DE102022133932A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse rotierender Objekte - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse rotierender Objekte Download PDF

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Fritz Boden
Boleslaw Stasicki
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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse (2) rotierender Objekte (3, 4), weist eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachte erste Kamera (8), die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen ersten Punkt (12) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes erstes Muster (10) in erste Bilder abbildet, eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachte zweite Kamera (9), die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen zweiten Punkt (13) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes zweites Muster (11) in zweite Bilder abbildet, eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachte dritte Kamera (22), die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen dritten Punkt (24) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes drittes Muster (23) in dritte Bilder abbildet, und eine Auswerteeinrichtung (16) auf, die aus Bildlagen des mindestens einen ersten Punkts (12) in den ersten Bildern, des mindestens einen zweiten Punkts (13) in den zweiten Bildern und des mindestens einen dritten Punkts () in den dritten Bildern auf die Relativlagen der beiden Objekte (3, 4) schließt. Dabei sind der mindestens eine erste Punkt (12), der mindestens eine zweite Punkt (13) und der mindestens eine dritte Punkt (24) verschiedene Punkte (12, 13) des zweiten der beiden Objekte (4).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse rotierender Objekte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
  • Während eines der beiden Objekte typischerweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit auf einer gleichbleibenden Kreisbahn in einer normal zu der gemeinsamen Drehachse verlaufenden Ebene rotiert, handelt es sich bei dem anderen der beiden Objekte typischerweise um ein solches, das bezüglich seiner Winkelgeschwindigkeit und seiner Umlaufbahn um die gemeinsame Drehachse Variationen zeigt. Diese Variationen werden mit der Vorrichtung erfasst.
  • Konkret kann das andere der beiden Objekte ein Rotorkopf oder eine Taumelscheibe oder ein Rotorblatt eines Hubschraubers oder eine Propellernabe oder ein Propellerblatt eines Propellers oder eine Turbinennabe oder eine Turbinenschaufel einer Turbine oder eine Triebwerksnabe oder eine Triebwerksschaufel eines Triebwerks sein. Die Vorrichtung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt.
  • FÖRDERUNG
  • „The project leading to this application has received funding from the Clean Sky Joint Undertaking under the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No. 785571“ (Das Projekt, das zu dieser Anmeldung geführt hat, hat gemäß Bewilligung Nr. 785571 Fördermittel aus dem Clean Sky Joint Undertaking im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union erhalten.)
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine aus der US 2016 / 0 153 775 A1 bekannte Vorrichtung zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse rotierender Objekte weist eine an einem Rotorkopf eines Hubschraubers angeordnete Kamera auf, die ein Punkte definierendes Muster an einem Rotorblatt eines Helikopters abbildet.
  • Aus der US 2011 / 0 103 933 A1 ist es bekannt, mit mindestens einer mitrotierenden Kamera mehrere Marker an einem Rotorblatt einer Windkraftanlage abzubilden. Neben einer Kamera an einer Nabe des Rotors kann eine Kamera auf halber Länge des Rotorblatts vorgesehen sein, um weiter außenliegende Marker an dem Rotorblatt abzubilden. So können Verformungen des Rotorblatts über seine gesamte Erstreckung erfasst werden.
  • Aus der CN 108387183 A ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 bekannt, bei der ein Punkte definierendes Muster an einem Rotorblatt eines Rotors mit zwei Kameras einer Stereokameraanordnung an einer Nabe des Rotorblatts abgebildet wird.
  • Aus der EP 2 557 391 A1 ist es bekannt aus dem Bildsensor einer Kamera nur interessierende Bereiche, die ein Punkte definierendes Muster zeigen, auszulesen, um eine effektive Bildfrequenz von Bildern zu erhöhen, in die die Kamera das Muster abbildet.
