DE10227092B4 - Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände - Google Patents

Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände Download PDF

Info

Publication number
DE10227092B4
DE10227092B4 DE2002127092 DE10227092A DE10227092B4 DE 10227092 B4 DE10227092 B4 DE 10227092B4 DE 2002127092 DE2002127092 DE 2002127092 DE 10227092 A DE10227092 A DE 10227092A DE 10227092 B4 DE10227092 B4 DE 10227092B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
derotator
axis
mirror
rotation
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2002127092
Other languages
English (en)
Other versions
DE10227092A1 (de
Inventor
Stefan Dengler
Stephan Demmerer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE2002127092 priority Critical patent/DE10227092B4/de
Publication of DE10227092A1 publication Critical patent/DE10227092A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10227092B4 publication Critical patent/DE10227092B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/40Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light using stroboscopic means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)

Abstract

Derotator (1) zur Beobachtung von Objekten (2), die um eine Drehachse (4) drehen,
mit einer Spiegelanordnung (23), die eine optische Mittelebene (31) festlegt, wobei ein auf einer Seite der Mittelebene (31) parallel zu dieser einfallender Lichtstrahl (32) von der Spiegelanordnung (23) als ausfallender Strahl (33) parallel zu der Mittelebene (31), jedoch auf der gegenüberliegenden Seite derselben reflektiert wird,
mit einer Beobachtungseinrichtung (37) zur Beobachtung des Objekts (2) über die Spiegelanordnung (23),
mit einer Drehantriebseinrichtung (24), die mit der Spiegelanordnung (23) verbunden ist, um diese um eine Spiegeldrehachse (25) zu drehen, die quer zu einer auf das Objekt (2) gerichteten optischen Achse (16) gerichtet ist,
mit einer Justiereinrichtung (6) zur Festlegung des Derotators (1) in einer Position, in der die optische Achse (16) mit der Drehachse (4) übereinstimmt, und
mit einer optischen Peileinrichtung (19, 21), die eine Peilachse (22) zum Anpeilen des Objekts (2) festlegt, die...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Derotator zur Beobachtung von Objekten, die um eine Drehachse drehen.
  • Gelegentlich ist es erforderlich, rotierende Gegenstände stehend zu beobachten, um beispielsweise durch die Bewegung hervorgerufene Verformungen oder auch Schwingungen erkennen zu können. Dazu werden gelegentlich Stroboskope verwendet. Diese liefern jedoch lediglich Einzelbilder von dem sich bewegenden Objekt in ausgewählten Zeitpunkten. Schwingungsuntersuchungen, beispielsweise an drehenden Reifen, Turbinen, Rotoren oder Lüfterrädern sind mit stroboskopischen Verfahren nur sehr eingeschränkt möglich.
  • Zur kontinuierlichen, d.h. nicht auf einzelne Zeitpunkte beschränkten Beobachtung des sich drehenden Objekts sind so genannte Derotatoren bekannt, die das drehende Objekt scheinbar zum Stillstand bringen. Ein Derotator enthält eine Spiegelanordnung, über die das Objekt beobachtet wird. Die Spiegelanordnung ist dabei so beschaffen, dass sie das Bild des Objekts dreht, wenn sie selbst gedreht wird. Beispielsweise kann dazu ein rechtwinkliges Prisma genutzt werden, dessen Kathetenflächen als Spiegel dienen und das um eine senkrecht auf der Hypotenusenfläche stehende Achse mit halber Objektdrehzahl dreht.
  • Ein solcher Derotator liefert nur dann ein ruhiges Bild, wenn die Drehzahl des Spiegels genau halb so groß ist wie die Drehzahl des Objekts und wenn die Drehachse des Prismas auf die Drehachse des Objekts ausgerichtet ist. Dies erfordert eine erhebliche und schwierige Justierarbeit, die sehr zeitraubend ist und zudem ein beachtliches Maß an Geschicklichkeit und Erfahrung erfordert.
  • Aus der US-PS 3625612 ist ein solcher Derotator bekannt. Er enthält zwei im rechten Winkel zueinander stehende Spiegel, die an einem Antrieb um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Die Drehachse des Antriebs muss mit der Drehachse eines zu beobachtenden Objekts in Übereinstimmung gebracht werden. Um den Umfang des Objekts herum ist ein konischer Reflektor angeordnet, um eine Beobachtung der Umfangsfläche des Objekts möglich zu machen. Zwischen dem Objekt und dem Spiegel ist eine Kamera angeordnet, die in den drehenden Spiegel schaut, um dort das still stehende Bild des drehenden Objekts wahrzunehmen, wenn der Spiegel mit halber Objektdrehzahl um die gleiche Drehachse wie dieses rotiert.
