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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer Dehnung eines fliehkraftbelasteten Rotors in einem Schleuderprüfstand.
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Um Belastungen zu messen, die auf einen rotierenden Körper wirken, werden Schleuderprüfstände herangezogen, in denen der Körper, wie beispielsweise ein Rotor in seinem Betriebsdrehzahlbereich und auch darüber betrieben wird. Zusätzlich kann der Rotor beispielsweise zyklischen Drehzahländerungen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt werden.
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Um Veränderung des Rotors zu bestimmen, wird beispielsweise die Aufweitung, also die Dehnung des Rotors mittels Dehnungsmessstreifen gemessen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Messung auf einzelne Messstellen begrenzt ist und keine vollflächige Messung erreicht werden kann. Außerdem ist die Applikation der Dehnungsmessstreifen arbeits- und zeitaufwendig und benötigt für die Messungen an Rotoren auch eine drahtlose Signalübertragung. Weiterhin sind Dehnungsmessungen auf Grund ihrer Größe nicht an feinen Strukturen geeignet. Zudem verursachen sie auch eine unbeabsichtigte Verstärkung der zu untersuchenden Struktur durch die Verklebung.
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Weiterhin ist bekannt, Fotoaufnahmen von belasteten Körper zu erstellen und die Belastungen mithilfe einer digitalen Bildkorrelation zu bestimmen. So offenbart
EP 1 510 809 A1 eine Vorrichtung zur Prüfung von Erzeugnissen wie beispielsweise Ampullen, bei welcher eine an einem rotierenden Kameraturm angebrachte Kamera, Bilder von einem Prüfling erzeugt, welche einem nachgeschalteten Auswertesystem zugeführt werden. Die Kamera kann zusammen mit dem Prüfling rotieren oder der Prüfling kann während eines Schwenkwinkels der Kamera eine ganze Drehung ausführen, so dass hierdurch die gesamte Oberfläche des Prüflings der Kamera zugänglich gemacht wird.
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WO 2010/089139 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem das Objektiv einer Kamera auf zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet und die Markierung auf einen Matrix-Sensor abgebildet wird. Die Bilddaten werden von einer Bildverarbeitungsvorrichtung zugeführt, die eine Bilderkennung durchführt, so dass die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds ermittelt wird, und mittels einer Recheneinrichtung eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert ermittelt und anhand der Position der Markierung innerhalb des Bildfelds quantifiziert wird.
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In der
DE 60 2006 000 063 T2 ist eine in-situ Überwachung eines Bauteils für ein Turbinengaswerk gezeigt, wobei eine Kamera und eine Lichtquelle vorgesehen sind und die Lichtquelle eine Beleuchtung des sich drehenden Bauteils bewirkt, während die Kamera ein Bild von dem Bauteil empfängt. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist der hohe finanzielle Aufwand für die Bereitstellung zweier unterschiedlicher aufwendiger Messsysteme für die Verlagerungsmessung und die Formerfassung.
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In der
WO 2009/143848 A2 ist ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage gezeigt. An dem Rotorblatt sind mehrere Lichtquellen und Lichtsensoren angeordnet, wobei eine mit einer Verdrehung des Rotorblatts verbundene Positionsänderung der Lichtquellen von den Sensoren detektierbar ist. Aus der
WO 2009/143849 A2 ist ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage bekannt, an dem mehrere Marker und Lichtsensoren angeordnet sind. Eine mit einer Verdrehung des Rotorblatts verbundene Positionsänderung der Marker ist von den Sensoren detektierbar.
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Weiterhin ermöglicht die Speckle-Interferometrie eine berührungslose und flächenhafte Erfassung von Verlagerungen und/oder Verformungen an beliebigen Bauteilen. Es sind 2D- und 3D-Speckle-Interferometer bekannt, mit denen die Verformung in zwei oder drei Koordinatenachsen ermittelt werden kann. Dazu werden die Komponenten der Verlagerung von Punkten der Oberfläche in einer oder mehreren Richtungen mit dem Speckle-Interferometer gemessen und für sehr viele Punkte miteinander in das Koordinatensystem des Objektes oder ein Raumkoordinatensystem umgerechnet. So zeigt
EP 0 731 335 A ein solches Verfahren zum Feststellen unerwünschter Verformungen eines Objekts, die meist unter Belastung auftreten, bei der die Speckle-Interferometrie nach der speziellen Methode der Shearographie angewandt wird. Dabei wird die Gestalt des Objektes jedoch nicht bestimmt. Die Vorrichtung weist zwei getrennte Kameras sowie einen zweiarmigen Mach-Zehnder-Interferometer auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und apparativ einfache Dehnungsmessung fliehkraftbelasteter Körper bereitzustellen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Messung einer Dehnung eines fliehkraftbelasteten Rotors bereitgestellt wird, bei dem der Rotor in eine mit einem Antrieb verbindbare Aufnahme eines Schleuderprüfstands eingebracht wird, eine Fotokamera und eine Kurzzeit-Beleuchtungseinheit ausgelöst werden und wenigstens ein Bereich einer Oberfläche des Rotors fotografiert wird, und dieses erste Bild als Ausgangszustand an eine Auswerteeinheit übermittelt wird, der Rotor beschleunigt wird und bei wenigstens einer Drehzahl die Fotokamera und die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit erneut ausgelöst werden und wenigstens ein weiteres Bild von dem zuvor fotografierten Bereich der Oberfläche fotografiert wird, das als Messzustand an die Auswerteeinheit übermittelt wird, die Auswerteeinheit eine Dehnung des Rotors in dem fotografierten Bereich der Oberfläche mithilfe einer digitalen Bildkorrelation errechnet, wobei eine Belichtungszeit eines Bildsensors der Fotokamera von der Dauer der von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit ausgehenden Beleuchtung bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache und schnelle Dehnungsmessung an Rotoren mit einem geringen apparativen Aufbau. Zumal eine aufwendige Synchronisation zwischen Kamera und Kurzzeit-Beleuchtungseinheit nicht notwendig ist. Die Beleuchtung des Rotors im Ausgangszustand und im Messzustand erfolgt ausschließlich über die von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit bereitgestellten Beleuchtung. Die Beleuchtung ist vorteilhafterweise ein Lichtimpuls einer Kurzzeit-Beleuchtungseinheit, die bevorzugt ein Kurzzeitlaser, insbesondere ein Pulslaser, wie beispielsweise ein Kurzpulslaser oder ein Ultrakurzpulslaser ist. Durch die Verwendung einer Kurzzeit-Beleuchtungseinheit wird eine geringe Bewegungsunschärfe erreicht und die Bewegung des Rotors quasi eingefroren.
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Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine vollflächige Dehnungsmessung der beobachteten Messfläche, da es nicht wie die bekannten Dehnungsmessstreifen auf einzelne Messstellen beschränkt ist. Es können mehrere im Messzustand und bei verschiedenen Drehzahlen aufgenommene oder verschiedene Oberflächenbereiche des Rotors abbildende Bilder miteinander synchronisiert werden, so dass eine Betrachtung der im Wesentlichen gesamten Rotoroberfläche möglich ist.
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Im Sinne der Erfindung ist ein Rotor ein rotierender Körper.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung bestimmt die maximal zu beobachtende Umfangsgeschwindigkeit die maximal zulässige Belichtungszeit, um die Bewegungsunschärfe unterhalb einer akzeptablen Grenze zu halten. Weiterhin kann diese zulässige Grenze auch von der gewünschten Bildauflösung der Aufnahme festgelegt werden. Höhere Auflösungen erfordern insbesondere kürzere Belichtungszeiten.
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Es kann vorgesehen sein, dass bei Detektion einer auf der Oberfläche des Rotors oder der Rotoraufnahme, insbesondere des Rotoraufnahme-Adapters aufgebrachten Referenzmarke durch einen Referenzsensor der Auslösevorgang der Fotokamera und/oder der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit gestartet werden. Die Referenzierung auf den Drehwinkel ermöglicht auch die Synchronisation mehrerer aufgenommener Bilder. Ferner ist vorteilhaft, wenn das Auslösen der Fotokamera und/oder der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit in Bezug auf den Referenzmarker mit Verzögerung erfolgt. Ein vorgebbarer Winkeloffset kann hierbei mittels der bekannten Drehzahl des Rotors in eine Verzögerung oder Wartezeit umgerechnet werden, bis das Auslösen der Fotokamera und/oder der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit erfolgt. Somit sind Aufnahmen des Rotors in verschiedenen Winkellagen möglich.
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Die Berechnung der Dehnung kann in einer Ausgestaltung derart erfolgen, dass die Auswerteeinheit im Messzustand fotografierte Bilder mit dem im Ausgangszustand fotografierten Bild vergleicht und anhand von Verschiebungen eines optisch erkennbaren Oberflächenmusters im fotografierten Bereich der Oberfläche die Dehnung des Rotors errechnet. Das optisch erkennbare Oberflächenmuster bildet insbesondere Referenzpunkte, anhand derer die Verschiebung festgestellt werden kann. Das Oberflächenmuster kann zum einen durch eine natürliche Oberflächenstruktur des Rotors gebildet werden. Das heißt, es können zufällige, aber spezifische Oberflächenmerkmale des gemessenen Rotors genutzt werden, um einen Einfluss der Fliehkraft auf den Rotor und somit eine ggf. erfolgte Verschiebung dieser natürlichen Oberflächenmerkmale zu bestimmen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Nut im Rotor handeln. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn das Oberflächenmuster Bestandteil einer auf der Rotoroberfläche aufgebrachten Kennzeichnung ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Oberflächenmuster so fein aufgelöst ist, dass die zu beobachtenden Dehnungen an allen Oberflächenpunkten sichtbar werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass grafische Elemente im fotografierten Bereich mehrerer Bilder zur Synchronisation der Bilder verwendet werden. Mithilfe der optisch erkennbaren grafischen Elemente können versetzt aufgenommene Bildausschnitte zusammengesetzt werden, so dass Synchronisationen zu weiteren Bildaufnahmen zur Darstellung von Dehnungsänderungen möglich sind. Die grafischen Elemente können beispielsweise strahlenförmig aufgebracht sein, wodurch auch versetzte Bildaufnahmen (sowohl translatorisch als auch rotatorisch) aufeinander ausgerichtet werden können, indem insbesondere die strahlenförmigen Markierungen zur Deckung gebracht werden. Es ist aber auch möglich, zufällige Muster als grafische Elemente aufzubringen, wie beispielsweise Farbmarkierungen, durch die ebenfalls eine Ausrichtung mehrerer Aufnahmen zueinander möglich ist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung einer Dehnung eines fliehkraftbelasteten Rotors, mit einem Schleuderprüfstand mit Aufnahmen zur Aufnahme eines Rotors, der mit einem Antrieb drehend verbindbar ist, einer zum Rotor beabstandet angeordneten Fotokamera, die derart zum Rotor angeordnet ist, dass Bilder von wenigstens einem Bereich einer Oberfläche des Rotors fotografierbar sind und einer Kurzzeit-Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Rotors, wobei eine Belichtungszeit eines Bildsensors der Fotokamera von der Dauer der von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit ausgehenden Beleuchtung bestimmbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung dient die Vorrichtung der Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, so dass die zuvor genannten Ausgestaltungen und Vorteile ebenfalls auf die Vorrichtung anwendbar sind. Im Stand der Technik wird neben einer Hochgeschwindigkeitskamera ein aufwendiges Beleuchtungssystem genutzt, um Dehnungen von fliehkraftbelasteten Körpern zu messen. Die Vermeidung der Bewegungsunschärfe wird hier durch die Verschlussöffnungszeit einer Hochgeschwindigkeitskamera festgelegt, die bei sehr kurzen Belichtungszeiten auch noch zu Auflösungseinschränkungen führt. Außerdem müssen Hochgeschwindigkeitskamera und Beleuchtungssystem aufwendig synchronisiert werden. Im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird lediglich eine Fotokamera und eine Kurzzeit-Beleuchtungseinheit genutzt, wobei die Beleuchtung des Rotors nur durch das von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit bereitgestellte Licht erfolgt, was die Bewegung des Rotors einfriert. Hierdurch wird eine geringe Bewegungsunschärfe erreicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine hohe Bildschärfe und damit eine hohe Ortsauflösung auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten des Rotors erreicht werden können. Außerdem ist die Vorrichtung durch die geringen apparativen Anforderungen wesentlich kostengünstiger und wirtschaftlicher als bekannte Systeme.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung über Positionierungsmittel verfügt, die eine Änderung der Position der Fotokamera zum Rotor ermöglichen. Mithilfe der Positionierungsmittel ist beispielsweise der Abstand zwischen Fotokamera und Rotor einstellbar. Hierbei kann ein höhenverstellbares Stativ vorteilhaft sein, das die Fotokamera trägt und im Schleuderprüfstand angeordnet werden kann. Auch kann eine entsprechende Fotokamerahalterung am Gehäuse des Schleuderprüfstands vorgesehen sein. Der Abstand zwischen Fotokamera und Rotor kann manuell oder automatisch verändert werden.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist die Messung einer radialen Aufweitung eines rotierenden Körpers aufgrund Fliehkraft und Wärmeausdehnung mit einem geringen apparativen Aufwand möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
- 1 einen exemplarischen Aufbau einer bevorzugten Vorrichtung,
- 2 eine verzögerte Auslösung der Beleuchtung,
- 3 eine Ausgestaltung mit einer Fotokamera mit Tilt-Adapter und
- 4 eine Ausgestaltung mit zwei Fotokameras.
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1 zeigt einen exemplarischen Aufbau einer bevorzugten Vorrichtung. Ein Schleuderprüfstand 1 besteht in der Regel aus einem Gehäuse mit mehreren Schutzringen. Mittig am Gehäuse ist ein Antrieb vorgesehen, mit dem ein zu messender Rotor 2 verbindbar ist. Hierfür weist der Schleuderprüfstand 1 entsprechende Lager bzw. Adapter 3 auf, die den Rotor 2 sichern. In der 1 ist der Schleuderprüfstand 1 bzw. dessen Komponenten lediglich schematisch dargestellt. Gegenüber dem gelagerten Rotor 2 ist eine Fotokamera 4 beabstandet zu diesem angeordnet, und zwar vorteilhafterweise derart, dass die Rotoroberfläche aufgenommen werden kann. Die Fotokamera 4 kann beispielsweise an einer Halterung 5 am Gehäuse des Schleuderprüfstands 1 befestigt sein. Die Halterung 5 kann hierbei über Positionierungsmittel verfügen, die die relative Position der Kamera 4 zum Rotor 2 ändern und beispielsweise eine Veränderung des Abstand zwischen Rotor 2 und Kamera 4 und / oder eine axiale Verschiebung der Kamera 4 in Bezug auf den Rotor 2 ermöglichen. Die Positionierungsmittel können manuell oder automatisch, insbesondere elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgestaltet sein. Als ein Beispiel eines elektrischen Positionierungsmittel sei ein Linearmotor genannt, der eine geregelte Veränderung des Abstands ermöglicht. Zur Anbringung oder Halterung 5 der Fotokamera 4 kann auch ein Stativ dienlich sein, das am Gehäuse befestigt ist und über entsprechende Positionierungsmittel verfügt. Die Fotokamera 4 kann beispielsweise eine Digitalkamera sein.
