoren einsetzbar. Auch GPS-Sensoren (z. B. in Verbindung mit Gyrosensoren) können zur Positionsmessung verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, dass die Relativposition des Fluggeräts 200 bzw. der darin verankerten Kameraanordnung 210 zur Oberfläche kontinuierlich gemessen und geregelt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hält das Fluggerät dabei einen vordefinierten Abstand d (optional auch und feste Winkel) zur Oberfläche 100 ein. Dadurch ist es möglich, auch von Oberflächen, die ein Profil aufweisen, wie beispielsweise die Rotorblätter einer Windkraftturbine, ein kontinuierliches Gesamtbild 130 zu erzeugen; insbesondere dann, wenn eine Sequenz 120 von Bildern aufgenommen wird. Die Positionierung des Fluggeräts 200 relativ zur untersuchenden Oberfläche kann beispielsweise durch einen bordeigenen Windprädiktor (Windrichtung und Windstärke) unterstützt werden. Durch einen Windprädiktor kann die jeweilige Windstärke bei der Positionierung des Fluggeräts berücksichtigt werden. Beispielsweise kann das Fluggerät 200 so navigiert werden, dass es sich in Windrichtung ausrichtet, wodurch der Energieverbrauch optimiert wird.
  • Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass das Fluggerät einen vordefinierten Abstand d und/oder einen festen Winkel β zur Oberfläche 100 einhält. Ist das nicht der Fall, so müssen die Bilder der aufgenommene Sequenz durch Bildverarbeitung skaliert und entzerrt werden. Beispielsweise kommt eine Umrechnung der Bilder der Sequenz in Orthofotos in Betracht. Da die Relativposition des Fluggerätes 200 für jedes aufgenommene Einzelbild der Sequenz bekannt ist, ist auch eine 3D-Rekonstruktion der Oberfläche möglich.
  • Das wenigstens eine Bild 121 der Oberfläche 100 kann automatisiert auf Defekte in der Oberfläche 100 geprüft werden, um Materialfehler 101 der Oberfläche zu erkennen und zu lokalisieren. Um dies zu realisieren, weist die Kameraanordnung 210 des Fluggeräts 200 zumindest eine Kamera 211 mit wenigstens einem Objektiv 212 auf. Gemäß einer Ausführungsform kann die Kamera 211, die Kameraanordnung 210, das Objektiv 212 oder können alle drei dieser Komponenten elektrisch verstellbar sein. Hierzu können geeignete Verstellmittel wie Elektromotoren vorgesehen sein. Insbesondere kann das Objektiv 212 so verstellbar ausgeführt sein, dass der Öffnungswinkel α des Objektivs 212 variiert werden kann (Zoom-Objektiv). Die Auswertung der Bilder oder der Sequenz von Bildern kann on- oder offline erfolgen. Beispielsweise kann eine geeignete und bekannte Bildverarbeitungssoftware eingesetzt werden. Alternativ kann die Auswertung aber auch durch visuelle Inspektion der Bilder oder der Sequenz von Bildern ohne Computerunterstützung erfolgen.
  • Ein variierbarer Öffnungswinkel α des Objektivs 212 ist erfindungsgemäß vorgesehen, um einerseits sich in einem Überlappungsbereich 123 überlappende Bilder 121, 122 (oder eine entsprechende Sequenz 120 von Bildern) aufzunehmen und andererseits, um den Öffnungswinkel abhängig von der Relativposition des Fluggeräts 200 zur Oberfläche 100 (d. h. Abhängig vom Abstand) so zu wählen, dass ein Materialfehler 101, beispielsweise ein Riss oder ein Loch, erkannt werden kann. Näherungsweise ergibt sich der zur Erkennung eines Materialfehlers 101 notwendige Öffnungswinkel beispielsweise aus α0 = arctan( n·s / 2·a·d) (Gleichung 1) wobei
    • n:
    die Pixelanzahl in einer Koordinatenrichtung der Kamerafläche,
    s:
    die Größe des zu erkennenden Materialfehlers, insbesondere die Breite eines Risses,
    a:
    die Pixelanzahl auf der der Materialfehler, insbesondere ein Riss, abgebildet werden soll und
    d:
    der Abstand des Fluggeräts bzw. der Kamera(-anordnung) zur Oberfläche.
  • Die Gleichung 1 ergibt sich aus strahlengeometrischen Betrachtungen. Die Pixelanzahl a auf der der Materialfehler 101 abgebildet werden soll kann dabei beispielsweise zu a > 2 gewählt werden, da es vorteilhaft ist, den Materialfehler 101 auf wenigstens zwei Pixel abzubilden.