  • Aus der US 2018 / 0 080 764 A1 sind ein System und ein Verfahren zum Ermitteln der relativen Verlagerung zweier Körper zueinander bekannt. Das System umfasst eine erste Kamera, eine zweite Kamera, eine erste Leuchte und eine zweite Leuchte, wobei die erste Kamera und die zweite Kamera jeweils ein Objektiv und einen Bildsensor mit einer Sensorfläche umfassen. Die erste Leuchte und die zweite Leuchte umfassen jeweils wenigstens eine Lichtquelle und eine Linsenvorrichtung mit positiver Brechkraft zum Bereitstellen eines Leuchtenlichts durch Umlenken von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Bei jeder der Leuchten ist der Abstand der Lichtquelle zu der Linsenvorrichtung kleiner als die Brennweite der Linsenvorrichtung. Die erste Kamera ist an einem ersten Körper der beiden Körper und die zweite Leuchte an dem zweiten Körper der beiden Körper derart angebracht, dass durch das Objektiv der ersten Kamera ein virtuelles Bild der Lichtquelle der zweiten Leuchte auf der Sensorfläche des Bildsensors der ersten Kamera wenigstens teilweise abbildbar ist. Die zweite Kamera ist an dem zweiten Körper und die erste Leuchte an dem ersten Körper derart angebracht, dass durch die Objektiv der zweiten Kamera ein virtuelles Bild der Lichtquelle der ersten Leuchte auf der Sensorfläche des Bildsensors der zweiten Kamera wenigstens teilweise abbildbar ist. Sowohl die Sensorfläche des Bildsensors der ersten Kamera als auch die Sensorfläche des Bildsensors der zweiten Kamera weist ein Koordinatensystem zur Positionserfassung des virtuellen Bilds auf der Sensorfläche auf. Der erste Körper kann ein drehbarer Körper sein, der um eine Drehachse des ersten Körpers drehbar ist; und der zweite Körper kann ein drehbarer Körper sein, der um eine Drehachse des zweiten Körpers drehbar ist. Konkret ist der erste Körper eine erste Welle und der zweite Körper eine zweite Welle, wobei die beiden Wellen über eine Kupplung miteinander verbunden sind, so dass eine Drehung der ersten Welle auf die zweite Welle übertragen wird.
  • Aus der US 2011 / 0 194 103 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen und Ausrichten einer ersten Komponente gegenüber einer zweiten Komponente bekannt. Die erste Komponente umfasst eine erste Welle und die zweite Komponente umfasst eine zweite Welle, die miteinander fluchten sollen. Die Vorrichtung umfasst eine erste Detektoreinheit, die angeordnet ist, auf der ersten Welle montiert zu werden, eine zweite Detektoreinheit, die angeordnet ist, auf der zweiten Welle montiert zu werden, und eine Steuereinheit, die mit der ersten Detektoreinheit und der zweiten Detektoreinheit verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst ferner ein erstes geometrisches Muster, das auf der ersten Detektoreinheit angeordnet ist, und ein zweites geometrisches Muster, das auf der zweiten Detektoreinheit angeordnet ist, wobei die Positionen des ersten geometrischen Musters von der zweiten Detektoreinheit detektierbar ist und die Positionen des zweiten geometrischen Musters von der ersten Detektoreinheit detektierbar ist. Die Vorrichtung ist angeordnet, winklige Abweichungen und parallele Abweichungen davon zu detektieren, dass die Wellen miteinander fluchten, indem die Steuereinheit die detektierten Positionen des geometrischen Musters analysiert, wobei die winkligen Abweichungen und parallelen Abweichungen durch Messung der Positionsänderung der Muster zwischen mindestens zwei verschiedenen axialen Rotationspositionen der Wellen detektiert werden. Die erste Detektoreinheit und die zweite Detektoreinheit umfassen jeweils eine bildregistrierende Vorrichtung mit einer Linse und einem Bildsensor. Die geometrischen Muster umfassen jeweils mindestens zwei Teilmuster mit unterscheidbaren Markierungen.
  • Aus der DE 10 2011 001 268 A1 sind ein Verfahren und eine Kameraanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 zum Messen von Deformationen eines an einer Nabe gelagerten und mit der Nabe schnell um eine Rotationsachse rotierenden Objekts bekannt. Mit der Kameraanordnung werden zu einem Zeitpunkt, der einer bestimmten Rotationslage des Objekts um die Rotationsachse entspricht, zwei Bilder des Objekts aus unterschiedlichen Richtungen, d. h. ein stereoskopisches Bild, aufgenommen. Die Kameraanordnung weist dazu zwei Bildsensoren auf. Die Kameraanordnung ist drehfest an der Nabe gelagert, so dass sie beim Aufnehmen der Bilder mit dem Objekt um die Rotationsachse rotiert.
  • Aus der US 2019 / 0 112 038 A1 sind ein Rotor für ein schwebeflugfähiges Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Detektion der Lage eines Blattes bezüglich einer Nabe solch eines Rotors bekannt. Der Rotor weist eine Antriebswelle, eine an die Antriebswelle gekoppelte und drehbare Nabe und zwei über eine starre oder elastische Verbindung an die Nabe angelenkte Rotorblätter auf, die bezüglich ihrer Längsachse gedrehte oder entlang dieser Längsachse verschobene Lagen bezüglich der Nabe einnehmen können. Sensormittel, um die Lage der Rotorblätter bezüglich der Nabe zu erfassen, weisen für jeden der Flügel zwei Kameras auf, die an der Nabe gelagert sind und mit dieser umlaufen. Die beiden Kameras nehmen ein stereoskopisches Bild eines Wurzelbereichs des jeweiligen Flügels auf.
  • Um die Genauigkeit, mit der die Relativlagen der beiden Objekte mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 bestimmt werden können, zu erhöhen, kann das Muster ausgedehnt werden, um weiter voneinander beabstandete Punkte des Objekts, an dem das Muster angebracht ist, zu markieren. Um das Muster dann mit ausreichender Auflösung mit der Kamera abzubilden, bedarf es einer hochauflösenden Kamera. Wenn diese Kamera die Bilder des Musters mit einer hohen Bildfrequenz bereitstellen soll, um Änderungen der Relativlagen bei schnell rotierenden Objekten zeitlich aufzulösen, müssen Spezialkameras mit hoher Bildfrequenz zur Anwendung kommen und/oder das Auslesen des Bildsensors der Kamera muss auf interessierende Bereiche beschränkt werden, was ebenfalls mit Zusatzaufwand verbunden ist.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die es ohne Verwendung einer hochauflösenden Kamera und ohne Anwendung komplexer Verfahren zum Auslesen ihres Bildsensors erlaubt, die Relativlagen der Objekte sowohl genau, d. h. mit hoher räumlicher Auflösung, als auch mit hoher zeitlicher Auflösung zu bestimmen.
  • LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse rotierender Objekte weist eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte angebrachte erste Kamera, die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte ausgebildetes und mindestens einen ersten Punkt des zweiten der beiden Objekte markierendes erstes Muster in erste Bilder abbildet, eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte angebrachte zweite Kamera, die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte ausgebildetes und mindestens einen zweiten Punkt des zweiten der beiden Objekte markierendes zweites Muster in zweite Bilder abbildet, eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte angebrachte dritte Kamera, die ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte ausgebildetes und mindestens einen dritten Punkt des zweiten der beiden Objekte markierendes drittes Muster in dritte Bilder abbildet, wobei der mindestens eine erste Punkt, der mindestens eine zweite Punkt und der mindestens eine dritte Punkt verschiedene Punkte des zweiten der beiden Objekte sind, und eine Auswerteeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, aus Bildlagen des mindestens einen ersten Punkts in den ersten Bildern, des mindestens einen zweiten Punkts in den zweiten Bildern und des mindestens einen dritten Punkts in den dritten Bildern auf die Relativlagen der beiden Objekte zu schließen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nicht ein Muster mit mehreren Kameras aus unterschiedlichen Richtungen abgebildet. Insbesondere sind die Kameras der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zur stereoskopischen Abbildung des zweiten der beiden Objekte angeordnet. Stattdessen werden mehrere Muster mit mehreren Kameras abgebildet, und zwar jedes der Muster jeweils mit einer der Kameras. Da die mehreren Muster an demselben der beiden Objekte angeordnet sind, können sie als Teile eines übergeordneten Musters interpretiert werden, das teilweise mit der ersten und teilweise mit der zweiten Kamera abgebildet wird. Das übergeordnete Muster kann verglichen mit dem Blickfeld jeder der Kameras eine sehr große Ausdehnung, d. h. sehr große Abstände der mit ihm markierten Punkte des Objekts aufweisen, so dass es zu großen Relativverschiebungen der Bildlagen der Punkte in den Bildern der Kameras kommt, wenn sich die Relativlagen der Objekte ändern. Dabei versteht es sich, dass die von dem übergeordneten Muster markierten Punkte des Objekts so an dem Objekt angeordnet werden, dass die relevanten Änderungen der Relativlagen der Objekte grundsätzlich zu großen Verschiebungen der Bildlagen der Punkte in den Bildern der Kameras führen. Die Kameras der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sehr einfache Kameras mit vergleichsweise kleinen Blickfeldern und geringer Auflösung sein. Sie müssen jeweils nur ein vergleichsweise kleines Muster, das im Extremfall nur einen einzigen Punkt markiert, abbilden. Derartige Kameras mit vergleichsweise wenig Pixeln sind auch dann kostengünstig, wenn sie eine hohe Bildfrequenz aufweisen. So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt weniger komplex und kostengünstiger als ein Aufbau mit einer einzigen Kamera mit großem Blickfeld, deren Bildsensor nur in interessierenden Bereichen ausgelesen wird. Retrospektiv mag man das Konzept der vorliegenden Erfindung so interpretieren, dass jeder interessierende Bereich eines größeren Bildsensors durch eine separate einfache Kamera mit kleinem Bildsensor und hoher Bildfrequenz ersetzt wird. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere einfache Kompaktkameras verwendbar, auf die wegen ihrer geringen Massen nur kleine Fliehkräfte wirken und die entsprechend einfach in fester Lage und Orientierung an dem jeweiligen Objekt angebracht werden können.
  • Das Muster können jeweils mindestens drei Punkte des zweiten der beiden Objekte markieren, die vorzugsweise nicht auf einer Geraden liegen. Damit können die Relativlagen der beiden Objekte bereits aus den Bildern jeder einzelnen der Kameras bestimmt werden. Durch die doppelte Bestimmung der Relativlagen aus den Bildlagen der Punkte in den Bildern aller drei Kameras wird jedoch die Genauigkeit, mit der die Relativlagen bestimmt werden können, stark erhöht.
  • Das erste Muster, zumindest soweit es die erste Kamera abbildet, das zweite Muster, zumindest soweit es die zweite Kamera abbildet, und das dritte Muster, zumindest soweit es die dritte Kamera abbildet, können so angeordnet sein, dass sie einander nicht überlappen. Vorzugsweise sind die Muster voneinander beabstandet an dem zweiten der beiden Objekte ausgebildet. Besonders bevorzugt sind das erste Muster, das zweite Muster und das dritte Muster, soweit sie von der ersten Kamera, der zweiten Kamera und der dritten Kamera abgebildet werden, in Abständen angeordnet, die jeweils mindestens so groß sind wie maximale Ausdehnungen des ersten Musters, des zweiten Musters und des dritten Musters in Abstandsrichtung, d. h. in Richtung des jeweils betrachteten Abstands.
  • Die Muster können jeweils mindestens 10 % eines Bildbereichs eines Bildsensors der jeweiligen Kamera abdecken. Sie können auch 20 % dieses Bildbereichs abdecken. Eine sehr viel größere Abdeckung ist mit der Gefahr verbunden, dass das Muster oder zumindest einzelne Punkte des Musters bei starken Änderungen der Relativlage der bei den Objekte nicht mehr mit der jeweiligen Kamera abgebildet wird.
  • Es wurde bereits angesprochen, dass jedes der Muster auch nur jeweils einen einzigen Punkt des jeweiligen Objekts markieren kann.
  • Insbesondere dann, wenn die interessierenden Relativlagen Verkippungen desjenigen der Objekte, an dem die Muster ausgebildet sind, um Kippachsen, die orthogonal zu der Rotationsachse verlaufen, umfassen, ist es vorteilhaft, wenn die Muster bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um die Rotationsachse herum verteilt sind. Konkret können sie gleichmäßig um die Rotationsachse herum verteilt, d. h. um die Rotationachse herum gleichverteilt sein.
  • Insbesondere dann, wenn bei größeren Änderungen der Relativlagen der Objekte die Gefahr besteht, dass das erste Muster nicht nur von der ersten Kamera, sondern auch von anderen Kameras abgebildet wird, das zweite Muster nicht nur von der zweiten Kamera sondern auch von anderen Kameras abgebildet wird usw., ist es bevorzugt, wenn die Muster einander nicht ähnlich sind, so dass sie unterscheidbar sind. Vorzugsweise sind bereits die Markierungen der Punkte des jeweiligen Objekts zwischen den verschiedenen Mustern nicht ähnlich.
  • Es versteht sich, dass die Bilder der Kameras, wenn aus ihnen auf die Relativlagen der Objekte geschlossen werden sollen, möglichst jeweils die gleiche Relativlage betreffen. Daher ist es bevorzugt, wenn die Kameras der erfindungsgemäßen Vorrichtung synchronisiert sind. Konkret können die Kameras zum Abbilden der Bilder von einem Trigger getriggert werden, der ein Triggersignal abhängig von einer Drehzahl eines der beiden Objekte oder einem Signal eines einem der beidem Objekte zugeordneten Drehwinkelsensors generiert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
  • Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
  • Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
  • Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
    • 1 illustriert schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
    • 2 illustriert zwei unähnliche Markierungen von zwei Mustern bei der Vorrichtung gemäß 1.
  • FIGURENBESCHREIBUNG
  • Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 dient zum Bestimmen von Relativlagen zweier um eine gemeinsame Rotationsachse 2 rotierender Objekte 3 und 4. Konkret kann es sich bei dem Objekt 4 um eine Taumelscheibe 5 eines hier nicht weiter dargestellten Hubschraubers handeln, deren Verkippungen um orthogonal zu der Rotationsachse 2 verlaufende Kippachsen ebenso von Interesse sind wie mögliche Variationen der Winkelgeschwindigkeit. Dann kann das Objekt 3 eine mit einer Antriebswelle 6 des Hubschraubers um die Rotationsachse 2 umlaufende Plattform 7 sein. An der Plattform 7 sind mehrere Kameras 8, 9 und 22 in fester Lage und Orientierung angebracht, die jeweils ein Muster 10, 11 bzw. 23 abbilden. Die Muster 10, 11 und 23 sind an dem Objekt 4 ausgebildet und markieren dort jeweils mindestens einen Punkt 12, 13 bzw. 24 des Objekts 4. Hier sind jeweils drei Punkte 12, 13 bzw. 24 des Objekts 4 markiert. Die Muster 12, 13 und 23 werden von den Kameras 8, 9 und 22 in Bilder abgebildet, die über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen 14, 15 und 25 an eine gegenüber der Kabine des Hubschraubers ruhende Auswerteeinrichtung 16 übertragen werden. Die Auswerteeinrichtung 16 wertet die Bilder der Kameras 8 und 9 bezüglich der Bildlagen der Punkte 12 und 13 aus und schließt daraus auf die Relativlagen der Objekte 3 und 4. Damit jeweils ein Bild der Kamera 8 zu einer selben Relativlage wie ein Bild der Kamera 9 und ein Bild der Kamera 22 gehört, werden die Kameras 8 und 9 von einem Trigger 17 mit Hilfe von über die Verbindungen 14, 15 und 25 übermittelten Triggersignalen synchronisiert. Der Trigger 19 kann einen mit einem Drehwinkelsensor 18 erfassten Drehwinkel 19 der Antriebswelle 6 bzw. der Plattform 7 auswerten und daraus die Triggersignale generieren.
  • Die Kameras 8, 9 und 22, die jeweils nur ein kleines Muster 12, 13 bzw. 23, welches sich über eine kleine Fläche des Objekts 4 erstreckt, erfassen, können sehr einfache und kompakte Kameras sein, die preisgünstig auch mit hoher Bildfrequenz verfügbar sind, um die Änderungen der Relativlagen der Objekte 3 und 4 zeitlich hoch aufzulösen. Eine hohe räumliche Auflösung der Relativlagen wird dadurch erzielt, dass die Muster 12, 13 und 23 gedanklich als Teile eines großen übergeordneten Musters betrachtet werden können, das in allen interessierenden Bereichen jeweils mit einer der Kameras 8, 9 und 22 erfasst wird.