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Ebenfalls am Gehäuse ist eine Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 zur Beleuchtung des Rotors 2 angebracht. Die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ist vorzugsweise derart zum Rotor 2 angeordnet, dass eine der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 zugewandte Oberfläche des Rotors 2 im Wesentlichen gleichmäßig beleuchtet wird. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 nicht in den mit den gestrichelten Linien dargestellten Strahlengang der Fotokamera 4 hineinragt. Fotokamera 4 sowie Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 können mit entsprechenden Steuerung- und Kontrollvorrichtungen 7 verbunden sein, die beispielsweise eine Steuerung der Auslösung der Fotokamera 4 sowie der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ermöglichen. Ferner sind Fotokamera 4 sowie Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 mit einer Auswerteeinheit 8, die zum Beispiel ein Computer, ein Tablet oder eine sonstige Recheneinheit sein kann, verbunden. Über die Auswerteeinheit 8 ist auch die Steuerung und Regelung der Steuerung- und Kontrollvorrichtungen 7 möglich.
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Mithilfe eines zum Rotor beabstandet angeordneten Sensors 9 kann ein beispielsweise auf der Rotoroberfläche oder dem Rotoraufnahme-Adapter aufgebrachtes Referenzsignal, zum Beispiel eine Referenzmarke, berührungslos detektiert werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Magnetsensor oder einen kapazitiven Sensor, aber auch um eine optische Marke handeln.
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Zur Messung einer Dehnung eines fliehkraftbelasteten Rotors 2 wird, nachdem der Rotor 2 in die Aufnahme 3 eingebracht ist, wenigstens eine Aufnahme eines Ausgangszustandes des Rotors 2 gemacht, indem die Fotokamera 4 und die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgelöst werden und wenigstens ein Bereich einer Oberfläche des Rotors 2 fotografiert wird. Diese erste Aufnahme wird als Bild des Ausgangszustands an die Auswerteeinheit 8 übermittelt. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Referenzaufnahmen gemacht werden, indem mehrere Bereiche der Oberfläche des Rotors 2 fotografiert werden.
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Der Rotor 2 wird anschließend auf eine wählbare Drehzahl beschleunigt, die zum Beispiel seiner Betriebsdrehzahl oder einer hierüber liegenden Drehzahl entsprechen kann. Beim Erreichen der Drehzahl oder einem Drehzahlbereich wird die Bildaufnahme durch die Fotokamera 2 insbesondere dadurch erreicht, dass die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 erneut ausgelöst, der Rotor 2 beleuchtet und ein Bildsensor der Fotokamera 4 entsprechend belichtet wird. Ein Verschluss der Fotokamera 4 kann bereits vor dem Fotografieren des rotierenden Rotors 2, insbesondere gesteuert durch die Steuerung- und Kontrollvorrichtungen 7, in Offenstellung gebracht vorliegen. Das Auslösen der Beleuchtung durch die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 kann hierzu mit Verzögerung geschehen. Da im Schleuderprüfstand 1 keine weitere Lichtquelle existiert, erfolgt die Beleuchtung des Rotors 2 ausschließlich durch die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6. Das heißt, für die Belichtung des Bildsensors der Fotokamera 4 dient somit ausschließlich die durch die von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 bereitgestellte Beleuchtung, wobei keine aufwendige Synchronisation zwischen Fotokamera 4 und Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 notwendig ist. Die kurzzeitige Beleuchtung ist insbesondere ein Lichtimpuls eines Lasers.
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Die kurzzeitige Beleuchtung ist vorteilhafterweise derart gewählt, dass die Bewegung des Rotors 2 für die gewünschte Ortsauflösung als quasi eingefroren erscheint und eine geringe Bewegungsunschärfe erreicht wird. Ist beispielsweise eine Bewegungsunschärfe von maximal 0,1 Pixeln bei einer maximalen Drehzahl von 20.000rpm gewünscht, könnte die Beleuchtungsdauer in einem Bereich von 15 Nanosekunden bis 25 Nanosekunden liegen. Soll dagegen die Bewegungsunschärfe maximal 2 Pixel betragen und beträgt die Rotorgeschwindigkeit 15.000rpm, könnte die Beleuchtung ungefähr 30 bis 40 Nanosekunden andauern. Eine Beleuchtungsdauer von weniger als 10 Nanosekunden kann für hohe Umfangsgeschwindigkeiten und einer gewünschten Bewegungsunschärfe von weniger als 0,1 Pixeln vorteilhaft sein.
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Im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine Beleuchtung von weniger als 100 Nanosekunden als Kurzzeitbeleuchtung bezeichnet werden, wobei sich die Beleuchtungsdauer nach der gewünschten Schärfe im Pixel- bzw. Subpixelbereich und der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 2 richtet. Das heißt, eine gewünschte Ortsauflösung benötigt eine gewisse Schärfe und ergibt somit für eine gewünschte Umfangsgeschwindigkeit eine maximale Kurzzeit-Beleuchtungsdauer. Je höher die Umfangsgeschwindigkeit und je höher die gewünschte Schärfe bzw. je geringer die gewünschte Bewegungsunschärfe, desto kürzer ist vorteilshalber die Beleuchtungsdauer der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgestaltet.
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Der Kameraverschluss kann nach der Bildaufnahme, beispielsweise nach einer festgelegten Verzögerungszeit, schließen. Je nach Bedarf kann der Verschluss jedoch auch für einen längeren Zeitraum in Offenstellung verbleiben, wobei die Belichtung des Fotosensors nur durch die von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgehenden Beleuchtung erfolgt. Das heißt, das Auslösen der Bildaufnahme kann von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgehen.
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Das wenigstens eine weitere Bild von dem zuvor fotografierten Bereich der Oberfläche wird als Messzustand an die Auswerteeinheit 8 übermittelt. Selbstverständlich ist es möglich, mehrere Bilder bei unterschiedlichen Drehzahlen oder der gleichen Drehzahl aufzunehmen. Die Auswerteeinheit 8 ermittelt dann eine Dehnung des Rotors 2 in dem fotografierten Bereich der Oberfläche mithilfe einer digitalen Bildkorrelation. Hierbei dient das Bild der Oberfläche im Ausgangszustand als Referenzbild, mit dem die Bilder der Messzustände, das heißt die Bilder unter Belastung des Rotors 2, verglichen werden. Hierbei können grafische Elemente, die durch eine natürliche Oberflächenstruktur des Rotors 2 erzeugt werden oder grafische Elemente, die Bestandteile einer auf der Rotoroberfläche aufgebrachten Markierung sind, dazu dienen, mehrere Bilder zueinander in Deckung zu bringen. Da es vorteilhaft sein kann, Aufnahmen der im Wesentlichen vollständigen Rotoroberfläche als Referenzaufnahmen bzw. Ausgangszustände zu hinterlegen, können mithilfe der grafischen Elemente die Aufnahmen zueinander in Deckung gebracht werden, indem nicht nur die Ausgangszustände und die Messzustände miteinander verglichen, sondern auch die Ausgangszustände und die Messzustände untereinander synchronisiert werden. Hierdurch entsteht eine vollflächige Betrachtung des Rotors 2. Außerdem kann hierdurch eine Starrkörperverschiebung eliminiert werden.
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Die grafische Elemente sind ferner dann vorteilhaft, wenn die Position der Fotokamera 4 zum Rotor 2 variiert wurde und Bilder aus verschiedenen Positionen oder Winkeln vom Rotor 2 gemacht werden. Mithilfe der grafische Elemente können die verschiedenen Bilder zueinander in Deckung gebracht werden.
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2 zeigt schematisch eine verzögerte Auslösung der Beleuchtung. Durch die Nutzung eines Referenzsensors 9, der beabstandet zum Rotor 2 angeordnet ist und berührungslos eine Referenzmarke zum Beispiel auf der Oberfläche des Rotors 2 erfasst, kann eine winkeldefinierte Ansteuerung der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 erfolgen. Hierbei wird die Referenzmarke einmal pro Umdrehung erfasst. Ein vorgebbarer Winkeloffset wird mithilfe der bekannten Drehzahl in eine Wartezeit umgerechnet, bis die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgelöst wird und eine Bildaufnahme durch die nicht dargestellte Fotokamera erfolgt. Hierdurch kann der Rotor 2 von der Fotokamera in verschiedenen Winkellagen fotografiert werden. Durch aufgenommene grafische Elemente, die als Markierungen auf der Rotoroberfläche vorliegen, können die aufgenommenen Bilder zueinander synchronisiert werden.
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3 zeigt eine Ausgestaltung mit einer Fotokamera mit Tilt-Adapter. Es kann vorgesehen sein, dass die Kamera 4 einen Tilt- und Shift-Adapter oder einen Tilt-Adapter und/oder einen Shift-Adapter 10 aufweist. Alternativ kann die Fotokamera 4 ein Tilt-Shift-Objektiv 10 aufweisen. Die Adapter bzw. das Tilt-Shift-Objektiv sind exemplarisch in 3 gezeigt. Eine optimale Ausleuchtung des Rotors 2 wird erreicht, wenn die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 derart zum Rotor 2 angeordnet ist, dass eine der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 zugewandte Oberfläche des Rotors 2 im Wesentlichen gleichmäßig beleuchtet wird. Hierbei ist die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 insbesondere derart zum Rotor 2 angeordnet, dass die von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgehenden Lichtstrahlen im Wesentlichen gleichzeitig auf die Rotoroberfläche treffen, bzw. ein von der Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 ausgehender Lichtkegel die ihm zugewandte Oberfläche des Rotors 2 vollständig beleuchtet. Wie 3 zu entnehmen ist, kann die Fotokamera 4 schräg auf den Rotor 2 ausgerichtet sein, damit die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 nicht im Strahlengang der Fotokamera 4 steht. Um eine geneigte Schärfeebene zu erreichen, kann ein Tilt-Adapter 10 oder ähnliches verwendet werden.
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4 zeigt eine Ausgestaltung mit zwei Fotokameras. Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 zentral gegenüber dem Rotor 2 angeordnet, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des Rotors 2 zu erreichen. Zusätzlich verfügt die Ausgestaltung über eine zweite Fotokamera 11, die wie die erste Fotokamera 4 schräg zum Rotor 2 angeordnet ist und beispielsweise über einen Tilt-Adapter 10 verfügt. Die Fotokameras 4, 11 können gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst werden. Das Auslösen kann dadurch erfolgen, dass der Verschluss der Fotokamera 4, 11 geöffnet ist und eine kurzzeitige Beleuchtung des Rotors 2 durch die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 erfolgt, durch die der Bildsensor der Fotokamera 4, 11 belichtet wird. Um gleichzeitige Aufnahmen beider Fotokameras 4, 11 zu erreichen, sind die Verschlüsse beider Fotokameras 4, 11 geöffnet, wenn die Kurzzeit-Beleuchtungseinheit 6 auslöst und den Rotor 2 beleuchtet. Die Laufzeit des Lichts sorgt dann dafür, dass die Belichtung beider Bildsensoren im Wesentlichen exakt synchronisiert sind. Anschließend werden die Verschlüsse beider Fotokameras 4, 11 wieder geschlossen. Das Schließen der Verschlüsse kann auch unsynchronisiert erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, wenn es nach Beendigung der Belichtung des Bildsensors bzw. nach Beendigung der Beleuchtung erfolgt. Durch die Verwendung der zweiten Fotokamera 11 ist eine 3D-Messung möglich, bei der auch axiale Bewegungen des Rotors 2, also quasi ein Absenken oder Anheben des Rotors 2, gemessen werden kann. Diese axiale Bewegung verfälscht die Dehnungsmessung und kann durch die bevorzugte Ausgestaltung erfasst und aus der Berechnung der Dehnung eliminiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1510809 A1 [0004]
- WO 2010/089139 A1 [0005]
- DE 602006000063 T2 [0006]
- WO 2009/143848 A2 [0007]
- WO 2009/143849 A2 [0007]
- EP 0731335 A [0008]