  • Die Justage der Drehachsen aufeinander ist anspruchsvoll.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Derotator zu schaffen, der sich auf einfache Weise justieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Derotator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst:
    Der erfindungsgemäße Derotator weist eine mittels einer Drehantriebseinrichtung drehbar gelagerte Spiegelanordnung auf, die auf die optische Achse einer Beobachtungseinrichtung ausgerichtet ist. Die Spiegelanordnung weist eine Mittelebene auf und ist so ausgebildet, dass ein auf einer Seite der Mittelebene einfallender Strahl auf der anderen Seite der Mittelebene wieder herausgegeben wird. Die Spiegeldrehachse liegt in dieser Mittelebene. Zur Einstellung der optischen Achse auf die Drehachse des zu beobachtenden Objekts ist eine Justiereinrichtung vorgesehen. Diese hält den Derotator in einer einmal eingestellten Lage ortsfest. Zur Einstellung der Lage dient eine optische Peileinrichtung, deren Peilachse mit der optischen Achse des Derotators übereinstimmt. Mit der Peileinrichtung kann der Derotator auf einfache Weise auf das Drehzentrum des zu beobachtenden Objekts einjustiert werden. Dies kann am ruhenden oder am drehenden Objekt erfolgen. Am ruhenden Objekt ist dies auf einfache Weise möglich, wenn das Drehzentrum zuvor entsprechend markiert worden ist. Die Peilachse der Peileinrichtung wird dann lediglich auf diese Markierung ausgerichtet.
  • Am drehenden Objekt kann dies insbesondere dann auf einfache Weise erfolgen, wenn das drehende Objekt eine Oberflächenstruktur aufweist, die beim Drehen die Mitte des Objekts als ruhenden, d.h. nicht umlaufenden Punkt sichtbar werden lässt. Auf diese Weise ist es möglich, den Derotator auf das drehende Objekt auszurichten, ohne dass die Drehzahl der Spiegelanordnung auf die Drehzahl des Objekts abgeglichen ist. Damit wird ein sonst vorhandenes wesentliches Problem gelöst: Ein ruhendes Bild wird mit dem Derotator nur dann erreicht, wenn die optische Achse mit der Drehachse übereinstimmt und wenn gleichzeitig die Drehzahl der Spiegelanordnung auf die Drehzahl des Objekts abgestimmt ist. Die Abstimmung der Drehzahl ist jedoch, zumindest wenn keine gesonderte Drehzahlmessung vorgenommen werden soll, anhand des aufgenommenen Bilds nur dann möglich, wenn dieses ruht. Dies setzt wiederum sowohl stimmige Drehzahl als auch justierte Achsen voraus. Die Erfindung hilft hier heraus, indem sie eine Möglichkeit des Achsenabgleichs ohne zuvorigen Drehzahlabgleich sowie am ruhenden Objekt schafft.
  • Ein besonderer Vorteil ergibt sich durch die Übereinstimmung der Peilachse mit der optischen Achse. Soll diese mit der Drehachse des Objekts in Übereinstimmung gebracht werden, kann intuitiv justiert werden. Die Bewegungsrichtung des beobachteten Bilds entspricht der Stellrichtung. Seitenverdrehungen, wie sie vorkommen wenn das Objekt über Spiegel beobachtet wird, sind nicht vorhanden.
  • Die Spiegelanordnung weist vorzugsweise zwei ebene Reflektorflächen auf. Das Objekt wird somit unverzerrt wiedergegeben. Die Reflektorflächen sind vorzugsweise im rechten Winkel zueinander orientiert – sie liegen jeweils unter einem Winkel von 45° zu der Mittelebene und schneiden diese in einer Schnittlinie, die rechtwinklig zu der Spiegeldrehachse orientiert ist. Dies ergibt optisch einfache und übersichtliche Verhältnisse.
  • An Stelle flächenhafter Spiegel kann auch ein gleichschenkliges rechtwinkliges Prisma Anwendung finden. Seine Kathetenflächen bilden die Spiegelflächen während die Hypotenusenfläche die Lichteintritts- und -austrittsfläche festlegt. Ihre Flächennormale stimmt mit der Spiegeldrehachse überein.
