DE1406568B2

DE1406568B2 - Anordnung zur Spurlaufmessung

Info

Publication number: DE1406568B2
Application number: DE19621406568
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 1000 Berlin Rehder
Original assignee: Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH, 6000 Prankfurt
Priority date: 1962-04-27
Filing date: 1962-04-27
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB976060A; US3282093A; DE1406568A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine berührungs- Dieses Meßverfahren kann zwar beliebig schnell

lose Spurlaufmessung der zur Drehachse parallelen arbeiten (begrenzt nur durch die Trägheit der foto-

Auslenkung von Propellerflügeln in Abhängigkeit elektrischen Zellen in der linearen Anordnung),

von der Drehzahl und dem Anstellwinkel, bei der die jedoch ist das Auflösungsvermögen, die Genauigkeit

Flügel beim Vorbeilauf an einem Meßgerät einen 5 also, begrenzt durch die mechanische Größe der

zur Zählung verwendeten Lichtstrahl beeinflussen, Zellen. Eine Zelle bildet die kleinste Meßeinheit,

der zu einem aus abwechselnd lichtdurchlässigen und Man könnte weiterhin erwägen, ein Abtastver-

lichtundurchlässigen Öffnungen bestehenden Meß- fahren, das die Lage von Gegenständen, die selbst

raster führt, wobei die auf einen Fotoelektronenver- strahlen oder hinterleuchtet werden, über ein

vielfacher treffenden Lichtimpulse in elektrische io optisches Drehspiegelsystem durch Fotozellen ermit-

Impulse umgewandelt und angezeigt werden. teln, in vorliegendem Fall zu verwenden. Jedoch

Es ist eine Anordnung für eine berührungslose treten hier Schwierigkeiten auf, die darin bestehen, Spurlaufmessung bekanntgeworden, mit der auf foto- daß der Gegenstand, dessen Auslenkung gemessen elektronischem Wege die Auslenkung von Propeller- werden soll, sich während mehrerer Abtastperioden flügeln bestimmt werden kann. Eine Fotoelektronen- 15 der Spiegel in der Meßebene befinden muß, um hinröhre ist dabei so angeordnet, daß die zu vermessen- reichend genau gemessen werden zu können. Wenn den Flügel zwei, von einer der Fotoelektronenröhre sich das Meßobjekt jedoch sehr schnell bewegt, wie gegenüberliegenden Lichtquelle ausgesandte Peil- beispielsweise die Peripherie eines Hubschrauberstrahlen passieren und für kurze Zeit unterbrechen. flügels, reicht die übliche Abtastfrequenz eines Spie-Aus dem Zeitintervall des Flügeldurchgangs läßt sich 20 gelrades von z. B. 300 Hz nicht aus. Ähnliche dann die Auslenkung des Flügels bestimmen. Diese Schwierigkeiten ergeben sich bei einer Abtastung Anordnung ist aber nur verwendbar, wenn natür- mittels Fernsehen.

liches Licht in ausreichendem Maße vorhanden ist, Es ist ferner ein Meßprinzip bekannt, bei dem die

oder sie macht den aufwendigen Aufbau einer künst- Messung der Drehbewegung eines Gegenstandes, an

liehen Lichtquelle auf der dem Meßgerät gegenüber- 25 welchem lichtreflektierende Elemente angeordnet

liegenden Seite erforderlich. sind, dadurch erfolgt, daß ein auf einen solchen

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Reflektor gerichteter Lichtstrahl reflektiert und durch eine berührungslose Anordnung zur Spurlaufmessung Hineinbringen eines Meßrasters in den Strahlengang der zur Drehachse parallelen Auslenkung von Pro- zur Reflexionsstelle eine Abbildung geschaffen wird, pellerflügeln in Abhängigkeit von der Drehzahl und 30 deren Abtastung eine Bewertung in digitaler Form dem Anstellwinkel anzugeben, die den Einbau der gestattet. Desgleichen sind Vorrichtungen bekannt, gesamten Anlage samt Lichtquelle auf nur einer Seite bei denen ein sich bewegender Lichtstrahl nicht in des Propellers ermöglicht und mit möglichst großer der Reflexion, sondern im Durchscheinverfahren von Genauigkeit und mit sofortiger kontinuierlicher An- einem Meßraster unterbrochen wird und somit ebenzeige arbeitet. 35 falls die analoge Bewegung des besagten Gegen-

Es ist bekannt, in Fällen, wo eine Bewegung oder Standes in digitale Schritte zerlegt. Nach diesem Auslenkung eines Gegenstandes gemessen werden Prinzip arbeiten z. B. lichtelektrische Impulsgeber, soll, der Gegenstand selbst aber nicht zugänglich ist, Insbesondere ist auch eine Anordnung bekannt, bei diese Messung unter Mitwirkung optischer Mittel zu der ein in dem primären Strahlengang gelegtes Meßbewerkstelligen. So kann man beispielsweise den 40 raster über einen sich um die eigene Achse drehen-Gegenstand, dessen Bewegung zu messen ist, mit den Spiegel in eine Bildebene geworfen wird und einer beleuchteten Blendenöffnung versehen und dort durch Abtasten des produzierten Bildes die diese Blende über eine Optik auf einer Mattscheibe, jeweilige Winkelstellung des Spiegels ergibt. Mit fotografischen Platte od. dgl. abbilden und dort dieser Anordnung wird der Drehwinkel bzw.' die ablesen bzw. ausmessen. Es ist dabei auch bekannt, 45 Drehbewegung eines Spiegels um seine eigene Achse die erwähnte Mattscheibe oder die fotografische erfaßt, jedoch werden nicht, wie es der vorliegenden Platte von vornherein mit einem Meßraster zu ver- Erfindung als Aufgabe zugrunde liegt, Meßwerte sehen bzw. das entwickelte Foto zur Auswertung in eines sich in einer Koordinate linear bewegenden ein Meßraster einzuordnen. Diese Verfahren sind für Gegenstandes (Flügelspitzen), wobei eine zweite genau berührungslose Messungen geeignet. Es haftet 50 Koordinate beliebige Werte haben kann, gewonnen, ihnen jedoch der Nachteil an, daß das Ergebnis der Diese Anordnung gibt auch keinen Hinweis, wie für Auswertung, z. B. fotografisch, nicht sofort vorliegt eine lineare Bewegung eine gleichzeitig auftretende und bei ständiger unregelmäßiger Auslenkung des zu und zu messende Bewegung senkrecht dazu durchvermessenden Gegenstandes auch viel Material geführt werden könnte. Es ist ferner eine VibrationsbenÖtigt. Die visuelle Registrierung der Meßwerte 55 messung eines Propellers bekannt, die jedoch auf einem Mattscheibenraster gelingt nur bis zu einer mechanisch und weiterhin nicht berührungslos ergewissen Folgegeschwindigkeit der Meßmarkierungen folgt. Eine solche nicht berührungslose Meßmethode und ist mit subjektiver Unsicherheit behaftet. kann jedoch zur Ausmessung der Durchbiegung von

In dem Bestreben, das Ermitteln solcher Meß- Flügeln nicht verwendet werden, da die Flügelergebnisse zu beschleunigen, letzten Endes einen mit 60 Spitzengeschwindigkeit (etwa 250 m/Sek.) sehr groß der Bewegung des zu vermessenden Gegenstandes ist. Abgesehen davon ist auch die erforderliche sich konform ändernden Meßwert zu erlangen und Genauigkeit bei einer mechanischen Messung nicht subjektive Fehler auszuschalten, sind Verfahren be- gegeben.

kanntgeworden, die eine lineare Aneinanderreihung Weiterhin ist eine Anordnung zur Kurvenerfaskleiner Fotozellen benutzen, ähnlich einem Maßstab, 65 sung bekannt, bei der ein Meßwert einen Spiegel wobei die Anzahl der jeweils belichteten Zellen elek- proportional verstellen kann. Die Spiegelstellung tronisch gezählt werden kann oder aber ein ent- wird dann mit Hilfe einer rotierenden Blende aussprechender analoger Wert gebildet wird. gemessen; die Messung eines sich bewegenden

Punktes (Flügelspitze), die direkt ein digitales Maß mit sofortiger laufender Anzeige ergibt, ist hierdurch nicht gegeben.

Es ist ferner eine Anordnung zur berührungslosen Messung der relativen Lage von Propellerflügeln zueinander bekannt, bei der an den Flügeln angestrahlte Reflexionsmarken angebracht werden, deren Abbildungslinien, auf ein Meßgerät geworfen, eine Anzeige ergeben. Hierbei wird der Flügel in Achsenrichtung angestrahlt, und die Empfangseinrichtung für das reflektierte Licht steht ebenfalls in Achsenrichtung. Die Empfangseinrichtung besteht aus Beobachtungsfeldern (Mattscheiben od. dgl.), die stehende Bilder zeigen (d. h. nicht das Überstreichen einer durch die Umdrehung verursachten Abbildung) und die visuell beobachtet werden. Dieser Registrierung haftet der Mangel an, daß sie nur bis zu einer gewissen Folgegeschwindigkeit der Meßmarkierungen gelingt und auch mit subjektiver Unsicherheit behaftet ist.

Gemäß der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Beeinflussung des Lichtstrahles durch Reflexion eines Lichtstrahles erfolgt und daß als Reflexionsmarken je eine an jedem Flügel angebrachte Kugel verwendet wird, die dem Meßraster und dem Fotoelektronenvervielfacher so zugeordnet sind, daß deren zur Drehachse senkrechte Abbildungslinien das Meßraster überstreichen, welches ein in der Auslenkungsrichtung in seiner Strichzahl veränderliches Raster aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel ist an Hand der F i g. 1 und 2 dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Meßanordnung dieses Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 ein zur Durchführung der Messung verwendetes Strichraster.

In F i g. 1 ist einer von etwa drei rotierenden Flügeln 1 dargestellt, die um die Achse 2 zum Rotieren gebracht werden. Am Ende des Flügels 1 wird eine Reflexionskugel 3 angebracht.

Eine solche Kugel besteht etwa aus poliertem Glas und wird mit Aluminium bedampft. Die übrige Stirnfläche des Hubschrauberflügels kann mit mattschwarzem Lack abgedeckt werden. Die Kugel hat einen Durchmesser von einigen Millimetern. Sie befindet sich in der Anstellachse des betreffenden Flügels.

Das eigentliche Meßgerät 1 α (in der F i g. 1 stark umrandet) besteht aus einer ultraviolettempfindlichen optischen Anordnung, deren wichtigsten Teile eine Quecksilberhöchstdrucklampe 4, eine UV-durchlässige Optik 5, ein Meßraster 6 aus UV-durchlässigem Quarzglas, ein UV-Tageslichtfilter 7 und ein Fotoelektronenvervielfacher 8 sind. Das optische System wird auf einer Traverse 8 a, ähnlich einem Meßfernrohr, so montiert, daß die auf der Flügelspitze mit UV-Licht intensiv angeleuchtete Kugel 1 als Leuchtpunkt beim Rotieren des Flügels 1 waagerechte Abbildungslinien auf dem Meßraster entwirft. Die Traverse, die das eigentliche Meßgerät la trägt, enthält Justierungsmöglichkeiten 8 b zum Ausrichten. Je nach der Höhe der umlaufenden Flügelspitzen werden mehr oder weniger Rasterlinien überschrieben und hinter dem Vervielfacher 8 als elektrische Impulse abgegeben. Über einen nachgeschalteten Impedanzwandler 9 und eine Leitung 10 werden die Impulse einem Zähler 11 zugeführt. Der Meßraster ist so ausgelegt, daß jedem Millimeter Vertikalbewegung der Flügelspitzen eine bestimmte Impulszahländerung für den Zähler entspricht. Um eine gleichzeitige und unabhängige Registrierung der einzelnen Flügel zu erhalten, ist eine Torsteuerung mit dem Tor 15 vorgesehen. Dieses Tor 15 wird von einem synchronisierten Schalter 16 gesteuert (hier dargestellt für drei um jeweils 120° versetzte Flügel), der in Abhängigkeit von dem Vorbeilauf eines Flügels an der Meßanordnung das dann jeweils in dem Zähler stehende Ergebnis zu den Einzelzählern 13 a, 13 b, c durchschaltet. Nach dieser Weiterleitung wird jeweils der zuletzt bestandene Zählerstand im Zähler wieder gelöscht. In den Sichtanzeigen 13 d, 13 e, 13/ wird das digitale Ergebnis der Einzelzähler 13 α, b, 13 c angezeigt. Diese Sichtanzeigen können so geschaltet sein, daß das Meßergebnis nicht periodisch gelöscht und neu geschrieben wird, sondern stehenbleibt und nur die jeweilige Änderung gegenüber der vorangegangenen Messung erscheint. Über DA-Wandler 14 a, 14 b, 14 c geschaltet, wird das Ergebnis der Einzelzähler 13 a, 13 b, 13 c noch zur Registrierung in die Streifenschreiber 12 a, 12 b, 12 c eingegeben.

In Fig. 2 ist ein verwendetes Strichraster dargestellt. Die in dem Gehäuse 18 eingelassene Blende enthält eindreieckförmiges Strichraster 20, wobei z. B. 300 Rasterstriche auf 30 cm kommen. 21 ist eine Einstellöffnung zur Nulleinstellung des Strichrasters.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für eine berührungslose Spurlaufmessung der zur Drehachse parallelen Auslenkung von Propellerflügeln in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Anstellwinkel, bei der die Flügel beim Vorbeilauf an einem Meßgerät einen zur Zählung verwendeten Lichtstrahl beeinflussen, der zu einem aus abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Öffnungen bestehenden Meßraster führt, wobei die auf einen Fotoelektronenvervielfacher treffenden Lichtimpulse in elektrische Impulse umgewandelt und angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Beeinflussung des Lichtstrahles durch Reflexion eines Lichtstrahles erfolgt und daß als Reflexionsmarken je eine an jedem Flügel (1) angebrachte Kugel (3) verwendet wird, die dem Meßraster (6) und dem Fotoelektronenvervielfacher (8) so zugeordnet sind, daß deren zur Drehachse senkrechte Abbildungslinien das Meßraster (6) überstreichen, welches ein in der Auslenkungsrichtung in seiner Strichzahl veränderliches Raster aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßraster (6) dreieckförmig gestaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (3) an den Enden der Flügel (1) angebracht werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (3) in den Anstellachsen der Flügel (1) angebracht werden.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung in an sich bekannter Weise ultraviolettes Licht verwendet wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Impulse durch

einen Impedanzwandler (9) einem Hauptzählgerät (11) zugeführt werden, dessen jeweiliger Zählerstand mit Hilfe einer von der Propellerdrehbewegung gesteuerten Abfrageeinrichtung (16,15) in Zähler (13 a, 13 b, 13 c), die den einzelnen Flügeln zugeordnet sind, eingezählt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abfrage des Hauptzählers (11) bewirkende Abfrageeinrichtung (16, 15) aus einem auf der Propellerwelle befestigten synchronisierten Schalter (16) besteht, der jeweils nach Durchgang durch die Meßstrecke eines Flügels (1) ein Signal abgibt, das eine Torschaltung (15) für die Umzählung auf die Einzelzähler (13 a, 13 b, 13 c) betätigt und die Rückstellung des Hauptzählers (11) bewirkt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählergebnis der Einzelzähler (13 a, 13 b, 13 c) für die einzelnen Flügel in einem Digital-Analog-Wandler (14 a, 14 δ, 14 c) in einen Analogwert umgeformt und in einem Schreiber (12 a, 12 b, 12 c) aufgezeichnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen