DE102013110898B4

DE102013110898B4 - Verfahren zur Verbesserung der Aussagekraft thermografisch erhobener Daten zum Zustand von Rotorblättern an Windkraftanlagen in Betrieb

Info

Publication number: DE102013110898B4
Application number: DE102013110898.9A
Authority: DE
Inventors: Manoucher Doroshtnasir; Rainer Krankenhagen; Tamara Worzewski; Mathias Röllig
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: DE102013110898C5; DE102013110898A1

Abstract

Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer Drehung des Rotors, umfassend: – Aufnehmen zumindest einer ersten Aufnahme eines ersten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung; – Aufnehmen zumindest einer zweiten Aufnahme des Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung; – Referenzieren der zumindest ersten Aufnahme zur zumindest zweiten Aufnahme, sodass durch die Winkelorientierung bedingte Variationen einer Wärmestrahlung zumindest einer Wärmestrahlungsquelle von thermischen Signaturen, die den technischen Zustand des Rotorblatts charakterisieren, unterscheidbar sind.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Materialprüfung von Windkraftanlagen und betrifft insbesondere die Durchführung thermografischer Messungen an im Betrieb befindlichen Windkraftanlagen (WKA), das heißt während der Drehung des Rotors zur Stromerzeugung. Das vorgeschlagene Verfahren zielt auf die Verbesserung der Aussagefähigkeit von thermografisch ermittelten Daten, die an zumindest einem Rotorblatt eines drehenden Rotors erhoben werden. Es erlaubt verlässliche Aussagen zum Vorliegen von Schädigungen an Rotorblättern, ohne eine Unterbrechung des normalen Betriebs der WKA zu erfordern.
Naturgemäß liegt es im Interesse des Betreibers einer WKA, Ausfallzeiten der Windkraftanlage zu verkürzen oder gänzlich zu vermeiden. Daher werden Windkraftanlagen in regelmäßigen Abständen einer Zustandskontrolle unterzogen. Zumeist hochqualifizierte Serviceunternehmen untersuchen den Zustand der Rotorblätter, indem bei stillgelegtem Rotor, beispielsweise eine Klopfprüfung (Coin Tap Test) und eine Sichtprüfung durch einen Techniker direkt am Rotorblatt durchführt wird. Dazu wird das betreffende Rotorblatt mit einer Plattform abgefahren, oder ein Industriekletterer führt die Überprüfung unmittelbar am Rotorblatt durch. Die Klopfmethode erwies sich als schnelle und handliche Untersuchungsmethode, beruht jedoch unmittelbar auf subjektiven Eindrücken des Testers, entzieht sich somit einer Standardisierung und erfordert unweigerlich den Stillstand der Anlage. Es liegt jedoch ebenfalls im Interesse des Betreibers, inspektionsbedingte Stillstandszeiten zu verkürzen oder gänzlich zu vermeiden. Die Druckschriften DE 10022568 A1 und WO 2011/113402 A1 betrachten die passive thermografische Untersuchung einzelner Rotorblätter vom Hubschrauber aus. Diese Methoden sind vielversprechend, befinden sich jedoch noch im Zustand der Entwicklung. Jedoch beschäftigen sich diese Methoden nicht mit den Problemen, die in der Realität bei rotierenden Rotorblättern auftreten.
Eine weitere Möglichkeit der Zustandskontrolle beruht auf der Anwendung von Systemen aus der Luft- und Raumfahrt auf die speziellen Belange von Windkraftanlagen. So bietet beispielsweise die Fa. Automation Technology fertige Lösungen zur thermografischen Defektfindung an (www.c-checkir.com/professional.html). Weiterhin ist es ein Schwerpunkt der gegenwärtigen Forschung, mit Hilfe von Condition-Monitoring-Systemen (CMS), entstandene Schäden im Blatt zu erkennen. Dazu werden Schwingungsanalysen durchgeführt. Auch die CM-Systeme befinden sich noch im Entwicklungsstadium. Zur Überwachung müssen zunächst Sensoren an den Windkraftanlagen installiert werden. Daher sind im derzeitigen Bestand von Windkraftanlagen größtenteils keine CM Systeme installiert und können auch nicht ohne weiteres nachgerüstet werden.
Bereits 2006 zeigten die Autoren Meinlschmidt und Aderhold, dass die thermografische Untersuchung zur Zustandsüberwachung vielversprechend ist (vgl. „Thermographic Inspection of Rotor Blades“ in NDT.NET [online] Bd. 11, Nr. 11, 26. September 2006 ECNDT 2006 – Tu. 1.5.3 / XP002525987). DE 10 2012 203 455 A1 lehrt ein Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Oberflächenzustandes von Bauteilen und US 2012/ 0 076 345 A1 lehrt ein System und Verfahren für die Windturbinen-Inspektion.
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer Drehung des Rotors nach den Ansprüchen 1 und 12 und die Verwendung des Verfahrens zur Erstellung einer Datenbank nach Anspruch 29 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein optisches Verfahren, insbesondere ein thermographisches Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer Drehung des Rotors vorgeschlagen. Das vorgeschlagene thermografische Verfahren umfasst die Schritte:

– Erfassen zumindest einer ersten Aufnahme eines ersten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung;
– Erfassen zumindest einer zweiten Aufnahme des Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung;
– Referenzieren der zumindest ersten Aufnahme zur zumindest zweiten Aufnahme, sodass durch die Winkelorientierung bedingte Variationen einer Wärmestrahlung zumindest einer Wärmestrahlungsquelle von thermischen Signaturen, die den technischen Zustand des Rotorblatts charakterisieren, unterscheidbar sind.

Vorteile dieses Verfahrens umfassen die Steigerung der Zuverlässigkeit von Aussagen, die den technischen Zustand einer Windkraftanlage betreffen. Unter Variationen einer Wärmestrahlung werden sowohl Variationen einer unmittelbar vom Rotorblatt ausgehenden Wärmestrahlung – verursacht, beispielsweise, durch eine Erwärmung des Blattes im Ergebnis einer zuvor erfolgten Sonneneinstrahlung, durch eine wechselnde dynamische Belastung beim Drehen bzw. durch die zeitweise Verformung im Wind, insbesondere durch Reibung im Inneren des Blattes, oder durch eine eingebaute Heizung verstanden – als auch eine Variation einer Wärmestrahlung verstanden, die nicht unmittelbar vom Blatt ausgeht, sondern durch eine Reflexion von der Oberfläche des Rotorblatts auf die Kamera gerichtet wird und beispielsweise dadurch auftritt, dass sich während der Bewegung des Blattes die Intensität der reflektierten Wärmestrahlung ändert, weil sich beispielsweise eine Wolke vor die Sonne schiebt. Ebenso kann sich eine Variation der vom Blatt ausgehenden Wärmestrahlung ergeben durch, vom Erfassungswinkel abhängige, Variationen einer Emissivität des Rotorblattmaterials bzw. ihm aufliegender Verunreinigungen. Das kann sich beispielsweise in einer Änderung der reflektierten Anteile äußern. Ebenso kann, z.B. bei aktiver bzw. bei Lock-In-Thermografie, die wechselnde Orientierung eines Risses zur Kameraebene Variationen eines vom Rotorblatt ausgehenden thermischen Signals bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die zumindest erste und die zumindest zweite Aufnahme mit einer Wärmebildkamera im IR-Spektralbereich aufgenommen werden.
Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der hohen Empfindlichkeit thermografischer Untersuchungstechniken, gleichgültig, ob es sich dabei um aktive oder passive Thermografieverfahren handelt. Insbesondere ist das vorgeschlagene Verfahren für die Lock-in Thermografie geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin den Schritt:

– Aufnehmen zumindest einer weiteren Aufnahme des Rotorblatts in einem anderen, als jenem zur Thermografie genutzten Spektralbereich synchron zur zumindest ersten und/oder zur zumindest zweiten Aufnahme des ersten Rotorblatts mit einer nicht thermischen Strahlungsdetektionseinheit, insbesondere einer Fotokamera.

Mit anderen Worten, umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt:

– Erfassen zumindest einer weiteren Aufnahme des Rotorblatts in einem Spektralbereich, der ausgewählt ist unter UV, VIS – bzw. Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts, und/oder NIR – bzw. Wellenlängenbereich nahen Infrarots, synchron zur zumindest ersten und/oder zur zumindest zweiten Aufnahme des ersten Rotorblatts mit einer Strahlungsdetektionseinheit, insbesondere einer Fotokamera, die in dem betreffenden Spektralbereich empfindlich ist.

Unter einer Fotokamera wird in diesem Zusammenhang eine Kamera verstanden, die zumindest eine Aufnahme, d.h. mindestens ein Bild bzw. ein Foto in zumindest einem Abschnitt des Spektralbereichs UV-vis-NIR aufzunehmen geeignet ist. Beispielsweise kann eine Filmkamera verwendet werden, die eingerichtet ist, um Bildsequenzen aufzunehmen. Die bevorzugte Strahlungsdetektionseinheit, beispielsweise Fotokamera, kann im nahen UV, im Spektralbereich sichtbaren Lichts und/oder im NIR empfindlich sein. Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der potentiellen Möglichkeit einer Unterscheidung von oberflächlichen Verunreinigungen gegenüber Schadensbildern, die den technischen Zustand des Rotorblattes beeinträchtigen. Ebenso ergeben sich Vorteile, dass Aufnahmen von mehreren verschiedenen Rotorblättern unter sonst weitestgehend identischen oder ähnlichen äußeren Bedingungen sequentiell aufgenommen werden können. Vorteile betreffen insbesondere die erleichterte Superpositionierung der in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aufgenommenen Signaturen, d. h. eines Wärmebildes (thermische Signatur) und einer in zumindest einem der Spektralbereiche UV, VIS und/oder NIR aufgenommenen Aufnahme (optische Signatur). Dabei wird unter UV – der Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von 100 nm bis 380 nm, unter VIS – der Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von 380 nm bis 750 nm, welcher dem menschlichen Auge sichtbaren Licht entspricht, und unter NIR – der Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen oberhalb von 780 nm bis 3 µm verstanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Wärmebildkamera und die Fotokamera benachbart zueinander angeordnet, sodass die Wiedergabe einer perspektivischen Orientierung des Rotorblatts in der Aufnahme durch die Wärmebildkamera einer perspektivischen Orientierung des Rotorblatts in der Aufnahme durch die Fotokamera weitestgehend entspricht.
Daraus ergibt sich eine erleichterte Bearbeitung, insbesondere eine erleichterte Referenzierung der Aufnahmen zueinander.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin:

– Vergleichen der zumindest ersten und/oder der zumindest zweiten Aufnahme zu der jeweils synchron in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts aufgenommenen weiteren Aufnahme.

Mit anderen Worten: Die weitere, in einem Wellenlängenbereich des UV-vis-NIR-Spektralbereichs aufgenommene Aufnahme wird synchron zur zumindest ersten und/oder zumindest zweiten Aufnahme aufgenommen und steht dann für den Vergleich und die Interpretation mit jener zur Verfügung. Daraus ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit der Identifizierung von thermischen Reflexionen sowie von Bereichen mit veränderter Emissivität am Rotorblatt, die die thermische Signatur einer potentiell vorliegende Schädigung überlagern und damit verbergen könnten. Solche Bereiche veränderter Emissivität können z.B. durch Verschmutzung (z.B. durch Vogelkot oder Insekten), durch unterschiedlichen Farb- bzw. Lackauftrag bei der Produktion oder durch spätere Reparaturmaßnahmen (sogenannte repair-patches) entstanden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, das Vergleichen anzupassen, sodass eine oberflächliche Verschmutzung des Rotorblatts von einer den technischen Zustand des Rotorblatts charakterisierenden thermischen Signatur unterscheidbar ist.
Da Windkraftanlagen häufig durch Vogelkot oder Insekten verunreinigt werden, spielt die sichere Erkennung und Unterscheidung oberflächlicher Verunreinigungen eine besonders wichtige Rolle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte:

– Aufnehmen zumindest einer ersten Aufnahme eines zweiten Rotorblattes und einer ersten Aufnahme eines dritten Rotorblattes in der ersten Winkelorientierung und
– Vergleichen der ersten Aufnahmen des ersten, des zweiten und des dritten Rotorblattes, sodass eine durch die Winkelorientierung bedingte thermische Signatur unterscheidbar ist von einer den technischen Zustand eines der Rotorblätter charakterisierenden thermischen Signatur.

Durch das beschriebene Referenzieren der ersten Aufnahmen des ersten, des zweiten und des dritten Rotorblattes, insbesondere durch ein Vergleichen der ersten Wärmebild-Aufnahmen des ersten, des zweiten und des dritten Rotorblattes, kann eine den technischen Zustand eines der Rotorblätter charakterisierende thermische Signatur aus dem Thermogramm des betreffenden Rotorblattes separiert werden. Die Vorteile dieser Ausführungsform umfassen die gesteigerte Zuverlässigkeit eines zum technischen Zustand eines Rotorblattes erhobenen Befundes. Die Referenzierung zu im Wesentlichen baugleichen Rotorblättern gestattet es, technische Defekte durch gesteigerten Kontrast besser identifizieren zu können und so die Sicherheit getroffener Aussagen zu steigern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin:

– Aufnehmen zumindest einer weiteren Aufnahme des zweiten Rotorblatts in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts synchron zur zumindest ersten Aufnahme des zweiten Rotorblatts mit der in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts empfindlichen Fotokamera.

Damit wird erreicht, dass zueinander referenzierte Signaturen weitestgehend deckungsgleich sind. Besondere Vorteile werden nachfolgend noch an Figuren erläutert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gehört das erste Rotorblatt, auf das das vorgeschlagene Verfahren angewendet wird, zu einer ersten Windkraftanlage, und das zweite Rotorblatt, das baugleich zum ersten Rotorblatt ist, auf das das vorgeschlagene Verfahren angewandt wird, gehört zu einer zweiten Windkraftanlage.
Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich insbesondere für die Ferninspektion: Bei Aufnahmen der Rotorblätter aus einer größeren Entfernung fallen Fehler, die bei einer Referenzierung entsprechender baugleicher Rotorblätter von zueinander benachbarten Windkraftanlagen auftreten, kaum ins Gewicht, sodass der Vorteil einer auch zusätzlich vorgenommenen Referenzierung zu einem benachbarten und in gleicher oder ähnlicher Winkelposition befindlichen Rotorblatt einer anderen Anlage überwiegt. Ebenso ist es möglich, Referenzsignaturen als Bildausschnitte aus ein und derselben Aufnahme zu erhalten. Damit werden Beleuchtungs-, Witterungs- und Kameraeffekte nahezu vollständig ausgeschlossen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens bezieht sich die Winkelorientierung auf einen Einstellwinkel des Rotorblattes und damit eine Drehung des Rotorblattes um eine längs zum Rotorblatt verlaufende Achse bzw. um eine Pitchachse.
Bekanntermaßen kann ein Propeller-artiges Rotorblatt einer WKA um die im Wesentlichen horizontal verlaufende Hauptachse des Rotors rotieren, und längs um seine eigene Längsachse zur Erzielung eines optimalen Anstellwinkels (Windrichtung und Ausrichtung der Blattfläche) in Richtung möglicher Einstellwinkel zur Nabe verdreht werden. Die sich zusätzlich mit zumindest teilweiser Drehung der Gondel ergebende Rotation bleibt hier unberücksichtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Winkelorientierung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren auf eine Drehung des Rotorblattes um eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Hauptrotationsachse des Rotors.
Entsprechende Aufnahmen können ebenso genutzt werden, um erhaltene Signaturen zueinander referenzieren und gewonnene Kontraste interpretieren zu können.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands zumindest eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während dessen windgetriebener Rotation an einem das Rotorblatt umfassenden Rotor vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:

– Registrieren einer ersten thermischen Signatur eines (ersten) Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung um eine Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe einer IR-Kamera;
– Registrieren einer zweiten thermischen Signatur des (ersten) Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe der IR-Kamera und optional,
– synchron hierzu, Registrieren einer ersten und einer zweiten optischen Signatur des ersten Rotorblattes in der ersten und in der zweiten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors durch eine Foto-Kamera, wobei die erste und die zweite optische Signatur eine Aufnahme eines Grauwertbildes in einem Spektralbereich sichtbaren Lichts umfasst; wobei „Grauwertbild“ für ein Farbbild oder irgendein anderes Bild steht, welches Intensitäten abbildet;
– Vergleichen der ersten thermischen Signatur zur ersten optischen Signatur und/oder Referenzieren der ersten thermischen Signatur zur zweiten thermischen Signatur; und
– Identifizieren einer strukturellen Störung im ersten Rotorblatt.

Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der Möglichkeit, durch den Vergleich von Bildern der Foto-Kamera mit Thermogrammen der IR-Kamera und/oder durch die Referenzierung von unterschiedlichen Thermogrammen ein und desselben Rotorblatts in unterschiedlichen Winkelorientierungen um eine Hauptrotationsachse des Rotors oberflächliche Verunreinigungen eines Rotorblatts, Dreck wie Vogelkot, Reflexionen und andere transiente Signaturen sowie Aufbau- und montagebedingte IR-Signale von IR-Signaturen unterscheiden zu können, die auf eine strukturelle Schädigung des Rotorblatts zurückzuführen sind. Dabei wird unter der Hauptrotationsachse des Rotors jene Achse verstanden, die bei den hier betrachteten Propeller-ähnlichen Rotoren im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Eine zweite Rotationsachse, die sich beispielsweise mit einer Drehung der Gondel um die Turmachse ergibt, bleibt zunächst unberücksichtigt. Es ist vielmehr bevorzugt, dass ein gewählter Einstellwinkel des Blattes (eingestellter Pitch) als auch der Anstellwinkel während der Registrierung miteinander in Beziehung gesetzter thermischer und/oder optischer Signaturen unverändert bleibt. Dadurch, dass die Inspektion während des betriebsbedingten und vom Wind bewirkten Rotierens der Rotorblätter und somit ohne Stillstand der Anlage erfolgt, wird die Effizienz der WKA gesteigert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die zweite Winkelorientierung des Rotorblatts dessen Rotation um 180 Grad um die Hauptrotationsachse des Rotors aus der ersten Winkelorientierung.
Vorteile ergeben sich daraus, dass durch eine simple mechanische Belastung bedingte betriebsinhärente Signaturen nivelliert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens sind die erste IR-Kamera und die erste Foto-Kamera unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.
Daraus ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit einer direkten Referenzierung der mit unterschiedlichen Kameras registrierten Bilder.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin:

– Registrieren einer ersten thermischen Signatur eines zweiten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der ersten Windkraftanlage mit Hilfe der ersten oder einer zweiten IR-Kamera;
– Registrieren einer zweiten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der ersten Windkraftanlage mit Hilfe der ersten oder der zweiten IR-Kamera und/oder
– Synchrones Registrieren einer ersten und einer zweiten optischen Signatur des zweiten Rotorblattes in der ersten und in der zweiten Winkelorientierung durch die erste oder eine zweite Foto-Kamera, wobei die optische Signatur eine Aufnahme eines Grauwertbildes in einem Spektralbereich sichtbaren Lichts umfasst.

Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der Möglichkeit, aus zueinander sehr ähnlichen Kamerapositionen Signaturen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu erfassen, die miteinander überlagert, verglichen, und/oder zueinander referenziert werden zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin:

– Referenzieren der ersten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes zur ersten optischen Signatur und/oder zur zweiten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes unter Berücksichtigung der synchron registrierten optischen Signaturen des zweiten Rotorblattes; und
– Verifizieren einer identifizierten strukturellen Störung im ersten Rotorblatt durch Vergleich mit den entsprechenden Daten des zweiten Rotorblatts.

Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der größeren Zuverlässigkeit der durch Referenzierung erhobenen Befunde zum eventuellen Vorliegen struktureller Schäden am untersuchten Rotorblatt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gehört das bei der Referenzierung genutzte zweite Rotorblatt zu einer anderen, nämlich einer zweiten Windkraftanlage, als das erste baugleiche Rotorblatt, das zu einer ersten Windkraftanlage gehört.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des vorgeschlagenen Verfahrens ist die erste IR-Kamera angepasst zum Registrieren einer IR-Signatur in einem ersten Infrarot-Wellenlängenbereich und die zweite IR-Kamera ist angepasst zum Registrieren einer IR-Signatur in einem zweiten Infrarot-Wellenlängenbereich, wobei sich erste und zweite Bereiche auch teilweise überlappen können. Beide IR-Kameras registrieren bevorzugt simultan miteinander eine IR-Signatur.
Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit, Emissivitätsunterschiede von Verunreinigungen zu deren sicherer Identifikation nutzen zu können. Ebenso können Reflexionen zuzuordnende Fehlanzeigen zuverlässig erkannt und eliminiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Registrieren der thermischen Signatur des ersten Rotorblatts und das Registrieren der thermischen Signatur des zweiten Rotorblatts durch unterschiedliche oder durch ein und dieselbe IR-Kamera und die Foto-Kamera für das Erfassen der betreffenden optischen Signaturen ist ein und dieselbe Foto-Kamera. Weiterhin ist eine Position der IR-Kamera benachbart zu einer Position der Foto-Kamera ausgewählt, sodass die IR-Kamera und die Foto-Kamera im Wesentlichen in einer Position auf einer Symmetrieebene, die zwischen einer ersten und einer zweiten Windkraftanlage verläuft, wobei die beiden Windkraftanlagen das erste bzw. das zweite Rotorblatt umfassen.
Vorteile ergeben sich daraus, dass aus einer Kameraposition heraus zwei Windkraftanlagen gleichzeitig inspiziert werden können. Aus der typischerweise symmetrischen Anordnung von Windkraftanlagen in einem Windpark ergibt sich eine Beschleunigung der Inspektion, wenn eine zwischen mehreren Windkraftanlagen liegende Symmetrieebene gewählt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Registrierung von Signaturen durch die IR-Kamera und durch die Foto-Kamera jeweils durch ein Triggersignal ausgelöst.
Vorteile betreffen die exakt synchrone Erfassung eines untersuchten oder zu Referenzzwecken dienenden Rotors, Rotorblattes, Rotorblattabschnittes und deren erleichtertem Vergleich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Triggersignal ausgewählt unter: einer Rotation der Rotorblätter um die Hauptrotationsachse des Rotors und/oder einer dabei wahlweise vorgebbaren Rotorposition, einer wahlweise vorgebbaren Winkelorientierung eines Rotorblattes, und/oder einer von zumindest einem Rotorblatt oder einem Abschnitt eines Rotorblattes reflektierten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung.
Vorteile ergeben sich aus der erleichterten Registrierung der Signaturen bei identischer Winkelstellung der Rotorblätter und der daraus resultierenden Automatiserbarkeit einer anschließenden Verrechnung. Insbesondere kann eine „Sechs-Uhr-Stellung eines Blattes“, die einer minimalen Konturfläche der Windkraftanlage vor einem Hintergrund entspricht, als Triggersignal genutzt werden. Vorteilhafterweise wird hierzu keine andere Beleuchtungsquelle, als die thermische Hintergrundstrahlung im Umfeld der WKA genutzt. Ebenso kann, z.B. von einer Kameraposition aus, eine Laserlichtquelle auf eine WKA gerichtet werden, und die periodisch erfasste Reflexion der von einem Rotorblatt in einer bestimmten Winkelposition des Laserlichts in die Kamera, oder eine andere Detektionseinheit als Triggersignal dienen. Ebenso können auch mittels aktiver Thermographie gewonnene IR-Signaturen automatisch miteinander verrechnet werden, da sie in immer identischen Positionen ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Triggersignal ein Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellwertes, der direkt oder indirekt aus einer zumindest periodisch erfassten IR-Signatur ableitbar ist.
Vorteile ergeben sich beispielsweise aus der Möglichkeit, einen Pixelbereich einer Detektionseinheit, der einem bestimmten Bildausschnitt einer Aufnahme eines Rotors bzw. eines Rotorblattes entspricht, periodisch auszulesen und eine Sequenz von IR-Signaturen erst dann zu erfassen, wenn optimale Auswertebedingungen für das zu charakterisierende Rotorblatt oder einen kritischen Bereich des Rotorblattes vorliegen. Weitere Vorteile ergeben sich aus der effektiven Nutzung eines für die Bildspeicherung oder die Bildverarbeitung (Vergleichen, Referenzieren) zur Verfügung stehenden Bildspeichers bzw. Bildverarbeitungsspeichers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Referenzieren ein Glätten oder Nivellieren des Pixelbereichs einer Thermographieaufnahme, der einer oberflächlichen Verunreinigung des Rotorblatts entspricht.
Vorteile ergeben sich aus der Kontraststeigerung für tatsächlich auf strukturelle Schädigungen zurückgehende Signaturen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Referenzieren ein Subtrahieren eines Bitwertes eines jeden Pixels oder Pixelbereiches eines ersten Thermogramms von einem Bitwert eines entsprechenden Pixels oder Pixelbereiches eines zweiten Thermogramms oder umgekehrt, wobei entsprechende Pixel oder Pixelbereiche unterschiedlicher Thermogramme identischen Abschnitten des Rotorblattes zu verschiedenen Registrier-Zeiten oder identischen Abschnitten eines baugleichen Rotorblattes in der gleichen Position entsprechen.
Vorteile ergeben sich aus der Kontraststeigerung für tatsächlich auf strukturelle Schädigungen zurückgehende Signaturen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin ein reproduzierbares Einstellen einer Winkelposition einer Kamera zur Windkraftanlage und/oder ein Synchronisieren eines Bildeinzugs einer Kamera mit einer aktuellen Umlaufgeschwindigkeit oder einem Vielfachen der aktuellen Umlaufgeschwindigkeit des Rotors um dessen im Wesentlichen horizontal verlaufende Hauptrotationsachse.
Dabei kann der Zeitpunkt der Öffnung eines Kameraverschlusses bei gleicher Integrationszeit, welche der Belichtungszeit bei einer Fotokamera entspricht, mit der Einnahme einer bestimmten Winkelposition eines bestimmten Rotorblattes synchronisiert sein. Der Begriff Bildeinzug soll das verdeutlichen, indem er sowohl den Zeitpunkt des Einsetzens der Integration (Öffnung des Verschlusses) als auch deren Dauer (Belichtungszeit) umfasst. Vorteile ergeben sich aus der erleichterten Referenzierung der Befunde zu unterschiedlichen Rotorblättern in ähnlicher, bevorzugt gleicher Position.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren weiterhin ein Projizieren von bearbeiteten Thermogrammen bzw. Intensitätsverteilungen von einem Rotorblatt in ein 3D-Modell des Rotorblattes, so dass eine Betrachtung aus unterschiedlichen räumlichen Perspektiven durchführbar ist.
Unter einem bearbeiteten Thermogramm wird hierbei ein Thermogramm eines Rotorblattes oder eines Rotors nach Referenzierung zu mindestens einem weiteren Thermogramm eines Rotorblattes, bzw. eines Rotors, ggf. nach dessen Vergleich mit einer Aufnahme eines Rotorblattes bzw. eines Rotors mit einer im UV-vis-NIR zumindest teilweise empfindlichen Fotokamera verstanden. Ein Projizieren auf 3D ist insbesondere sinnvoll für Differenzbilder. Unkorrigierte Thermogramme von Rotorblättern oder Rotoren enthalten typischerweise zu viele Unwägbarkeiten, als dass man diese im 3D-Raum sinnvoll voneinander subtrahieren könnte. Vorteile des beschriebenen Projizierens können sich beispielsweise für die Prognostizierbarkeit des zu erwartenden Schadensverlaufes oder für die Planung erforderlicher Reparaturmaßnahmen ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer windgetriebenen Rotation eines das Rotorblatt umfassenden Rotors vorgeschlagen, die – zumindest eine Wärmebildkamera; – eine zumindest teilweise im Wellenlängenbereich UV-vis-NIR empfindliche Fotokamera; und – eine Bildverarbeitungseinheit umfasst, wobei die Bildverarbeitungseinheit angepasst ist zur Referenzierung unterschiedlicher Signaturen zueinander, insbesondere zur Superpositionierung mehrerer Teilbilder und/oder deren gegenseitiger Referenzierung.
Die erreichbaren Vorteile entsprechen jenen vorstehend zum vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Referenzierung eine Subtraktion, die Bildung eines arithmetischen Mittels oder eines Quotienten, eine Multiplikation mit einem wählbaren Faktor, eine Drehung, und/oder eine vektorielle Verschiebung von Daten und/oder Pixelwerten, die mit der Wärmebildkamera und/oder der Fotokamera erfassbar sind.
Die erreichbaren Vorteile entsprechen jenen vorstehend zum vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bildverarbeitungseinheit angepasst zur Referenzierung auswählbarer Ausschnitte eines registrierten IR-Bildes und eines registrierten Foto-Bildes gleicher oder unterschiedlicher Rotorblätter ein und desselben oder unterschiedlicher Rotoren.
Die erreichbaren Vorteile entsprechen jenen vorstehend zum vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verwendung des beschriebenen Verfahrens oder der beschriebenen Vorrichtung zur Erstellung einer Datenbank, die technische Zustandsdaten von Rotorblättern der Windkraftanlagen eines Windparks umfasst, vorgeschlagen.
Diese rotorblattspezifischen Zustandsdaten sind insbesondere solche Daten, die durch die vorher beschriebenen Verfahren gewonnen wurden z. B. Verschmutzungen, Differenzbilder, reparierte Bereiche, Konvektionsmuster. Die erreichbaren Vorteile entsprechen jenen vorstehend zum vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteilen und kulminieren darin, dass die Wirtschaftlichkeit des Windparks gesteigert werden kann.
Die beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere können einzelne Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Thermografische Verfahren erlauben es, den Zustand von Rottorblättern berührungs- und zerstörungsfrei zu kontrollieren und mögliche Defekte zu erkennen. Mittels üblicher Thermografie-Techniken, angewandt auf drehende Rotorblätter von Windkraftanlagen werden jedoch nicht nur Strukturdefekte, wie Risse und Delaminationen, sondern auch andere Auffälligkeiten, die nicht auf Defekte zurückzuführen sind und solche auch nicht auslösen, erkannt. In einem, gemäß traditionellen Verfahren aufgenommenen, Thermogramm, bzw. einem Thermografie-Bild können Bildkontraste bekanntermaßen durch unterschiedliche Einflüsse hervorgerufen sein. Ein lokaler im Bild erkennbarer Temperatur-Kontrast lässt deshalb nur schwer eine Aussage zu, ob an der betreffenden Stelle ein für die Zuverlässigkeit der WKA relevanter Defekt tatsächlich vorliegt oder nicht. Mit dieser Erfindung werden solche Störeinflüsse weitgehend unterdrückt, was eine unverfälschte Beurteilung des Zustandes des Rotorblattes hinsichtlich der Betriebssicherheit ermöglicht.
Die thermografische Untersuchung aus der Ferne ist zunächst eine Methode mit Potential, da sie berührungslos erfolgt, keine weiteren Installationen an der WKA erfordert und geeignet ist, Strukturen und Defekte in Thermogrammen sichtbar zu machen, die visuell, d.h. bei Untersuchung im Spektralbereich sichtbaren Lichts, nicht erkennbar sind. Allerdings tritt in der Regel eine Vielzahl von weiteren thermischen Kontrasten auf, die keinerlei Bezug zu Defekten besitzen und mit in der Thermografie gängigen Methoden nicht eliminiert werden können. Diese Kontraste erschweren die Identifizierung bzw. Lokalisierung von Defekten an Hand thermografischer Aufnahmen von Rotorblättern.
Nachfolgend werden die wichtigsten Ursachen störender Kontraste aufgezählt:

– Reflexionen von der Umgebung;
– Benetzung des Rotorblattes mit Wasser durch Regen;
– Konvektion: Turbulente Strömungen; Verwirbelungen, Windsignaturen
– Innere Struktur der Rotorblätter;
– Schmutz auf der Oberfläche;
– Emissivitätsunterschiede an der Oberfläche
– Dynamische Belastungen, die eine thermische Signatur induzieren.

Für die Lösung der eingangs beschriebenen Aufgabenstellung sind übliche Verfahren der Thermografie, wie Differenzbildung zum Ausblenden von Hintergrunddaten, Puls-Phasen-Thermografie oder Mittelung zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses (S/R-Verhältnisses) nicht anwendbar, da die Rotorblätter in ständiger Bewegung sind. Durch die Rotorbewegung wird eine Differenzbildung sehr erschwert, da wegen der sich ändernden Position eines Rotors kein genügender Überdeckungsgrad erreicht wird.
Stark inhomogene Temperaturverteilungen durch Umwelteinflüsse erschweren zudem die Detektion der relativ schwachen Kontraste in unbearbeiteten Thermogrammen, die durch die nachzuweisenden Defekte generiert werden.
Die vorstehend genannten Schwierigkeiten durch störende Kontraste werden mit der Erfindung beseitigt. D.h. die störenden thermografischen Anzeigen von Reflexionen, Konvektionen, inneren Strukturen der Rotorblätter und inhomogener Temperaturverteilungen auf Grund transienter Einflussgrößen werden unterdrückt, so dass der tatsächliche Zustand eines Rotorblatts unverfälscht beurteilt werden kann.
Die thermografischen Aufnahmen von verschiedenen Blättern einer WKA werden zueinander referenziert, d.h. sie werden miteinander verglichen. Eine Verfahrensweise vergleicht zwei unterschiedliche Blätter in der gleichen Blattstellung und Position zu verschiedenen Zeiten z.B. durch Differenzbildung. Dabei werden störende Kontraste unterdrückt.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zur Signalverbesserung bei thermographischer Inspektion von Rotorblättern einer WKA in Betrieb.
2 illustriert das Problem bei einer Differenzbildung anhand echter Thermogramme von Rotorblättern.
3 ist eine schematische Darstellung der Messsituation aus 2.
1 illustriert schematisch das vorgeschlagene Verfahren. Im oberen Bildteil ist ein in Pfeilrichtung rotierender Rotor mit drei Rotorblättern A, B und C gezeigt, wobei das Rotorblatt A mit Schmutz S verunreinigt ist und Rotorblatt C einen Defekt D aufweist. Beim Durchlauf des Rotors aus der Position I nach II und schließlich III erscheint an immer der gleichen Position am jeweils aufrecht stehenden Rotorblatt A, B und C ein Reflex R der auf den Rotor einfallenden Sonnenstrahlung.
Mit anderen Worten: die Szene I entspricht einer Aufnahme zum Zeitpunkt t1. Wie ersichtlich, ist am Rotorblatt B eine Sonnenreflexion R an einer bestimmten Stelle erkennbar. Die Szene II zeigt eine Aufnahme des Rotors zu einem späteren Zeitpunkt t2, wenn sich das Rotorblatt A in genau die Position gedreht hat, wo zuvor das Rotorblatt B zum Zeitpunkt t1 gewesen ist. Erwartungsgemäß ist die Sonnenreflexion R nun an entsprechender Stelle auf Rotorblatt A erkennbar. Die Szene III entspricht der Aufnahme des Rotors zu einem noch späteren Zeitpunkt t3, wenn das Rotorblatt C genau die Position eingenommen hat, die zuvor von Rotorblatt B zum Zeitpunkt t1 bzw. von Rotorblatt A zum Zeitpunkt t2 einnahm. Der Sonnenreflex R ist nun auf Rotorblatt C an entsprechender Stelle erkennbar.
Sowohl der Schmutz S, der Defekt D als auch der Reflex R führen in entsprechenden Aufnahmen zu einer spezifischen thermische Signatur, die mittels IR-Kamera erfasst wird. Die in einem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts empfindliche Fotokamera VIS erfasst eine optische Signatur der Rotorblätter, wobei typischerweise der Defekt D keine optische Signatur aufweist. Der gezeigte Laser kann optional zur Synchronisation der Signalerfassung (Registrierung entsprechender Signaturen) bzw. der des Bildeinzugs der Kameras mit der Umlauffrequenz des Rotors dienen.
Im unteren Bildteil der 1 sind die aus unmittelbar aufeinanderfolgenden Aufnahmen des jeweils aufrecht stehenden Rotorblattes erhaltenen Referenzbilder dargestellt.
Werden Referenzbilder aus Aufnahmen der Stadien I und II verrechnet, ergibt sich das links unten gezeigte Referenzbild, auf dem der Schmutz S deutlich erkennbar ist. Bei Verrechnung entsprechender Aufnahmen der Stadien II und III ergibt sich das rechts unten gezeigte Referenzbild, auf dem der Defekt D deutlich erkennbar ist. In keinem der Referenzbilder erscheint noch die durch Reflexion einfallenden Sonnenlichts ausgelöste (scheinbare) thermische Signatur R.
Mit anderen Worten: Links unten ist das Differenzbild von Aufnahmen des Rotorblatt B in der Szene I und des Rotorblatts A in Szene II gezeigt. Es hinterlässt nur die Schmutzsignatur S, die mit der im UV-VIS-NIR-Bereich empfindlichen Fotokamera VIS aber der oberflächlichen Verunreinigung mit Schmutz zuordenbar ist. Die thermische Signatur des reflektierten Sonnenlichts R verschwindet durch die Differenzbildung. Im Unterschied dazu zeigt das rechte untere Bild das Differenzbild aus der Aufnahme des Rotorblatts A in Szene II und des Rotorblatts C in Szene III. Das resultierende Referenzbild hebt den im Blatt C vorliegenden Defekt D hervor, der für die Kamera VIS unsichtbar ist. Damit kann eine oberflächliche Verunreinigung durch Schmutz für das Zustandekommen der thermischen Signatur D ausgeschlossen werden. Wie zuvor verschwindet die Sonnenreflexion durch die Differenzbildung.
Die 2 zeigt beispielhaft verschiedene Überdeckungsgrade von bewegten Rotorblättern an Hand realer Thermogramme. Die Vergleichsthermografie beschreibt der Definition nach zwar den Vergleich von entweder verschiedenen Objekten unter gleichen Bedingungen oder von gleichen Objekten zu verschiedenen Zeitpunkten, bietet aber keinen Lösungsansatz, wie ein Vergleich explizit vorgenommen werden kann, insbesondere wenn kein genügend hoher Überdeckungsgrad zwischen den zu vergleichenden Objekten besteht.
Insbesondere ist im obersten Bild der 2 ein Beispiel für eine schlechte Überdeckung gezeigt, die bei bewegten Rotorblättern zumeist gegeben ist. Eine aussagenkräftige Differenzbildung aus zwei Thermogrammen ist aufgrund des sehr schlechten Überdeckungsgrades nicht möglich.
Das mittlere der drei Bilder in 2 zeigt ein Beispiel für eine mäßige Überdeckung. Eine aussagekräftige Differenzbildung aus zwei Thermogrammen ist aufgrund des schlechten Überdeckungsgrades sehr erschwert.
Das untere Bild in 2 zeigt Beispiel für eine gute Überdeckung. Die Differenzbildung aus zwei Thermogrammen kann wegen eines relativ hohen Überdeckungsgrades zu Auswertezwecken verwendet werden. Solche Aufnahmen werden durch die technische Realisierung der Patentansprüche weiter optimiert.
In 3 wird die vorstehend geschilderte Situation an Hand schematischer Zeichnungen nochmals erläutert: Unterschiedliche, jeweils in der vertikalen oberen Position befindliche Rotorblätter mit dem Sonnenreflex R werden (zu unterschiedlichen Zeiten) erfasst. In der mittleren Vergrößerung einer Detailansicht der resultierenden Überlagerung (Superposition) der Aufnahmen zweier unterschiedlicher Rotorblätter – zu Illustrations-Zwecken hier ohne eine weitere Datenbearbeitung – ist ersichtlich, dass sich die beiden Rotorblätter zum Zeitpunkt der Aufnahme nicht an identischen Positionen befanden. Eine eindeutige pixelweise Referenzierung zwischen den beiden Thermogrammausschnitten ist daher zunächst nicht möglich. Der fette schwarze Pfeil deutet die Differenzbildung an, sodass das Bild rechts außen das Resultat der Differenzbildung von Aufnahmen zeigt, die zueinander nicht absolut deckungsgleich sind. Wie ersichtlich, bleibt bei einfacher Differenzbildung ein Rest übrig, in diesem Fall wird die störende Sonnenreflexion (R) nicht restlos beseitigt. Das Hauptproblem besteht mithin darin, dass die Differenzbildung allein Störeffekte nicht restlos eliminieren kann, wenn Bildausschnitte nicht absolut deckungsgleich sind. Wie hierin bereits ausgeführt und nachfolgend weiter erläutert, kann das Problem einerseits gelöst werden, indem die Registrierung der Signaturen (Signalerfassung mit der IR-Kamera, aber auch mit der Foto-Kamera (hier als VIS bezeichnet)) synchron zu einer Winkelposition der Rotorblätter um die Hauptrotationsachse erfolgt. Das stellt ein wesentliches Merkmal der hier vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtung dar. Falls mit vorliegenden Aufnahmen eine genügend hohe Überdeckung nicht erreicht wird, sind im Rahmen der mathematischen Auswertung weitere Operationen erforderlich, um die Orientierung der entsprechenden Bildbereiche in der Bildebene einander anzupassen. Die erfindungsgemäße Auswahl und Kombination der betreffenden Operationen führt zu einer Deckungsgleichheit, welche dann die restlose Eliminierung von Störeffekten ermöglicht.
Gemäß dem hiermit vorgeschlagenen Verfahren werden die Rotorblätter einer WKA einerseits im Bereich sichtbaren Lichts fotografiert und/oder gefilmt (visuelle Aufnahme mit der oben bezeichneten Foto-Kamera, beispielsweise einer Digitalkamera) und synchron dazu werden thermografische Bilder mit der oben bezeichneten IR-Kamera oder Wärmebildkamera aufgenommen. Dabei ist in einer Ausführungsvariante die Einhaltung der exakten Position wichtig, um verschiedene Rotorblätter einer WKA in der exakt gleichen Perspektive zu erhalten, so dass die Thermogramme im Rahmen des Auswerteverfahrens miteinander referenziert werden können. In diesem Zusammenhang bedeutet das Referenzieren z.B., dass im Rahmen der Auswertung der Temperaturwert eines jeden Pixels in einem Thermogramm zu einem bestimmten Zeitpunkt subtrahiert wird von dem Temperaturwert des entsprechenden Pixels (d.h. die entsprechende Stelle eines anderen baugleichen Rotorblattes) eines anderen Thermogramms. So kürzen sich ungewünschte Effekte wie z.B. Reflexionen aus, während strukturelle Unterschiede zwischen den Rotorblättern hervorgehoben werden.
Referenzieren kann ebenfalls eine Quotientenbildung umfassen, wobei analog die Temperaturwerte eines jeden Pixels eines Thermogramms durch den Temperaturwert des entsprechenden Pixels eines anderen Thermogramms geteilt werden.
Eine optionale Ausführung betrifft die Aufnahme desselben Rotorblattes in exakt der gleichen Position zu unterschiedlichen (aber ähnlichen) Zeitpunkten zum Zweck einer Rauschminderung (man mittelt über die entsprechenden Bilder), bzw. zur Verbesserung eines Signal/Rausch-Verhältnisses. Würden die Aufnahmen nicht winkelgleich erfolgen, so verschlechterte das die Mittelbildung. Daher ist die Winkelposition der Kamera zur WKA vorzugsweise exakt festlegbar und stets gleich.
Man kann im Rahmen der Nachbearbeitung das Thermogramm eines Rotorblattes aus verschiedenen Segmenten mit höherer Auflösung zusammensetzen. Hierzu ist zur Orientierung ein Gesamtbild (oder eine Bild-Sequenz umfassend Einzelaufnahmen einer vollen Umdrehung des Rotors) aus größerer Entfernung möglich; die genaueren Nahaufnahmen können dann mit einem gewissem Überlapp erstellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Trigger vorteilhaft sein, um die Segmente im richtigen Augenblick aufzunehmen.
Als Triggersignal eignet sich bei angepasster Positionierung der IR-Kamera und/oder der Fotokamera beispielsweise der Durchlauf eines Rotorblattes vor dem Turm. Das geht typischerweise mit einer periodischen Helligkeitsschwankung einher und ist so leicht automatisch erfassbar. Ebenso kann als Triggersignal das Erreichen eines Schwellwertes (z.B. eines Temperaturschwellwertes) in einem diskreten Bereich eines periodisch erfassten Thermogramms eines Rotorblattes oder eines Rotors der überwachten WKA dienen.
Die Segmentierung erlaubt es u.a. auch, dass an unterschiedlichen Abschnitten unterschiedliche Referenzierungen vorgenommen werden können. Man kann z.B. ein Gesamtdifferenzbild aus einzelnen Differenzbildern zusammenfügen, die jeweils aus verschiedenen Rotorblattpaaren gebildet wurden.
Die Unterscheidung von oberflächlichen Inhomogenitäten, wie oberflächlichen Verschmutzungen, gegenüber strukturellen Unterschieden oder Defekten erfolgt hauptsächlich durch simplen Vergleich zur visuellen Aufnahme (Defekte sind in der Regel visuell nicht sichtbar, Dreck schon. Strukturelle Signaturen, die aus der gleichen Bauweise resultieren, kürzen sich hingegen heraus).
Weiterhin gibt es die Möglichkeit, eine oberflächliche Verschmutzung, die in der Regel eine andere Emissivität als die schmutzfreie Rotorblattoberfläche hat, von anderen Strukturen zu trennen: Mit zwei Thermografiekameras, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen messen, lassen sich Emissivitätsunterschiede der Oberflächen während der Datenbearbeitung durch Quotientenbildung herausrechnen, bzw. lässt sich die Drecksignatur durch die Quotientenbildung minimieren, sofern das Emissivitätsspektrum der Verschmutzung die erforderliche Varianz aufweist.
Es gibt die weitere Möglichkeit, die Verschmutzung mittels Lock-In Thermografie zu identifizieren, da einerseits die periodische Belastung eines einzelnen Rotorblatts auf Grund unterschiedlicher Belastungsrichtungen unter seinem Eigengewicht während eines vollständigen Umlaufs, insbesondere aber durch den Strömungsdruck des anströmenden Windes beim Durchlauf vorbei am Turm, einen insgesamt periodischen Verlauf thermischer Signale liefern kann. Diese Technik ist jedoch nur für sehr oberflächennahe Inhomogenitäten anwendbar.
Eine sinnvolle Darstellungsmethode der Ergebnisse bietet eine Projektion des zweidimensionalen Differenzbildes auf die Oberfläche des Rotorblatts in einem rechnerischen 3D-Modell zwecks Veranschaulichung. Man kann die Differenzbilder sinnvoll mappen, um eine tatsächliche Fehlergrößenbestimmung zu machen.
Rotorblätter haben in Rotation charakteristische streifenförmige, quer zu ihrer Längsachse verlaufende, thermische Signaturen, welche zur Identifizierung genutzt werden können. Auch im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts erkennbare Verschmutzungen können zur Identifizierung von Rotorblättern dienen. Eine Identifizierung der Rotorblätter ist notwendig, um eine Meldung über das potentiell geschädigte Blatt machen zu können. Solche Identifizierungsmerkmale könnten für einen Windparkbetreiber für jedes Blatt einer jeden WKA katalogisiert werden.
Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Flugobjekt mehrmals an denselben Windkraftanlagen vorbeifliegt und Messungen aus möglichst ähnlichen Perspektiven wiederholt. Der Gewinn besteht darin, dass sich neue Auswertemöglichkeiten eröffnen. Manche thermischen Merkmale, wie die oben genannten potentiellen Identifizierungsmerkmale, sind verhältnismäßig zeitunabhängig, d.h. sie sollten stets bei Rotation sichtbar sein, während andere Strukturen abhängig von der thermischen Vorgeschichte nur zeitabhängig sichtbar werden. Die Kontraststärke variiert für Defekte und Strukturen u.U. stärker mit der Zeit als die potentiellen Identifizierungsmerkmale. Diese Beziehung kann im Auswerteverfahren ausgenutzt bzw. miteinbezogen werden, um dem sich stellenden Problem zu entgegnen, dass Identifizierungsmerkmale für die vorgeschlagene Vergleichsthermografie an verschiedenen Blättern in der Differenzbildung zu erneutem Streifenmustern führen können, welcher der Defektfindung hinderlich wäre: Während einer "Session", wo Daten unter vergleichbaren externen Bedingungen akquiriert werden, würde die Differenz des Thermogramms eines bestimmten Rotorblattes mit sich selbst zu verschiedenen Zeitpunkten zur Auslöschung der zeitunabhängigen Identifizierungsmerkmale führen, während aber die thermischen Kontraste bestimmter Defekte und Strukturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten sich erst maximieren werden.
Die Tatsache, dass all die verschiedenen Unregelmäßigkeiten, Defekte, Strukturen und Identifizierungsmerkmale ggf. zeitlich unterschiedliche thermische Antworten auf eine Veränderung der externen Bedingungen nach sich ziehen, können bei der Auswertung durch mehrere Differenzbildungen ausgenutzt werden, um verschiedene Merkmale voneinander trennen zu können.
Wenn also mehrere Windkraftanlagen hintereinander weg untersucht werden, wäre eine zeitnahe (ggf. mehrfache) Wiederholung der einzelnen Messung (also unter fast unveränderten externen Bedingungen) sinnvoll, um anhand der Differenzbildungen der Rotorblätter mit sich selbst und mit anderen Rotorblättern das zeitliches Verhalten der Wärmeausbreitung auf den Blättern zu registrieren.
Für eine Off-Shore Session würde das z.B. heißen, dass ein Flugobjekt oder ein Schiff innerhalb einer Session mehrmals durch einen WKA-Windpark fliegen/fahren müsste, solange sich die externen Bedingungen (wie z.B. Sonnenstand, Wetterlage, Außentemperatur) kaum verändert haben. Mehrere aufeinanderfolgende Messungen bieten den Vorteil, gerade veränderte äußere Bedingungen zu nutzen, da sich die thermische Signatur oberflächennaher Verschmutzungen etc. typischerweise schnell ändert, während die thermische Signatur von tieferen Defekten typischerweise zunächst unverändert bleibt. Bei einer einfachen Differenzbildung würden diese Kontraste jedoch verschwinden.
Im Falle eines ungenügenden Überdeckungsgrades müssen im Rahmen der Auswertung die Wärmebilddaten der verschiedenen Rotorblätter mathematisch in Bezug zu einander gesetzt werden durch Vergrößerung/Verkleinerung (d.h., dass die Datenmenge eines Thermogramms ggf. reduziert werden muss, damit eine pixelweise Referenzierung zu einem anderen Thermogrammausschnitt möglich ist) und Rotation des Datenarrays der Bildausschnitte, bis der Überdeckungsgrad zur Referenzierung ausreicht. Alternativ kann dieses Auswerteverfahren (bei einer stehenden Anlage) die Bewegung der Kameras aufgrund der Bewegung des jeweiligen Trägers (Flugobjekt, Schiff) eliminieren, da Relativbewegungen zwischen Kamera und Rotorblatt relevant sind.
Eine weitere optionale Ausführungsform beinhaltet den Vergleich von baugleichen Rotorblättern nah zueinander benachbarter baugleicher Windkraftanlagen, sofern die gleichen externen Bedingungen herrschen. Um die Referenzierung zu gewährleisten, müssen ggf. Bildbearbeitungsmaßnahmen wie Vergrößerung, Drehung, Projektion vorgenommen werden, um optimale Überdeckungsgleichheit registrierter Zustände zu gewährleisten. Vorteilhafterweise kann die auf dem planaren Kamerachip erfasste Signatur, die ja von einer gekrümmten Oberfläche stammt, auf eine gekrümmte Oberfläche übertragen bzw. projiziert werden. Das bietet den Vorteil, eine durch Referenzierung erhaltene Signatur einer genau identifizierbaren Stelle auf dem Rotorblatt zuordnen zu können und das von einem ermittelten Defekt ausgehende Gefährdungspotential realitätsnah bewerten zu können. Der verlässlichen Prognose eines Schadensverlaufs kommt naturgemäß besondere wirtschaftliche Bedeutung zu.
Für die Referenzierung ist es notwendig, die Aufnahmen der Rotorblätter in der exakt gleichen Winkellage aufzunehmen, so dass sie im vorherigen Punkt genannten winkelabhängigen Einflüsse möglichst gleich sind und somit in der nachfolgenden Referenzierung eliminiert werden können. Die erfindungsgemäße Synchronisation vom Rotor der WKA zum jeweiligen Bildeinzug der IR-Kamera gewährleistet das. Dadurch werden Thermogramme der verschiedenen Rotorblätter mit maximalem Überdeckungsgrad ermöglicht.
Aus der Anwendung des beschriebenen Verfahrens ergeben sich wirtschaftliche Vorteile durch die Erweiterung der thermografischen Auswertemethoden an WKA. Falschanzeigen im Thermogramm werden vermieden und, damit verbunden, die effektive Fernerkundung an Rotorblättern im Betrieb zur berührungslosen Zustandsbeurteilung ermöglicht:

1. Vergleichsthermografie an Rotorblättern an WKA durch Optimierung des Überdeckungsgrades von Rotorblättern zu verschiedenen Zeiten an derselben Position. Das beinhaltet in erster Linie den Vergleich durch Differenzbildung von zwei unterschiedlichen Rotorblättern; kann aber auch jedes andere arithmetische Verfahren sein, dass einen Vergleich herbeiführt.
2. Synchronisierung des Bildeinzugs von IR-Kameras mit der Umlaufgeschwindigkeit von WKA, um die Rotorblätter immer in gleicher Position aufzunehmen. Dabei wird unter dem Bildeinzug die mit dem Zeitpunkt der Bildaufnahme beginnende und zur Signalintegration verwendete Zeitdauer der Aufnahme eines Thermogramms verstanden.

Folgende Methoden sind möglich:

– Ein Laser, der auf die Rotorfläche der WKA gerichtet ist, und bei bestimmten Positionen stets die IR-Kamera auslöst.
– Eine Foto-Kamera und eine damit verbundene Bildanalyse triggert/synchronisiert die IR-Kamera zum Umlauf des Rotors.
– Selbstauslösung der IR-Kamera durch interne Überwachung eines definierten Bildausschnitts eines mit der IR-Kamera zumindest periodisch erfassten Thermogramms ein und derselben Struktur (Rotor, Rotorblatt, Rotorblattausschnitt) in Hinsicht auf die Erfüllung einer vorgebbaren Triggerbedingung z.B. das Überschreiten einer Temperaturschwelle in diesem Bildausschnitt.
– Manuelle Synchronisation durch den Bediener, indem die Drehzahl einer virtuellen Windkraftanlage auf einem Monitor mit der Drehzahl der realen WKA durch individuelle Verstellung in Übereinstimmung gebracht wird. Aus der Drehzahl der virtuellen Anlage wird dann das synchronisierte Signal für die IR-Kamera erzeugt.
– Die Onlinedaten der Windkraftanlage, wie z.B. Rotorwinkel, -lage, -geschwindigkeit werden für eine Synchronisierung genutzt, indem die Onlinedaten einen Trigger zu der immer wiederkehrenden gleichen Winkelstellung auslösen.

3. Vergleichsthermografie an einem Rotorblatt in zwei unterschiedlichen Winkelorientierungen zeigt die Kontraste auf, die nicht durch Defekte oder innere Strukturen entstanden sind. Somit lassen sich einige der Kontraste identifizieren, die nicht auf Defekte oder Strukturen zurückzuführen sind.
4. Zu der in Punkt 3 beschriebenen Problematik ist auch eine Projektion von bearbeiteten Thermogrammen bzw. Intensitätsverteilungen von einem Rotorblatt in ein 3D-Modell möglich, so dass aus unterschiedlichen Perspektiven eine Differenzbetrachtung durchgeführt werden kann.
5. Die, durch die Umgebungseinflüsse hervorgerufene, starke Temperaturspanne innerhalb des Thermogramms wird durch die Differenzbildung minimiert.
6. Projektion von Thermogrammen bei verschiedenen Winkelorientierungen des Rotorblatts oder aus unterschiedlicher Ansicht aufeinander, so dass der Überdeckungsgrad maximal wird. Dies lässt sich vorwiegend mit perspektivischen Projektionen realisieren.
7. Bei schnellen IR-Kameras kann während der Betrachtung das Thermogramm mit Methoden der Bildanalyse auf Rotorblattstand analysiert und entsprechend eine nachträgliche Synchronisation per Software durchgeführt werden.
8. Dasselbe Blatt kann zu unterschiedliche Zeitpunkten in der exakt gleichen Position (besonders Winkellage) aufgenommen werden zum Zwecke der Signalverbesserung und Rauschminderung. Ansonsten würde das Auftreten bereits geringer Winkelfehler oder Versatzfehler nach einer Mittelwertbildung zur Verschlechterung der Kontraste führen, der Zweck der Mittelwertbildung wäre dann verfehlt.
9. Mittels zweier IR-Kameras mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen kann gemessen werden, um in der Auswertung später mittels Quotientenbildung Emissivitätsunterschiede, wie z.B. durch Verschmutzung, zu minimieren oder eliminieren, sofern das Emissivitätsspektrum der Verschmutzung die erforderliche Varianz ausweist.

Thermogramme von Rotorblättern unter Betriebsbedingungen sind das Ergebnis von komplexen Überlagerungen verschiedener thermischer und optischer Prozesse. Nach gegenwärtigem Kenntnisstand können folgende thermische Effekte auftreten:

• Erwärmung durch direkte Sonneneinstrahlung;
• Erwärmung bzw. Abkühlung durch Änderung der Lufttemperatur;
• periodische Erwärmung und Abkühlung infolge periodischer mechanischer Verformung;
• Abkühlung durch erzwungene Konvektion;
• Abkühlung durch Strahlungsprozesse (z.B. gegenüber einem kalten klaren Himmel);
• Erwärmung an vorgeschädigten Bereichen durch innere Reibung;
• Erwärmung der Rotorblattspitzen bei hohen Tangentialgeschwindigkeiten.

Lediglich der zweite und der vierte Effekt führen zu einer relativ gleichmäßigen Temperaturverteilung an der Oberfläche des Rotorblatts, wie sie für thermografische Untersuchungen wünschenswert ist, da innere Strukturmerkmale aber auch verdeckte Fehler zu einer Abweichung von der ansonsten gleichmäßigen Temperaturverteilung führen. Alle anderen thermischen Effekte haben mehr oder weniger ungleichmäßige oder lokale Erwärmungen zur Folge. Ein verdeckter Fehler kann jedoch auch in diesen Fällen nachgewiesen werden, wenn er zu erkennbaren Abweichungen von einer "normalen" Temperaturverteilung führt.
Je nach Reflektivität der Oberfläche der Rotorblätter enthalten die Thermogramme auch reflektierte Strahlung aus der Umgebung, welche sich der thermischen Strahlung von der Rotorblattoberfläche überlagert. Hierbei handelt es sich um rein optische Effekte. Nach gegenwärtigem Kenntnisstand sind folgende Reflexionen zu berücksichtigen:

1. Effekt: direkte Reflexion der Sonnenstrahlung (bei Sonnenschein)
2. Effekt: diffuse Reflexion der thermischen Strahlung des Himmels (oberer Halbraum)
3. Effekt: diffuse Reflexion der thermischen Strahlung der Erdoberfläche (unterer Halbraum)

Lediglich der 1. Effekt führt zu einer scheinbaren lokalen Erwärmung und wirkt daher störend, wenn Abweichungen von typischen Temperaturverteilungen betrachtet werden sollen. Die beiden anderen Effekte sind hingegen zu beachten, wenn Rotorblatt-Thermogramme aus verschiedenen Stellungen des Rotors miteinander verglichen werden sollen. So erscheint, gerade bei klarem Himmel, eine gen Himmel ausgerichtete Rotorblattfläche deutlich kühler im Vergleich zu einer Position, bei der die gleiche Fläche zur Erdoberfläche ausgerichtet ist. Bei schräger Ausrichtung der Rotorblattfläche überlagern sich die Reflexionen aus oberem und unterem Halbraum in winkelabhängigen Anteilen.
Vor diesem Hintergrund kommt der Berücksichtigung einer Hintergrundstrahlung, etwa deren Intensität, bei zumindest teilweiser Erfassung eines Ausschnitts des Himmels oder eines im Wesentlichen geometrisch unveränderten Horizonts durch die IR- und/oder die Foto-Kamera eine große Bedeutung zu.
Die Beschreibung der zahlreichen auftretenden Effekte sollte noch einmal deutlich machen, dass ein unter realen Betriebsbedingungen aufgenommenes Thermogramm eines Rotorblatts vom Zusammenspiel verschiedenartiger Faktoren bestimmt wird, welche eine Fehlererkennung an Hand dieses Einzelthermogramms erschwert bzw. praktisch unmöglich macht. Die Vielzahl der Einflussfaktoren macht auch eine Auswertung unmöglich, bei der das aufgenommene Thermogramm mit einem bestimmten Referenzthermogramm verrechnet wird, das zuvor unter anderen externen Umgebungsbedingungen erfasst wurde.
Natürlich können auch verschiedene Thermogramme aus verschiedenen Zeiten miteinander verglichen werden, aber man wird die hier beschriebene Eliminierung von Störeinflüssen durch Differenzierung nicht erreichen, wenn die externen Umgebungsbedingungen verschieden waren. Hingegen kann ein reiner qualitativer Vergleich evtl. andere Gegebenheiten offenbaren, die beim hier beschriebenen Referenzieren bzw. Vergleichen ebenfalls zu beachten sind. Beispielsweise, wenn sich z.B. ein Streifenmuster mit der Zeit verändert hat oder ähnliches.
Die Vielzahl dieser Parameter macht es unmöglich, eine Standardisierung vorzunehmen, da die Variation eines einzelnen Parameters das thermische Bild bereits verändern kann. Daher beruht die hier vorgeschlagene Korrektur von Thermogrammen auf der Verrechnung und dem Vergleich mehrerer Aufnahmen, die unter möglichst gleichen externen Bedingungen aufgenommen wurden.
Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.

Claims

Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer Drehung des Rotors, umfassend: – Aufnehmen zumindest einer ersten Aufnahme eines ersten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung; – Aufnehmen zumindest einer zweiten Aufnahme des Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung; – Referenzieren der zumindest ersten Aufnahme zur zumindest zweiten Aufnahme, sodass durch die Winkelorientierung bedingte Variationen einer Wärmestrahlung zumindest einer Wärmestrahlungsquelle von thermischen Signaturen, die den technischen Zustand des Rotorblatts charakterisieren, unterscheidbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest erste und die zumindest zweite Aufnahme mit einer Wärmebildkamera im IR-Spektralbereich aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: – Aufnehmen zumindest einer weiteren Aufnahme des Rotorblatts in einem anderen, als jenem zur Thermografie genutzten Spektralbereich synchron zur zumindest ersten und/oder zur zumindest zweiten Aufnahme des ersten Rotorblatts mit einer nicht-thermischen Strahlungsdetektionseinheit.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wärmebildkamera und die Fotokamera benachbart zueinander angeordnet sind, sodass die Wiedergabe einer perspektivischen Orientierung des Rotorblatts in der Aufnahme durch die Wärmebildkamera einer perspektivischen Orientierung des Rotorblatts in der Aufnahme durch die Fotokamera weitestgehend entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: – Vergleichen der zumindest ersten und/oder der zumindest zweiten Aufnahme mit der jeweils synchron in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts aufgenommenen weiteren Aufnahme.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Vergleichen das Zuordnen und/oder Unterscheiden einer oberflächlichen Verschmutzung des Rotorblatts von einer den technischen Zustand des Rotorblatts charakterisierenden thermischen Signatur ermöglicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: – Aufnehmen zumindest einer ersten Aufnahme eines zweiten und eines dritten Rotorblattes in der ersten Winkelorientierung und – Vergleichen und/oder Referenzieren der ersten Aufnahmen des ersten, des zweiten und des dritten Rotorblattes, sodass eine durch die Winkelorientierung bedingte thermische Signatur unterscheidbar ist von einer den technischen Zustand eines der Rotorblätter charakterisierenden thermischen Signatur.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: – Aufnehmen zumindest einer weiteren Aufnahme des zweiten Rotorblatts in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts synchron zur zumindest ersten Aufnahme des zweiten Rotorblatts mit der in einem Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts empfindlichen Fotokamera.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Rotorblatt zu einer ersten Windkraftanlage und das zweite Rotorblatt ein baugleiches Rotorblatt ist und zu einer zweiten Windkraftanlage gehört.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Winkelorientierung auf einen Einstellwinkel des Rotorblattes und damit eine Drehung des Rotorblattes um eine längs zum Rotorblatt verlaufende Pitchachse bezieht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Winkelorientierung auf eine Drehung des Rotorblattes um eine horizontal verlaufende Hauptrotationsachse des Rotors bezieht.
Verfahren zur Beurteilung des technischen Zustands eines Rotorblattes einer Windkraftanlage während einer Drehung des Rotors, umfassend: – Registrieren einer ersten thermischen Signatur eines ersten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung um eine Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe einer IR-Kamera; – Registrieren einer zweiten thermischen Signatur des ersten Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe der IR-Kamera; – Registrieren einer ersten und einer zweiten optischen Signatur des ersten Rotorblattes synchron zum Registrieren der thermischen Signaturen in der ersten und in der zweiten Winkelorientierung durch eine Foto-Kamera, wobei die optische Signatur ein Aufnehmen eines Grauwertbildes in einem Spektralbereich sichtbaren Lichts umfasst; – Vergleichen der ersten thermischen Signatur zur ersten optischen Signatur und/oder Referenzieren der ersten thermischen Signatur zur zweiten thermischen Signatur; und – Identifizieren einer strukturellen Störung im ersten Rotorblatt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Winkelorientierung einer Rotation um die Hauptrotationsachse des Rotors um 180 Grad aus der ersten Winkelorientierung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 wobei die IR-Kamera und die Fotokamera unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin umfassend: – Registrieren zumindest einer ersten thermischen Signatur eines zweiten Rotorblattes in einer ersten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe der IR-Kamera; – Registrieren zumindest einer zweiten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes in einer zweiten Winkelorientierung um die Hauptrotationsachse des Rotors der Windkraftanlage mit Hilfe der IR-Kamera und/oder – Registrieren zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten optischen Signatur des zweiten Rotorblattes in der ersten und in der zweiten Winkelorientierung durch die Fotokamera synchron zum Registrieren der thermischen Signaturen des zweiten Rotorblattes, wobei die optische Signatur ein Grauwertbild in einem Spektralbereich sichtbaren Lichts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: – Vergleichen der ersten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes zur ersten optischen Signatur und/oder Referenzieren der ersten thermischen Signatur zur zweiten thermischen Signatur des zweiten Rotorblattes unter Berücksichtigung der synchron zu registrierten thermischen Signaturen des zweiten Rotorblattes registrierten optischen Signaturen des zweiten Rotorblattes; und – Verifizieren einer identifizierten strukturellen Störung im ersten Rotorblatt durch Vergleich mit den entsprechenden Daten des zweiten Rotorblatts.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zweite Rotorblatt zu einer anderen Windkraftanlage als das erste Rotorblatt, nämlich zu einer zweiten Windkraftanlage, gehört.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die IR-Kamera angepasst ist zum Registrieren einer IR-Signatur in einem ersten Infrarot-Wellenlängenbereich und zum Registrieren einer IR-Signatur in einem zweiten Infrarot-Wellenlängenbereich.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei zwei verschiedene IR-Kameras in jeweils verschiedenen IR-Wellenlängenbereichen, simultan miteinander eine IR-Signatur registrieren.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei sich erste und zweite IR-Wellenlängenbereiche teilweise überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Registrieren der thermischen Signatur des ersten Rotorblatts und das Registrieren der thermischen Signatur des zweiten Rotorblatts durch unterschiedliche oder durch ein und dieselbe IR-Kamera erfolgt und die Foto-Kamera für das Erfassen der optischen Signaturen ein und dieselbe Foto-Kamera ist, und eine Position der IR-Kamera benachbart zu einer Position der Foto-Kamera ausgewählt ist, sodass die IR-Kamera und die Foto-Kamera in einer Symmetrieebene zwischen einer ersten und einer zweiten Windkraftanlage liegt, die jeweils das erste oder das zweite Rotorblatt umfassen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: – Auslösen einer Registrierung einer IR-Signaturen oder einer optischen Signatur durch ein Triggersignal.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Triggersignal ausgewählt ist unter: einer Rotation zumindest eines Rotorblattes eines Rotors um dessen Hauptrotationsachse, einer wahlweise vorgebbaren Winkelorientierung eines Rotorblattes, und/oder einer von zumindest einem Rotorblatt oder einem Abschnitt eines Rotorblattes reflektierten elektromagnetischen Strahlung.
Verfahren nach den Ansprüchen 22 oder 23, wobei das Triggersignal ausgewählt ist unter dem Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellwertes, der direkt oder indirekt aus einer zumindest periodisch erfassten IR-Signatur ableitbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Referenzieren umfasst: – Glätten oder Nivellieren eines Pixelbereichs einer Thermographieaufnahme, der einer oberflächlichen Verunreinigung des Rotorblatts entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Referenzieren umfasst: – Subtrahieren eines Bitwertes eines jeden Pixels oder Pixelbereiches eines ersten Thermogramms von einem Bitwert eines entsprechenden Pixels oder Pixelbereiches eines zweiten Thermogramms oder umgekehrt, wobei entsprechende Pixel oder Pixelbereiche unterschiedlicher Thermogramme identischen Abschnitten des Rotorblattes zu verschiedenen Registrier-Zeiten oder identischen Abschnitten eines baugleichen Rotorblattes zu gleichen Registrier-Zeiten entsprechen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: – reproduzierbares Einstellen einer Winkelposition einer Kamera zur Windkraftanlage und/oder – Synchronisieren eines Bildeinzugs einer Kamera mit einer aktuellen Umlaufgeschwindigkeit oder einem Vielfachen der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: – Projizieren eines bearbeiteten Thermogramms oder eines Intensitätsbildes von einem Rotorblatt und/oder einem Rotor in ein 3D-Modell des Rotorblattes und/oder des Rotors, so dass eine Betrachtung der Strukturen und potentiellen Defekte aus unterschiedlichen räumlichen Perspektiven durchführbar ist.
Verwendung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 28 zur Erstellung einer Datenbank, umfassend technische Zustandsdaten von Rotorblättern zumindest einer Windkraftanlage eines Windparks.