  • Zu der Beobachtungseinrichtung kann ein halbdurchlässiger Spiegel gehören, der unter einem Winkel von 45° zu der optischen Achse angeordnet ist. Damit kann die Spiegelanordnung und deren Drehantriebseinrichtung seitlich neben der optischen Achse angeordnet sein. Der gerade, zur optischen Achse konzentrische Lichtweg kann somit von der Peileinrichtung genutzt werden, die dadurch besonders einfach ausfallen kann. Beispielsweise kann die Peileinrichtung durch zwei Fadenkreuze gebildet sein, deren Nullpunkt jeweils auf der optischen Achse liegt. Damit stimmt die Peilachse mit der optischen Achse überein. Durch Peilung über die Peilachse und zwar zunächst so, dass Nullpunkte beider Fadenkreuze auf das Drehzentrum des Objekts ausgerichtet sind, und dann weiter so, dass ein umlaufender Punkt des Objekts eine Kreisbahn beschreibt, kann der Derotator betriebsfertig ausgerichtet werden. Beispielsweise kann das Fadenkreuz mehrere konzentrische Kreise nach Art einer Zielscheibe aufweisen. Sind die Zentren der beiden Fadenkreuze auf das Drehzentrum ausgerichtet und besteht dabei aber noch ein größerer spitzer Winkel zwischen der Peilachse und der Drehachse beschreibt ein über die Faden kreuze beobachteter umlaufender Punkt des Objekts eine Ellipsenbahn, d.h. er läuft nicht genau auf einem in dem Fadenkreuz markierten konzentrischen Kreis. Die Justage erfolgt nun in einem zweiten Schritt so, dass sich die kurze Halbachse der Ellipse verlängert, bis Kreisform erreicht ist. In diesem Zustand ist der spitze Winkel zwischen der Peilachse und der Drehachse null oder er hat einen sehr geringen Wert angenommen. Als Übereinstimmung der Peilachse mit der Drehachse wird hier auch eine Ausrichtung im spitzen Winkel verstanden der so gering ist, dass ein umlaufender Objektpunkt nicht merklich von der Kreisbahn abweicht.
  • Vorzugsweise enthält die Drehantriebseinrichtung eine Drehzahl-Stelleinrichtung zur Synchronisation der Drehzahl der Spiegelanordnung auf die halbe Objektdrehzahl. Die Synchronisation kann z.B. mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung erfolgen, die an einer Kamera angeschlossen ist, die das von dem Derotator zur Ruhe gebrachte Bild des Objekts beobachtet. Bei abgeglichener Drehzahl ruht das Bild. Ändert sich die Phasenlage zwischen der Drehung der Spiegelanordnung und der halben Drehzahl des Objekts und beginnt die Spiegelanordnung somit etwas schneller oder etwas langsamer zu drehen als es der augenblicklichen halbierten Drehzahl des Objekts entspricht, fängt auch das von dem Derotator erzeugte Bild allmählich zu drehen an. Dies ist durch Bildauswerteroutinen erfassbar. Auf diese Weise kann die Drehantriebseinrichtung der Spiegelanordnung im Sinne einer PLL-Steuerung auf die halbe Objektdrehzahl synchronisiert werden. Es sind damit auch Objekte mit schwankenden Drehzahlen beobachtbar.
  • Der Derotator ist von einer Positioniereinrichtung gehalten, die vorzugsweise eine Positionierung um zwei Schwenkachsen und um zwei Linearachsen gestattet. Die Schwenkachsen stehen beide jeweils senkrecht auf der Blickrichtung des Derotators, die von seiner optischen Achse markiert wird. Vorzugsweise ist die Positioniereinrichtung dabei so ausgebildet, dass beide Schwenkachsen durch die optische Achse gehen. Beispielsweise kann die Positioniereinrichtung nach Art einer Kardanischen Aufhängung ausgebildet sein. Dies vermeidet Dejustagen der Linearverstellung, wenn die Schwenkachsen nachgestellt werden.
  • Bei einer vereinfachten Lösung erfolgt die Synchronisierung mittels eines die augenblickliche Objektdrehzahl erfassenden Sensors.
  • Weitere Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Unteransprüchen.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
  • 1 einen Derotator mit Peileinrichtung zum Beobachten eines drehenden Objekts in schematisierter Darstellung,
  • 2 eine abgewandelte Ausführungsform eines Derotators mit Peileinrichtung zur Beobachtung eines drehenden Objekts in schematisierter Darstellung,
  • 3 einen Derotator in Prinzipdarstellung und
  • 4, 5 eine Spiegelanordnung zur Verwendung in einem Derotator in verschiedenen Drehstellungen in schematisierter perspektivischer Darstellung.
  • In 1 ist ein Derotator 1 veranschaulicht, der zur Beobachtung eines drehenden Objekts 2 dient. Ein solches Objekt kann beispielsweise der veranschaulichte Propeller oder jeder andere um eine feste Drehachse 4 zu drehender Gegenstand sein. Das Objekt 2 ist von einer nicht weiter veranschaulichten Antriebseinrichtung um die Drehachse 4 drehend antreibbar, wobei die Drehachse 4 in einem bezüglich des Derotators 1 festen Bezugssystem ortsfest ist.
  • Im gleichen Bezugssystem ortsfest ist der Derotator 1 angeordnet, der auf einem in 1 lediglich schematisch angedeuteten Fuß 5 ruht. Auf diesem ist eine Justiereinrichtung 6 angeordnet, die eine Linearstelleinrichtung 7 zur Verstellung in Vertikalrichtung (Y-Richtung) und eine zweite Linearstelleinrichtung 8 zur Verstellung des Derotators in einer dazu rechtwinkligen Horizontalrichtung Z aufweist. Die Y-Richtung und die Z-Richtung sind beide etwa rechtwinklig zu der Drehachse 4 orientiert.
