KR101705328B1 - 로터 허브에 대한 회전익기 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 장치, 연관된 로터, 및 대응하는 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전익기의 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 측정하기 위한 측정 장치에 관한 것으로, 상기 블레이드 엘리먼트(2)는 적어도 하나의 피벗 축(6,7,8)에 대하여 피벗시 로터(5)의 허브(4)에 대해 이동 가능하게 배치된다. 본 발명은 또한 그러한 측정 장치가 있는 회전익기와, 대응하는 측정 방법에 관한 것이다.

Description

로터 허브에 대한 회전익기 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 장치, 연관된 로터, 및 대응하는 측정 방법{A DEVICE FOR MEASURING THE ANGULAR POSITIONS OF ROTORCRAFT BLADE ELEMENT RELATIVE TO A ROTOR HUB, AN ASSOCIATED ROTOR, AND A CORRESPONDING MEASUREMENT METHOD}

관련출원의 상호참조

본원은 이 명세서에 그 전체로서 참고로 포함되는. 2014년 11월 27일자의 프랑스 특허출원 FR 14 02694에 대해 우선권(benefit)을 주장한다.

본 발명은 주 양력(main lift) 및 추력(propulsion) 로터와, 안티-토크(anti-torque) 로터의 허브에 대한 회전익기 블레이드 엘리먼트의 적어도 하나의 피벗 축(pivot axis)에 관한 각도 위치(angular position)를 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다.

헬리콥터와 같은 회전익기의 로터의 허브가 회전하는 동안, 블레이드 엘리먼트는 일반적으로 허브와 연관된 회전하는 직교 기준 프레임에서 3개의 피벗 축을 중심으로 피벗하기에 적합하다.

제 1 피벗 축은 "피치(pitch)" 축이라고 부르고, 블레이드의 공기역학적 입사각이 수정될 수 있게 하고, 따라서 양력을 일으키는 블레이드 상의 공기역학적 힘과, 로터가 회전익기 상에 발휘하는 견인력(traction)을 수정하는 것을 가능하게 한다. 따라서 그러한 피치 축은 블레이드 엘리먼트의 스팬(span)에 대응하는 종 방향에 실질적으로 나란하게 연장한다.

제 2 피벗 축은 "플랩핑(flapping)" 축이라고 부르고, 블레이드 엘리먼트의 자유 단부가 로터의 회전 평면에 대해 실질적으로 직각이 이루게 움직이는 것을 가능하게 한다. 따라서 그러한 플랩핑 축은 실질적으로 로터 블레이드의 회전 평면에 포함된다.

제 3 피벗 축은 "리드/래그(lead/lag)" 축이라고 부르고, 블레이드 엘리먼트의 제 1 피벗 축과 제 2 피벗 축에 대해 실질적으로 직각을 이루게 배치된다.

따라서 본 발명은 더 구체적으로는 각각의 회전 동안을 포함하여, 로터가 회전하는 동안 변하는 이들 각도 위치에 대한 데이터를 자동으로 감지하고 기억시키는 것을 가능하게 하는 측정 장치를 제공하는 것을 추구한다.

특히 시간상 소정의 제한된 기간 동안 또는 회전익기의 수명 전반에 걸쳐 로터 블레이드 엘리먼트의 피벗 움직임을 평가할 수 있는 것이 관심사이다. 정상적인 비행 조건 동안 이들 피벗 움직임을 측정하는 것은, 회전익기의 로터가 겪는 동적인 스트레스를 이해하고 매우 정확하게 평가하는 것을 가능하게 한다.

일반적으로, 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위해서는 임의로 분포된 포인트의 패턴이나 타깃(target)을 운반하는 회전익기 블레이드 엘리먼트의 위치를 측정하기 위한 장치를 사용하는 것이 알려져 있다. 그러한 타깃 또는 패턴은 로터 각각이 회전하는 동안 블레이드 엘리먼트의 플랩핑 각을 인식하기 위해 블레이드 엘리먼트 상에 맞게 되어 있다. 그러한 측정 장치는, 특히 특허 문헌 US4 604 526호와 GB 1 116 748호 또는 실제로 유럽 특허청에서의 비특허(non-patent) 작업물(works)의 데이터페이스에서 참조 번호가 XP040515416으로 주어지고, Fritz Boden, Kai Bodensiek 및 Boleslaw Stasicki에 의해 쓰여졌으며 제목이 "Application of image pattern correlation for non-intrusive deformation measurements of fast rotating objects on aircraft"인 기술 공보에서 설명되고 있다.

비록 그러한 기술 공보가 블레이드 엘리먼트 상에 놓인 패턴의 사진을 찍기 위해 카메라를 사용하는 것을 기재하고 있더라도, 임의로 배치된 포인트의 패턴은 고려중인 블레이드 엘리먼트의 다양한 각도 위치가 신속하고 간단하게 측정될 수 있게 하지 않는다.

뿐만 아니라, 카메라는 회전익기 동체의 정지된 부분 상에 배치되고, 로터의 허브와 같이 회전하는 기준 프레임에는 배치되지 않는다. 또한, 그러한 측정 장치는 패턴의 사진을 찍는 것과 이어지는 그러한 사진의 분석을 용이하게 하기 위해, 스트로보 램프(stroboscopic lamp)를 필요로 한다.

따라서, 그러한 측정 장치는 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 인식할 목적을 충족시키기에는 매우 복잡하고, 로터의 완전한 회전하는 동안 이들 각도 위치가 측정되는 것을 가능하게 하지 않는다.

뿐만 아니라, 특허 문헌 JP 2010/149602호 또는 US 2014/226153호에 설명된 것과 같이 광학 센서를 사용하는 것도 있다. 이들 특허 문헌은 광원이 블레이드 상에 놓이고 검출기가 허브 상에 놓이는 측정 장치를 제안한다. 따라서 그러한 해결책은 오직 블레이드 엘리먼트의 플랩핑 각도를 측정하는 역할을 할 수 있다.

그러한 장치는 또한 블레이드 엘리먼트가 안에 수용되고 블레이드 엘리먼트에 안착될 필요가 있는 광원과 꼭 맞게 되는 것을 요구한다. 따라서 그러한 광원을 통합시키는 것은 블레이드 엘리먼트의 구조적 설계를 수정하는 것을 필요하게 한다.

뿐만 아니라, 광원이 빛을 방출할 수 있도록 광원에 전기를 운반하는 것이 또한 필요하다. 특히 회전익기의 로터, 즉 회전하는 기준 프레임에서 전기를 가져가는 것이 어렵다. 뿐만 아니라, 로터의 다양한 부품 사이의 상대적인 움직임은 전기 접촉시 마모를 일으킬 수 있고, 그러한 해결책을 시간이 지남에 따라 신뢰할 수 없게 만든다.

또한, 그러한 광원이 어느 정도로 작은지 관계없이 추가적인 회전 무게(rotating weight)을 발생시키고, 따라서 로터의 균형을 다시 잡는 것을 요구한다.

따라서 본 발명의 목적은 전술한 한계가 극복될 수 있게 하는 측정 장치, 회전익기, 및 방법을 제안하는 것이다. 따라서 이러한 측정 장치는 로터의 블레이드 엘리먼트에 관한 기존의 구조적 설계를 보존하는 것과, 상기 로터와 연관된 직교 기준 프레임에 대한 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하도록 간단하고, 안전하며, 효과적이고 시간에 지남에 따라 신뢰할 수 있는 해결책을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 회전익기의 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 측정 장치에 관한 것이고, 이 경우 블레이드 엘리먼트는 적어도 하나의 피벗 축을 중심으로 피벗할 때 로터의 허브에 대해 이동할 수 있게 배치된다. 즉, 블레이드 엘리먼트는 로터의 허브에 대해 피벗시 적어도 하나의 자유도(degree of freedom)를 가진다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 장치는

·블레이드 엘리먼트에 안착시키기에 적합한 적어도 하나의 체커보드(checkerboard) 패턴으로서, 각각의 상이한 휘도율(factor)을 나타내는 표면의 2개의 그룹을 포함하고, 제 1 그룹의 각각의 표면은 제 1 휘도율을 나타내고 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 적어도 하나의 표면과 나란히 놓여 있으며, 제 1 휘도율은 제 2 휘도율보다 큰, 체커보드 패턴;

·시간의 함수로서의 체커보드 패턴의 복수의 이미지를 취하기에 적합하고, 허브에 안착되기에 적합한 적어도 하나의 카메라;

·카메라에 의해 취해진 각각의 이미지에 로터의 방위각의 함수인 시간 파라미터를 할당하는 역할을 하는 동기화 부재;

·대응하는 시간 파라미터와 함께 각각의 이미지를 기억시키기에 적합한 메모리; 및

·체커보드 패턴의 이미지로부터 적어도 하나의 피벗 축에 대해, 블레이드 엘리먼트의 각도 위치가 자동으로 결정될 수 있게 하는 컴퓨터를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 장치는 블레이드의 단단한 부분 상에 맞게 되어 있고 로터가 정상적인 스트레스를 받는 상황에서 사실상 변형이 가능하지 않는 체커보드 패턴을 사용하여 블레이드 엘리먼트의 다양한 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 그러한 단단한 부분은 블레이드의 뿌리(root)에 의해 유리하게 형성될 수 있고, 예를 들면 플라스틱 재료나 셀룰로스의 인쇄된 막(film)에 의해 체커보드 패턴이 형성될 수 있다.

또한, 블레이드 엘리먼트 상에 체커보드 패턴을 안착시키기 위해서는, 다양한 해결책이 예견될 수 있고, 특히 접착제를 사용하는 것 정전기력 및/또는 자기력을 사용하는 것, 루프와 후크를 가지는, 스스로 움켜잡는 스트립(strip)을 사용하는 것, 또는 스냅-파스너(snap-fastener) 수단을 사용하는 것이 해당된다.

그러한 상황 하에서는, 체커보드 패턴의 표면의 제 1 그룹의 제 1 휘도율이 숫자 1에 가깝게 선택되는 것이 유리한데, 이는 제 1 그룹의 표면이 색깔이 흰색이 되도록 선택되는 것이 바람직하기 때문이다. 이와는 반대로, 체커보드 패턴의 표면의 제 2 그룹의 제 2 휘도율은 숫자 0에 가깝게 선택되는 것이 유리한데, 이는 제 2 그룹의 표면이 색깔이 검은색이 되도록 선택되는 것이 바람직하기 때문이다. 따라서 제 1 그룹의 표면과 제 2 그룹의 표면 사이의 강한 대조는 카메라로 찍은 이미지의 용이한 처리 보장을 가능하게 하고, 이로 인해 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정할 때 정확성을 최대로 한다.

따라서 카메라는 로터의 허브 상에 배치되고, 카메라의 시야에서 계속해서 체커보드 패턴을 "관찰(observe)"하는 것을 가능하게 하도록 카메라가 향하게 된다. 따라서 그러한 카메라는 볼트, 스트랩(strap), 리벳(rivet) 등과 같은 안착 수단을 사용하여 허브에 끼워넣음으로써 고정된다.

또한, 이미지가 취해지는 순간에 따라, 동기화 부재가 하나의 이미지에 관한 방위각도 위치를 결정하는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 로터의 방위각도 위치의 함수로서 블레이드 엘리먼트의 각도 위치의 곡선을 그리는 것을 가능하게 한다.

컴퓨터는 카메라가 찍은 이미지 전부에 관해 3차원 공간에서 체커보드 패턴의 상대적인 위치를 결정한다. 이를 위해, 조작자는 고려중인 블레이드 엘리먼트의 결정된 위치에 대응하는 이미지에서의 체커보드 패턴에 관한 절대 위치를 규정하기 위해 특히 손으로 행동을 할 수 있다. 실제는 그리고 예를 들면, 그러한 소정의 위치는 그것을 구성하는 일련의 나란히 놓인 표면이 로터가 멈추어진 상태에 있을 때 시계(horizon)를 형성하는 라인과 일직선상에 놓이도록 체커보드 패턴의 위치를 정함으로써 얻어진다.

또 다른 기술은 예를 들면 행거(hanger)에서의 기준 프레임과 같이 알려진 기준 프레임에 대한 체커보드 패턴의 위치를 손으로 측정할 목적으로 정확한 각도-측정 장치를 사용하는 것으로 구성된다.

유리하게, 컴퓨터는 허브와 연관된 직교 기준 프레임을 형성하는 3개의 피벗 축을 중심으로 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정할 수 있고, 이 경우 그러한 직교 기준 프레임은 "피치(pitch)" 축이라고 부르는 제 1 축, "플랩핑(flapping) 축"이라고 부르는 제 2 축, 및 "리드/래그(lead/lag) 축"이라고 부르는 제 3 축을 가진다.

즉, 측정 장치는 로터 허브에 대한 블레이드 엘리먼트의 전술한 3가지 피벗 축을 중심으로 한 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 식별하는 역할을 한다. 따라서, 측정 장치는 블레이드 엘리먼트의 피치 각도(θ), 플랩핑 각도(β), 및 리드/래그 각도(δ)를 로터의 방위각(Ψ)의 함수로서 동시에 측정하는 것을 가능하게 한다.

동기화 부재는 다양한 형태를 가질 수 있다.

제 1 실시예에서, 동기화 부재는 검출될 로터의 각각의 회전을 가능하게 하는 센서를 포함할 수 있다.

그러한 상황에서는, 방위각 기준은 360°의 로터의 모든 회전에 관해 한번 전달되는 로터 위치 센서의 "핍(pip)"에 의해 주어진다. 그러면 카메라가 찍은 이미지는 이러한 센서로부터 오는 신호와 함께 메모리에 저장된다. 로터의 각각의 새로운 회전을 식별하기 위해, 그러한 센서는 특히 자기 타입 또는 광학 타입의 것일 수 있다.

따라서, 첫 번째로는 카메라의 획득 주파수를 알고, 두 번째로는 로터의 회전 각속도를 알게 되면, 다음 식, 즉

을 사용하여 각각의 이미지의 방위각(Ψi)을 계산하는 것이 가능하다.

제 2 실시예에서는, 동기화 부재는 회전익기의 동체에 대해 정지하고 있고, 예를 들면 회전익기의 테일 붐(tail boom)과 같이, 카메라가 찍은 이미지에 존재하는 요소를 사용할 수 있다. 그러한 테일 붐은 각각의 회전 동안 오직 한 번만 카메라의 시야에 나타난다. 이는 방위각 Ψ0=0°에 대응한다.

마찬가지로, 컴퓨터와 메모리는 다양한 형태를 가질 수 있고, 회전익기에 고정되는 부재 또는 제거 가능한 부재일 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 구성에서는 컴퓨터가 회전익기에 배치된다.

그러한 상황에서는, 메모리 역시 회전익기에 배치되는 것이 유리하고, 그러한 메모리에 담겨 있는 데이터는, 로터의 방위각의 함수로서 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정하기 위해, 컴퓨터에 의해 직접 사용된다.

또한, 그리고 제 1 구성의 제 1 변형예에서는, 컴퓨터가 카메라 근처에서 로터의 허브에 고정되기에 적합할 수 있다.

즉, 컴퓨터는 회전익기의 동체에 대해 로터와 함께 회전한다.

제 1 구성의 제 2 변형예에서는, 컴퓨터가 회전익기의 동체에 대해 정지되어 있는 부분에 배치되기에 적합할 수 있다.

그러한 상황에서는, 컴퓨터가 회전익기의 동체에 대해 정지되어 있도록 배치된다.

마지막으로, 본 발명의 제 2 구성에서는 컴퓨터가 회전익기로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다.

따라서, 회전익기에 탑재되어 있지 않은 컴퓨터와 같은, 보조 부재 상의 회전익기 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 이미지를 사용한다.

그러한 상황에서는, 메모리는 제거 가능한 타입의 것이 유리하고, 카메라에 안착된 인터페이스와 협력하는 것이 유리하다.

일단 이미지가 취해지면, 그러한 이미지가 시간 파라미터에 대해 동기화된 방식으로 메모리에 저장된다. 따라서 메모리는 제거 가능하고, 예를 들면 카메라에서 직접 배치된 읽기/쓰기(read/write) 인터페이스로부터 추출되는 카드와 같이 메모리 카드의 형태를 취할 수 있다.

이러한 카드는 회전익기 외측의 컴퓨터에 연결된 또 다른 인터페이스 내로 삽입된다. 카메라 이미지로부터의 데이터는 회전익기와는 독립적인 컴퓨터가 사용한다.

또한 실제로는 체커보드 패턴은,

·상이한 휘도율(luminance factor)을 나타내는 표면이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 적어도 3개의 행(row)으로서, 서로 평행하고 블레이드 엘리먼트의 피치 축에 평행한 방향으로 블레이드 엘리먼트에 배치되는, 상기 적어도 3개의 행과,

·상이한 휘도율을 나타내는 표면이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 적어도 3개의 열(column)로서, 서로 평행하고 블레이드 엘리먼트의 플랩핑 축에 평행한 방향으로 블레이드 엘리먼트에 배치되는, 상기 적어도 3개의 열을 포함할 수 있다.

즉, 체커보드 패턴은 그러한 패턴의 행이 그것의 스팬(span)에 대응하는 방향에 평행하고, 열이 그러한 방향에 수직이 되도록 블레이드 엘리먼트 상에 배치된다.

특별한 일 실시예에서, 체커보드 패턴은 상이한 휘도율을 나타내는 표면이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 5개의 행과 상이한 휘도율을 나타내는 것이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 9개의 열을 가질 수 있다.

그러한 체커보드 패턴은 로터가 1회전하는 동안 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정하기 위해, 카메라가 찍은 이미지의 최적화된 이용을 보장하는 것을 가능하게 한다.

유리하게, 체커보드 패턴은 표면의 제 1 그룹의 제 1 휘도율과 실질적으로 같은 휘도율을 가지는 둘러싸는 부분(surround)을 포함할 수 있다.

즉, 열과 행의 둘러싸는 부분은 색깔이 실질적으로 흰색이고, 패턴의 각각의 행과 열이 명확히 식별될 수 있게 한다.

실제로, 제 1 그룹과 제 2 그룹의 표면은 그 모양이 정사각형일 수 있다.

이러한 식으로, 제 1 그룹과 제 2 그룹의 표면 전부는 그 길이와 폭에 있어서 동일한 치수를 나타낸다. 그러한 배치는 이미지에서의 그것들의 화소 위치(px,py)에 의해 규정된 패턴 내에서 내부 코너를 인지하기 위한 알고리즘을 단순화나는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 체커보드 패턴과 연관된 오른손 방향의 직교 기준 프레임에서 X방향과 Y방향에서의 표면의 개수를 명시하는 것으로 충분하다.

특별한 일 실시예에서, 체커보드 패턴은 그룹의 2개의 표면에 의해 규정된 모양의 코너 각각에 배치된 제 2 그룹의 표면을 포함할 수 있다.

따라서, 제 1 그룹의 표면과 제 2 그룹의 표면은 그것의 코너 각각에서 제 2 그룹의 표면을 가지는 직사각형 또는 정사각형을 형성하도록 위치가 정해진다. 그러한 배치에서, 제 1 휘도율과 실질적으로 같은 휘도율을 가지는 둘러싸는 부분과 결합되어, 제 1 그룹과 제 2 그룹에서 표면의 세트에 의해 규정된 모양의 코너를 양호하게 인지하는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다.

카메라가 찍은 이미지의 처리는 체커보드 패턴의 코너와, 그것을 구성하는 각각의 표면의 코너의 위치를 인지하는 것을 가능하게 하고, 또한 대응하는 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정하기 위한 수학적 변환을 결정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 또한 전술한 로터의 허브에 대한 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 측정 장치를 포함한다는 점에서 주목할 만한 회전익기를 제공한다.

즉, 본 발명은 회전익기 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 장치에 국한되지 않는다. 본 발명은 또한,

·블레이드 엘리먼트에 고정되기에 적합한 적어도 하나의 체커보드 패턴으로서, 각각의 상이한 휘도율을 나타내는 표면의 2개의 그룹을 포함하고, 제 1 그룹의 각각의 표면은 제 1 휘도율을 나타내고, 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 적어도 하나의 표면과 나란히 놓이며, 제 1 휘도율이 제 2 휘도율보다 더 큰, 상기 체커보드 패턴;

·시간의 함수로서의 체커보드 패턴의 복수의 이미지를 취하기에 적합하고, 허브에 고정되어 있는 적어도 하나의 카메라;

·상기 로터의 방위각의 함수인 시간 파라미터를 카메라가 찍은 각각의 이미지에 할당하는 역할을 하는 동기화 부재;

·대응하는 시간 파라미터와 함께 각각의 이미지를 기억시키기에 적합한 메모리; 및

·체커보드 패턴의 이미지들로부터 적어도 하나의 피벗 축에 대해, 블레이드 엘리먼트의 각도 위치가 자동으로 결정될 수 있게 하는 컴퓨터를 포함하는 회전익기를 제공한다.

따라서 그러한 회전익기는 복수의 이미지가 블레이드 엘리먼트에 고정된 체커보드 패턴이 찍히는 것을 가능하게 한다. 회전익기는 패턴의 코너와 그것을 구성하는 표면 각각의 코너의 위치를 인지하도록 이미지가 처리될 수 있게 한다.

본 발명은 또한 로터의 허브에 대한 회전익기 블레이드 엘리먼트의 적어도 하나의 피벗 축 주위의 각도 위치를 측정하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 그러한 방법은

·블레이드 엘리먼트에 적어도 하나의 체커보드 패턴을 고정시키는 것으로, 그러한 체커보드 패턴은 각각 상이한 휘도율을 나타내는 표면의 2개의 그룹을 포함하고, 제 1 그룹의 각각의 표면은 제 1 휘도율을 나타내고, 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 적어도 하나의 표면과 나란히 놓이며, 제 1 휘도율은 제 2 휘도율보다 큰, 블레이드 엘리먼트에 적어도 하나의 체커보드 패턴을 고정시키는 것;

·시간의 함수로서의 체커보드 패턴의 복수의 이미지를 취하기에 적합한 적어도 하나의 카메라를 허브에 고정시키는 것;

·상기 로터가 회전하는 동안 체커보드 패턴의 복수의 이미지를 취하는 것;

·상기 로터의 방위각의 함수인 시간 파라미터로 카메라가 취한 각각의 이미지를 동기화하는 것;

·대응하는 시간 파라미터와 함께 각각의 이미지를 기억시키는 것; 및

·체커보드 패턴의 이미지로부터 적어도 하나의 피벗 축에 대해, 자동으로 결정될 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 자동으로 결정하는 것으로 구성되는 단계들을 포함한다.

즉, 본 발명은 또한 로터 허브에 대한 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하는 방법을 제공한다. 이러한 방법에서, 블레이드 엘리먼트에 고정된 체커보드 패턴의 복수의 이미지가 취해진 다음, 패턴의 코너와 그것을 구성하는 표면 각각의 코너의 위치를 인지하도록 이미지들이 처리된다.

특별한 일 구현예에서, 이러한 측정 방법은 허브와 연관된 직교 기준 프레임을 형성하는 3개의 피벗 축 주위의 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 그러한 직교 기준 프레임은 "피치" 축이라고 부르는 제 1 축, "플랩핑" 축이라고 부르는 제 2 축, 및 "리드/래그(lead/lag)" 축이라고 부르는 제 3 축을 포함한다.

이러한 식으로, 이러한 방법은 시간의 함수로서 로터에 대한 블레이드 엘리먼트의 3차원 위치를 측정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 측정 방법은 허브에 대한 블레이드 엘리먼트의 피벗팅(pivoting)의 3개의 자유도로 각도 위치를 식별하는 것을 가능하게 한다.

유리하게, 이러한 측정 방법은 로터가 1회전 하는 동안 체커보드 패턴의 5개 내지 45개의 이미지가 취해지는 것을 가능하게 할 수 있다.

따라서, 그러한 방법은 초당 25개의 이미지부터 초당 200개의 이미지의 범위에 있는 획득 주파수를 가지는 카메라를 사용할 수 있다. 로터의 회전 속도에 따라, 그러한 카메라는 예를 들면 최소 회전의 매 50도마다 한 번씩, 그리고 최대 회전의 매 5도마다 한 번씩 체커보드 패턴의 이미지를 취하는 것을 가능하게 한다.

본 발명과 그것의 장점은 첨부 도면을 참조하고 예시를 통해 주어진 예들의 이어지는 설명으로부터 더 상세히 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 측정 장치가 있는 회전익기의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치를 보여주는 기능도.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 구성예의 제 1 변형예에서의 회전익기 로터의 부분 사시도.
도 4는 본 발명에 따른, 체커보드 패턴이 제공되는 회전익기 로터 블레이드 엘리먼트의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 구성예의 제 2 변형예에서의 측정 장치가 있는 회전익기의 측면도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 측정 장치의 카메라로 얻은 체커보드 패턴의 다양한 이미지를 도시하는 도면.
2개 이상의 도면에 나타나는 요소는 그들 각각에 동일한 참조 번호가 주어진다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 회전익기 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 회전익기 로터의 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 측정하기 위한 장치 분야에 관한 것이다.

따라서, 그리고 도 1에 도시된 것처럼, 측정 장치(1)는 블레이드 엘리먼트(2)를 회전 구동하기 위해 허브(4)에 대한 적어도 하나의 피벗 축 주위의 로터(5)의 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 회전익기(3)에 있는 장치(1)는 체커보드 패턴(10), 카메라(20), 동기화 부재(30), 메모리(40), 및 컴퓨터(50)를 포함한다. 따라서, 측정 장치(1)는 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치가 직교 기준 프레임을 형성하는 3개의 피벗 축(6, 7) 중 하나에 대해 측정될 수 있게 한다. 그러한 직교 기준 프레임은 "피치" 축이라고 부르는 제 1 축(6), "플랩핑" 축이라고 부르는 제 2 축(7), 및 "리드/래그" 축이라고 부르는 제 3 축(8)을 포함한다.

따라서, 그러한 체커보드 패턴(10)은 블레이드 엘리먼트(2)의 단단한 부분에 고정되기에 적합하다. 카메라(20)가 로터(5)의 허브(4)에 고정되고, 로터(5)가 매번 회전하는 동안 체커보드 패턴의 복수의 이미지가 취해지는 것을 가능하게 한다.

예컨대 센서(31)를 포함하 수 있는 동기화 부재(30)는 카메라(20)로부터 각각의 이미지에 제 1 시간 파라미터를 할당하는 역할을 하고, 이러한 제 1 시간 파라미터는 상기 로터(5)의 방위각의 함수이다. 따라서 카메라(20)로부터의 이미지는, 특히 예컨대 유니버설 시리얼 버스(SUB: universal serial bus) 키 또는 메모리 카드와 같이, 메모리(40)가 제거 가능한 타입의 것일 때 통신 포트 또는 카드 리더(card reader)의 형태를 취할 수 있는 인터페이스(21)를 통해 메모리(40)에 기억된다.

마지막으로, 컴퓨터(50)는 블레이드 엘리먼트(2)에 확보된 체커보드 패턴(10)의 이미지에 기초하여, 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 측정하는 역할을 한다.

도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 제 1 구성예의 제 1 변형예에서, 컴퓨터(50)는 카메라(20)에 고정될 수 있고, 따라서 로터(5)의 허브(4) 상에 배치될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 체커보드 패턴(10)은 각각의 상이한 휘도율을 나타내는 표면의 2개의 그룹(11,12)을 가진다. 따라서 표면(11)은 제 1 휘도율을 나타내는 제 1 그룹을 형성하고, 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 표면(12)과 나란히 놓인다. 또한, 그것들과 구별하기 위해 제 1 휘도율은 제 2 휘도율보다 큰 것으로 선택된다.

또한, 체커보드 패턴(10)은 번갈아 가며 나타나는 표면(11, 12)으로 구성된 최대 5개의 행(13)과, 마찬가지로 번갈아 가며 나타나는 표면(11, 12)으로 구성된 9개의 열(14)로 구성된다. 행(13)은 서로 평행하고, 블레이드 엘리먼트(2)의 피치 축(6)에 평행한 방향에서 블레이드 엘리먼트(2) 상에 위치한다. 유사한 방식으로, 열(14)은 서로 평행하고, 블레이드 엘리먼트(2)의 플랩핑 축(7)에 평행한 방향에서 블레이드 엘리먼트(2)의 뿌리(root)에 위치한다.

또한, 체커보드 패턴(10) 역시 상이한 휘도율을 가지는 나란히 놓인 표면(11,12)의 행(13)과 열(14)에 의해 형성된 격자무늬 구역(gridded zone)의 주변에 배치된다. 그러한 둘러싸는 부분(surrounded)(15)은, 제 2 그룹의 표면(12)이 행(13)과 열(14)에 의해 형성된 격자무늬 구역의 4개의 코너에 배치될 때, 제 1 그룹의 표면(11)의 휘도율과 실질적으로 같은 휘도율을 가지도록 유리하게 선택된다.

도 5에 도시된 것처럼, 그리고 본 발명의 제 1 구성예의 제 2 변형예에 도시된 것처럼, 측정 장치(101)는 회전익기(103)의 동체(152)의 정지된 위치에 고정된 컴퓨터(150)를 포함할 수 있다. 그러한 상황에서는, 카메라(20)만이 로터(5)의 허브(4)에 고정된다.

물론, 컴퓨터는 또한 개인용 컴퓨터(PC)와 같이, 회전익기와는 독립적인 보조 부재에 의해 형성될 수 있다.

또한, 도 6 내지 도 9에 도시된 것처럼, 카메라(20)로부터의 이미지는 체커보드 패턴(10)의 2차원 표현이고, 블레이드 엘리먼트의 각도 위치의 함수로서 변할 수 있는 모양을 하고 있다.

따라서, 도 6에 도시된 것처럼 카메라로부터의 이미지는 피치, 플랩핑 및 리드/래그 각도가 미리 형성된 규정(convention)에서 실질적으로 0일 때, 블레이드 엘리먼트의 중립 위치에 대응한다.

그에 반해, 그리고 도 7에 도시된 것처럼, 카메라로부터의 이미지는 피치 및 드래그 각도가 실질적으로 0이고 플랩핑 각도는 상기 규정을 사용하여 0이 아닐 때 블레이드 엘리먼트의 제 1 위치에 대응한다.

마찬가지로, 도 8에 도시된 거처럼, 카메라로부터의 이미지는 피치 각도가 0이면서, 플랩핑 및 리드/래그 각도가 여전히 상기 규정을 사용하여 0이 아닐 때 블레이드 각도의 제 2 위치에 대응한다.

마지막으로, 도 9에 도시된 것처럼 카메라로부터의 이미지는, 피치, 플랩핑 및 리드/래그 각도가 모두 0이 아닐 때의 위치에 있는 블레이드 엘리먼트에 대응한다.

체커보드 패턴을 구성하는 화소의 모양 및 위치를 인지하기 위한 알고리즘은, 각각의 이미지에 대응하는 3차원 수학적 변환을 결정하는 것을 가능하게 하고, 따라서 로터 허브에 대한 블레이드 엘리먼트의 각도 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.

그러한 알고리즘은 특별히 알려져 있고, 각도 또는 코너와 같은 이미지로부터의 특이점(singular point)을 식별하고 추출하는 것으로 이루어진다. 그러한 방법은 일반적으로 문헌에서 "코너 추출" 방법 또는 실제로는 "해리스-스테판(Harris-Stephens)" 방법이라고 불린다. 이러한 방법은 특히 "Proceedings of the fourth Alvey Vision Conference"라는 제목으로 1988년 8월 31에서 9월 2일까지 맨체스터 대학교에서 열렸던 컨퍼런스에서의 보고서로부터 취해지는 "A combined corner and edge detector"라는 명칭으로 Chris Harris 및 Mike Stephens에 의해 공동 기술된 논문에서 설명되고, 다음 인터넷 주소에서 특별히 찾아볼 수 있다: http://www.bmva.org./bmvc/1988/avc-88-023.pdf.

물론, 본 발명은 그것의 구현에 있어서 다수의 변형예가 있을 수 있다. 비록 몇몇 구현예가 설명되지만, 그러한 구현예가 모든 가능한 구현예를 총망라하고 있다고는 생각할 수 없다는 점을 바로 이해하게 될 것이다. 물론 본 발명의 범위를 넘어서지 않으면서 동등한 수단으로 설명된 수단의 임의의 것을 대체하는 것을 생각하는 것이 가능하다.

Claims (16)

1. 회전익기(3, 103)의 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치(angular position)를 측정하기 위한 측정 장치(1, 101)로서,
   상기 블레이드 엘리먼트(2)는 적어도 하나의 피벗(pivot) 축(6, 7, 8)을 중심으로 피벗할 때 로터(5)의 허브(4)에 대해 이동 가능하게 배치되고, 상기 측정 장치(1, 101)는,
   ·블레이드 엘리먼트(2)에 안착되기에 적합한 적어도 하나의 체커보드 패턴(10)으로서, 상기 체커보드 패턴(10)은 각각의 상이한 휘도율을 나타내는 제 1 그룹의 표면(11)과 제 2 그룹의 표면(12)을 포함하고, 제 1 그룹의 표면(11) 각각은 제 1 휘도율을 나타내고, 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 적어도 하나의 표면(12)과 나란히 놓여 있으며, 제 1 휘도율이 제 2 휘도율보다 큰, 상기 체커보드 패턴;
   ·시간의 함수로서의 상기 체커보드 패턴(10)의 복수의 이미지를 취하기에 적합하고, 허브(4)에 안착되기에 적합한 적어도 하나의 카메라(20);
   ·상기 카메라(20)에 의해 취해진 각각의 이미지에 상기 로터(5)의 방위각의 함수인 시간 파라미터를 할당하는 역할을 하는 동기화 부재(30);
   ·대응하는 시간 파라미터와 함께 각각의 이미지를 기억시키기에 적합한 메모리(40); 및
   ·체커보드 패턴(10)의 이미지로부터 적어도 하나의 피벗 축(6,7,8)에 대해, 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치가 자동으로 결정될 수 있게 하는 컴퓨터(50, 150)를 포함하는, 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 컴퓨터(50, 150)는 상기 허브(4)와 연관된 직교 기준 프레임을 형성하는 3개의 피벗 축(6, 7, 8)에 대한 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 결정하고, 상기 직교 기준 프레임은 "피치" 축이라고 부르는 제 1 축(6), "플랩핑 축"이라고 부르는 제 2 축(7), 및 "리드(lead)/래그(lag) 축"이라고 부르는 제 3 축(8)을 가지는, 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 동기화 부재(30)는 상기 로터(5)의 각각의 회전이 검출될 수 있게 하는 센서(31)를 포함하는, 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 컴퓨터(50, 150)는 상기 회전익기(3, 103) 상에 배치되는, 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 컴퓨터(50)는 상기 카메라(20)의 근처에서 상기 로터(5)의 허브(4)에 고정되기에 적합한, 측정 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 컴퓨터(50)는 상기 회전익기(103)의 동체(152)에 대해 정지되어 있는 부분 상에 배치되기에 적합한, 측정 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 메모리(40)는 제거 가능한 타입의 것이고, 상기 카메라(20)에 고정된 인터페이스(21)와 협력하는, 측정 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 체커보드 패턴(10)은,
   ·상이한 휘도율을 나타내는 표면(11, 12)이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 적어도 3개의 행(13)으로서, 서로 평행하고 블레이드 엘리먼트(2)의 피치 축(6)에 평행한 방향으로 블레이드 엘리먼트(2)에 배치되는, 상기 적어도 3개의 행(13); 및
   ·상이한 휘도율을 나타내는 표면(11, 12)이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 적어도 3개의 열(14)로서, 서로 평행하고 블레이드 엘리먼트(2)의 플랩핑 축(7)에 평행한 방향으로 블레이드 엘리먼트(2)에 배치되는, 상기 적어도 3개의 열(14)을 포함하는, 측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 체커보드 패턴(10)은 상이한 휘도율을 나타내는 표면(11, 12)이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 5개의 행(14)과, 상이한 휘도율을 나타내는 표면(11, 12)이 각각 교대로 나타나는 것에 의해 형성된 9개의 열(14)을 가지는, 측정 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 체커보드 패턴(10)은 제 1 그룹의 표면(11)의 제 1 휘도율과 실질적으로 같은 휘도율을 가지는 둘러싸는 부분(surrounded)(15)을 포함하는, 측정 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 표면(11)과 상기 제 2 그룹의 표면(12)은 모양이 정사각형인, 측정 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 체커보드 패턴(10)은 제 1 그룹의 표면(11)과 제 2 그룹의 표면(12)에 의해 정해진 모양의 코너 각각에서 제 2 그룹의 표면(12)을 포함하는, 측정 장치.
13. 회전익기(3, 103)로서,
    제 1 항에 따른 로터(5)의 허브(4)에 대한 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 측정하기 위한 측정 장치(1, 101)를 포함하는 회전익기.
14. 로터(5)의 허브(4)에 대한 회전익기(3, 103)의 블레이드 엘리먼트(2)의 적어도 하나의 피벗 축(6, 7, 8)에 대한 각도 위치를 측정하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    ·블레이드 엘리먼트(2)에 적어도 하나의 체커보드 패턴(10)을 고정시키는 것으로, 상기 체커보드 패턴(10)은 각각 상이한 휘도율을 나타내는 2개의 그룹의 표면(11, 12)을 포함하고, 제 1 그룹의 각각의 표면(11)은 제 1 휘도율을 나타내고, 제 2 휘도율을 나타내는 제 2 그룹의 적어도 하나의 표면(12)과 나란히 놓이며, 제 1 휘도율은 제 2 휘도율보다 큰, 블레이드 엘리먼트(2)에 적어도 하나의 체커보드 패턴(10)을 고정시키는 것;
    ·시간의 함수로서의 체커보드 패턴(10)의 복수의 이미지를 취하기에 적합한 적어도 하나의 카메라(20)를 허브(4)에 고정시키는 것;
    ·상기 로터(5)가 회전하는 동안 체커보드 패턴(10)의 복수의 이미지를 취하는 것;
    ·상기 로터(5)의 방위각의 함수인 시간 파라미터로 카메라(20)가 취한 각각의 이미지를 동기화하는 것;
    ·대응하는 시간 파라미터와 함께 각각의 이미지를 기억시키는 것; 및
    ·체커보드 패턴(10)의 이미지로부터 적어도 하나의 피벗 축(6, 7, 8)에 대해, 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 자동으로 결정하는 것으로 구성되는 단계들을 포함하는, 측정 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 측정 방법은 허브(4)와 연관된 직교 기준 프레임을 형성하는 3개의 피벗 축(6, 7, 8)에 대한 블레이드 엘리먼트(2)의 각도 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 직교 기준 프레임은 "피치" 축이라고 부르는 제 1 축(6), "플랩핑" 축이라고 부르는 제 2 축(7), 및 "리드/래그" 축이라고 부르는 제 3 축(8)을 포함하는, 측정 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 측정 방법은 로터(5)가 1회전 하는 동안 체커보드 패턴(10)의 5개 내지 45개의 이미지가 취해지는 것을 가능하게 하는, 측정 방법.

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