  • Wie erwähnt kommt als Fluggerät insbesondere ein autonom navigierendes UAV in betracht. Gemäß einem Beispiel der Erfindung hat das UAV ein Sense-and-Avoid-System zum automatisierten Erkennen von Hindernissen und Ausweichen. Ein derartiges Sense-and-Avoid-System umfasst zur Navigation eine Kameraanordnung und einen Abstandssensor. Die Kameraanordnung kann, je nach Betriebsmodus, einerseits zur Abtastung der zu untersuchenden Oberfläche (Fluggerät im ”Inspektionsmodus”) dienen, andererseits zum Navigieren des Fluggeräts, um die Oberfläche aus größerer Entfernung anzufliegen (Navigationsmodus). Im Navigationsmodus (auch Sense-and-Avoid-Modus) wird die Kameraanordnung 210 insbesondere dazu verwendet, Hindernisse auf der Flugbahn des Fluggeräts zu erkennen, denen dann nach bestimmten vordefinierten Algorithmen automatisiert ausgewichen werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise beim Durchfliegen eines Windparks Windkraftanlagen (die nicht inspiziert werden sollen) oder auch Schiffen, die in der direkten Flugbahn liegen, automatisiert und autonom ausgewichen werden. Hat das Fluggerät 200 die zu untersuchende Oberfläche (z. B. den Rotor der zu inspizierenden Windkraftanlage) erreicht, so wird der Betriebsmodus vom Navigationsmodus in einen Inspektionsmodus gewechselt, bei dem mit Hilfe des Fluggeräts wie vorangehend beschrieben Materialfehler an der zu untersuchenden Oberfläche erkannt werden können. Die Kameraanordnung 210 des Fluggerätes 200 kann dabei mehrere entlang eines Kreisbogens angeordnete Einzelkameras aufweisen, die ein großes Sichtfeld von z. B. 220° abdecken. Im Navigationsmodus ist ein großes Sichtfeld wünschenswert. Im Inspektionsmodus kann z. B. eine Kamera des Kameraanordnung zur Aufnahme der oben genannten Bildsequenz der zu inspizierenden Oberfläche verwendet werden.
  • Die Kamera 211 der Kameraanordnung 210 kann beispielsweise als elektro-optische (EO) Kamera, als Nahinfrarotkamera (NIR) oder als Infrarotkamera (IR) ausgeführt werden. Es ist auch denkbar mehrere dieser Kameratypen in der Kameraanordnung 211 anzuordnen. Darüber hinaus sind auch beliebige andere geeignete Kameratypen verwendbar.
  • In 4 ist schematisch in einem Blockschaltbild ein Fluggerät 200 und eine zugehörige Steuereinheit 300 gezeigt. Das Fluggerät 200 kann von einem Nutzer über eine Steuereinheit 300 gesteuert werden. Die Steuereinheit weist im Wesentlichen ein Nutzerinterface 320 auf, über das der Nutzer manuell Steuersignale zur Steuerung des Fluggeräts 200 bewirken kann. Die Steuersignale können gemäß einer Ausführungsform mittels einer Antennenanordnung 310 in der Steuereinheit 300 über eine drahtlose Funkverbindung 260 an eine Antennenanordnung 240 in dem Fluggerät 200 an selbiges übertragen werden. Die Antennenanordnung 240 des Fluggeräts 200 kann mit der Antriebseinheit 250 verbunden sein. Die Antriebseinheit kann dazu ausgebildet sein, das Fluggerät 200 schwebend in einer bestimmten Position zu halten und die Steuersignale aus der Antennenanordnung 240 zu empfangen, zu verarbeiten und entsprechend den Wünschen des Nutzers eine Flugroute 110 abzufliegen.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ergibt sich, dass beim Inspizieren der Oberfläche 100 die Steuerung des Fluggeräts 200 auf ein zweidimensionales Problem reduziert wird, da der Abstand d zur Oberfläche 100 konstant geregelt wird. Der Nutzer kann auf diese Weise lediglich die Position in einer sich im Abstand d parallel zu der Oberfläche 100 befindlichen Ebene steuern. Es ist darüber hinaus selbstverständlich denkbar, dass der Nutzer den Abstand manuell ändert, indem beispielsweise die Regelung ausgeschaltet wird.
  • In 5 ist eine Windkraftturbine 400 dargestellt. Solche Windkraftturbinen 400 werden beispielsweise zunehmend bei der Stromerzeugung eingesetzt. Eine Windkraftturbine besteht im Wesentlichen aus einem Pfeiler 430 auf dem eine Gondel 420 angeordnet ist. In der Gondel 420 befindet sich beispielsweise der Triebstrang (insbesondere Wellen, Getriebe, Generator) der Turbine. An der Gondel sind Rotorblätter 410, 411 angeordnet. Üblicherweise weist eine Windkraftturbine 400 drei um 120° versetzte Rotorblätter auf. Windkraftturbinen zur Stromerzeugung können beispielsweise Rotordurchmesser im Bereich von 130 m aufweisen. Der Pfeiler 430 kann damit beispielsweise Höhen von etwa 100 m erreichen. Damit befinden sich die Oberflächen 100 der Rotorblätter 410, 411, der Gondel 420 sowie des Pfeilers 430 in beträchtlicher Höhe (bis über 150 m über der Erd- bzw. Wasseroberfläche). Insbesondere Rotorblätter 410, 411 sind während des Betriebs starken mechanischen Belastungen ausgesetzt und müssen daher regelmäßig überprüft werden. Gerade zur Inspektion von Windkraftturbinen 400 ist das erfindungsgemäße Verfahrens sehr gut geeignet. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, dass eine Person sich an zur Überprüfung der Oberflächen 100 auf Materialfehler 101 in große Höhen begibt. Insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen kann die Inspektion automatisch mit Hilfe eines UAVs durchgeführt werden und es müssen keine Menschen mehr zur Windkraftanlage im Meer befördert werden.
  • Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren ist Oberflächenprüfung an Rotorblättern aber auch an Gebäuden oder sonstigen schwer erreichbaren Oberflächen vorteilhaft einsetzbar. Fluggeräte, die sich im unkontrollierten Luftraum bewegen sind in zahlreichen Ländern nicht oder nur unter eingeschränkten Voraussetzungen zertifizierungspflichtig. Der kontrollierte Luftraum beginnt ab einer gesetzlich definierten Mindestflughöhe (in Europa h = 150 m). ”Gewöhnliche” Fluggeräte, insbesondere Flugzeuge, dürfen aus Sicherheitsgründen eine Flughöhe von h = 150 m nicht unterschreiten (ausgenommen Start und Landung).
  • So verbleibt für das erfindungsgemäße Fluggerät 200 üblicherweise lediglich ein Flugkorridor zwischen dem Erdboden und einer Flughöhe h = 150 m. Im Großstadtbereich mit entsprechend hohen Gebäuden oder in Windparks, insbesondere Offshore-Windparks, kann das Fluggerät 200 daher Hindernisse in der Regel nicht überfliegen, sondern muss vielmehr den Hindernissen auf geeignete Weise ausweichen. Weitere Hindernisse, die beispielsweise auf offener See in die Flugbahn des Fluggeräts geraten können, sind Containerschiffe, die bis zu m aus der Wasseroberfläche ragen können. Um diesen Hindernissen auszuweichen kann das Fluggerät 200 im vorangehend erläuterten NAvigations-Modus betrieben werden, in dem Hindernisse, beispielsweise Windkraftturbinen (automatisiert) erkannt und umflogen werden können. So bietet die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere den Vorteil, dass nicht für den allgemeinen Flugbetrieb zertifizierte Fluggeräte verwendet werden können.
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/007115 [0017]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche (100) mit bekannter Position auf Materialfehler (101) mittels einer auf einem unbemannten und autonom navigierenden Fluggerät (200) angeordneten Kameraanordnung (210), das aufweist: automatisches anfliegen der Oberfläche (100) ausgehend von einem Startplatz, wobei Hindernisse durch Anwendung von Verfahren zum automatischen Erkennen von Hindernissen und Ausweichen umflogen werden können; kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts (200) in Bezug auf die Oberfläche (100) mit Hilfe eines Positionssensors (220); Aufnehmen einer Sequenz (120) von Bildern (121, 122) der Oberfläche (100), wobei zwischen den einzelnen Bildern (121, 122) das Fluggerät (100) entlang einer Flugbahn (110) derart relativ zur Oberfläche (100) bewegt wird, dass die Bilder (121, 122) der Sequenz (120) in Überlappungsbereichen (123) zumindest teilweise überlappende Bildausschnitte der Oberfläche (100) aufweisen; und Zusammensetzen der Bilder (121, 122) der Sequenz (120) zu einem Gesamtbild (130) der Oberfläche (100), um eine Prüfung der Oberfläche (100) auf Defekte und eine Lokalisierung von Defekten anhand des Gesamtbildes (130) zu ermöglichen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Relativposition des Fluggeräts (200) kontinuierlich geregelt wird, sodass das Fluggerät (200) einen vordefinierten Abstand (d) und einen vorgegebene Orientierung relativ zur Oberfläche (100) einhält und die Flugbahn im wesentlichen parallel zur Oberfläche (100) verläuft.
  3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich das Fluggerät ein Sense-and-Avoid-System zum automatischen Erkennen von Hindernissen und zum automatisierten Ausweichen aufweist, wobei das Sense-and-Avoid-System anfangs sich in einem Navigationsmodus befindet, in dem automatisiert die Oberfläche angeflogen oder zum Startplatz zurückgeflogen wird, und wobei das Sense-and-Avoid-System nach dem Anfliegen der Oberfläche (100) in einen Inspektionsmodus umgeschalten wird, in dem Bilder der Oberfläche aufgenommen werden können.
  4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem wenigstens zwei in der Kameraanordnung (210) angeordnete Kameras die Sequenz (120) von Bildern (121, 122) der Oberfläche (100) aufnehmen.
  5. System zum Prüfen einer Oberfläche (100) mit bekannter Position auf Materialfehler (101); das System weit auf: ein Fluggerät (200) mit einer Steuereinheit, die in einem Navigationsmodus dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem Startplatz automatisiert die Oberfläche (100) anzufliegen und während des Flugs automatisiert Hindernisse zu erkennen und solchen auszuweichen, wofür das Fluggerät eine Kameraanodnung (210) und einen Positionssensor umfasst, wobei der Positionssensor (220), dazu ausgebildet ist, nach dem Anfliegen der Oberfläche (100) die Relativposition des Fluggeräts (200) in Bezug auf die Oberfläche (100) zu ermitteln, und wobei die Steuereinheit (300), in einem Inspektionsmodus dazu ausgebildet ist, das Fluggerät (200) automatisch entlang einer Flugbahn relativ zur Oberfläche (100) zu bewegen und währenddessen mit Hilfe der Kameraanordnung eine Sequenz (120) von sich teilweise überlappenden Bildern (121, 122) der Oberfläche (100) aufzunehmen sowie die zu jedem Bild die korrespondierende Relativposition zu messen, wobei die Bilder zu einem Gesamtbild der Oberfläche zusammensetzbar sind, um eine Prüfung der Oberfläche (100) auf Defekte und eine Lokalisierung von Defekten anhand des Gesamtbildes (130) zu ermöglichen.
  6. System, gemäß Anspruch 5, das weiter aufweist: einer in dem Fluggerät (200) angeordnete Speichereinheit (230), die dazu ausgebildet ist, von der Kameraanordnung (210) aufgenommene Bilder (121, 122) abzuspeichern, oder ein in dem Fluggerät (200) angeordnetes Funkmodul, das dazu ausgebildet ist, von der Kameraanordnung (210) aufgenommene Bilder (121, 122) an einen Funkempfänger zu senden.
  7. Verfahren zum Prüfen eines Rotorblattes einer Windkraftanlage mit bekannter Position auf Materialfehler (101) mittels einer auf einem unbemannten und autonom navigierenden Fluggerät (200) angeordneten Kameraanordnung (210), das Verfahren weist auf: automatisches anfliegen der Windkraftanlage ausgehend von einem Startplatz, wobei Hindernisse, insbesondere weitere Windkraftanlagen, durch Anwendung von Verfahren zum automatischen Erkennen von Hindernissen und Ausweichen umflogen werden können; kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts (200) in Bezug auf das zu inspizierende Rotorblatt mit Hilfe eines Positionssensors (220); Aufnehmen einer Sequenz (120) von Bildern (121, 122) einer Oberfläche (100) des Rotorblatts, wobei zwischen den einzelnen Bildern (121, 122) das Fluggerät (100) entlang einer Flugbahn (110) derart relativ zur Oberfläche (100) bewegt wird, dass die Bilder (121, 122) der Sequenz (120) in Überlappungsbereichen (123) zumindest teilweise überlappende Bildausschnitte der Oberfläche (100) des Rotorblatts aufweisen; und Zusammensetzen der Bilder (121, 122) der Sequenz (120) zu einem Gesamtbild (130) der Oberfläche (100), um eine Prüfung des Rotorblatts (100) auf an der Oberfläche sichtbare Defekte und eine Lokalisierung von Defekten anhand des Gesamtbildes (130) zu ermöglichen.
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem nach der Aufnahme der Sequenz von Bildern zum Startplatz zurückgeflogen oder ein weiteres Rotorblatt angeflogen wird, um eine weitere Sequenz von Bildern aufzunehmen.
  9. Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche (100) mit bekannter Position auf Materialfehler (101) mittels einer auf einem Fluggerät (200) angeordneten Kameraanordnung (210), das Verfahren weist auf: anfliegen der Oberfläche (100) ausgehend von einem Startplatz; kontinuierliches Messen einer Relativposition des Fluggeräts (200) in Bezug auf die Oberfläche (100) mit Hilfe eines Positionssensors (220); Aufnehmen mindestens einem Bild (121, 122) der Oberfläche (100), um eine automatische oder visuelle Prüfung der Oberfläche (100) auf Defekte und eine Lokalisierung von Defekten anhand des Gesamtbildes (130) zu ermöglichen.
  10. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die zu inspizierende Oberfläche die Oberfläche eines Rotorblattes einer Windkraftanlage ist.
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