  • Des Weiteren enthält die Justiereinrichtung 6 eine Schwenkeinrichtung 9, mit der der Derotator um die vertikale Y-Achse geschwenkt werden kann (Richtung SY). Schließlich weist die Justiereinrichtung eine weitere Schwenkeinrichtung 11 auf, mit der der Derotator um die Z-Achse geschwenkt werden kann (Schwenkrichtung SZ). Die Justiereinrichtung enthält somit vier Bewegungsmöglichkeiten, nämlich zwei Linearrichtungen Y, Z und zwei Schwenkrichtungen SY, SZ, wobei die betreffenden Achsen sämtlich rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig zu der Drehachse 4 orientiert sind. Die Linearstelleinrichtungen 7, 8 und die Schwenkeinrichtungen 9, 11 sind vorzugsweise manuell zu betätigen. Sie sind mit entsprechenden nicht weiter veranschaulichten Stelleinrichtungen versehen.
  • In 1 ist die Justiereinrichtung lediglich schematisch veranschaulicht. Vorzugsweise ist sie nach Art einer Kardanischen Aufhängung ausgebildet, so dass ihre Schwenkachsen den Punkt treffen, bei dem die später erläuterte optische Achse 16 den weiter unten erläuterten halbdurchlässigen Spiegel 36 trifft.
  • Die Justiereinrichtung 6 trägt ein Derotatorgehäuse 12, das von der Justiereinrichtung 6 in den jeweils gewählten Einstellpositionen und Schwenkstellungen ortsfest gehalten wird.
  • Das Derotatorgehäuse umschließt einen Innenraum, der einen ersten zylindrischen Abschnitt 13 aufweist. Seine Mittelachse ist etwa horizontal ausgerichtet. Das Derotatorgehäuse 12 weist an dem dem Objekt 2 zugewandten Ende ein Objektfenster 14 auf, an dem ein geeignetes Objektiv 15 befestigt sein kann. Das Objektiv 15 hat eine Öffnungsweite, die auf die Objektgröße eingerichtet ist. Es kann bei vielen Anwendungen entfallen. Es legt eine optische Achse 16 fest und erzeugt aus von dem Objekt 2 ausgehenden Licht ein paralleles Strahlenbündel 17 konzentrisch zu der optischen Achse 16. Konzentrisch zu dieser ist außerdem an dem gegenüber liegenden Ende des Abschnitts 13 an dem Derotatorgehäuse 12 ein Okular 18 vorgesehen, das zur direkten Beobachtung des Objekts 2 in ruhendem oder drehendem Zustand dient. Wie erwähnt, kann das Objektiv entfallen, wobei in diesem Fall dann auch das Okular 18 wegfällt.
  • In dem Strahlengang des parallelen Strahlenbündels 17 ist wenigstens ein Fadenkreuz 19 angeordnet, das eine Peilskala bildet. Vorzugsweise ist im Abstand von dem Fadenkreuz 19 ein weiteres Fadenkreuz 21 angeordnet, das ebenfalls als Peilskala dient. Beide Fadenkreuze 19, 21 liegen mit ihrem Kreuzungs- oder Nullpunkt auf der optischen Achse 16. Sie legen damit eine Peilachse 22 fest, die mit der optischen Achse 16 übereinstimmt. Die Fadenkreuze 19, 21 sind jeweils mit einer Gruppe konzentrischer Ringe versehen, die der Winkelausrichtung des Derotators 1 dienen.
  • Quer zu dem Abschnitt 13 des Innenraums gibt das Derotatorgehäuse 12 einen weiteren Abschnitt für einen Lichtweg frei, der quer zu der optischen Achse 16 ausgerichtet ist. Seitlich von der optischen Achse 16 ist eine Spiegelanordnung 23 vorgesehen, die mittels einer Drehantriebseinrichtung 24 um eine rechtwinklig zu der optischen Achse 16 ausgerichtete und diese schneidende Spiegeldrehachse 25 drehbar ist. Die Spiegelanordnung 23 kann, wie 3 veranschaulicht, durch ein Prisma 26 gebildet sein. Die geometrischen Verhältnisse gehen aus den 4 und 5 hervor. Zu der Spiegelanordnung 23 gehören zwei Spiegel 27, 28, die ebene Reflektorflächen bilden. Diese können durch die Kathetenflächen des Prismas 26 gebildet sein und stehen in rechtem Winkel zueinander. Wie 4 veranschaulicht, schneiden sie sich in einer Schnittlinie 29, die rechtwinklig zu der Spiegeldrehachse 25 orientiert ist und diese schneidet. Eine zwischen beiden Spiegeln 27, 28 gedachte Mittelebene 31 enthält somit die Spiegeldrehachse 25 und schließt mit den beiden Spiegeln 27, 28 jeweils einen spitzen Winkel von 45° ein.
  • Wie 4 veranschaulicht, wird ein parallel zu der Mittelebene 31 einfallender Lichtstrahl 32 von dem Spiegel 27 zunächst auf den Spiegel 28 auf die gegenüber liegende Seite der Mittelebene 31 reflektiert. Der Spiegel 28 gibt dann den Lichtstrahl als ausfallenden Lichtstrahl 33 wiederum parallel zu der Mittelebene 31 zurück. Der Lichtstrahl 32 wird somit bezüglich der Spiegeldrehachse 25 auf der gegenüber liegenden Seite reflektiert.
  • Fällt der Lichtstrahl 32 jedoch, wie 5 veranschaulicht, innerhalb der Mittelebene 31 in die Spiegelanordnung 23 wird er nicht auf der bezüglich der Spiegeldrehachse 25 gegenüber liegenden Seite sondern in sich selbst zurück reflektiert.
  • Die Spiegelanordnung 23 ist, wie insbesondere auch aus 3 hervorgeht, in einer Halterung 34 gelagert, die mit dem Abtrieb der Drehantriebseinrichtung 24 verbunden ist. Die Halterung 34 kann eine Stelleinrichtung 35 beinhalten, mit der die Spiegelanordnung 23 quer zu der Spiegeldrehachse 25 verstellt werden kann, um den Scheitel des Prismas 26 (Schnittlinie 29) genau auf die Spiegeldrehachse 25 zu bringen.
  • Die Spiegelanordnung 23 ist über einen halbdurchlässigen Spiegel 36 an den Strahlengang des Objektivs 15 angeschlossen. Dabei steht der Spiegel 36 unter einem Winkel von 45° zu der optischen Achse 16, so dass diese mit der gespiegelten Spiegeldrehachse 25 in Übereinstimmung ist. Außerdem ist der Spiegelanordnung 23 gegenüber liegend eine Beobachtungseinrichtung 37 angeordnet, die zur Beobachtung des Objekts 2 über die Spiegelanordnung 23 dient. Die Beobachtungseinrichtung 37 kann je nach Auslegung des Objek tivs 15 ein Beobachtungsfenster, ein Okular oder eine Kamera 38 mit oder ohne eigenes Objektiv 39 sein.
  • Die Drehantriebseinrichtung 24 wird beispielsweise durch einen Elektromotor gebildet, der an eine Steuereinrichtung 41 angeschlossen ist. Diese kann außerdem an die Kamera 38 angeschlossen sein und eine Bildauswertung vornehmen.
  • Der insoweit beschriebene Derotator 1 arbeitet wie folgt:
    Es wird in einem ersten Schritt zunächst ein Drehpunkt 42 bestimmt, bei dem die Drehachse 4 die Oberfläche des Objekts 2 trifft. Der Drehpunkt 42 wird markiert. In einem zweiten Schritt wird der Derotator 1 auf den Drehpunkt 42 ausgerichtet. Dazu wird er mit der Linearstelleinrichtung 7 zunächst auf gleiche Höhe mit dem Objekt 2 eingestellt. Nunmehr werden mittels der Linearstelleinrichtung 8 und den beiden Schwenkeinrichtungen 9, 11 beide Fadenkreuze 19, 21 in Übereinstimmung mit dem Drehpunkt 42 gebracht. Dies kann ein Beobachter tun, indem er beide Fadenkreuze 19, 21 als Peileinrichtung benutzt und somit letztendlich entlang der Peilachse 22 durch den Derotator schaut. Dies kann sowohl bei drehendem als auch bei ruhendem Objekt 2 erfolgen.
  • Ist der Drehpunkt 42 nicht markiert, kann ein Musterträger so an dem Objekt 2 befestigt werden, dass die Drehachse 4 den Musterträger schneidet. Bei nicht zu schneller Drehung des Objekts 2 wird dann der Drehpunkt 42 als ruhender Punkt sichtbar. Der Musterträger kann beispielsweise mit einem Gittermuster versehen sein.
  • Ist der Derotator 1 insoweit ausgerichtet, kann in einem fakultativen dritten Schritt geprüft werden, ob die Peilachse 22 und somit die optische Achse 16 ausreichend genau mit der Drehachse 4 übereinstimmt. Dazu wird das Objekt 2 langsam oder schnell gedreht. Ist seine äußere Kontur oder die Bahn eines außerhalb des Drehpunkts 42 liegenden Punkts im Rahmen der Beobachtungsgenauigkeit kreisförmig kann von einer ausreichenden Winkelübereinstimmung zwischen der optischen Achse 16 und der Drehachse 4 ausgegangen werden. Ist die Objektkontur bzw. die Bahn eines umlaufenden Punktes hingegen elliptisch, liegt eine die spätere Messung oder Objektbeobachtung störende Winkelabweichung zwischen der optischen Achse 16 und der Drehachse 4 vor. Zur Behebung dieser Abweichung wird der Derotator 1 in seinen Linearachsen Y und/oder Z, d.h. in der Richtung verstellt, in die die kleine Halbachse der elliptischen Bahn zeigt. Nach dem Schritt des linearen Verstellens wird der Derotator 1 um die Schwenkachse SZ oder SY korrigierend geschwenkt bis die Zentren der Fadenkreuze 19, 21 wieder mit dem Drehpunkt 42 übereinstimmen. Dieser Abgleich wird so lange wiederholt bis die verfolgte Bahn des umlaufenden Punkts kreisförmig ist. Wie ersichtlich, ist die Ausrichtung des Derotators 1 mit der vorgeschlagenen Peileinrichtung in hohem Maße intuitiv und sinnfällig. Die Betätigungen der linearen Achsen Z und Y sowie der Schwenkachsen SZ, SY erfolgt jeweils ohne Seitenverkehrung so, wie es das beobachtete Bild nahelegt.
  • Dazu wird das Objekt 2 mit der gewünschten Drehzahl gedreht. Ist diese bekannt wird diese Drehzahl von der Steuereinrichtung 41 halbiert, so dass die Drehantriebseinrichtung 24 die Spiegelanordnung 23 mit der halben Drehzahl des Objekts 2 antreibt. Damit bringt das drehende Prisma 26 bzw. die drehende Spiegelanordnung 23 das Bild des Objekts 2 für die Beobachtungseinrichtung 37 zum Stehen. Im Einzelnen wird das Strahlenbündel 17 von dem halbdurchlässigen Spiegel 36 zunächst zu der Spiegelanordnung 23 und von dieser zurück durch den Spiegel 36 hindurch zu der Kamera 38 geleitet. Die Steuereinrichtung 41, die in Folge der Drehung der Spiegelanordnung 23 ein ruhendes Bild empfängt, kann das empfangene Bild einer Bildverarbeitung unterziehen. Beispielsweise können Kantenfinderroutinen ausgeführt werden, die charakteristische Strukturen an dem Objekt 2 erkennen. Um das Objekt 2 auf Dauer ruhend abzubilden und auch kleinere Drehzahlschwankungen des Objekts 2 auszugleichen, können kleinere Verlagerungen dieser charakteristischen Strukturen in dem empfangenen und untersuchten Bild zur Nachregelung der Drehantriebseinrichtung 24 heran gezogen werden. Fängt beispielsweise eine abgebildete Kante 43 in der einen oder anderen Drehrichtung an, langsam zu laufen kann die Steuereinrichtung 41 die Drehzahl der Drehantriebseinrichtung 24 entsprechend erhöhen oder vermindern, um das Bild wieder zur Ruhe zu bringen. Somit lässt sich die Phase, d.h. der aktuelle Drehwinkel der Drehantriebseinrichtung 24 fest an die Phase bzw. den aktuellen Drehwinkel der halben Objektdrehzahl koppeln, so dass eine Drehzahlregelung im Sinne einer PLL-Regelung geschaffen ist. Auf diese Weise lassen sich je nach Fangbereich der PLL-Regelung drehende Objekte auch unter schwierigen Bedingungen sauber ruhend abbilden.
  • Bei einem verfeinerten Justierverfahren wird nicht nur der Drehpunkt 42 über die Fadenkreuze 19, 21 angepeilt, sondern es werden zum Ausschluss auch geringer Winkelfehler zwischen der Peilachse 22 und der Drehachse 4 zusätzlich durch die Steuerungsrichtung 41 Bilder ausgewertet, die von der Beobachtungseinrichtung 37 gewonnen werden. Wird das Objekt 2 langsam gedreht und folgt die Drehantriebseinrichtung 24 hier mit halber Drehzahl wird ein umlaufender Punkt des Objekts 2, beispielsweise die Spitze 44 eines Propellerflügels nach Justage des Derotators 1 auf den Drehpunkt 42 zwar ruhend wiedergegeben, wobei jedoch der Abstand der Spitze 44 zu dem Beobachter im Rhythmus der Drehbewegung geringfügig schwankt. Bei großen Winkelabweichungen zwischen der Peilachse 22 und der Drehachse 4 führt das Objekt 2 für den Beobachter, der sich der Beobachtungseinrichtung 37 bedient, scheinbar eine Taumelbewegung aus. Aus deren Phase kann eine Nachstellung der Linearstelleinrichtungen 7, 8 ermittelt werden. Ist diese Nachstellung erfolgt kann wiederum mittels einfacher Peilung über die Fadenkreuze 19, 21 eine Ausrichtung des Derotators vorgenommen werden.
  • 2 veranschaulicht eine vereinfachte Ausführungsform des Derotators 1. Diese unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Derotator lediglich durch die Ausbildung der Steuereinrichtung 41, die nachfolgend beschrieben wird:
    Die Steuereinrichtung 41 ist mit einem Drehzahlsensor 45 verbunden, der Teil der Antriebseinrichtung für das Objekt 2 ist oder der in der Nähe des Objekts 2 angeordnet ist, um dessen Drehung zu erfassen. Der Drehzahlsensor 45 kann ein optischer Sensor, ein magnetischer Sensor oder ein beliebiger anderer geeigneter Drehzahlsensor sein. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist er als magnetischer Sensor vorgesehen, der den Vorbeigang von Flügeln einer dreiflügligen Luftschraube erfasst, die das Objekt 2 bildet. Die Steuereinrichtung 41 ist mit einer entsprechenden Auswerteeinrichtung 46 versehen, die aus den Sensorsignalen ein die aktuelle Objektdrehzahl kennzeichnendes Signal ermittelt. Das Ausgangssignal dieser Auswerteeinrichtung wird an eine Frequenzteilereinrichtung 47 gegeben, die ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz der halben Objektdrehzahl entspricht. Das Ausgangssignal der Frequenzteilereinrichtung 47 wird an einen Ansteuerblock 48 gegeben, der die Drehantriebseinrichtung 24 schlussendlich mit halber Objektdrehzahl drehen lässt.
  • Die Justage des Derotators wie vorstehend beschrieben durch Peilung über die Fadenkreuze 19, 21 auf den Drehpunkt 42 um somit dafür zu sorgen, dass die optische Achse 16 den Drehpunkt 42 schneidet. Geringe Winkel zwischen der optischen Achse 16 und der Drehachse 4 von wenigen Winkelminuten oder auch einigen Grad, sind in den meisten Fällen unbeachtlich.
  • Zur Beobachtung von rotierenden Objekten 2 ist ein Derotator 1 vorgesehen, der eine Peileinrichtung 19, 21 enthält. Diese weist ein, vorzugsweise zwei Fadenkreuze auf, durch die das Objekt 2 entlang seiner Rotationsachse 4 zu beobachten ist. Zur Justierung werden beide Fadenkreuze mit dem Drehpunkt 42 des Objekts 2 in Übereinstimmung gebracht. Dazu dient eine Justiereinrichtung 6 mit wenigstens zwei Schwenkachsen SY, SZ, die sich vorzugsweise in der optischen Achse 16 schneiden.

Claims (19)

  1. Derotator (1) zur Beobachtung von Objekten (2), die um eine Drehachse (4) drehen, mit einer Spiegelanordnung (23), die eine optische Mittelebene (31) festlegt, wobei ein auf einer Seite der Mittelebene (31) parallel zu dieser einfallender Lichtstrahl (32) von der Spiegelanordnung (23) als ausfallender Strahl (33) parallel zu der Mittelebene (31), jedoch auf der gegenüberliegenden Seite derselben reflektiert wird, mit einer Beobachtungseinrichtung (37) zur Beobachtung des Objekts (2) über die Spiegelanordnung (23), mit einer Drehantriebseinrichtung (24), die mit der Spiegelanordnung (23) verbunden ist, um diese um eine Spiegeldrehachse (25) zu drehen, die quer zu einer auf das Objekt (2) gerichteten optischen Achse (16) gerichtet ist, mit einer Justiereinrichtung (6) zur Festlegung des Derotators (1) in einer Position, in der die optische Achse (16) mit der Drehachse (4) übereinstimmt, und mit einer optischen Peileinrichtung (19, 21), die eine Peilachse (22) zum Anpeilen des Objekts (2) festlegt, die mit der optischen Achse (16) übereinstimmt.
  2. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung (23) wenigstens zwei ebene Reflektorflächen (27, 28) aufweist.
  3. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung (23) zwei Reflektorflächen aufweist, die miteinander einen rechten Winkel einschließen.
  4. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung (23) zwei Reflektorflächen (27, 28) aufweist, die in Ebenen angeordnet sind, die sich in einer in der Mittelebene (31) liegenden Schnittlinie (29) schneiden.
  5. Derotator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinie (29) die Drehachse (25) rechtwinklig schneidet.
  6. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung (23) ein Prisma (26) ist.
  7. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Beobachtungseinrichtung (37) ein Objektiv (15) gehört.
  8. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Beobachtungseinrichtung (37) ein Strahlteiler (36) gehört, der die Spiegeldrehachse (25) optisch auf die Peilachse (22) klappt.
  9. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinrichtung (24) eine Stelleinrichtung (35) zur Querverstellung der Spiegelanordnung (23) aufweist, um deren Mittelebene (31) auf die Spiegeldrehachse (25) zu justieren.
  10. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegeldrehachse (25) im rechten Winkel zu der Peilachse (22) steht.
  11. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegeldrehachse (25) im rechten Winkel zu der optischen Achse (16) steht.
  12. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinrichtung (24) eine Drehzahl-Stelleinrichtung (41) enthält, die zur Synchronisation der Drehzahl der Drehantriebseinrichtung (24) auf die halbe Objektdrehzahl dient.
  13. Derotator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl-Stelleinrichtung (41) eine Triggereinrichtung (46, 47) enthält; die mit einem Drehzahlsensor (45) zur Erfassung der Objektdrehzahl verbunden ist.