  • 2 zeigt zwei verschiedene Punktmarkierungen 20 und 21 für jeweils einen Punkt 12, 13 bzw. 24 des Musters 10, 11 bzw. 23. Die Punktmarkierungen 20 und 21 sind einander unähnlich, so dass sie selbst dann auf einfache Weise unterschieden werden können, wenn sie bei starken Änderungen der Relativlagen der Objekte 3 und 4 möglicherweise nicht nur von der ihnen jeweils zugeordneten Kamera 8, 9 oder 22, sondern auch der jeweils anderen Kamera abgebildet werden. Auch die Muster 10, 11 und 23 können untereinander unähnlich sein, so dass sie auch insgesamt unterscheidbar sind, selbst wenn sie in das Blickfeld der ihnen eigentlich nicht zugeordneten Kamera gelangen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Rotationsachse
    3
    Objekt
    4
    Objekt
    5
    Taumelscheibe
    6
    Antriebswelle
    7
    Plattform
    8
    Kamera
    9
    Kamera
    10
    Muster
    11
    Muster
    12
    Punkt
    13
    Punkt
    14
    Verbindung
    15
    Verbindung
    16
    Auswerteeinrichtung
    17
    Trigger
    18
    Drehwinkelsensor
    19
    Drehwinkel
    20
    Punktmarkierung
    21
    Punktmarkierung
    22
    Kamera
    23
    Punkt
    24
    Muster
    25
    Verbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20160153775 A1 [0005]
    • US 20110103933 A1 [0006]
    • CN 108387183 A [0007]
    • EP 2557391 A1 [0008]
    • US 20180080764 A1 [0009]
    • US 20110194103 A1 [0010]
    • DE 102011001268 A1 [0011]
    • US 20190112038 A1 [0012]

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Relativlagen zweier gleichsinnig um eine Rotationsachse (2) rotierender Objekte (3, 4), mit - einer in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachten ersten Kamera (8), die dazu ausgebildet und angeordnet ist, ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen ersten Punkt (12) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes erstes Muster (10) in erste Bilder abzubilden, und - einer in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachten zweiten Kamera (9), die dazu ausgebildet und angeordnet ist, ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen zweiten Punkt (13) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes zweites Muster (11) in zweite Bilder abzubilden, und - einer Auswerteeinrichtung (16), die dazu ausgebildet ist, aus Bildlagen der Punkte (12) in den ersten und zweiten Bildern auf die Relativlagen der beiden Objekte (3, 4) zu schließen, gekennzeichnet durch - eine in fester Lage und Orientierung an dem ersten der beiden Objekte (3) angebrachten dritten Kamera (22), die dazu ausgebildet und angeordnet ist, ein in fester Lage an dem zweiten der beiden Objekte (4) ausgebildetes und mindestens einen dritten Punkt (24) des zweiten der beiden Objekte (4) markierendes drittes Muster (23) in dritte Bilder abzubilden, - wobei der mindestens eine erste Punkt (12), der mindestens eine zweite Punkt (13) und der mindestens eine dritte Punkt (24) verschiedene Punkte (12, 13, 24) des zweiten der beiden Objekte (4) sind und - wobei die Auswerteeinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, aus Bildlagen des mindestens einen ersten Punkts (12) in den ersten Bildern, des mindestens einen zweiten Punkts (13) in den zweiten Bildern und des mindestens einen dritten Punkts (24) in den dritten Bildern auf die Relativlagen der beiden Objekte (3, 4) zu schließen.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (10), das zweite Muster (11) und das dritte Muster (23) jeweils mindestens drei Punkte (12, 13, 24) des zweiten der beiden Objekte (4) markieren.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten Muster (10), dem zweiten Muster (11) und dem dritten Muster (23) markierten mindestens drei Punkte (12, 13, 24) des zweiten der beiden Objekte (4) jeweils nicht auf einer Geraden liegen.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (10), das zweite Muster (11) und das dritte Muster (23), soweit sie von der ersten Kamera (8), der zweiten Kamera (9) und der dritten Kamera (22) abgebildet werden, nicht überlappen.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (10), das zweite Muster (11) und das dritte Muster (23), soweit sie von der ersten Kamera (8), der zweiten Kamera (9) und der dritten Kamera (22) abgebildet werden, in Abständen angeordnet sind, die jeweils mindestens so groß sind wie maximale Ausdehnungen des ersten Musters (10), des zweiten Musters (11) und des dritten Musters (23) in Abstandsrichtung.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, die vollständigen ersten Bilder, zweiten Bilder und dritten Bilder auszuwerten, die ein erster Bildsensor der ersten Kamera (8), ein zweiter Bildsensor der zweiten Kamera (9) und ein dritter Bildsensor der dritten Kamera (22) aufnehmen.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Muster (10), das zweite Muster (11) und das dritte Muster (23) jeweils mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20 % einer Fläche des jeweiligen ersten Bildsensors, zweiten Bildsensors oder dritten Bildsensors abdecken.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster (10, 11) um die Rotationsachse (2) verteilt und vorzugsweise gleichverteilt sind.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster (10, 11, 23) einander nicht ähnlich sind.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (8, 9, 22) synchronisiert sind.
  11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Trigger (17), der dazu ausgebildet ist, die Kameras (8, 9, 22) zum Abbilden der Bilder mit einem Triggersignal zu triggern, das von einer Drehzahl eines der beiden Objekte (3, 4) oder von einem Drehwinkel (19) eines der beiden Objekte (3, 4) abhängig ist.
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