  14. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungseinrichtung (37) eine Kamera (38) enthält, an die eine Bildverarbeitungseinrichtung (41a) mit einem Programm zur Drehungserfassung des abgebildeten Objekts (2) angeschlossen ist, das ein Phasensignal zur Beschleunigung oder Verlangsamung der Spiegeldrehung erzeugt.
  15. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Peileinrichtung (19, 21) wenigstens eine Peilskala aufweist, die quer zu der optischen Achse (16) angeordnet ist und diese schneidet.
  16. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Peileinrichtung (19, 21) zwei Peil skalen aufweist, die im Abstand voneinander quer zu der optischen Achse (16) angeordnet sind und diese schneiden.
  17. Derotator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Peilskalen Fadenkreuze sind, deren beide Nullpunkte die Peilachse (22) festlegen.
  18. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinrichtung (6) eine Linearverstelleinrichtung (7, 8) zur Positionierung des Derotators in wenigstens zwei Querrichtungen (y, z) beinhaltet.
  19. Derotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinrichtung (6) eine Schwenkverstelleinrichtung (9, 11) zur Positionierung des Derotators (1) um wenigstens zwei Schwenkachsen (sy, sz) beinhaltet, die quer zu der Drehachse (4) ausgerichtet sind.
DE2002127092 2002-06-18 2002-06-18 Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände Expired - Fee Related DE10227092B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002127092 DE10227092B4 (de) 2002-06-18 2002-06-18 Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002127092 DE10227092B4 (de) 2002-06-18 2002-06-18 Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10227092A1 DE10227092A1 (de) 2004-01-15
DE10227092B4 true DE10227092B4 (de) 2006-02-23

Family

ID=29723221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002127092 Expired - Fee Related DE10227092B4 (de) 2002-06-18 2002-06-18 Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10227092B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310556B (zh) * 2019-07-30 2024-05-24 中国人民解放军国防科技大学 一种光束定向器空间解旋关系验证装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3625612A (en) * 1969-07-11 1971-12-07 Comstock & Wescott Optical derotator employing mirror pairs to view a rotating body

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3625612A (en) * 1969-07-11 1971-12-07 Comstock & Wescott Optical derotator employing mirror pairs to view a rotating body

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mesures-Regulation-Automatisme, Decembre 1979, S. 109, 111 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10227092A1 (de) 2004-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011119806B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Sichtbarmachen eines Signierzeichens auf einem Brillenglas
EP2801789A1 (de) Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
DE10333426A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Sichtbarmachen eines Signierzeichens auf einem Brillenglas
DE2934263B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Messung der Scheitelbreckwerte in den Hauptschnitten torischer Brillengläser
DE102013213599B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur spektrometrischen Reflexionsmessung bei sphärischen Flächen
DE2414382C2 (de) Optische kollimierende Ausrichtungsanordnung
DE2804527A1 (de) Verfahren und anordnung zum abgleichen von abbildungssystemen
DE102006052047A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Lage einer Symmetrieachse einer asphärischen Linsenfläche
DE10322587B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Referenzflächen an Fassungen optischer Elemente durch eine spanende Bearbeitung sowie damit hergestellte optische Elemente
DE10227092B4 (de) Beobachtungsinstrument für rotierende Gegenstände
DE2607280C3 (de) Vorrichtung zum Ausrichten eines Laser-Leitstrahlgerätes zu einem an anderem Ort aufgestellten Richtgerät
EP0179387B1 (de) Einrichtung zur Durchführung dynamischer Vergleichsmessungen an Feuerleitsystemen für gerichtete Waffen
DE102010000552A1 (de) Fotogrammetrisches Lot
DE19814149C2 (de) Zweiachslasermeßgerät und Kombination desselben mit einem Messinstrument
EP0027100B1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Stehachsenfehler eines Vermessungsgerätes
DE102014001151A1 (de) Messung der Positionen von Krümmungsmittelpunkten optischer Flächen eines mehrlinsigen optischen Systems
DE102011101509C5 (de) Verfahren zur optischen Vermessung einer Welle
DE102011101513B4 (de) Messeinrichtung
DE2718698C2 (de) Verfahren zur Leitung von Luftfahrzeugen
DE1673926B1 (de) Verfahren und einrichtung zur optischen messung der winkel abweichung eines objektes in einem bezugssystem
DE735412C (de) Visiervorrichtung fuer kinematographische Aufnahmeapparate
DE2744819A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gegenseitigen justierung eines sichtgeraetes und einer mit diesem verbundenen, insbesondere servogesteuerten einrichtung
DE2512032A1 (de) Vorrichtung zum ausrichten eines in einer baugrube aufgestellten laser- leitstrahlgeraetes
DE938219C (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Distanzmessung
DE1913254C3 (de) Gerät, das wahlweise als monokulares oder binokulares Fernrohr und zum Fotografieren verwendbar ist

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee