WO2010089139A1 - Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects - Google Patents

Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects Download PDF

Info

Publication number
WO2010089139A1
WO2010089139A1 PCT/EP2010/000738 EP2010000738W WO2010089139A1 WO 2010089139 A1 WO2010089139 A1 WO 2010089139A1 EP 2010000738 W EP2010000738 W EP 2010000738W WO 2010089139 A1 WO2010089139 A1 WO 2010089139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
code
camera
marking
synchronization
marker
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000738
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhardt Furrer
Joachim Ihlefeld
Theo Knaus
Christoph Kluser
Joachim Tiedeke
Original Assignee
Baumer Innotec Ag
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 Baumer Innotec Ag filed Critical Baumer Innotec Ag
Priority to EP10704096A priority Critical patent/EP2394136A1/en
Priority to US13/148,202 priority patent/US20120002038A1/en
Publication of WO2010089139A1 publication Critical patent/WO2010089139A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D17/00Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/80Diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/80Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/804Optical devices
    • F05B2270/8041Cameras
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention generally relates to the measurement of elastic deformations.
  • the invention relates to the measurement of deformations of an object, such as an elongate carrier, such as a windmill blade or a wing.
  • strain gauges In order to detect deformation of carrier elements, in particular strain gauges (DMS) are known.
  • a device which comprises a camera and a light source, wherein the light source causes an illumination of the rotating component during operation, while the camera receives an image of the component during operation.
  • a controller compares the images of the component to changes in the component
  • the camera rotates with the component and provides images of at least one target portion of the component.
  • the controller makes a comparison of the received images for detecting changes in the component. Because to verify a deformation the
  • Marking must always be in the field of vision of the camera, the system is primarily suitable for detecting small deformations.
  • WO 2004/038328 A2 is based on attaching one or more cameras to a first part of an aircraft structure and target objects to a second part of the aircraft structure to detect deformations of an element of an aircraft, the target objects in view of the one or more cameras lie. It will take a series of pictures and processed to determine the size and direction of movement of the target object (s).
  • Wind turbine is directed through to a target object.
  • the laser beam is recorded on the target object.
  • the wind direction is determined.
  • US 7377181 Bl describes a measuring system for the detection of stresses in test bodies. For this purpose, a marking pattern with coded markings is applied to a test body. Based on the coded markings, targets are identified by means of a camera. To determine material stresses, changes in the distance of the target marks are then determined on the basis of the camera images. This method is accordingly sensitive to stretching or compression, but relatively insensitive to bending.
  • the invention is therefore based on the object to solve the above problems, especially for longer measuring distances.
  • This object is solved by the subject matter of the independent claims.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • the invention provides a device for measuring deformations of an elastically deformable object, preferably an elongate support structure.
  • This device comprises at least one optically detectable marking at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with an objective and a matrix sensor, wherein the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker such that the marker is imaged onto the matrix sensor and the camera looks longitudinally along the elastically deformable object at the marker.
  • the device for measuring deformations further comprises an image processing device to which the image data are supplied to the camera.
  • Image processing device is set up to determine the position of the marking within the image field on the basis of an image recognition. It is also one
  • Calculating device provided, which is adapted to determine a deviation of the position of the marking of at least one desired value and quantify.
  • a method for measuring deformations of the elastically deformable object such as a support structure is performed, wherein at least one optically detectable mark at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with a
  • Lens and a matrix sensor is used, the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker, such that the marker is imaged on the matrix sensor and the camera looks at the marker (for example, in FIG.
  • an image processing device Longitudinal direction along an object in the form of an elastically deformable support structure), wherein an image processing device, the image data to the camera are supplied, and wherein the image processing device performs an image recognition, so that the position of the marker within the image field is determined, and wherein by means of a computing device determines a deviation of the position of the marker of at least one target value and the position the marker within the image field is quantified.
  • the invention allows a highly accurate detection of deformations of the elastically deformable object without strain gauges.
  • the installation effort is considerably reduced, since a gluing of the strain gauge is eliminated.
  • the camera is arranged at a second longitudinal position spaced from the first longitudinal position in the longitudinal direction.
  • the camera it is also possible to arrange the camera outside the elastically deformable object.
  • the camera preferably looks in the longitudinal direction along the object, such as in particular an elongate support structure on the marking. This can be done in a simple way by an arrangement in extension of
  • Longitudinal direction of the support structure or by an optical deflecting element in the beam path, such as a mirror or a prism can be realized.
  • cavities in the object by the marker is disposed within a cavity.
  • Such cavities are especially with elongated support structures often present.
  • various carriers such as tubular or bay-shaped carriers are hollow inside. It is then generally advisable to illuminate the marking by means of a lighting device.
  • Markings provided at different distances from the camera are provided in the longitudinal direction, wherein the computing device is set up to determine and quantify a change in length or an uneven deformation of the support structure or another object on the basis of a comparison of the positions of the two markings.
  • Such an uneven deformation can be done by measuring the deformation in two distances. If there is a normal deformation, such as a deflection, then both marks are on or near a setpoint curve. A deviation of the position of the markings from the curvature curve known from the structure can be caused for example by a kink or a local weakening of the structure. If such a deviation is detected, for example, a warning signal can be generated or the device can be switched off with the carrier or another elastically deformable object, or moved to a safe state.
  • the invention will be described below with reference to the deformation of an elastically deformable carrier. The invention can equally be applied to other elastically deformable objects in the same way.
  • Distinguishing features could be different "colors" (wavelengths of reflection) or mounting directions. The distinguishing features could also be combined. If different "colors" are used, they can be distinguished by a color camera or by different illuminations. An encoding of different markings can be achieved in an advantageous manner by one or more wavelength-selective filters, in particular color filters on the markings. Then, in different embodiments, the different markings with different wavelengths can be illuminated and selectively evaluated in a further development of the invention.
  • a plurality of reflectors can be arranged one behind the other and viewed with the camera in an axis or at an angle, wherein the lateral and / or axial displacement is evaluated.
  • a marking with at least two marking elements spaced laterally from the viewing direction is used, whereby a torsion of the elastic, elongate carrier structure is determined and quantified on the basis of a rotation of the marking elements in the image plane. Due to the torsion, the marking elements rotate about a pivot point in the image plane. The fulcrum does not have to lie within the image field itself. However, the torsion then still leads to a change in the angle of the path connecting the two elements.
  • a suitable illumination of the marking can be realized by a laser by the laser is aligned parallel to the viewing direction of the camera on the marking.
  • a cheap, space-saving option is, for example, to couple the laser by means of a beam splitter paraxial to the viewing direction of the camera. The coupling can also be done within the lens, or within the camera.
  • the invention is used to determine deformations at longer distances.
  • the length of the optical path between the matrix sensor and the marking can be at least 4 meters, preferably at least 6 meters. If the measuring device according to the invention is installed in the interior of a carrier structure, the distance between the marking and the camera, or more generally the length of the optical path along the longitudinal direction of the carrier structure in essentially only limited by the fact that the mark is shadowed by a deflection of the limiting walls.
  • a control can be constructed, with which deformations of the support structure is counteracted.
  • a control device is provided with a device according to the invention for measuring deformations, wherein the control device comprises an actuating device with at least one actuator, with which the elastic deformation is counteracted in response to the fact that the calculation device has quantified a deviation of the marking from a desired position , Adjustment may in particular be made dependent on the deformation exceeding or reaching a predefined limit value.
  • an aerodynamic wing having a means for measuring deformations as described herein, and a rotor of a wind turbine, the rotor comprising such an aerodynamic wing. It is expedient to arrange at least the marking of the measuring device in the interior of the wing and to provide an active illumination of the mark.
  • the camera can be housed in the wing, or rotor blade itself. But it also makes sense to arrange the camera in the rotor hub. Thus, electrical or electronic elements within the rotor blade can be avoided.
  • the invention can also be used in the tower of the wind turbine, which carries the rotor.
  • the invention can be used here in a particularly advantageous manner together with a control device as described above, wherein the actuator comprises an actuator for adjusting the angle of attack, and wherein the adjusting device changes the angle of attack of the rotor blade.
  • the buoyancy of the wing may be changed by means of one or more actuators. This is especially thought of the flaps on the wings of an aircraft.
  • the marking is attached at a defined distance to the support structure.
  • the measuring device self-calibrating.
  • the length of the optical path from the matrix sensor to the marking is determined by a transit time measurement of a light beam or by the size of a pattern projected onto the marking.
  • a laser may project a grid onto the surface of the pattern.
  • the distance from the camera can then be determined automatically by triangulation in a simple manner.
  • it is also possible depending on the design of the marker based on the Size of the marking or the distance of marking elements in the image plane by triangulation to calibrate.
  • the marking can be given by points or stripes or similar structures that contrast with the surroundings of the marking.
  • vibrations of the support structure such as. measure about one wing directly.
  • an image sequence is recorded and determined on the basis of the course determined by the individual images of the change in position of the marking of at least one of the parameters amplitude and frequency of the vibration by means of the computing device.
  • the tag comprises a code in which a location information of the Position of the code is coded, wherein the computing means is adapted to decode the code and thus determine the location of the field of view of the camera on the object. On the basis of a so determined spatial displacement of the deformation can then be determined relative to a reference position. In particular, the location shift can be determined with subpixel resolution.
  • the code may include the shape of a strip and / or dot pattern or any symbols such as characters, textures, color markers in which position data are encoded include. Is the information of the code by the
  • Image processing device decoded is directly a location information ready, which provides the location of the image field on the coded object, preferably its center.
  • the code thus represents a position code, preferably in two dimensions. If the carrier structure deforms, the location of the field of view of the camera moves over the code in accordance with the relative movement between the camera and the code due to the deformation.
  • the determination of the position of the field of view based on the code in the field of view has the particular advantage that a large measuring range is achieved with simultaneously high measuring accuracy. Even with large deformations, the marker does not get out of sight of the camera, because new code elements in the field of view of
  • Deedieren decoding the location information efficient or economical lighting can be provided which only illuminate the field of view of the camera or even only part of the face or Magnoliafekds the camera.
  • the corresponding method for measuring deformations of an elastically deformable object, in particular an elastic, elongate support structure is accordingly based on at least one optically detectable marking at a first longitudinal position along the elastically deformable object, as well as at least one electronic camera with an objective and a matrix.
  • the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker, such that the marker is imaged on the matrix sensor and the camera looks at the marker, wherein an image processing device, the image data are supplied to the camera, and wherein the image processing device performs an image recognition, so that the position of the marker within the image field is determined, and wherein by means of a computing device determines a deviation of the position of the marker of at least one desired value and based on the Pos the mark within the image field is quantified, the mark comprising a code in which a location information of the
  • Position of the code is coded, wherein the computing device decodes the code and thus determines the location of the field of view of the camera on the code
  • a synchronization pattern such as a grid as an example, is preferably included.
  • a code it is sufficient, a very small code detail with a light source, such as a ' collimated laser to illuminate and capture with a camera and then the intersection of the optical axis of the camera or a defined optical axis shifted point with the code and thus the shift to the grid origin, expressed in one discrete number of raster elements.
  • location information in particular location coordinates are encoded in the code. These do not have to specify the location position in absolute units to a given reference point. Rather, a relative indication is sufficient. As a relative indication, therefore, in a very simple case, for example, a unique numbering of the code units, which may also be repeated cyclically, may suffice as location information. The number of each code unit then corresponds to a specific location on the object.
  • the measuring accuracy is determined, among other things, by the precision of the raster detection. Particularly advantageous are therefore fast, preferably subpixel accurate Edge detectors as part of the image processing device.
  • the measurement of the change in position of the pattern with respect to the reference position can then be carried out as follows by the measuring device and its correspondingly configured image processing and computing device:
  • contours are approximated by digital lines, points of intersection of the grid lines are determined. These intersections are stored in ordered order in a matrix matrix, whereby intersections connected by digital links are stored in identical rows or columns of the matrix, unoccupied points are marked as open (disabled).
  • Image processing device and the computing device at least partially or even completely integrated in the camera.
  • the location information of the code it is not necessary for the location information of the code to correspond in absolute terms to the location position. Relative information is also sufficient if one Calibration is performed. However, it is also advantageous if it is known at which intervals along the code the location information is stored. In this case, directly from the decoding of the location information, the absolute amount of the lateral shift of the mark caused by a deformation of the support structure can be obtained. If, for example, it is known that the location information is stored at specific intervals, for example of one centimeter, the displacement of the pattern relative to the reference position can be achieved by simple
  • Particularly suitable is a two-dimensional code. With such a code can improve the
  • Measuring accuracy in a simple manner several independent measuring fields can be realized by e.g. with a second camera another position is determined. It is also possible to mount the code on a non-planar surface and to scan two spaced-apart areas at an angle to one another. In such a code as a marker, location information for the locations is then coded along two non-parallel, preferably perpendicular directions. Accordingly, by decoding the code from the image information by means of the image processing device, a shift relative to a reference position along two non-parallel axes can be obtained.
  • Mark appropriate, a route, or in the case of a two-dimensional code an area with the marker to cover, which are so large that the shifts due to the elastic deformations to be measured within the distance, or area lie.
  • part of the code in the image field particularly preferably also in the middle of the image, is visible.
  • Location information is not limited to elastic deformations of objects. Rather, this embodiment of the invention is quite generally suitable for the detection and quantification of movements of objects in any direction.
  • a device for measuring a change in position, in particular translation and rotation of an object which comprises an optically detectable code with code units applied to the object, in which a location information, preferably in the form of absolute or relative location coordinates, is coded is.
  • a location information preferably in the form of absolute or relative location coordinates
  • At least one camera with a matrix sensor is provided, with which the object or the code on the object can be detected.
  • the measuring device in turn comprises an image processing and computing device.
  • an assignment table is stored in which the geometric positions of at least some code units are stored at a reference position.
  • the image processing device is, as described above, configured to recognize and decode the code, thereby associating the decoded location information with an image position.
  • the computing device is set up to determine the transformation, preferably in the form of a principal axis transformation, which transfers the reference position according to the allocation table into the current position detected by the camera at which the code was decoded at the image position.
  • transformation parameters describe the change in position of the object.
  • the two-dimensional code has at least one, preferably all, of the following properties:
  • the code comprises a pattern containing a synchronization synchronization code and a position-dependent code, position data encoded in fixed-size code units,
  • the code comprises a pattern which comprises a synchronization code used for synchronization, this synchronization code being variable, being formed according to a previously known formation instruction and being distributed geometrically uniformly on the surface,
  • the code comprises a pattern comprising a synchronization synchronization code, which comprises two variable components each for synchronization along two non-parallel directions on the surface,
  • the code comprises a pattern which comprises a synchronization synchronization code which itself contains position-dependent data, preferably the least significant bit (s) of the coded position data,
  • the code comprises a pattern which comprises a synchronization code used for the synchronization, the synchronization code being distributed geometrically uniformly over the pattern,
  • the code comprises a pattern which contains a synchronization synchronization code which is at least twice the spatial frequency compared to the position-dependent code
  • Position data are encoded in units of fixed size, the location information is not completely present in a code unit, with a complete decoding of the location information by detecting a field at most six times the size of a code unit, preferably at most four times the size of a code unit is possible.
  • the code can be reduced according to a further development of the invention to code units having a size of at most 10 x 10, preferably at most 8 x 8, even of only 6 x 6 fields, each of the fields is a marker that a Represents bit.
  • the code units may be considered as laterally spaced marker marker elements as described above.
  • the code described above is optimized in terms of its information density.
  • the code can be stably read with a suitably adapted decoding method even with a small field of optional form.
  • the code is arranged at least partially on a surface arranged obliquely to the viewing direction, wherein the marking is arranged with the code that of the camera or of several Cameras are simultaneously detected at different distances along the longitudinal direction of the support structure arranged code elements in which location information is encoded.
  • the code is applied to at least two mutually angled surfaces.
  • the opposite to the viewing direction of the camera obliquely arranged code can have a grid which is equidistant, or even projection corrected.
  • an assignment table of coordinates preferably three-dimensional coordinates are stored to location information of the code.
  • the allocation table can, as will be described in more detail below, inter alia, by projection of a
  • the invention can be used to provide the functionality of a support structure, such as a
  • Rotor blades of a wind turbine to monitor, control and / or regulate. This can also be done in a forward-looking or extrapolating manner by comparing movement patterns measured by the computing device with stored movement patterns.
  • movement patterns measured by the computing device An example is a vibration with still allowed, but aufschaukelnder amplitude.
  • a suitable control such as by changing the angle of attack.
  • Fig. 1 is a view of a rotor of a wind turbine with
  • FIG. 5 shows a variant of the rotor of FIG. 1,
  • FIG. 6 shows a video recording of the camera of the markings in the rotor blade of the example shown in FIG. 5,
  • Fig. 9 shows an arrangement with a code with projection-corrected raster.
  • Fig. 1 shows a wind turbine rotor 1 according to the invention with three wings 5.
  • Each of the wings 5 forms an elastically deformable support structure.
  • the rotor accommodates parts of a device for measuring deformation of the wings, the principle of which is explained below.
  • the Task of the measuring device is now to measure the deflection of the wing 5 of the wind turbine in two axes.
  • the device for measuring deformations is based on at least one optically detectable marking 7 at a first longitudinal position along the wing 5, and an electronic camera 9 with an objective 11 and a matrix sensor, wherein the lens 11 of the camera on the at least one optically detectable Marking is directed such that the mark 7 is imaged on the matrix sensor and the camera 9 in the longitudinal direction along the wing 5 looks at the mark 7, wherein the means for measuring deformations further comprises an image processing device which the image data of the camera and wherein the image processing device is set up to determine the position of the marking within the image field by means of an image recognition, wherein the device for measuring deformations additionally comprises a computing device which is set up, a deviation of the position of the marking from at least one nominal value determine and quantify.
  • the image processing device and the computing device are not explicitly shown in FIG. 1. However, these devices can also be integrated in the camera 9, so that the camera 9 at an output already outputs the data of the deviation from the target position, for example, the position of the stationary rotor in calm.
  • the camera is installed in the hub 3 of the rotor 1. This is beneficial to avoid electronic elements in the rotor blades.
  • the rotor hub can be compared to the wings 5 easier shielded from lightning, so that the camera is protected from a lightning due to failure.
  • the position of the marking 7 moves transversely with respect to the longitudinal axis of the wing, which also represents the viewing direction of the camera.
  • the position of the image of the mark on the matrix sensor of the camera 9 shifts. If the distance of the camera 9 to the mark is known, the deformation at the location of the mark can be easily calculated from the displacement by means of the computing device.
  • the distance of the matrix sensor of the camera 9 to the marking is preferably at least 4 meters, particularly preferably at least 6 meters, between the matrix sensor and the marking in order to be able to measure a bending of the blade with high accuracy.
  • a control device can generally be provided with which the deformations can be counteracted.
  • the control device comprises for this purpose, an adjusting device with at least one actuator, which is counteracted in response to the fact that the calculator a deviation of the mark from a desired position, in particular the exceeding of a limit value, the elastic deformation is counteracted.
  • an actuator for adjusting the angle of attack of the blades 5 is used, so that the adjusting device changes the angle of attack of the rotor blade as a function of the measured deformation.
  • Fig. 2 shows a cross section through the wing 5.
  • the wing 5 comprises an upper shell 51 and a lower shell 52, between which a spar 54 is arranged.
  • a shaft-shaped cavity 56 extends.
  • the other intermediate spaces 55 and 57 may be hollow.
  • at least the marking 7 of the measuring device is arranged in the interior of the blade 5.
  • the marking in the spar 54 in the shaft-shaped cavity 56 is used in FIG. So that the camera 9 can detect the mark 7, an active illumination of the mark is provided.
  • Housing 91 of the camera 9 LEDs 92 is provided, which objects along the line of sight of the camera, in installed state so along the longitudinal direction of the wing 5 illuminate.
  • the marker In order to obtain a high contrast in the recorded images, it is then still favorable to form the marker as a reflector.
  • FIG. 4 schematically shows a camera image 94 of the image sequence which is typically recorded continuously at the intended image repetition rate during operation. Recognizable in the camera image is the mark 7, which is shifted relative to the reference position 70. The camera 9 and the lighting is controlled or adjusted so that the light signal of the reflector controls the camera well, but preferably not overridden. There is a focal point determination of the reflector image. With the known properties of the lens of the camera, the deflection of the light spot relative to the reference position 70 in two directions is determined. In the case of a wing 5 represents the
  • Reference position preferably the position of the mark 7 in calm, in which no significant forces except the moments caused by the dead weight act on the wing.
  • FIG. 5 shows a variant of the rotor 1 from FIG. 1.
  • two markings 7, 71 spaced apart from the camera 9 along the longitudinal direction of the blade are provided. Based on the position of these markers 7, 71, it is then also possible to determine and quantify an uneven deformation of the carrier structure.
  • the markers 7, 71 may each comprise two or more marking elements spaced laterally from the viewing direction. Then, based on a rotation of the marking elements in the image plane, a torsion of the elastic, elongated support structure, or in the example of FIG. 5, a torsion of the wing 5 can be determined and quantified.
  • FIG. 6 shows an image from the video sequence recorded by the camera 9 of the rotor 1 shown in FIG. 5.
  • Each of the markers 7, 71 in the example illustrated in FIG. 6 comprises two laterally spaced marking elements.
  • the marking elements 701, 702 of the marking 7 and the marking elements 704, 705 of the marking 71 are also arranged along mutually transverse, here in particular along mutually perpendicular lines.
  • the marking elements have discrete properties, such as different color or shape. This is symbolized in Fig. 6 by the different filling of the here circular marking elements.
  • An encoding of the various markings 7, 71 can also be advantageous by one or more wavelength-selective filters, such as in particular color filters on the markings.
  • the different markings with different wavelengths can be illuminated and selectively selected at different times in a further development of the invention be evaluated. This can be particularly advantageous if more than two markers are used and are to be discriminated.
  • the markers 7, 71, or their marking elements 701, 702 and 7004, 705 form as reflectors, so that a high image contrast in the viewing direction paraxial illumination, for example by light-emitting diodes or one or more lasers to achieve.
  • the position of the markers 7, 71 is now derived from two reflector images. From the distance between the two reflector images can now also the mounting distance of
  • Reflectors, or the markers 7, 71 measured to the camera and so the measuring arrangement are calibrated, since the real distance of the marking elements belonging to a mark 7, 71, 702, or 704, 705 is known.
  • the distance of the marking elements 704, 705 is smaller than the distance of the marking elements 701, 702.
  • the marking 71 is provided that the real distance is equal, thus further from the matrix sensor Camera removed.
  • the following parameters can be used for the measuring device:
  • the working distance, or the length of the optical path between sensor and marking is selected within a distance of about 40 meters.
  • the measurement time is 16, 6 milliseconds corresponding to a refresh rate of 60 frames per second.
  • Measurable are the large X-deflection, Y-deflection, rotation, distance of the marking, oscillation amplitude and oscillation frequency up to typically 20 Hertz.
  • FIG. 7 shows an example of how, based on a comparison of the positions of the two markings, an uneven deformation of the carrier structure, in particular a non-uniform deflection of the vane 5, can be determined and quantified.
  • Fig. 7 diagrams of the deflection .DELTA.x of the wing as a function of the distance D to the hub are shown.
  • the marker 7 is located at the position dl and the marker 71 at the position d2.
  • the solid curve shows an example of a normal, uniform deflection of an intact wing. If the wing has a kink, or for example also a crack, which leads to the weakening of the structure of the wing, there is an increased deflection behind the crack or kink. Such an exemplary deflection curve is shown in dashed lines. Accordingly, the ratio of the deflections .DELTA.x is greater here. Is based on the measurement data from the
  • the bend can be measured in two distances. This makes it possible to check whether the wing is evenly bent, or whether there is a kink, because the two points are no longer on the curve known from the structure curve. It is also possible according to a further embodiment of the invention, in addition to or alternatively to a position determination of marking elements, to provide a marking in the form of a code in which location information is coded. This offers, inter alia, the advantage that the deformation of a carrier structure can always be determined on the basis of the imaged and decoded information relating to the image center or any other reference point in the image plane. This eliminates measurement errors that can be caused by distortion of the lens.
  • the tag comprises a code in which location information of the local position of the code is coded, wherein the calculating means is adapted to decode the code and thus to determine the location of the field of view of the camera.
  • Location information for the locations along two non-parallel, preferably vertical directions is encoded.
  • a preferred code and its arrangement as marking in or on the support structure will be described in more detail.
  • a camera 9 and one or more markings in the form of labein with the code are again arranged in a volume of the support structure.
  • the label or labels are arranged not only on a single planar surface, but on at least two mutually angled surfaces or surface elements, for example on a curved surface.
  • FIG. 8 An exemplary arrangement with obliquely facing surfaces 76, 77, which is provided with a mark in the form of a two-dimensional code, is shown in FIG. 8
  • the grid can be equidistant or projection-corrected, so that the resolution and thus measurement accuracy for the directions considered is approximately constant.
  • the raster width of the matrix or the raster of the code on the surface 76 which is essentially perpendicular to the viewing direction 95 of the camera 9, has a value a, while the raster width of the code is at an angle ⁇ to the viewing direction 95 the camera 9 standing surface 77 in the viewing direction by a value a / sin ( ⁇ ) is increased.
  • the individual grids 710 represent individual bits of the code.
  • the fields are formed differently contrasting depending on the bit value. For example Dark and light, or absorbing and reflecting fields can be used.
  • the bit values are represented in FIG. 9 by different fillings of the grid fields. For example, the hatched fields may represent logical zeros and the non-hatched fields may represent logical ones or vice versa.
  • the code can - in contrast to a simple raster - ensure an absolute reference point. It is possible to endlessly print or otherwise produce a suitable code by distributing the information two-dimensionally in a particular manner so that the global positioning can be fully calculated from a maximum of 4 6x6 grid environments.
  • a two-dimensional code as is preferred for the invention is known from EP 1333402 A1.
  • the arrangement of the code on a plurality of surfaces or surface elements that are at different distances from the camera, such as the exemplary arrangement of the surfaces 76, 77 is used according to the arrangement shown in Fig. 5 to detect a deformation along the line of sight.
  • code units are decoded on a plurality of area elements arranged at different distances and their location information is evaluated. If there is a shift in the longitudinal direction, the location information at certain assigned image parts also change relative to one another. Instead of evaluating different image parts, it is also possible to use a plurality of cameras which detect different surface elements.
  • Codes are applied to a plurality of faces arranged one behind the other in the viewing direction of the camera, so that nonlinear deformations can be detected with several measuring points, and / or to increase the measuring accuracy.
  • a film (or similar structure) printed with such a code is now glued or otherwise secured to the object to be measured. Due to the special structure of the information arrangement phase and frequency of the local grid can be determined (similar to large 2D barcodes, FFT or chain processing). In this case, a code-internally used scrambling method can ensure a high local contour density.
  • defined points P ⁇ (x, y, z) of the grid can be assigned 3D coordinates.
  • This table can then be stored in the computing device for calculating the current position, or the deformation of the support structure.
  • angles result from the central projection of the camera image through the aperture of the lens.
  • angle ⁇ the displacement of the labeled object relative to a reference position can be output by matching by determining the parameters of a main axis transformation. Measurable are the
  • Displacement vector (XO, YO, ZO) and the rotation in three angles ( ⁇ , ß ⁇ , ⁇ ).
  • the reference position is not known, for example if the exact shape to which the grid has been stuck, or the distance of the code to the camera is not determined, the following can be carried out according to an embodiment of the invention:
  • a point cloud or second grating is projected onto the screen from a known position (e.g., donated on the housing).
  • a known position e.g., donated on the housing.
  • a complementary color e.g. If the grid is printed in red, the laser creates its structure without contrast errors. The blue spectral range can then be used for the inspection. It will be apparent to those skilled in the art that there are many more possibilities for this.
  • a calibration of both the distance, as well as the position of the surface can also be made on the basis of a comparison of the known grid width with the grid width detected in the camera.
  • the two-dimensional code has the following characteristics: the code comprises a synchronization code serving synchronization and a position-dependent code, the position data being encoded in code units of fixed size.
  • the synchronization code is variable and geometrically evenly distributed on the surface.
  • the synchronization code also allows the synchronization in the X and Y directions by means of two variable components.
  • the code comprises a synchronization code serving synchronization and a position-dependent code, the position data being encoded in code units of fixed size.
  • the synchronization code is variable and geometrically evenly distributed on the surface.
  • the synchronization code also allows the synchronization in the X and Y directions by means of two variable components.
  • the code comprises a synchronization code serving synchronization and a position-dependent code, the position data being encoded in code units of fixed size.
  • the synchronization code is variable and geometrically evenly distributed on the surface.
  • the synchronization code also allows the synchronization in the X and Y directions by means of two variable components.
  • Synchronization code variable such that it contains even position-dependent data, preferably the one or more least significant bits of the coded position data. It is also possible to use the only slowly changing must-significant bit.
  • the synchronization code can be compared with at least twice the spatial frequency to the position-dependent code.
  • the above embodiments relate to the, or the wings of a wind turbine.
  • the invention can also be used in a corresponding manner for aircraft wings.
  • it makes sense not to change the angle of attack of the wing depending on the deformation, as long as the wings are as usual in general, rigid.
  • it is possible here to regulate the buoyancy by means of one or more rudders and flaps, such as the ailerons and spoilers or flaps.
  • the attitude can be stabilized by a control device which controls the flaps and / or rudders by means of the measurement of the deflection and / or twisting of the wing.
  • a measuring device can also advantageously be provided in the aircraft fuselage in order to be able to detect loads on the carrier structure here. It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the embodiments described above, but can be varied in many ways. In particular, the invention can also be applied to other support structures and elastically deformable objects.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for measuring deformations of an elastic, elongated carrier structure, comprising at least one optically detectable marking at a first longitudinal position along the elongated carrier structure, and at least on electronic camera having an objective and a matrix sensor. The objective of the camera is aligned toward the at least one optically detectable marking, such that the marking is depicted on the matrix sensor and the camera faces the marking in the longitudinal direction along the carrier structure. The image data of the camera are fed to an image processing device set up for determining the position of the marking within the image field by means of an image detection. A deviation of the position of the marking from at least one target value is determined and quantified by means of a calculating device.

Description

MessVorrichtung zum Messen von Verformungen elastisch verformbarer Objekte Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft allgemein die Messung elastischer Verformungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Messung von Verformungen eines Objekts, wie etwa eines langgestreckten Trägers, beispielsweise eines Windmühlenflügels oder einer Tragfläche.The invention generally relates to the measurement of elastic deformations. In particular, the invention relates to the measurement of deformations of an object, such as an elongate carrier, such as a windmill blade or a wing.
Um Verformungen von Trägerelementen festzustellen, sind insbesondere Dehnungsmessstreifen (DMS) bekannt.In order to detect deformation of carrier elements, in particular strain gauges (DMS) are known.
Mit diesen Streifen können dehnende Verformungen erfasst werden. Sie bilden vielfach die Messeinrichtung von Waagen aller Größenordnungen, von Haushaltswaagen bis hin zu Kranwaagen. Auch Verformungsmessungen im Stahlbau oder können ebenfalls durch DMS-Messungen realisiert werden. Um die Verformung anhand der Widerstandsänderung des DMS zu messen, werden typischerweise Brückenschaltungen, wie etwa eine Wheatstone-Brücke eingesetzt. Die mechanische Kopplung des DMS erfolgt typischerweise durch Aufkleben.With these strips, stretching deformations can be detected. They often form the measuring device of scales of all sizes, from household scales to crane scales. Also deformation measurements in steel construction or can also be realized by strain gauge measurements. To measure the strain by the change in resistance of the strain gage, bridge circuits, such as a Wheatstone bridge, are typically used. The mechanical coupling of the strain gauge is typically done by gluing.
Auch wenn die mit DMS duchgeführten Messungen von hoher Genauigkeit sind, bestehen dennoch einige Nachteile. Sind die Strukturen an denen die Verformung gemessen werden soll, sehr lang und die Verformung selbst relativ klein, müsste für eine zuverlässige Messung ein sehr langer Dehnungsmessstreifen eingesetzt werden. Damit steigt der apparative Aufwand, sowie auch das Gewicht. Es muss ausserdem sichergestellt werden, dass die Verbindung des elastischen Trägers zum DMS langzeitstabil bleibt. Zudem kann bei einer dauerhaften Änderung der Widerstandsparameter nicht darauf geschlossen werden, ob etwa eine dauerhafte Verformung des eigentlichen Trägers oder eventuell eine alterungsbedingte Änderung der Widerstandswerte des DMS oder der Brückenschaltung ursächlich sind.Although the DMS-guided measurements are of high accuracy, there are still some disadvantages. If the structures at which the deformation is to be measured are very long and the deformation itself is relatively small, a very long strain gauge would have to be used for a reliable measurement. This increases the expenditure on equipment, as well as the weight. It must also be ensured that the connection of the elastic support to the DMS remains stable for a long time. Moreover, in the case of a permanent change in the resistance parameters, it can not be concluded whether a permanent deformation of the actual carrier or possibly an age-related change in the resistance values of the strain gage or the bridge circuit are the cause.
Aus der EP 1 742 015 Bl ist eine in-situ Überwachung von Laufschaufeln und Turbinen innerhalb eines Gasturbinentriebwerks bekannt. Dazu ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche eine Kamera und eine Lichtquelle umfasst, wobei die Lichtquelle im Betrieb eine Beleuchtung des sich drehenden Bauteils bewirkt, während die Kamera im Betrieb ein Bild vom Bauteil empfängt. Ein Steuergerät vergleicht die Bilder des Bauteils, um Veränderungem imFrom EP 1 742 015 Bl, in-situ monitoring of blades and turbines within a gas turbine engine is known. For this purpose, a device is provided, which comprises a camera and a light source, wherein the light source causes an illumination of the rotating component during operation, while the camera receives an image of the component during operation. A controller compares the images of the component to changes in the component
Bauteil zu überwachen. Die Kamera rotiert mit dem Bauteil und liefert Bilder von wenigstens einem Zielabschnitt des Bauteils. Durch das Steuergerät erfolgt ein Vergleich der empfangenen Bilder zur Erfassung von Änderungen des Bauteils. Da zur Verifizierung einer Verformung dieMonitor component. The camera rotates with the component and provides images of at least one target portion of the component. The controller makes a comparison of the received images for detecting changes in the component. Because to verify a deformation the
Markierung ständig im Blickfeld der Kamera liegen muss, ist das System vornehmlich zur Erfassung kleiner Deformationen geeignet .Marking must always be in the field of vision of the camera, the system is primarily suitable for detecting small deformations.
Die WO 2004/038328 A2 basiert in ähnlicher Weise darauf, zur Feststellung von Deformationen eines Elements eines Flugzeugs eine oder mehrere Kameras an einem ersten Teil einer Flugzeugstruktur und Zielobjekte an einem zweiten Teil der Flugzeugstruktur anzubringen, wobei die Zielobjekte im Blickfeld der einen oder mehreren Kameras liegen. Es wird eine Serie von Bildern aufgenommen und verarbeitet, um die Größe und Richtung einer Bewegung des oder der Zielobjekte zu bestimmen.Similarly, WO 2004/038328 A2 is based on attaching one or more cameras to a first part of an aircraft structure and target objects to a second part of the aircraft structure to detect deformations of an element of an aircraft, the target objects in view of the one or more cameras lie. It will take a series of pictures and processed to determine the size and direction of movement of the target object (s).
Aus der EP 1 361 445 Al ist ein Anemometer für Windturbinen bekannt, bei welchem ein Laserstrahl durch den Mast derFrom EP 1 361 445 Al an anemometer for wind turbines is known in which a laser beam through the mast of
Windturbine hindurch auf ein Zielobjekt gerichtet ist. Mit einer Kamera wird der Laserstrahl auf dem Zielobjekt aufgezeichnet. Anhand der durch eine Deformation des Mastes bewirkten Verschiebung des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Zielobjekt wird die Windrichtung bestimmt.Wind turbine is directed through to a target object. With a camera, the laser beam is recorded on the target object. Based on the deformation of the mast caused displacement of the point of impact of the laser beam on the target object, the wind direction is determined.
Die US 7377181 Bl beschreibt ein Meßsystem für die Erfassung von Spannungen in Testkörpern. Dazu wird auf einem Testkörper ein Markierungsmuster mit codierten Markierungen aufgebracht. Anhand der codierten Markierungen werden mittels einer Kamera Zielmarken identifiziert. Zur Bestimmung von Materialspannungen werden dann Abstandsänderungen der Zielmarken anhand der Kamerabilder bestimmt. Dieses Verfahren ist demgemäß empfindlich auf Dehnungen oder Stauchungen, aber relativ unempfindlich gegenüber Biegungen.US 7377181 Bl describes a measuring system for the detection of stresses in test bodies. For this purpose, a marking pattern with coded markings is applied to a test body. Based on the coded markings, targets are identified by means of a camera. To determine material stresses, changes in the distance of the target marks are then determined on the basis of the camera images. This method is accordingly sensitive to stretching or compression, but relatively insensitive to bending.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Probleme, insbesondere auch für längere Messstrecken zu lösen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.The invention is therefore based on the object to solve the above problems, especially for longer measuring distances. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the respective dependent claims.
Demgemäß sieht die Erfindung eine Einrichtung zur Messung von Verformungen einer elastisch verformbaren Objekts vorzugsweise einer, langgestreckten Trägerstruktur vor. Diese Einrichtung umfasst zumindest eine optisch erfassbare Markierung an einer ersten Längsposition entlang des elastisch verformbaren Objekts, sowie zumindest eine elektronische Kamera mit einem Objektiv und einem Matrix- Sensor, wobei das Objektiv der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung auf den Matrix-Sensor abgebildet ist und die Kamera in Längsrichtung entlang des elastisch verformbaren Objekts auf die Markierung blickt. Die Einrichtung zur Messung von Verformungen umfasst weiterhin eine Bildverarbeitungsvorrichtung, welcher die Bilddaten der Kamera zugeführt werden. DieAccordingly, the invention provides a device for measuring deformations of an elastically deformable object, preferably an elongate support structure. This device comprises at least one optically detectable marking at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with an objective and a matrix sensor, wherein the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker such that the marker is imaged onto the matrix sensor and the camera looks longitudinally along the elastically deformable object at the marker. The device for measuring deformations further comprises an image processing device to which the image data are supplied to the camera. The
Bildverarbeitungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, anhand einer Bilderkennung die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds zu ermitteln. Es ist außerdem eineImage processing device is set up to determine the position of the marking within the image field on the basis of an image recognition. It is also one
Recheneinrichtung vorgesehen, welche eingerichtet ist, eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert zu ermitteln und zu quantifizieren.Calculating device provided, which is adapted to determine a deviation of the position of the marking of at least one desired value and quantify.
Mittels dieser Einrichtung wird ein Verfahren zur Messung von Verformungen des elastisch verformbaren Objekts, wie etwa einer Trägerstruktur durchgeführt, wobei zumindest eine optisch erfassbare Markierung an einer ersten Längsposition entlang des elastisch verformbaren Objekts, sowie zumindest eine elektronische Kamera mit einemBy means of this device, a method for measuring deformations of the elastically deformable object, such as a support structure is performed, wherein at least one optically detectable mark at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with a
Objektiv und einem Matrix-Sensor verwendet wird, wobei das Objektiv der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung auf den Matrix-Sensor abgebildet wird und die Kamera auf die Markierung blickt (beispielsweise inLens and a matrix sensor is used, the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker, such that the marker is imaged on the matrix sensor and the camera looks at the marker (for example, in FIG
Längsrichtung entlang eines Objekts in Form einer elastisch verformbaren Trägerstruktur) , wobei einer Bildverarbeitungsvorrichtung die Bilddaten der Kamera zugeführt werden, und wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eine Bilderkennung durchführt, so dass die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds ermittelt wird, und wobei mittels einer Recheneinrichtung eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert ermittelt und anhand der Position der Markierung innerhalb des Bildfelds quantifiziert wird.Longitudinal direction along an object in the form of an elastically deformable support structure), wherein an image processing device, the image data to the camera are supplied, and wherein the image processing device performs an image recognition, so that the position of the marker within the image field is determined, and wherein by means of a computing device determines a deviation of the position of the marker of at least one target value and the position the marker within the image field is quantified.
Die Erfindung erlaubt eine hochgenaue Erfassung von Verformungen des elastisch verformbaren Objekts auch ohne Dehnungsmessstreifen. Der Installationsaufwand wird erheblich reduziert, da ein Verkleben des Dehnungsmessstreifens entfallt.The invention allows a highly accurate detection of deformations of the elastically deformable object without strain gauges. The installation effort is considerably reduced, since a gluing of the strain gauge is eliminated.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Kamera an einer von der ersten Längsposition in Längsrichtung beabstandeten zweiten Längsposition angeordnet. Ebenso ist es aber möglich, die Kamera ausserhalb des elastisch verformbaren Objekts anzuordnen. Auch in diesem Fall blickt die Kamera vorzugsweise in Längsrichtung entlang des Objekts, wie insbesondere einer langgestreckten Trägerstruktur auf die Markierung. Dies kann in einfacher Weise durch eine Anordnung in Verlängerung derIn a preferred embodiment of the invention, the camera is arranged at a second longitudinal position spaced from the first longitudinal position in the longitudinal direction. However, it is also possible to arrange the camera outside the elastically deformable object. Also in this case, the camera preferably looks in the longitudinal direction along the object, such as in particular an elongate support structure on the marking. This can be done in a simple way by an arrangement in extension of
Längsrichtung der Trägerstruktur oder auch durch ein optisches Umlenkelement im Strahlengang, wie etwa einem Spiegel oder einem Prisma realisiert werden.Longitudinal direction of the support structure or by an optical deflecting element in the beam path, such as a mirror or a prism can be realized.
Insbesondere ist es günstig, vorhandene Hohlräume im Objekt auszunutzen, indem die Markierung innerhalb eines Hohlraumes angeordnet ist. Derartige Hohlräume sind insbesondere bei langgestreckten Trägerstrukturen oft vorhanden. Beispielsweise sind verschiedene Träger, wie etwa röhr- oder schachtförmige Träger innen hohl. Es ist dann im allgemeinen zweckmässig, die Markierung mittels einer Beleuchtungseinrichtung zu beleuchten.In particular, it is beneficial to exploit existing cavities in the object by the marker is disposed within a cavity. Such cavities are especially with elongated support structures often present. For example, various carriers, such as tubular or bay-shaped carriers are hollow inside. It is then generally advisable to illuminate the marking by means of a lighting device.
Mit der Erfindung ist es insbesondere auch in sehr einfacher Weise möglich, Verformungen in allen Raumrichtungen zu verfolgen und zu quantifizieren. Dies kann erreicht werden, indem zumindest zwei entlang derWith the invention, it is also possible, in a very simple manner, to track and quantify deformations in all spatial directions. This can be achieved by at least two along the
Längsrichtung in unterschiedlichem Abstand von der Kamera beabstandete Markierungen vorgesehen werden, wobei die Recheneinrichtung eingerichtet ist, anhand eines Vergleichs der Positionen der beiden Markierungen eine Längenänderung oder eine ungleichmässige Deformation der Trägerstruktur oder eines anderen Objekts zu ermitteln und zu quantifizieren.Markings provided at different distances from the camera are provided in the longitudinal direction, wherein the computing device is set up to determine and quantify a change in length or an uneven deformation of the support structure or another object on the basis of a comparison of the positions of the two markings.
Eine solche ungleichmässige Deformation kann durch die Messung der Deformation in zwei Distanzen erfolgen. Liegt eine normale Deformation, wie beispielsweise eine Durchbiegung vor, dann liegen beide Markierungen auf oder in der Nähe einer Sollkurve. Eine Abweichung der Position der Markierungen von der von der Struktur her bekannten Krümmungs kurve kann beispielsweise durch eine Knickstelle oder eine lokale Schwächung der Struktur hervorgerufen werden. Wird eine solche Abweichung detektiert, kann beispielsweise ein Warnsignal generiert oder die Vorrichtung mit dem Träger oder einem anderen elastisch verformbaren Objekt abgeschaltet, beziehungsweise in einen sicheren Zustand gefahren werden. Nachfolgend wird die Erfindung in Bezug auf die Verformung eines elastisch verformbaren Trägers beschrieben. Die Erfindung kann in gleicher Weise dabei jeweils auch auf andere elastisch verformbare Objekte angewendet werden.Such an uneven deformation can be done by measuring the deformation in two distances. If there is a normal deformation, such as a deflection, then both marks are on or near a setpoint curve. A deviation of the position of the markings from the curvature curve known from the structure can be caused for example by a kink or a local weakening of the structure. If such a deviation is detected, for example, a warning signal can be generated or the device can be switched off with the carrier or another elastically deformable object, or moved to a safe state. The invention will be described below with reference to the deformation of an elastically deformable carrier. The invention can equally be applied to other elastically deformable objects in the same way.
Um die in verschiedenen Distanzen angeordneten Markierungen unterscheiden zu können, ist es gegebenenfalls günstig, unterschiedliche Formen der Markierungen, beispielsweise unterschiedliche Reflektoren zu verwenden, die dann mit Bildverarbeitung diskriminiert werden können. WeitereIn order to be able to distinguish the markings arranged at different distances, it may be advantageous to use different shapes of markings, for example different reflectors, which can then be discriminated with image processing. Further
Unterscheidungsmerkmale könnten unterschiedliche "Farben" (Wellenlängen der Reflektion) oder Einbaurichtungen sein. Die Unterscheidungsmerkmale könnten auch kombiniert werden. Wenn unterschiedliche "Farben" verwendet werden können diese durch eine Farbkamera oder durch unterschiedliche Beleuchtungen unterschieden werden. Eine Kodierung verschiedener Markierungen kann in vorteilhafter Weise auch durch einen oder mehrere wellenlängenselektive Filter, wie insbesondere Farbfilter auf den Markierungen erzielt werden. Dann können in Weiterbildung der Erfindung zu unterschiedlichen Zeiten die verschiedenen Markierungen mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet und selektiv ausgewertet werden.Distinguishing features could be different "colors" (wavelengths of reflection) or mounting directions. The distinguishing features could also be combined. If different "colors" are used, they can be distinguished by a color camera or by different illuminations. An encoding of different markings can be achieved in an advantageous manner by one or more wavelength-selective filters, in particular color filters on the markings. Then, in different embodiments, the different markings with different wavelengths can be illuminated and selectively evaluated in a further development of the invention.
Es können in Weiterbildung der Erfindung auch mehr als zwei in verschiedenen Distanzen zur Kamera angeordnete Markierungen verwendet werden. Beispielsweise können mehrere Reflektoren hintereinander angeordnet und mit der Kamera in einer Achse oder unter Winkel betrachtet werden, wobei die laterale und/oder axiale Verschiebung ausgewertet wird. Weiterhin ist es auch möglich, eine Torsion der Trägerstruktur um deren Längsachse zu ermitteln. Dazu wird in Weiterbildung der Erfindung eine Markierung mit zumindest zwei lateral zur Betrachtungsrichtung beabstandeten Markierungselementen verwendet, wobei anhand einer Rotation der Markierungselemente in der Bildebene eine Torsion der elastischen, langgestreckten Trägerstruktur ermittelt und quantifiziert wird. Aufgrund der Torsion drehen sich die Markierungselemente um einen Drehpunkt in der Bildebene. Der Drehpunkt muss dabei nicht selbst innerhalb des Bildfeldes liegen. Allerdings führt die Torsion dann dennoch zu einer Änderung des Winkels der die beiden Elemente verbindenden Strecke.It can be used in a further development of the invention, more than two at different distances to the camera arranged markings. For example, a plurality of reflectors can be arranged one behind the other and viewed with the camera in an axis or at an angle, wherein the lateral and / or axial displacement is evaluated. Furthermore, it is also possible to determine a torsion of the support structure about its longitudinal axis. For this purpose, in a further development of the invention, a marking with at least two marking elements spaced laterally from the viewing direction is used, whereby a torsion of the elastic, elongate carrier structure is determined and quantified on the basis of a rotation of the marking elements in the image plane. Due to the torsion, the marking elements rotate about a pivot point in the image plane. The fulcrum does not have to lie within the image field itself. However, the torsion then still leads to a change in the angle of the path connecting the two elements.
Eine geeignete Beleuchtung der Markierung kann durch einen Laser realisiert werden, indem der Laser parallel zur Betrachtungsrichtung der Kamera auf die Markierung ausgerichtet ist. Eine günstige, platzsparende Möglichkeit ist beispielsweise, den Laser mittels eines Strahlteilers paraxial zur Blickrichtung der Kamera einzukoppeln. Die Einkopplung kann auch innerhalb des Objektivs, beziehungsweise innerhalb der Kamera erfolgen.A suitable illumination of the marking can be realized by a laser by the laser is aligned parallel to the viewing direction of the camera on the marking. A cheap, space-saving option is, for example, to couple the laser by means of a beam splitter paraxial to the viewing direction of the camera. The coupling can also be done within the lens, or within the camera.
Vorzugsweise wird die Erfindung zur Ermittlung von Verformungen auf längere Distanzen hinweg eingesetzt. Die Länge des optischen Pfades zwischen dem Matrix-Sensor und der Markierung kann zumindest 4 Meter, vorzugsweise zumindest 6 Meter betragen. Wird die erfindungsgemäße Messeinrichtung im Inneren einer Trägerstruktur eingebaut, wird der Abstand zwischen der Markierung und der Kamera, beziehungsweise allgemeiner die Länge des optischen Pfades entlang der Längsrichtung der Trägerstruktur im wesentlichen nur dadurch begrenzt, dass die Markierung durch eine Durchbiegung der begrenzenden Wandungen abgeschattet wird.Preferably, the invention is used to determine deformations at longer distances. The length of the optical path between the matrix sensor and the marking can be at least 4 meters, preferably at least 6 meters. If the measuring device according to the invention is installed in the interior of a carrier structure, the distance between the marking and the camera, or more generally the length of the optical path along the longitudinal direction of the carrier structure in essentially only limited by the fact that the mark is shadowed by a deflection of the limiting walls.
Mit der Erfindung kann insbesondere auch eine Regelung aufgebaut werden, mit welcher Verformungen der Trägerstruktur entgegengewirkt wird. Dazu ist eine Regeleinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung von Verformungen vorgesehen, wobei die Regeleinrichtung eine Stelleinrichtung mit zumindest einem Stellglied umfasst, mit welcher unter Ansprechen darauf, dass von der Recheneinrichtung eine Abweichung der Markierung von einer Sollposition quantifiziert wurde, der elastischen Verformung entgegengewirkt wird. Ein Einstellen kann insbesondere davon abhängig gemacht werden, dass die Deformation einen vordefinierten Grenzwert überschreitet oder erreicht.With the invention, in particular, a control can be constructed, with which deformations of the support structure is counteracted. For this purpose, a control device is provided with a device according to the invention for measuring deformations, wherein the control device comprises an actuating device with at least one actuator, with which the elastic deformation is counteracted in response to the fact that the calculation device has quantified a deviation of the marking from a desired position , Adjustment may in particular be made dependent on the deformation exceeding or reaching a predefined limit value.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein aerodynamischer Flügel vorgesehen, welcher eine wie hierin beschriebene Einrichtung zur Messung von Verformungen aufweist, sowie einen Rotor einer Windkraftanlage, wobei der Rotor einen solchen aerodynamischen Flügel umfasst. Dabei ist es günstig, zumindest die Markierung der Messeinrichtung im Inneren des Flügels anzuordnen und eine aktive Beleuchtung der Markierung vorzusehen.According to another aspect of the invention, there is provided an aerodynamic wing having a means for measuring deformations as described herein, and a rotor of a wind turbine, the rotor comprising such an aerodynamic wing. It is expedient to arrange at least the marking of the measuring device in the interior of the wing and to provide an active illumination of the mark.
Die Kamera kann im Flügel, beziehungsweise Rotorblatt selbst untergebracht sein. Es bietet sich aber auch an, die Kamera in der Rotornabe anzuordnen. Damit können elektrische, beziehungsweise elektronische Elemente innerhalb des Rotorblatts vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfindung auch im Turm der Windkraftanlage, welcher den Rotor trägt, eingesetzt werden.The camera can be housed in the wing, or rotor blade itself. But it also makes sense to arrange the camera in the rotor hub. Thus, electrical or electronic elements within the rotor blade can be avoided. Alternatively or additionally, the invention can also be used in the tower of the wind turbine, which carries the rotor.
Die Erfindung kann hier in besonders vorteilhafter Weise zusammen mit einer wie oben beschriebenen Regeleinrichtung eingesetzt werden, wobei das Stellglied ein Stellglied zur Einstellung des Anstellwinkels umfasst, und wobei die Stelleinrichtung den Anstellwinkel des Rotorblatts ändert. Auch kann allgemein der Auftrieb des Flügels mittels einer oder mehrerer Stellglieder geändert werden. Gedacht ist hierbei besonders auch an die Klappen an den Tragflächen eines Flugzeugs.The invention can be used here in a particularly advantageous manner together with a control device as described above, wherein the actuator comprises an actuator for adjusting the angle of attack, and wherein the adjusting device changes the angle of attack of the rotor blade. Also, generally, the buoyancy of the wing may be changed by means of one or more actuators. This is especially thought of the flaps on the wings of an aircraft.
Um eine exakte Quantifizierung einer Verformung anhand der Position der Markierung im Bildfeld der Kamera vornehmen zu können, ist die Kenntnis des Abstands der Markierung zur Kamera wertvoll. Im einfachsten Fall wird die Markierung in definiertem Abstand an der Trägerstruktur angebracht. Es ist aber auch möglich, die Messeinrichtung selbstkalibrierend auszugestalten. Dazu ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Länge des optischen Pfades vom Matrix-Sensor zur Markierung durch eine Laufzeit-Messung eines Lichtstrahls oder anhand der Größe eines auf die Markierung projizierten Musters bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Laser ein Gitter auf die Fläche des Musters projizieren. Anhand der Abstände des Musters kann die Entfernung von der Kamera dann in einfacher Weise durch Triangulation automatisch bestimmt werden. In entsprechender Weise ist es je nach Ausgestaltung der Markierung auch möglich, anhand der Grösse der Markierung oder des Abstandes von Markierungselementen in der Bildebene durch Triangulation eine Kalibrierung vorzunehmen.In order to be able to accurately quantify a deformation based on the position of the mark in the field of view of the camera, the knowledge of the distance of the mark from the camera is valuable. In the simplest case, the marking is attached at a defined distance to the support structure. But it is also possible to design the measuring device self-calibrating. For this purpose, according to an embodiment of the invention, it is provided that the length of the optical path from the matrix sensor to the marking is determined by a transit time measurement of a light beam or by the size of a pattern projected onto the marking. For example, a laser may project a grid onto the surface of the pattern. Based on the distances of the pattern, the distance from the camera can then be determined automatically by triangulation in a simple manner. In a corresponding manner, it is also possible depending on the design of the marker, based on the Size of the marking or the distance of marking elements in the image plane by triangulation to calibrate.
In einfachster Ausprägung der Erfindung kann die Markierung durch zur Umgebung der Markierung kontrastierende Punkte oder Streifen oder ähnliche Strukturen gegeben sein.In the simplest embodiment of the invention, the marking can be given by points or stripes or similar structures that contrast with the surroundings of the marking.
Bis zu gewissen Frequenzen lassen sich auch Vibrationen der Trägerstruktur, wie. etwa eines Flügels direkt messen.Up to certain frequencies, vibrations of the support structure, such as. measure about one wing directly.
Wesentlich ist die Bildfrequenz der Kamera. Die Nutzung von modernen Digitalchips, bei denen eine ROI (Region of Interest) gesetzt werden kann und nur dieser Bereich ausgelesen werden kann, erlauben erhöhte Messfrequenzen. Auch wenn ist die Messfrequenz limitiert ist, können höhere Frequenzen jedoch auch in ihrer Richtung und Amplitude durch eine Verschmierung des Bilds der Markierung gemessen werden. Eine direkte Messung der Vibrationen ist für Frequenzen bis 20 Hertz mit einer Bildwiederholungsrate von zumindest 50 Hertz, vorzugsweise zumindest 60 Hertz ohne weiteres möglich.Essential is the frame rate of the camera. The use of modern digital chips, in which a ROI (Region of Interest) can be set and only this area can be read, allow increased measurement frequencies. Even if the measurement frequency is limited, however, higher frequencies can also be measured in their direction and amplitude by smearing the image of the mark. A direct measurement of the vibrations is readily possible for frequencies up to 20 hertz with a picture repetition rate of at least 50 hertz, preferably at least 60 hertz.
Für eine direkte Messung der Vibration der Trägerstruktur wird eine Bildsequenz aufgenommen und anhand des aus den Einzelbildern bestimmten Verlaufs der Positionsänderung der •Markierung zumindest einer der Parameter Amplitude und Frequenz der Vibration mittels der Recheneinrichtung bestimmt .For a direct measurement of the vibration of the carrier structure, an image sequence is recorded and determined on the basis of the course determined by the individual images of the change in position of the marking of at least one of the parameters amplitude and frequency of the vibration by means of the computing device.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, umfasst die Markierung einen Code, in welchem eine Ortsinformation der Position des Codes codiert ist, wobei die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, den Code zu decodieren und damit den Ort des Blickfelds der Kamera auf dem Objekt festzustellen. Anhand einer so bestimmten Ortsverschiebung kann dann der Deformationsweg gegenüber einer Referenzposition bestimmt werden. Insebsondere kann die Ortsverschiebung mit Subpixelauflösung ermittelt werden. Der Code kann dabei die Gestalt eines Streifen und/oder Punktmusters oder beliebige Symbole z.B. Schrift zeichen, Texturen, Farbmarkierungen in welchem Positionsdaten codiert sind, umfassen. Wird die Information des Codes durch dieAccording to one embodiment of the invention, which is the subject of the present application in particular, the tag comprises a code in which a location information of the Position of the code is coded, wherein the computing means is adapted to decode the code and thus determine the location of the field of view of the camera on the object. On the basis of a so determined spatial displacement of the deformation can then be determined relative to a reference position. In particular, the location shift can be determined with subpixel resolution. The code may include the shape of a strip and / or dot pattern or any symbols such as characters, textures, color markers in which position data are encoded include. Is the information of the code by the
Bildverarbeitungseinrichtung decodiert, steht direkt eine Ortsinformation bereit, welche den Ort des Bildfelds auf dem mit dem Code versehenen Objekt, vorzugsweise dessen Mitte liefert. Der Code stellt damit einen Positionscode, vorzugsweise in zwei Dimensionen dar. Deformiert sich die Trägerstruktur, so wandert entsprechend der aufgrund der Deformation bewirkten relativen Bewegung zwischen Kamera und Code der Ort des Blickfelds der Kamera über den Code. Die Ermittlung der Position des Blickfelds anhand des im Blickfeld befindlichen Codes hat den besonderen Vorteil, dass ein großer Messbereich bei gleichzeitig hoher Messgenauigkeit erzielt wird. Selbst bei großen Deformationen gerät die Markierung nicht aus dem Blickfeld der Kamera, da neue Code-Elemente in das Blickfeld derImage processing device decoded, is directly a location information ready, which provides the location of the image field on the coded object, preferably its center. The code thus represents a position code, preferably in two dimensions. If the carrier structure deforms, the location of the field of view of the camera moves over the code in accordance with the relative movement between the camera and the code due to the deformation. The determination of the position of the field of view based on the code in the field of view has the particular advantage that a large measuring range is achieved with simultaneously high measuring accuracy. Even with large deformations, the marker does not get out of sight of the camera, because new code elements in the field of view of
Kamera gelangen. Weiterhin ist dabei von Vorteil, dass der Einfluss von Verzeichnungen der Optik begrenzt oder sogar ausgeschlossen wird, da der Ort der Positionsbestimmung gegenüber der optischen Achse der Kamera ortsfest bleibt. Da es ausreicht, nur einen Teil des Codes für dieCamera arrive. Furthermore, it is advantageous that the influence of distortions of the optics is limited or even excluded, since the location of the position determination relative to the optical axis of the camera remains stationary. Since it is sufficient only part of the code for the
Decodierung der Ortsinformation zu deedieren, kann eine effiziente, beziehungsweise sparsame Beleuchtung vorgesehen werden, welche nur das Gesichtsfeld der Kamera oder sogar nur einen Teil des Gesichts-, beziehungsweise Blickfekds der Kamera auszuleuchten.Deedieren decoding the location information, efficient or economical lighting can be provided which only illuminate the field of view of the camera or even only part of the face or Blickfekds the camera.
Das entsprechende Verfahren zur Messung von Verformungen eines elastisch verformbaren Objekts, insbesondere einer elastischen, langgestreckten Trägerstruktur basiert entsprechend darauf, dass zumindest eine optisch erfassbare Markierung an einer ersten Längsposition entlang des elastisch verformbaren Objekts, sowie zumindest eine elektronische Kamera mit einem Objektiv und einem Matrix- Sensor verwendet wird, wobei das Objektiv der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung auf den Matrix-Sensor abgebildet wird und die Kamera auf die Markierung blickt, wobei einer Bildverarbeitungsvorrichtung die Bilddaten der Kamera zugeführt werden, und wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eine Bilderkennung durchführt, so dass die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds ermittelt wird, und wobei mittels einer Recheneinrichtung eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert ermittelt und anhand der Position der Markierung innerhalb des Bildfelds quantifiziert wird, wobei die Markierung einen Code umfasst, in welchem eine Ortsinformation derThe corresponding method for measuring deformations of an elastically deformable object, in particular an elastic, elongate support structure is accordingly based on at least one optically detectable marking at a first longitudinal position along the elastically deformable object, as well as at least one electronic camera with an objective and a matrix. Sensor is used, wherein the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker, such that the marker is imaged on the matrix sensor and the camera looks at the marker, wherein an image processing device, the image data are supplied to the camera, and wherein the image processing device performs an image recognition, so that the position of the marker within the image field is determined, and wherein by means of a computing device determines a deviation of the position of the marker of at least one desired value and based on the Pos the mark within the image field is quantified, the mark comprising a code in which a location information of the
Position des Codes codiert ist, wobei die Recheneinrichtung den Code decodiert und damit den Ort des Blickfelds der Kamera auf dem Code ermitteltPosition of the code is coded, wherein the computing device decodes the code and thus determines the location of the field of view of the camera on the code
Zusätzlich zur Ortsinformation ist vorzugsweise ein Synchronisationsmuster, wie als Beispiel ein Gitter enthalten. Für einen solchen Code genügt es, einen sehr kleinen Codeausschnitt mit einer Lichtquelle, z.B. einem' kollimierten Laser, zu beleuchten und mit einer Kamera zu erfassen und anschließend den Schnittpunkt der optischen Achse der Kamera oder eines zu optischen Achse definiert verschobenen Punkts mit dem Code und damit die Verschiebung zum Rasterursprung, ausgedrückt in einer diskreten Zahl von Rasterelementen zu bestimmen.In addition to the location information, a synchronization pattern, such as a grid as an example, is preferably included. For such a code, it is sufficient, a very small code detail with a light source, such as a ' collimated laser to illuminate and capture with a camera and then the intersection of the optical axis of the camera or a defined optical axis shifted point with the code and thus the shift to the grid origin, expressed in one discrete number of raster elements.
Als Ortsinformation werden insbesondere Ortskoordinaten im Code codiert. Diese müssen nicht die Ortsposition in absoluten Einheiten zu einem vorgegebenen Bezugspunkt angeben. Eine relative Angabe reicht vielmehr völlig aus. Als relative Angabe kann daher in einem sehr einfachen Fall beispielsweise eine eindeutige, gegebenenfalls auch zyklisch wiederholte Nummerierung der Codeeinheiten als Ortsinformation ausreichen. Zur Nummer jeder Codeeinheit korrespondiert dann eine bestimmte Stelle auf dem Objekt.As location information in particular location coordinates are encoded in the code. These do not have to specify the location position in absolute units to a given reference point. Rather, a relative indication is sufficient. As a relative indication, therefore, in a very simple case, for example, a unique numbering of the code units, which may also be repeated cyclically, may suffice as location information. The number of each code unit then corresponds to a specific location on the object.
Durch Translation und Rotation der zu untersuchenden Oberfläche ändert sich das erfasste Bild. Neben einer reinen Verschiebung treten Verzeichnungen auf, die durch eine affine Transformation beschrieben werden können. Die technische Aufgabe ist hierzu invers, aus einem gemessenen Bild werden die Translations- und Rotationsparameter berechnet, d.h. die Parameter der affinenBy translation and rotation of the surface to be examined, the captured image changes. In addition to a pure displacement distortions occur, which can be described by an affine transformation. The technical problem is inverse for this, from a measured image the translation and rotation parameters are calculated, i. the parameters of affine ones
Rücktransformation, die einer Hauptachsentransformation entspricht auf ein ideales Rasters bestimmt.Inverse transformation, which corresponds to a major axis transformation determined on an ideal grid.
Die Meßgenauigkeit wird unter anderem von der Präzision der Rasterdetektion bestimmt. Besonders vorteilhaft sind deshalb schnelle, vorzugsweise subpixelgenaue Kantendetektoren als Bestandteil der BildverarbeitungsVorrichtung.The measuring accuracy is determined, among other things, by the precision of the raster detection. Particularly advantageous are therefore fast, preferably subpixel accurate Edge detectors as part of the image processing device.
Die Messung der Positionsänderung des Musters gegenüber der Referenzposition kann dann folgendermassen durch die Messeinrichtung und deren entsprechend eingerichtete Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung erfolgen:The measurement of the change in position of the pattern with respect to the reference position can then be carried out as follows by the measuring device and its correspondingly configured image processing and computing device:
Die Konturen werden durch digitale Strecken approximiert, es werden Schnittpunkte der Rasterlinien ermittelt. Diese Schnittpunkte werden in geordneter Reihenfolge in einer Matrix Matrixl abgelegt, wobei durch digitale Strecken verbundene Schnittpunkte in identischen Zeilen bzw. Spalten der Matrixl gespeichert werden, nicht belegte Punkte werden als offen markiert (disabled) . DieThe contours are approximated by digital lines, points of intersection of the grid lines are determined. These intersections are stored in ordered order in a matrix matrix, whereby intersections connected by digital links are stored in identical rows or columns of the matrix, unoccupied points are marked as open (disabled). The
Hauptachsentransformation zwischen einer als Referenzposition angelernten Matrix2 (diese muss nicht notwendig orthogonal sein) und der Matrixl liefert die benötigten 6 Transformationsparameter, nämlich drei Translationsparameter x,y,z und drei Rotationsparameter α,ß,γ. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines CMOS- Sensors mit integriertem Gradientenfilter und digitalem Signalprozessor (DSP) . Mit dieser Hardware kann eine sehr schnelle und kostenoptimale Single- Chip- Verarbeitung durchgeführt werden. Damit ist diePrincipal axis transformation between a matrix 2 learned as a reference position (this does not necessarily have to be orthogonal) and the matrix 1 provides the required 6 transformation parameters, namely three translation parameters x, y, z and three rotation parameters α, β, γ. Particularly advantageous is the use of a CMOS sensor with integrated gradient filter and digital signal processor (DSP). With this hardware, a very fast and cost-optimized single-chip processing can be performed. This is the
Bildverarbeitungsvorrichtung und die Recheneinrichtung zumindest teilweise oder sogar vollständig in der Kamera integriert .Image processing device and the computing device at least partially or even completely integrated in the camera.
Es ist nicht notwendig, dass die Ortsinformation des Codes in absoluter Weise zur Ortsposition korrespondiert. Eine relative Information ist ebenfalls ausreichend, wenn eine Kalibrierung durchgeführt wird. Es ist allerdings auch von Vorteil, wenn bekannt ist, in welchen Abständen entlang des Codes die Ortsinformation abgespeichert ist. In diesem Fall kann direkt aus der Decodierung der Ortsinformationen der Absolutbetrag der durch eine Verformung der Trägerstruktur verursachten lateralen Verschiebung der Markierung erhalten werden. Ist zum Beispiel bekannt, dass die Ortsinformation in bestimmten Abständen, beispielsweise von einem Zentimeter abgelegt ist, kann die Verschiebung des Musters gegenüber der Referenzposition durch einfacheIt is not necessary for the location information of the code to correspond in absolute terms to the location position. Relative information is also sufficient if one Calibration is performed. However, it is also advantageous if it is known at which intervals along the code the location information is stored. In this case, directly from the decoding of the location information, the absolute amount of the lateral shift of the mark caused by a deformation of the support structure can be obtained. If, for example, it is known that the location information is stored at specific intervals, for example of one centimeter, the displacement of the pattern relative to the reference position can be achieved by simple
Differenzbildung der decodierten Ortskoordinaten erhalten werden.Difference formation of the decoded location coordinates are obtained.
Besonders geeignet ist ein zweidimensionaler Code. Mit einem solchen Code können zur Verbesserung derParticularly suitable is a two-dimensional code. With such a code can improve the
Messgenauigkeit auf einfache Weise mehrere, unabhängige Meßfelder realisiert werden, indem z.B. mit einer zweiten Kamera eine weitere Position bestimmt wird. Ebenso ist es möglich, den Code auf einer nicht planaren Oberfläche anzubringen und zwei voneinander entfernte Gebiete, die in einem Winkel zueinander stehen, abzutasten. In einem solchen Code als Markierung ist dann Ortsinformation für die Orte entlang zweier nicht paralleler, vorzugsweise senkrechter Richtungen codiert. Entsprechend kann hier durch Decodierung des Codes aus der Bildinformation mittels der Bildverarbeitungseinrichtung eine Verschiebung gegenüber einer Referenzposition entlang zweier nicht paralleler Achsen erhalten werden.Measuring accuracy in a simple manner, several independent measuring fields can be realized by e.g. with a second camera another position is determined. It is also possible to mount the code on a non-planar surface and to scan two spaced-apart areas at an angle to one another. In such a code as a marker, location information for the locations is then coded along two non-parallel, preferably perpendicular directions. Accordingly, by decoding the code from the image information by means of the image processing device, a shift relative to a reference position along two non-parallel axes can be obtained.
Generell ist es bei der Verwendung eines Codes alsGenerally it is when using a code as
Markierung zweckmäßig, eine Strecke, oder im Falle eines zweidimensionalen Codes eine Fläche mit der Markierung zu überdecken, welche so gross sind, dass die Verschiebungen aufgrund der zu messenden elastischen Verformungen innerhalb der Strecke, beziehungsweise Fläche liegen. Mit anderen Worten ist auch bei der maximal erfassbaren Verformung ein Teil des Codes im Bildfeld, besonders bevorzugt dabei auch in der Bildmitte sichtbar.Mark appropriate, a route, or in the case of a two-dimensional code, an area with the marker to cover, which are so large that the shifts due to the elastic deformations to be measured within the distance, or area lie. In other words, even with the maximum detectable deformation, part of the code in the image field, particularly preferably also in the middle of the image, is visible.
Die Bestimmung von Translationen und Rotationen eines Objekts in drei Raumrichtungen mittels eines auf einem Objekt angebrachten Code mit darin codierterThe determination of translations and rotations of an object in three spatial directions by means of a code encoded on an object and coded therein
Ortsinformation ist nicht auf elastische Verformungen von Objekten beschränkt. Vielmehr eignet sich diese Ausführungsform der Erfindung ganz allgemein für die Erfassung und Quantifizierung von Bewegungen von Objekten in beliebiger Richtung.Location information is not limited to elastic deformations of objects. Rather, this embodiment of the invention is quite generally suitable for the detection and quantification of movements of objects in any direction.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist daher eine Einrichtung zur Messung einer Positionsänderung, insbesondere Translation und Rotation eines Objekts vorgesehen, welche einen auf dem Objekt aufgebrachten optisch erfassbaren Code mit Codeeinheiten umfasst, in welchen eine Ortsinformation, vorzugsweise in Form von absoluten oder relativen Ortskoordinaten kodiert ist. Es ist zumindest eine Kamera mit einem Matrix-Sensor vorgesehen, mit welcher das Objekt, beziehungsweise der Code auf dem Objekt erfassbar ist. Die Messeinrichtung umfasst wiederum eine Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung. In der Recheneinrichtung ist eine Zuordnungstabelle abgelegt, in welcher die geometrischen Positionen zumindest einiger Codeeinheiten an einer Referenzposition abgelegt sind. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist, wie oben beschrieben, dazu eingerichtet, den Code zu erkennen und zu decodieren und damit die decodierte Ortsinformation einer Bildposition zuzuordnen. Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, die Transformation, vorzugsweise in Form einer Hauptachsentransformation zu bestimmen, welche die Referenzposition gemäß der Zuordnungstabelle in die aktuelle, von der Kamera erfasste Position, zu welcher der Code an der Bildposition decodiert wurde, überführt. Diese Transformationsparameter beschreiben die Positionsänderung des Objekts.According to a further aspect of the invention, therefore, a device for measuring a change in position, in particular translation and rotation of an object is provided, which comprises an optically detectable code with code units applied to the object, in which a location information, preferably in the form of absolute or relative location coordinates, is coded is. At least one camera with a matrix sensor is provided, with which the object or the code on the object can be detected. The measuring device in turn comprises an image processing and computing device. In the computing device, an assignment table is stored in which the geometric positions of at least some code units are stored at a reference position. The image processing device is, as described above, configured to recognize and decode the code, thereby associating the decoded location information with an image position. The computing device is set up to determine the transformation, preferably in the form of a principal axis transformation, which transfers the reference position according to the allocation table into the current position detected by the camera at which the code was decoded at the image position. These transformation parameters describe the change in position of the object.
Ein besonders für die Erfindung geeigneter zweidimensionaler Code ist in der EP 1333402 Al beschrieben, welche in Bezug auf die Ausgestaltung und Ausprägung des Codes vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.A particularly suitable for the invention, two-dimensional code is described in EP 1333402 Al, which is made in terms of the design and expression of the code fully also the subject of the present invention.
Demgemäß weist in Weiterbildung der Erfindung der zweidimensionale Code zumindest eine, vorzugsweise alle der folgenden Eigenschaften auf:Accordingly, in a development of the invention, the two-dimensional code has at least one, preferably all, of the following properties:
-der Code umfasst ein Muster, welches ein der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code und einen positionsabhängigen Code enthält, -Positionsdaten sind in Codeeinheiten fester Grösse codiert,the code comprises a pattern containing a synchronization synchronization code and a position-dependent code, position data encoded in fixed-size code units,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, wobei dieser Synchronisations-Code variabel ist, nach einer vorbekannten Bildungsvorschrift gebildet wird und geometrisch gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt ist,the code comprises a pattern which comprises a synchronization code used for synchronization, this synchronization code being variable, being formed according to a previously known formation instruction and being distributed geometrically uniformly on the surface,
- der Code umfasst ein Muster, welches ein der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, welcher zwei variable Komponenten umfasst, welche jeweils zur Synchronisation entlang zweier nicht paralleler Richtungen auf der Oberfläche dienen,the code comprises a pattern comprising a synchronization synchronization code, which comprises two variable components each for synchronization along two non-parallel directions on the surface,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, welcher selbst positionsabhängige Daten, vorzugsweise das oder die Least-Significiant-Bits der codierten Positionsdaten enthält,the code comprises a pattern which comprises a synchronization synchronization code which itself contains position-dependent data, preferably the least significant bit (s) of the coded position data,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, wobei der Synchronisations-Code geometrisch gleichmässig über das Muster hinweg verteilt ist,the code comprises a pattern which comprises a synchronization code used for the synchronization, the synchronization code being distributed geometrically uniformly over the pattern,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code, welcher mit zumindest der doppelten Ortsfrequenz im Vergleich zu dem positionsabhängigen Code vorliegt,the code comprises a pattern which contains a synchronization synchronization code which is at least twice the spatial frequency compared to the position-dependent code,
- Positionsdaten sind in Codeeinheiten fester Grosse codiert, wobei die Ortsinformation nicht vollständig in einer Codeeinheit vorhanden ist, wobei ein vollständige Decodierung der Ortsinformation durch Erfassung eines Felds höchstens der sechsfachen Grosse einer Codeeinheit, vorzugsweise höchstens der vierfachen Grosse einer Codeeinheit möglich ist.- Position data are encoded in units of fixed size, the location information is not completely present in a code unit, with a complete decoding of the location information by detecting a field at most six times the size of a code unit, preferably at most four times the size of a code unit is possible.
Der Code kann gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung auf Code-Einheiten reduziert werden, die eine Größe von höchstens 10 x 10, vorzugsweise höchstens 8 x 8, sogar von nur 6 x 6 Feldern aufweist, wobei jedes der Felder eine Markierung darstellt, die ein Bit repräsentiert. Generell können die Codeeinheiten als wie oben beschriebene lateral beabstandete Markierungselemente der Markierung angesehen werden . Der vorstehend beschriebene Code ist hinsichtlich seiner Informationsdichte optimiert. Der Code kann mit einem entsprechend angepassten Decodierverfahren selbst mit einem kleinen Gesichtsfeld wahlfreier Form stabil gelesen werden.The code can be reduced according to a further development of the invention to code units having a size of at most 10 x 10, preferably at most 8 x 8, even of only 6 x 6 fields, each of the fields is a marker that a Represents bit. In general, the code units may be considered as laterally spaced marker marker elements as described above. The code described above is optimized in terms of its information density. The code can be stably read with a suitably adapted decoding method even with a small field of optional form.
Um eine Messung elastischer Verformungen zu ermöglichen, ist gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Code zumindest teilweise auf einer schräg zur Betrachtungsrichtung angeordneten Fläche angeordnet ist, wobei die Markierung mit dem Code so angeordnet ist, dass von der Kamera oder auch von mehreren Kameras gleichzeitig in verschiedenen Entfernungen entlang der Längsrichtung der Trägerstruktur angeordnete Code- Elemente, in welchen Ortsinformation codiert ist, erfasst werden. Vorzugsweise wird der Code auf zumindest zwei zueinander im Winkel stehenden Flächen aufgebracht.In order to enable a measurement of elastic deformations, it is provided according to a further development of the invention that the code is arranged at least partially on a surface arranged obliquely to the viewing direction, wherein the marking is arranged with the code that of the camera or of several Cameras are simultaneously detected at different distances along the longitudinal direction of the support structure arranged code elements in which location information is encoded. Preferably, the code is applied to at least two mutually angled surfaces.
Der gegenüber der Blickrichtung der Kamera schräg angeordnete Code kann dabei ein Raster aufweisen, welches äquidistant, oder auch projektionskorrigiert ist.The opposite to the viewing direction of the camera obliquely arranged code can have a grid which is equidistant, or even projection corrected.
Um eine Verschiebung der mit dem Code versehenen Flächen gegenüber einer Referenzposition und damit eine Deformation der Trägerstruktur zu ermitteln, kann in vorteilhafterIn order to determine a displacement of the surfaces provided with the code relative to a reference position and thus a deformation of the support structure, can in an advantageous
Weise in der Recheneinrichtung eine Zuordnungstabelle von Koordinaten, vorzugsweise dreidimensionalen Koordinaten zu Ortsinformationen des Codes abgelegt werden. Die Zuordnungstabelle kann, wie weiter unten genauer beschrieben wird, unter anderem durch Projektion einesWay in the computing device, an assignment table of coordinates, preferably three-dimensional coordinates are stored to location information of the code. The allocation table can, as will be described in more detail below, inter alia, by projection of a
Gitters auf die mit dem Code versehenen Flächen und einem Vergleich mit der decodierten Ortsinformation generiert werden .Grid on the areas provided with the code and a Comparison with the decoded location information are generated.
Aus den decodierten Positionsdaten kann bei bekannter Anordnung des Codes bei der Referenzposition durch dieFrom the decoded position data can in a known arrangement of the code at the reference position by the
Recheneinrichtung eine Hauptachsentransformation errechnet werden, mit welcher die Markierung von der Referenzposition in die gemessene Position transformiert. Aus dieser Hauptachsentransformation kann dann die Positionsänderung gegenüber der Referenzposition ermittelt und quantifiziert werden. Dies erlaubt eine Erkennung sowohl einer Rotation, als auch einer Translation in drei Raumrichtungen.Computing a Hauptachsentransformation be calculated, with which transforms the mark from the reference position to the measured position. The change in position relative to the reference position can then be determined and quantified from this main axis transformation. This allows detection of both rotation and translation in three spatial directions.
Generell kann die Erfindung dazu benutzt werden, die Funktionalität einer Trägerstruktur, wie etwa einesIn general, the invention can be used to provide the functionality of a support structure, such as a
Rotorflügels einer Windkraftanlage zu überwachen, steuern und/oder regeln. Dies kann auch vorausschauend, beziehungsweise extrapolierend erfolgen, indem durch die Recheneinrichtung gemessene Bewegungsmuster mit abgespeicherten Bewegungsmustern verglichen werden. Ein Beispiel ist eine Vibration mit noch zulässiger, sich jedoch aufschaukelnder Amplitude. Wird beispielsweise ein derartiges Bewegungsmuster detektiert, kann frühzeitig durch eine geeignete Regelung, etwa durch Änderung des Anstellwinkels entgegengewirkt werden.Rotor blades of a wind turbine to monitor, control and / or regulate. This can also be done in a forward-looking or extrapolating manner by comparing movement patterns measured by the computing device with stored movement patterns. An example is a vibration with still allowed, but aufschaukelnder amplitude. For example, if such a movement pattern detected, can be counteracted early by a suitable control, such as by changing the angle of attack.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen :The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers refer to the same or corresponding elements. Show it :
Fig. 1 eine Ansicht eines Rotors einer Windturbine mitFig. 1 is a view of a rotor of a wind turbine with
Teilen einer Einrichtung zur Messung von elastischen Deformationen eines Rotorblatts,Dividing a device for measuring elastic deformations of a rotor blade,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Rotorblatt,2 shows a cross section through a rotor blade,
Fig. 3 eine Kamera der Messeinrichtung,3 shows a camera of the measuring device,
Fig. 4 eine Videoaufnahme der Kamera während einer Durchbiegung des Rotorblatts,4 shows a video recording of the camera during a bending of the rotor blade,
Fig. 5 eine Variante des Rotors aus Fig. 1,5 shows a variant of the rotor of FIG. 1,
Fig. 6 eine Videoaufnahme der Kamera der Markierungen im Rotorblatt des in Fig. 5 gezeigten Beispiels,6 shows a video recording of the camera of the markings in the rotor blade of the example shown in FIG. 5,
Fig. 7 ein Diagramm mit Durchbiegungskurven des Flügels des Rotors,7 is a diagram with deflection curves of the wing of the rotor,
Fig. 8 eine Anordnung der Messeinrichtung mit einem zweidimensionalen Code als Markierung,8 shows an arrangement of the measuring device with a two-dimensional code as marking,
Fig. 9 eine Anordnung mit einem Code mit projektionskorrigiertem Raster.Fig. 9 shows an arrangement with a code with projection-corrected raster.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Windkraftanlagen-Rotor 1 mit drei Flügeln 5. Jeder der Flügel 5 bildet eine elastisch verformbare Tragerstruktur. Der Rotor beherbergt Teile einer Einrichtung zur Messung von Verformungen der Flügel, deren Prinzip nachfolgend erläutert wird. Die Aufgabe der Messvorrichtung besteht nun darin, die Durchbiegung des Flügels 5 der Windkraftanlage in zwei Achsen zu messen.Fig. 1 shows a wind turbine rotor 1 according to the invention with three wings 5. Each of the wings 5 forms an elastically deformable support structure. The rotor accommodates parts of a device for measuring deformation of the wings, the principle of which is explained below. The Task of the measuring device is now to measure the deflection of the wing 5 of the wind turbine in two axes.
Die Einrichtung zur Messung von Verformungen basiert auf zumindest einer optisch erfassbaren Markierung 7 an einer ersten Längsposition entlang des Flügels 5, sowie eine elektronische Kamera 9 mit einem Objektiv 11 und einem Matrix-Sensor, wobei das Objektiv 11 der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung 7 auf den Matrix-Sensor abgebildet ist und die Kamera 9 in Längsrichtung entlang des Flügels 5 auf die Markierung 7 blickt, wobei die Einrichtung zur Messung von Verformungen weiterhin eine Bildverarbeitungsvorrichtung umfasst, welcher die Bilddaten der Kamera zugeführt werden, und wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist, anhand einer Bilderkennung die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds zu ermitteln, wobei die Einrichtung zur Messung von Verformungen außerdem eine Recheneinrichtung umfasst, welche eingerichtet ist, eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert zu ermitteln und zu quantifizieren.The device for measuring deformations is based on at least one optically detectable marking 7 at a first longitudinal position along the wing 5, and an electronic camera 9 with an objective 11 and a matrix sensor, wherein the lens 11 of the camera on the at least one optically detectable Marking is directed such that the mark 7 is imaged on the matrix sensor and the camera 9 in the longitudinal direction along the wing 5 looks at the mark 7, wherein the means for measuring deformations further comprises an image processing device which the image data of the camera and wherein the image processing device is set up to determine the position of the marking within the image field by means of an image recognition, wherein the device for measuring deformations additionally comprises a computing device which is set up, a deviation of the position of the marking from at least one nominal value determine and quantify.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung und die Recheneinrichtung sind in Fig. 1 nicht explizit dargestellt. Allerdings können diese Einrichtungen auch in der Kamera 9 integriert sein, so dass die Kamera 9 an einem Ausgang bereits die Daten der Abweichung von der Sollposition, beispielsweise der Position des ruhenden Rotors bei Windstille ausgibt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Kamera in der Nabe 3 des Rotors 1 eingebaut. Dies ist günstig, um elektronische Elemente in den Rotorblättern zu vermeiden. Die Rotornabe kann gegenüber den Flügeln 5 leichter gegenüber einem Blitzeinschlag abgeschirmt werden, so dass die Kamera vor einem blitzschlagbedingtem Ausfall geschützt wird.The image processing device and the computing device are not explicitly shown in FIG. 1. However, these devices can also be integrated in the camera 9, so that the camera 9 at an output already outputs the data of the deviation from the target position, for example, the position of the stationary rotor in calm. In the embodiment shown in Fig. 1, the camera is installed in the hub 3 of the rotor 1. This is beneficial to avoid electronic elements in the rotor blades. The rotor hub can be compared to the wings 5 easier shielded from lightning, so that the camera is protected from a lightning due to failure.
Kommt es bedingt durch den anströmenden Wind im Betrieb zu einer Verformung des Flügels, bewegt sich die Position der Markierung 7 quer gegenüber der Längsachse des Flügels, welche auch die Blickrichtung der Kamera darstellt. Damit verschiebt sich die Position der Abbildung der Markierung auf dem Matrix-Sensor der Kamera 9. Ist der Abstand der Kamera 9 zur Markierung bekannt, kann aus der Verschiebung mittels der Recheneinrichtung die Deformation an der Stelle der Markierung leicht errechnet werden.If, due to the incoming wind, a deformation of the wing occurs during operation, the position of the marking 7 moves transversely with respect to the longitudinal axis of the wing, which also represents the viewing direction of the camera. Thus, the position of the image of the mark on the matrix sensor of the camera 9 shifts. If the distance of the camera 9 to the mark is known, the deformation at the location of the mark can be easily calculated from the displacement by means of the computing device.
Der Abstand des Matrix-Sensors der Kamera 9 zur Markierung beträgt zwischen dem Matrix-Sensor und der Markierung vorzugsweise zumindest 4 Meter, besonders bevorzugt zumindest 6 Meter, um eine Verbiegung des Flügels mit hoher Genauigkeit messen zu können. Andererseits ist es im allgemeinen günstig, den Abstand nicht grösser als 40 Meter zu wählen, da ansonsten der Flügel 5 bei den auftretenden Belastungen schnell so weit verbiegt, dass die Markierung nicht mehr im Bildfeld der Kamera liegt, sondern durch die gekrümmten Wände des Flügels verdeckt wird.The distance of the matrix sensor of the camera 9 to the marking is preferably at least 4 meters, particularly preferably at least 6 meters, between the matrix sensor and the marking in order to be able to measure a bending of the blade with high accuracy. On the other hand, it is generally favorable to choose the distance not greater than 40 meters, otherwise the wing 5 bends quickly so far in the occurring loads that the marker is no longer in the field of view of the camera, but hidden by the curved walls of the wing becomes.
Besonders bevorzugt kann allgemein eine Regeleinrichtung vorgesehen werden, mit welcher den Verformungen entgegengewirkt werden kann. Die Regeleinrichtung umfasst dazu eine Stelleinrichtung mit zumindest einem Stellglied, mit welcher unter Ansprechen darauf, dass von der Recheneinrichtung eine Abweichung der Markierung von einer Sollposition, insbesondere die Überschreitung eines Grenzwerts quantifiziert wurde, der elastischen Verformung entgegengewirkt wird. Im Falle des in Fig. 1 gezeigten Windkraftanlagen-Rotors 1 wird dabei ein Stellglied zur Einstellung des Anstellwinkels der Flügel 5 verwendet, so dass die Stelleinrichtung den Anstellwinkel des Rotorblatts in Abhängigkeit von der gemessenen Deformation ändert.Particularly preferably, a control device can generally be provided with which the deformations can be counteracted. The control device comprises For this purpose, an adjusting device with at least one actuator, which is counteracted in response to the fact that the calculator a deviation of the mark from a desired position, in particular the exceeding of a limit value, the elastic deformation is counteracted. In the case of the wind turbine rotor 1 shown in FIG. 1, an actuator for adjusting the angle of attack of the blades 5 is used, so that the adjusting device changes the angle of attack of the rotor blade as a function of the measured deformation.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Flügel 5. Typischerweise umfassen Flügel von Windkraftanlagen, sowie auch andere aerodynamische Flügel, wie insbesondere auch Flugzeugflügel entlang ihrer Längsrichtung verlaufende Hohlräume. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel umfasst dabei der Flügel 5 eine Oberschale 51 und eine Unterschale 52, zwischen denen ein Holm 54 angeordnet ist. Innerhalb des Holmes 54 erstreckt sich ein schachtförmiger Hohlraum 56. Auch die weiteren Zwischenräume 55 und 57 können hohl sein. Es ist nun zweckmässig, dass wie in Fig. 2 gezeigt, zumindest die Markierung 7 der Messeinrichtung im Inneren des Flügels 5 angeordnet ist. Beispielhaft ist in Fig. 2 die Markierung im Holm 54 im schachtförmigen Hohlraum 56 eingesetzt. Damit die Kamera 9 die Markierung 7 erfassen kann, ist eine aktive Beleuchtung der Markierung vorgesehen .Fig. 2 shows a cross section through the wing 5. Typically include wings of wind turbines, as well as other aerodynamic wings, in particular aircraft wings along their longitudinal direction extending cavities. In the example shown in FIG. 2, the wing 5 comprises an upper shell 51 and a lower shell 52, between which a spar 54 is arranged. Within the spar 54, a shaft-shaped cavity 56 extends. Also, the other intermediate spaces 55 and 57 may be hollow. It is now expedient that, as shown in FIG. 2, at least the marking 7 of the measuring device is arranged in the interior of the blade 5. By way of example, the marking in the spar 54 in the shaft-shaped cavity 56 is used in FIG. So that the camera 9 can detect the mark 7, an active illumination of the mark is provided.
Fig. 3 zeigt dazu ein Beispiel einer geeigneten Kamera 9. Bei diesem Beispiel sind um das Objektiv 11 herum am3 shows an example of a suitable camera 9 in this example
Gehäuse 91 der Kamera 9 Leuchtdioden 92 vorgesehen, welche Objekte entlang der Blickrichtung der Kamera, im eingebauten Zustand also entlang der Längsrichtung des Flügels 5 beleuchten. Um einen hohen Kontrast in den aufgenommenen Bildern zu erhalten ist es dann weiterhin günstig, die Markierung als Reflektor auszubilden. Dazu kann eine Reflektorfolie, oder, wie in Fig. 2 dargestellt eine Markierung 7 in Form eines Katzenauges verwendet werden.Housing 91 of the camera 9 LEDs 92 is provided, which objects along the line of sight of the camera, in installed state so along the longitudinal direction of the wing 5 illuminate. In order to obtain a high contrast in the recorded images, it is then still favorable to form the marker as a reflector. For this purpose, a reflector foil or, as shown in FIG. 2, a marking 7 in the form of a cat's eye can be used.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Kamerabild 94 aus der im Betrieb typischerweise kontinuierlich mit der vorgesehenen Bildwiederholungsrate aufgenommenen Bildseguenz. Im Kamerabild zu erkennen ist die Markierung 7, die gegenüber der Referenzposition 70 verschoben ist. Die Kamera 9 und die Beleuchtung wird so gesteuert oder eingestellt, dass das Lichtsignal des Reflektors die Kamera gut aussteuert, vorzugsweise aber nicht übersteuert. Es erfolgt eine Schwerpunktbestimmung des Reflektorbilds. Mit den bekannten Eigenschaften des Objektivs der Kamera wird die Auslenkung des Lichtflecks gegenüber der Referenzposition 70 in zwei Richtungen bestimmt. Im Falle eines Flügels 5 stellt dieFIG. 4 schematically shows a camera image 94 of the image sequence which is typically recorded continuously at the intended image repetition rate during operation. Recognizable in the camera image is the mark 7, which is shifted relative to the reference position 70. The camera 9 and the lighting is controlled or adjusted so that the light signal of the reflector controls the camera well, but preferably not overridden. There is a focal point determination of the reflector image. With the known properties of the lens of the camera, the deflection of the light spot relative to the reference position 70 in two directions is determined. In the case of a wing 5 represents the
Referenzposition vorzugsweise die Position der Markierung 7 bei Windstille dar, bei welcher keine wesentlichen Kräfte ausser den durch das Eigengewicht verursachten Momenten auf den Flügel einwirken.Reference position preferably the position of the mark 7 in calm, in which no significant forces except the moments caused by the dead weight act on the wing.
Fig. 5 zeigt eine Variante des Rotors 1 aus Fig. 1. Bei dieser Variante sind zwei entlang der Längsrichtung des Flügels in unterschiedlichem Abstand von der Kamera 9 beabstandete Markierungen 7, 71 vorgesehen. Anhand der Position dieser Markierungen 7, 71 ist es dann auch möglich, eine ungleichmässige Deformation der Trägerstruktur zu ermitteln und zu quantifizieren. Ausserdem können die Markierungen 7, 71 jeweils zwei oder mehrere lateral zur Betrachtungsrichtung beabstandete Markierungselemente umfassen. Dann kann auch anhand einer Rotation der Markierungselemente in der Bildebene eine Torsion der elastischen, langgestreckten Trägerstruktur, beziehungsweise im Beispiel der Fig. 5 eine Torsion des Flügels 5 ermittelt und quantifiziert werden.5 shows a variant of the rotor 1 from FIG. 1. In this variant, two markings 7, 71 spaced apart from the camera 9 along the longitudinal direction of the blade are provided. Based on the position of these markers 7, 71, it is then also possible to determine and quantify an uneven deformation of the carrier structure. In addition, the markers 7, 71 may each comprise two or more marking elements spaced laterally from the viewing direction. Then, based on a rotation of the marking elements in the image plane, a torsion of the elastic, elongated support structure, or in the example of FIG. 5, a torsion of the wing 5 can be determined and quantified.
Fig. 6 zeigt dazu ein Bild aus der von der Kamera 9 des in Fig. 5 gezeigten Rotors 1 aufgenommenen Videosequenz.FIG. 6 shows an image from the video sequence recorded by the camera 9 of the rotor 1 shown in FIG. 5.
Jede der Markierungen 7, 71 umfasst bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel zwei lateral beabstandete Markierungselemente. Die Markierungselemente 701, 702 der Markierung 7 und die Markierungselemente 704, 705 der Markierung 71 sind dabei außerdem entlang von zueinander quer verlaufenden, hier im Speziellen entlang von zueinander senkrechten Linien angeordnet. Um die Markierungen 7, 71 voneinander unterscheiden zu können, weisen die Markierungselemente diskrimierbare Eigenschaften, wie etwa unterschiedlichen Farbe oder Form auf. Dies ist in Fig. 6 durch die unterschiedliche Füllung der hier kreisförmigen Markierungselemente symbolisiert. Eine Kodierung der verschiedenen Markierungen 7, 71 kann in vorteilhafter Weise auch durch einen oder mehrere wellenlängenselektive Filter, wie insbesondere Farbfilter auf den Markierungen. Werden von den Markierungen unterschiedliche Farben zur Kamera zurückreflektiert oder zurückgestreunt, können in Weiterbildung der Erfindung zu unterschiedlichen Zeiten die verschiedenen Markierungen mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet und selektiv ausgewertet werden. Dies kann dann besonders von Vorteil sein, wenn mehr als zwei Markierungen verwendet werden und zu diskriminieren sind.Each of the markers 7, 71 in the example illustrated in FIG. 6 comprises two laterally spaced marking elements. The marking elements 701, 702 of the marking 7 and the marking elements 704, 705 of the marking 71 are also arranged along mutually transverse, here in particular along mutually perpendicular lines. In order to distinguish the markings 7, 71 from one another, the marking elements have discrete properties, such as different color or shape. This is symbolized in Fig. 6 by the different filling of the here circular marking elements. An encoding of the various markings 7, 71 can also be advantageous by one or more wavelength-selective filters, such as in particular color filters on the markings. If different colors are reflected back or reflected back from the markings to the camera, the different markings with different wavelengths can be illuminated and selectively selected at different times in a further development of the invention be evaluated. This can be particularly advantageous if more than two markers are used and are to be discriminated.
Es ist wie auch in den vorhergehenden Beispielen günstig, die Markierungen 7, 71, beziehungsweise deren Markierungselemente 701, 702 und 7004, 705 als Reflektoren auszubilden, so dass ein hoher Bildkontrast bei zur Betrachtungsrichtung paraxialer Beleuchtung, beispielsweise durch Leuchdioden oder einen oder mehrere Laser zu erzielen.It is favorable, as in the preceding examples, the markers 7, 71, or their marking elements 701, 702 and 7004, 705 form as reflectors, so that a high image contrast in the viewing direction paraxial illumination, for example by light-emitting diodes or one or more lasers to achieve.
Die Position der Markierungen 7, 71 wird nun aus zwei Reflektorbildern abgeleitet. Aus dem Abstand der beiden Reflektorbilder kann nun auch der Montageabstand derThe position of the markers 7, 71 is now derived from two reflector images. From the distance between the two reflector images can now also the mounting distance of
Reflektoren, beziehungsweise der Markierungen 7, 71 zur Kamera gemessen und so die Messanordnung kalibriert werden, da der reale Abstand der zu einer Markierung 7, 71 gehörenden Markierungselemente 701, 702, beziehungsweise 704, 705 bekannt ist. So ist anhand der Aufnahme 94 zu erkennen, dass der Abstand der Markierungselemente 704, 705 kleiner ist als der Abstand der Markierungselemente 701, 702. Die Markierung 71 ist unter der Voraussetzung, dass der reale Abstand gleich ist, mithin weiter vom Matrix- Sensor der Kamera entfernt.Reflectors, or the markers 7, 71 measured to the camera and so the measuring arrangement are calibrated, since the real distance of the marking elements belonging to a mark 7, 71, 702, or 704, 705 is known. Thus, it can be seen from the receptacle 94 that the distance of the marking elements 704, 705 is smaller than the distance of the marking elements 701, 702. The marking 71 is provided that the real distance is equal, thus further from the matrix sensor Camera removed.
Da sich der Abstand der abgebildeten Markierungselemente mit deren Entfernung ändert, kann durch eine Abstandsbestimmung nun auch in einfacher Weise eine Deformation in Längsrichtung, insbesondere eine Dehnung des Flügels erfasst und quantifiziert werden. Bei den Flügeln grosser Rotoren können solche Dehnungen durchaus Grössenordnungen im Meterbereich erreichen.Since the distance of the imaged marking elements changes with their distance, a determination of the distance can now also be used to detect and quantify a deformation in the longitudinal direction, in particular an elongation of the wing. At the wings large rotors can reach such strains certainly orders of magnitude in the meter range.
Anhand der jeweils zwei in einer Linie angeordneten Markierungselemente wird nun auch die Messung einerOn the basis of each two arranged in a line marking elements is now the measurement of a
Verdrehung des Flügels möglich. Tritt zwischen Kamera 9 und Markierung 7 und/oder 71 eine Torsion auf, ändert sich der Winkel der die beiden jeweils zu einer Markierung 7, 71 gehörenden Markierungselemente verbindenden Linie in der Bildebene.Rotation of the wing possible. If a torsion occurs between camera 9 and marking 7 and / or 71, the angle of the line connecting the two marking elements respectively belonging to a marking 7, 71 in the image plane changes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können folgende Parameter für die Messeinrichtung verwendet werden:According to one embodiment, the following parameters can be used for the measuring device:
Der Arbeitsabstand, beziehungsweise die Länge des optischen Pfades zwischen Sensor und Markierung wird innerhalb einer Distanz von etwa 40 Metern gewählt. Die Messzeit beträgt 16, 6 Millisekunden entsprechend einer Bildwiederholrate von 60 Bildern pro Sekunde. Messbar sind die Grossen X- Auslenkung, Y-Auslenkung, Verdrehung, Abstand der Markierung, Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz bis typischerweise 20 Hertz. Mit einem einfachen Kamerasensor kann bereits eine Messgenauigkeit von 1/7000 der maximalen erfassbaren Auslenkung entlang der X-Achse (der Richtung entlang der längeren Seite des in Fig. 6 gezeigten Bildes) und 1/4000 der maximalen erfassbaren Auslenkung entlang der Y-Achse erzielt werden.The working distance, or the length of the optical path between sensor and marking is selected within a distance of about 40 meters. The measurement time is 16, 6 milliseconds corresponding to a refresh rate of 60 frames per second. Measurable are the large X-deflection, Y-deflection, rotation, distance of the marking, oscillation amplitude and oscillation frequency up to typically 20 Hertz. With a simple camera sensor, a measurement accuracy of 1/7000 of the maximum detectable displacement along the X-axis (the direction along the longer side of the image shown in Fig. 6) and 1/4000 of the maximum detectable displacement along the Y-axis can already be achieved become.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel, wie anhand eines Vergleichs der Positionen der beiden Markierungen eine ungleichmässige Deformation der Trägerstruktur, hier im Speziellen einer ungleichmässigen Durchbiegung des Flügels 5 ermittelt und quantifiziert werden kann. In Fig. 7 sind Diagramme der Auslenkung Δx des Flügels in Abhängigkeit vom Abstand D zur Nabe dargestellt. Die Markierung 7 ist an der Position dl und die Markierung 71 an der Position d2 angeordnet.FIG. 7 shows an example of how, based on a comparison of the positions of the two markings, an uneven deformation of the carrier structure, in particular a non-uniform deflection of the vane 5, can be determined and quantified. In Fig. 7 diagrams of the deflection .DELTA.x of the wing as a function of the distance D to the hub are shown. The marker 7 is located at the position dl and the marker 71 at the position d2.
Die durchgezogene Kurve zeigt beispielhaft eine normale, gleichmässige Durchbiegung eines intakten Flügels. Weist der Flügel einen Knick, oder beispielsweise auch einen Riss auf, der zur Schwächung der Struktur des Flügels führt, kommt es hinter der Riss- oder Knickstelle zu einer verstärkten Durchbiegung. Eine solche beispielhafte Durchbiegungskurve ist gestrichelt eingezeichnet. Entsprechend ist das Verhältnis der Auslenkungen Δx hier grösser. Wird anhand der Messdaten von derThe solid curve shows an example of a normal, uniform deflection of an intact wing. If the wing has a kink, or for example also a crack, which leads to the weakening of the structure of the wing, there is an increased deflection behind the crack or kink. Such an exemplary deflection curve is shown in dashed lines. Accordingly, the ratio of the deflections .DELTA.x is greater here. Is based on the measurement data from the
Recheneinrichtung festgestellt, dass eine solche anomale Durchbiegung dauerhaft vorliegt, beziehungsweise eine dauerhafte Abweichung von der Schar von Durchbiegungskurven eines intakten Flügels vorliegt, kann beispielsweise eine Abschaltung der Windkraft-Anlage oder das Anfahren eines sicheren Zustands eingeleitet werden. Dieser sichere Zustand kann beispielsweise durch Neutralstellung der Flügel erreicht werden, wobei der defekte Flügel nach unten weist .Computing found that such an abnormal deflection is permanently present, or a permanent deviation from the bevy of deflection curves of an intact wing is present, for example, a shutdown of the wind turbine or the start of a safe state can be initiated. This safe state can be achieved for example by neutral position of the wings, the defective wing facing down.
Durch die Anbringung von zwei Reflektorpaaren in der Tiefe des Flügels kann die Biegung in zwei Distanzen gemessen werden. Dadurch ist es möglich, zu prüfen ob der Flügel gleichmässig durchgebogen ist, oder ob eine Knickstelle vorliegt, weil die beiden Punkte nicht mehr auf der von der Struktur her bekannten Krümmungs kurve liegen. Es ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch möglich, zusätzlich oder alternativ zu einer Positionsbestimmung von Markierungselementen eine Markierung in Form eines Codes vorzusehen, in welchen Ortsinformation codiert ist. Dies bietet unter anderem den Vorteil, dass die Deformation einer Trägerstruktur immer anhand der abgebildeten und decodierten Information, die sich auf die Bildmitte oder einen beliebigen anderen Referenzpunkt in der Bildebene bezieht, bestimmt werden kann. Damit werden Messfehler, die durch Verzeichnungen des Objektivs entstehen können, ausgeschaltet.By attaching two reflector pairs in the depth of the wing, the bend can be measured in two distances. This makes it possible to check whether the wing is evenly bent, or whether there is a kink, because the two points are no longer on the curve known from the structure curve. It is also possible according to a further embodiment of the invention, in addition to or alternatively to a position determination of marking elements, to provide a marking in the form of a code in which location information is coded. This offers, inter alia, the advantage that the deformation of a carrier structure can always be determined on the basis of the imaged and decoded information relating to the image center or any other reference point in the image plane. This eliminates measurement errors that can be caused by distortion of the lens.
Demgemäß umfasst die Markierung einen Code, in welchem Ortsinformation der lokalen Position des Codes codiert ist, wobei die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, den Code zu decodieren und damit den Ort des Blickfelds der Kamera festzustellen.Accordingly, the tag comprises a code in which location information of the local position of the code is coded, wherein the calculating means is adapted to decode the code and thus to determine the location of the field of view of the camera.
Bei der anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Messeinrichtung kann eine Verschiebung der Markierungen in allen Richtungen in der Bildebene, mithin also in zwei Dimensionen quer zur Blickrichtung der Kamera erfasst und quantifiziert werden. Wird ein Code mit Ortsinformationen eingesetzt, ist es daher günstig, entsprechend einen zweidimensionalen Code zu wählen, in welchemIn the measuring device described with reference to FIGS. 1 to 7, a shift of the markings in all directions in the image plane, and therefore in two dimensions transversely to the viewing direction of the camera can be detected and quantified. If a code is used with location information, it is therefore advantageous to choose a corresponding two-dimensional code in which
Ortsinformation für die Orte entlang zweier nicht paralleler, vorzugsweise senkrechter Richtungen codiert ist.Location information for the locations along two non-parallel, preferably vertical directions is encoded.
Nachfolgend wird ein bevorzugter Code und dessen Anordnung als Markierung in oder an der Trägerstruktur näher beschrieben . Ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind wiederum in einem Volumen der Trägerstruktur eine Kamera 9 und ein oder mehrere Markierungen in Form von Labein mit dem Code angeordnet.Hereinafter, a preferred code and its arrangement as marking in or on the support structure will be described in more detail. As in the embodiments described above, a camera 9 and one or more markings in the form of labein with the code are again arranged in a volume of the support structure.
Das oder die Label sind nicht nur auf einer einzelnen planaren Fläche, sondern auf mindestens zwei zueinander im Winkel stehenden Flächen oder Flächenelementen, beispielsweise auch auf einer gekrümmten Oberfläche angeordnet .The label or labels are arranged not only on a single planar surface, but on at least two mutually angled surfaces or surface elements, for example on a curved surface.
Eine beispielhafte Anordnung mit schräg zueinander stehenden Flächen 76, 77, die mit einer Markierung in Form eines zweidimensionalen Codes versehen ist, zeigt Fig. 8An exemplary arrangement with obliquely facing surfaces 76, 77, which is provided with a mark in the form of a two-dimensional code, is shown in FIG. 8
Das Raster kann äquidistant oder projektionskorrigiert sein, so dass die Auflösung und damit Messgenauigkeit für die betrachteten Richtungen annähernd konstant ist.The grid can be equidistant or projection-corrected, so that the resolution and thus measurement accuracy for the directions considered is approximately constant.
Einen Code mit projektionskorrigiertem Raster zeigt Fig. 9. Die Rasterbreite der Matrix, beziehungsweise des Rasters des Codes auf der im wesentlichen senkrecht zur Blickrichtung 95 der Kamera 9 stehenden Fläche 76 hat einen Wert a, während die Rasterbreite des in einem Winkel α zur Blickrichtung 95 der Kamera 9 stehenden Fläche 77 in Blickrichtung um einen Wert a/sin (α) vergrössert ist.9 shows a code with a projection-corrected raster. The raster width of the matrix or the raster of the code on the surface 76, which is essentially perpendicular to the viewing direction 95 of the camera 9, has a value a, while the raster width of the code is at an angle α to the viewing direction 95 the camera 9 standing surface 77 in the viewing direction by a value a / sin (α) is increased.
Die einzelnen Rasterfelder 710 repräsentieren einzelne Bits des Codes. Um die Felder erkennen und den Code decodieren zu können, sind die Felder in Abhängigkeit des Bitwerts unterschiedlich kontrastierend ausgebildet. Beispielsweise können dunkle und helle, oder absorbierende und reflektierende Felder verwendet werden. Die Bitwerte sind in Fig. 9 durch unterschiedliche Füllungen der Rasterfelder repräsentiert. Beispielsweise können die schraffierten Felder logische Nullen und die nicht schraffierten Felder logische Einsen oder umgekehrt darstellen.The individual grids 710 represent individual bits of the code. In order to recognize the fields and to be able to decode the code, the fields are formed differently contrasting depending on the bit value. For example Dark and light, or absorbing and reflecting fields can be used. The bit values are represented in FIG. 9 by different fillings of the grid fields. For example, the hatched fields may represent logical zeros and the non-hatched fields may represent logical ones or vice versa.
Mit dem Code kann - im Gegensatz etwa zu einem einfachen Raster- ein absoluter Bezugspunkt gewährleistet werden. Es ist möglich, einen geeigneten Code endlos zu drucken oder anderweitig herzustellen, indem die Information in einer bestimmten Weise zweidimensional so verteilt ist, dass die globale Positionierung aus maximal 4 6x6 Rasterumgebungen vollständig berechnet werden kann. Ein derartiger zweidimensionaler Code, wie er für die Erfindung bevorzugt wird, ist aus der EP 1333402 Al bekannt .The code can - in contrast to a simple raster - ensure an absolute reference point. It is possible to endlessly print or otherwise produce a suitable code by distributing the information two-dimensionally in a particular manner so that the global positioning can be fully calculated from a maximum of 4 6x6 grid environments. Such a two-dimensional code as is preferred for the invention is known from EP 1333402 A1.
Die Anordnung des Codes auf mehreren Flächen oder Flächenelementen, die in unterschiedlicher Entfernung zur Kamera stehen, wie etwa die beispielhafte Anordnung der Flächen 76, 77 dient entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Anordnung dazu, eine Deformation auch entlang der Blickrichtung zu detektieren. Dazu werden Codeeinheiten auf mehreren, in unterschiedlichen Entfernungen angeordneten Flächenelementen decodiert und deren Ortsinformation ausgewertet. Kommt es zu einer Verschiebung in Längsrichtung, ändern sich auch die Ortsinformationen an bestimmten zugeordneten Bildteilen relativ zueinander. Anstelle verschiedene Bildteile auszuwerten, können auch mehrere Kameras eingesetzt werden, die unterschiedliche Flächenelemente erfassen. Ebenso wie in Fig. 5 können auch Codes an mehreren in Blickrichtung der Kamera hintereinander angeordneten Flächen aufgebracht werden, so dass mit mehreren Messpunkten nichtlineare Deformationen detektiert werden können, und/oder um die Messgenauigkeit zu erhöhen.The arrangement of the code on a plurality of surfaces or surface elements that are at different distances from the camera, such as the exemplary arrangement of the surfaces 76, 77 is used according to the arrangement shown in Fig. 5 to detect a deformation along the line of sight. For this purpose, code units are decoded on a plurality of area elements arranged at different distances and their location information is evaluated. If there is a shift in the longitudinal direction, the location information at certain assigned image parts also change relative to one another. Instead of evaluating different image parts, it is also possible to use a plurality of cameras which detect different surface elements. As well as in Fig. 5 can also Codes are applied to a plurality of faces arranged one behind the other in the viewing direction of the camera, so that nonlinear deformations can be detected with several measuring points, and / or to increase the measuring accuracy.
Eine mit einem solchen Code bedruckte Folie (oder eine ähnliche Struktur) wird nun auf das zu vermessende Objekt geklebt oder auf andere Weise befestigt. Durch die besondere Struktur der Informationsanordnung können Phase und Frequenz des lokalen Rasters bestimmt werden (ähnlich großen 2D- Barcodes, FFT oder Chainprocessing) . Hierbei kann ein codeintern eingesetztes Scramblingverfahren eine hohe lokale Konturdichte gewährleisten.A film (or similar structure) printed with such a code is now glued or otherwise secured to the object to be measured. Due to the special structure of the information arrangement phase and frequency of the local grid can be determined (similar to large 2D barcodes, FFT or chain processing). In this case, a code-internally used scrambling method can ensure a high local contour density.
Nach Finden' des Rasters durch die Bildverarbeitungsvorrichtung wird der Codeinhalt binarisiert und in eine Matrix eingetragen. Daraus kann dann die globale Position im (de facto unendlichen) Raster decodiert werden. Auch das Verfahren der Decodierung ist in der EP 1333402 Al beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.After Find 'of the raster by the image processing apparatus of the content code is binarized and entered into a matrix. From this, the global position can then be decoded in the (de facto infinite) grid. The method of decoding is also described in EP 1333402 A1, the content of which in this respect is also fully made the subject of the present application.
Wenn die Geometrie der Oberfläche vorbekannt ist, können definierten Punkten P^(x,y,z) des Rasters 3D- Koordinaten zugeordnet werden.If the geometry of the surface is already known, defined points P ^ (x, y, z) of the grid can be assigned 3D coordinates.
Man erhält ein präzise zugeordnete Tabelle der Form:One obtains a precisely assigned table of the form:
Pi(x,y,z) <--> Winkeli (α,ß,γ) Diese Tabelle kann dann in der Recheneinrichtung zur Berechnung der aktuellen Position, beziehungsweise der Deformation der Trägerstruktur abgelegt werden.P i (x, y, z) <-> angle i (α, β, γ) This table can then be stored in the computing device for calculating the current position, or the deformation of the support structure.
Die Winkel ergeben sich aus den der Zentralprojektion des Kamerabildes durch die Blende des Objektivs. Aus der Menge { P, Winkel} kann abschließend durch Matching unter Bestimmung der Parameter einer Hauptachsentransformation die Verschiebung des gelabelten Objekts bezüglich einer Referenzpositpon ausgegeben werden. Meßbar sind derThe angles result from the central projection of the camera image through the aperture of the lens. Finally, from the set {P, angle}, the displacement of the labeled object relative to a reference position can be output by matching by determining the parameters of a main axis transformation. Measurable are the
Verschiebungsvektor (XO, YO, ZO) sowie die Drehung in drei Winkeln (αθ,ßθ,γθ) .Displacement vector (XO, YO, ZO) and the rotation in three angles (αθ, ßθ, γθ).
Wenn die Referenzposition nicht bekannt ist, etwa wenn die exakte Form auf die das Raster aufgeklebt wurde, oder die Entfernung des Codes zur Kamera nicht bestimmt ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wie folgt verfahren werden :If the reference position is not known, for example if the exact shape to which the grid has been stuck, or the distance of the code to the camera is not determined, the following can be carried out according to an embodiment of the invention:
1. mit einem Lasergitterprojektor (z.B. einem Laser mit diffraktivem Element) wird von einer bekannten Position aus (z.B. auf dem Gehäuse gestiftet ) auf das Raster eine Punktwolke bzw. ein zweites Gitter projiziert. Hierzu kann zweckmäßig eine Komplementärfarbe verwendet werden, z.B. wird das Raster rot gedruckt, der Laser erzeugt seine Struktur ohne Kontrastfehler. Für die Inspektion kann dann der blaue Spektralbereich benutzt werden. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass hierzu noch viele weitere Möglichkeiten existieren.1. With a laser grating projector (e.g., a diffractive element laser), a point cloud or second grating is projected onto the screen from a known position (e.g., donated on the housing). For this purpose, it is expedient to use a complementary color, e.g. If the grid is printed in red, the laser creates its structure without contrast errors. The blue spectral range can then be used for the inspection. It will be apparent to those skilled in the art that there are many more possibilities for this.
2. Die Laserstruktur wird vermessen, die Passpunkte werden zugeordnet. Durch einfache Triangulation (der Abstand Laserblende zur Objektivblende ist bekannt, die Winkel sind bekannt) werden kalibrierte 3D Koordinaten auf dem Raster ermittelt.2. The laser structure is measured, the control points are assigned. By simple triangulation (the distance Laser aperture to the lens aperture is known, the angles are known) calibrated 3D coordinates are determined on the grid.
3. Abschließend wird das Set der so gemessenen 3D- Punkte dem Referenzraster zugeordnet, man erhält einen Set von 3D-Referenzpunkten auf dem Raster. Der Laser kann dann entfernt werden.3. Finally, the set of 3D points thus measured is assigned to the reference grid, and a set of 3D reference points is obtained on the grid. The laser can then be removed.
Wird ein nicht projektionskorrigierter Code verwendet, kann eine Kalibrierung sowohl der Entfernung, als auch bezüglich der Lage der Fläche auch anhand eines Vergleichs der bekannten Rasterbreite mit der in der Kamera erfassten Rasterbreite vorgenommen werden.If a non-projection-corrected code is used, a calibration of both the distance, as well as the position of the surface can also be made on the basis of a comparison of the known grid width with the grid width detected in the camera.
Nachfolgend wird der bevorzugte Code näher beschrieben. Der zweidimensionale Code hat die Eigenschaften: -der Code umfasst ein der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code und einen positionsabhängigen Code enthält, wobei die Positionsdaten in Codeeinheiten fester Grosse codiert sind. Dabei ist der Synchronisations-Code variabel und geometrisch gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt. Der Synchronisationscode ermöglicht ausserdem mittels zweier variabler Komponenten die Synchronisation in X- und Y-Richtung. Im Speziellen ist derThe preferred code will be described in more detail below. The two-dimensional code has the following characteristics: the code comprises a synchronization code serving synchronization and a position-dependent code, the position data being encoded in code units of fixed size. The synchronization code is variable and geometrically evenly distributed on the surface. The synchronization code also allows the synchronization in the X and Y directions by means of two variable components. In particular, the
Synchronisationscode dergestalt variabel, dass er selber positionsabhängige Daten, vorzugsweise das oder die Least- Significiant-Bits der codierten Positionsdaten enthält. Möglich ist auch, das nur langsam veränderliche Most- Significant Bit einzusetzen. Um die Synchronisation besonders zuverlässig zu machen, kann der Synchronisations- Code mit zumindest der doppelten Ortsfrequenz im Vergleich zum positionsabhängigen Code vorliegen. Um besonders kleine Code-Einheiten zu erhalten, ist es dann auch noch möglich, die Ortsinformation nicht vollständig in einer Codeeinheit zu codieren. Die vollständige Ortsinformation kann dann durch Erfassung eines Felds höchstens der sechsfachen Grosse einer Codeeinheit, vorzugsweise höchstens der vierfachen Grosse einer Codeeinheit durchgeführt werden. Dabei können die Daten so aufgeteilt werden, dass fehlende Bits eines Positionsdatums aus benachbarten Code-Einheiten ergänzt werden.Synchronization code variable such that it contains even position-dependent data, preferably the one or more least significant bits of the coded position data. It is also possible to use the only slowly changing must-significant bit. In order to make the synchronization particularly reliable, the synchronization code can be compared with at least twice the spatial frequency to the position-dependent code. In order to obtain particularly small code units, it is then also possible not to completely encode the location information in a code unit. The complete location information can then be performed by detecting a field at most six times the size of a code unit, preferably at most four times the size of a code unit. In this case, the data can be divided so that missing bits of a position data from adjacent code units are added.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf den, beziehungsweise die Flügel einer Windkraftanlage. Die Erfindung kann auch in entsprechender Weise für Flugzeugtragflächen eingesetzt werden. Hier bietet es sich dann an, nicht den Anstellwinkel der Tragfläche in Abhängigkeit der Verformung zu ändern, sofern die Tragflächen wie im allgemeinen üblich, starr sind. Möglich ist aber hier, den Auftrieb mittels einer oder mehrerer Ruder und Klappen, wie etwa der Querruder und Spoiler oder Flaps zu regulieren.The above embodiments relate to the, or the wings of a wind turbine. The invention can also be used in a corresponding manner for aircraft wings. Here then it makes sense not to change the angle of attack of the wing depending on the deformation, as long as the wings are as usual in general, rigid. However, it is possible here to regulate the buoyancy by means of one or more rudders and flaps, such as the ailerons and spoilers or flaps.
Da die Deformation des Flügels typischerweise einer Lageänderung des Flugzeugs vorausgeht, kann durch eine Regelungseinrichtung, welche die Klappen und/older Ruder anhand der Messung der Durchbiegung und/oder Verwindung der Tragfläche steuert, unter anderem die Fluglage stabilisiert werden.Since the deformation of the wing is typically preceded by a change in attitude of the aircraft, among other things, the attitude can be stabilized by a control device which controls the flaps and / or rudders by means of the measurement of the deflection and / or twisting of the wing.
Auch im Flugzeugrumpf kann vorteilhaft eine erfindungsgemäße Messeinrichtung vorgesehen werden, um hier Belastungen der Trägerstruktur erkennen zu können. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere kann die Erfindung auch auf andere Trägerstrukturen und elastisch verformbare Objekte angewendet werden. A measuring device according to the invention can also advantageously be provided in the aircraft fuselage in order to be able to detect loads on the carrier structure here. It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the embodiments described above, but can be varied in many ways. In particular, the invention can also be applied to other support structures and elastically deformable objects.
Bezugs zeichenliste :Reference sign list:
1 Windkraftanlagen-Rotor1 wind turbine rotor
3 Nabe von 13 hub of 1
5 Flügel von 15 wings of 1
7, 71 Markierung7, 71 marking
9 Kamera9 camera
11 Objektiv von 911 lens of 9
51 Oberschale von 551 upper shell of 5
52 Unterschale von 552 lower shell of 5
54 Holm54 Holm
55, 57 Zwischenräume zwischen 51, 5255, 57 spaces between 51, 52
56 schachtförmiger Hohlraum in 5456 shaft-shaped cavity in 54
76, 77 Mit einem zweidimensonalen Code versehene Flächen76, 77 Areas provided with a two-dimensional code
91 Gehäuse von 991 case of 9
92 Leuchtdioden92 LEDs
95 Blickrichtung von 995 Viewing direction of 9
701 , 702,701, 702,
704 , 705 Markierungselernente704, 705 Marking Elements
710 Rasterfeld 710 grid

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Einrichtung zur Messung von Verformungen eines elastisch verformbaren Objekts, vorzugsweise einer langgestreckten Trägerstruktur, umfassend zumindest eine optisch erfassbare Markierung an einer ersten Längsposition entlang des elastisch verformbaren Objekts, sowie zumindest eine elektronische Kamera mit einem Objektiv und einem Matrix-Sensor, wobei das Objektiv der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung auf den Matrix-Sensor abgebildet ist und die- Kamera auf die Markierung blickt, wobei die Einrichtung zur Messung von Verformungen weiterhin eine Bildverarbeitungsvorrichtung umfasst, welcher die Bilddaten der Kamera zugeführt werden, und wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist, anhand einer Bilderkennung die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds zu ermitteln, wobei die Einrichtung zur Messung von Verformungen außerdem eine Recheneinrichtung umfasst, welche eingerichtet ist, eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert zu ermitteln und zu quantifizieren, wobei die Markierung einen Code umfasst, in welchem eine Ortsinformation der Position des Codes codiert ist, wobei die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, den Code zu decodieren und damit den Ort des Blickfelds der Kamera festzustellen.1. A device for measuring deformations of an elastically deformable object, preferably an elongated support structure comprising at least one optically detectable mark at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with a lens and a matrix sensor, wherein the lens the camera is directed to the at least one optically detectable marker such that the marker is imaged onto the matrix sensor and the camera faces the marker, the deformation measuring device further comprising an image processing device which captures the image data of the camera and wherein the image processing device is set up to determine the position of the marking within the image field on the basis of an image recognition, wherein the device for measuring deformations additionally comprises a computing device that is set up, a deviation determining and quantifying the position of the mark of at least one target value, the mark comprising a code in which location information of the position of the code is coded, the calculating means being arranged to decode the code and thus the location of the field of view of the code Determine the camera.
2. Einrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Kamera an einer von der ersten Längsposition in Längsrichtung beabstandeten zweiten Längsposition angeordnet ist.2. Device according to the preceding claim, wherein the camera at a second longitudinal position spaced from the first longitudinal position in the longitudinal direction is arranged.
3. Einrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung innerhalb eines Hohlraumes des elastisch verformbaren Objekts angeordnet ist und mittels einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the marking is arranged within a cavity of the elastically deformable object and is illuminated by means of a lighting device.
4. Einrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest zwei entlang der4. Device according to one of the preceding claims, characterized by at least two along the
Längsrichtung in unterschiedlichem Abstand von der Kamera beabstandete Markierungen, wobei die- Recheneinrichtung eingerichtet ist, anhand eines Vergleichs der Positionen der beiden Markierungen eine Längenänderung oder eine ungleichmässige Deformation des elastisch verformbaren Objekts zu ermitteln und zu quantifizieren.Marked longitudinally at different distances from the camera markings, wherein the computing device is set up to determine and quantify a change in length or an uneven deformation of the elastically deformable object based on a comparison of the positions of the two markings.
5. Einrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Code einen zweidimensionalen Code umfasst, in welchem Ortsinformation für die Orte entlang zweier nicht paralleler, vorzugsweise senkrechter Richtungen codiert ist.5. Device according to the preceding claim, characterized in that the code comprises a two-dimensional code in which location information for the locations is coded along two non-parallel, preferably vertical directions.
6. Einrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Code zumindest eine, vorzugsweise alle der folgenden Eigenschaften aufweist: -der Code umfasst ein Muster, welches ein der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code und einen positionsabhängigen Code enthält,6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the code comprises at least one, preferably all of the following characteristics: the code comprises a pattern which contains a synchronization synchronization code and a position-dependent code,
-Positionsdaten sind in Codeeinheiten fester Grosse codiert, - der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, wobei dieser Synchronisations-Code variabel ist, nach einer vorbekannten Bildungsvorschrift gebildet wird und geometrisch gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt ist,Position data are encoded in units of fixed size, the code comprises a pattern which comprises a synchronization code used for synchronization, this synchronization code being variable, being formed according to a previously known formation instruction and being distributed geometrically uniformly on the surface,
- der Code umfasst ein Muster, welches ein der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, welcher zwei variable Komponenten umfasst, welche jeweils zur Synchronisation entlang zweier nicht paralleler Richtungen auf der Oberfläche dienen,the code comprises a pattern comprising a synchronization synchronization code comprising two variable components each for synchronization along two non-parallel directions on the surface,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, welcher selbst positionsabhängige Daten, vorzugsweise das oder die Least-Significiant-Bits der codierten Positionsdaten enthält,the code comprises a pattern which comprises a synchronization synchronization code which itself contains position-dependent data, preferably the least significant bit (s) of the coded position data,
- der Code umfasst ein Muster, welches einen der Synchronisation dienenden Synchronisations-Code umfasst, wobei der Synchronisations-Code geometrisch gleichmässig über das Muster hinweg verteilt ist, - der Code umfasst ein Muster, welches einen derthe code comprises a pattern comprising a synchronization synchronization code, the synchronization code being distributed uniformly geometrically across the pattern, the code comprising a pattern comprising one of
Synchronisation dienenden Synchronisations-Code, welcher mit zumindest der doppelten Ortsfrequenz im Vergleich zu dem positionsabhängigen Code vorliegt,Synchronization serving synchronization code, which is present at least twice the spatial frequency compared to the position-dependent code,
- Positionsdaten sind in Codeeinheiten fester Grosse codiert, wobei die Ortsinformation nicht vollständig in einer Codeeinheit vorhanden ist, wobei ein vollständige Decodierung der Ortsinformation durch Erfassung eines Felds höchstens der sechsfachen Grosse einer Codeeinheit, vorzugsweise höchstens der vierfachen Grosse einer Codeeinheit möglich ist. - Position data are encoded in units of fixed size, the location information is not completely present in a code unit, with a complete decoding of the location information by detecting a field at most six times the size of a code unit, preferably at most four times the size of a code unit is possible.
7. Einrichtung gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Code zumindest teilweise auf einer schräg zur Betrachtungsrichtung angeordneten Fläche angeordnet ist, wobei die Markierung mit dem Code so angeordnet ist, dass von der Kamera oder von mehreren Kameras gleichzeitig in verschiedenen Entfernungen entlang einer Richtung des elastisch verformbaren Objekts angeordnete Code-Elemente, in welchen Ortsinformation codiert ist, erfasst werden.7. Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the code is arranged at least partially on a surface arranged obliquely to the viewing direction, wherein the mark is arranged with the code so that from the camera or from several cameras simultaneously at different distances along a direction of the elastically deformable object arranged code elements in which location information is encoded, are detected.
8. Einrichtung gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinrichtung eine Zuordnungstabelle von Koordinaten, vorzugsweise dreidimensionalen Koordinaten zu Ortsinformationen des Codes abgelegt ist.8. Device according to one of the three preceding claims, characterized in that in the computing device, an assignment table of coordinates, preferably three-dimensional coordinates is stored to location information of the code.
9. Einrichtung gemäß einem der vier vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, aus decodierten Positionsdaten eine Hauptachsentransformation zu errechnen, mit welcher die Markierung von der Referenzposition in die gemessene Position transformiert und anhand der9. Device according to one of the four preceding claims, characterized in that the computing device is adapted to calculate from decoded position data, a main axis transformation, with which the marker from the reference position transformed into the measured position and based on
Hauptachsentransformation die Positionsänderung gegenüber der Referenzposition zu ermitteln und quantifizieren.Main axis transformation to determine the position change relative to the reference position and quantify.
10. Einrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Laser zur Beleuchtung der Markierung, wobei der Laser parallel zur Betrachtungsrichtung der Kamera auf die Markierung ausgerichtet ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized by a laser for illuminating the marking, wherein the laser is aligned parallel to the viewing direction of the camera on the marking.
11. Einrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des optischen Pfades zwischen dem Matrix-Sensor und der Markierung zumindest 4 Meter, vorzugsweise zumindest 6 Meter beträgt.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the optical path between the matrix sensor and the marking is at least 4 meters, preferably at least 6 meters.
12. Regeleinrichtung mit einer Einrichtung zur Messung von Verformungen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung eine Stelleinrichtung mit zumindest einem Stellglied umfasst, mit welcher unter Ansprechen darauf, dass von der Recheneinrichtung eine Abweichung der Markierung von einer Sollposition quantifiziert wurde, der elastischen Verformung entgegengewirkt wird.12. A control device with a device for measuring deformations according to one of the preceding claims, wherein the control device comprises an actuating device with at least one actuator, with which in response to the fact that was calculated by the computing means a deviation of the mark from a desired position, the elastic deformation counteracted.
13. Aerodynamischer Flügel, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung von Verformungen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.13. aerodynamic wing, characterized by a device for measuring deformations according to one of the preceding claims.
14. Windkraftanlagen-Rotor mit einem aerodynamischen Flügel gemäß dem vorstehenden Anspruch.14. Wind turbine rotor with an aerodynamic wing according to the preceding claim.
15. Windkraftanlagen-Rotor gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera in der Rotornabe angeordnet ist.15. Wind turbine rotor according to the preceding claim, characterized in that the camera is arranged in the rotor hub.
16. Windkraftanlagen-Rotor gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Stellglied ein Stellglied zur Einstellung des Anstellwinkels umfasst, und wobei die16. Wind turbine rotor according to the preceding claim, characterized by a control device according to claim 13, wherein the actuator comprises an actuator for adjusting the angle of attack, and wherein the
Stelleinrichtung den Anstellwinkel des Rotorblatts ändert .Adjusting device the angle of attack of the rotor blade changes.
17. Verfahren zur Messung von Verformungen eines elastisch verformbaren Objekts, insbesondere einer elastischen, langgestreckten Trägerstruktur, wobei zumindest eine optisch erfassbare Markierung an einer ersten Längsposition entlang des elastisch verformbaren Objekts, sowie zumindest eine elektronische Kamera mit einem Objektiv und einem Matrix-Sensor verwendet wird, wobei das Objektiv der Kamera auf die zumindest eine optisch erfassbare Markierung gerichtet ist, derart, dass die Markierung auf den Matrix-Sensor abgebildet wird und die Kamera auf die Markierung blickt, wobei einer Bildverarbeitungsvorrichtung die Bilddaten der Kamera zugeführt werden, und wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eine Bilderkennung durchführt, so dass die Position der Markierung innerhalb des Bildfelds ermittelt wird, und wobei mittels einer Recheneinrichtung eine Abweichung der Position der Markierung von zumindest einem Sollwert ermittelt und anhand der Position der Markierung innerhalb des Bildfelds quantifiziert wird, wobei die Markierung einen Code umfasst, in welchem eine Ortsinformation der Position des Codes codiert ist, wobei die Recheneinrichtung den Code decodiert und damit den Ort des Blickfelds der Kamera auf dem Code ermittelt.17. A method for measuring deformations of an elastically deformable object, in particular an elastic, elongated support structure, wherein at least one optically detectable mark at a first longitudinal position along the elastically deformable object, and at least one electronic camera with an objective and a matrix sensor is used wherein the lens of the camera is directed to the at least one optically detectable marker, such that the marker is imaged onto the matrix sensor and the camera faces the marker, the image data being supplied to an image processing device of the camera, and wherein the image processing device performs an image recognition, so that the position of the marker within the image field is determined, and wherein by means of a computing device detects a deviation of the position of the marker of at least one target value and based on the position of the marker within the Bildfel ds, wherein the marker comprises a code in which location information of the position of the code is encoded, wherein the computing device decodes the code and thus determines the location of the field of view of the camera on the code.
18. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung eines aerodynamischen Flügels erfasst und quantifiziert wird und mittels zumindest eines Stellglieds in Abhängigkeit der Verformung der Anstellwinkel des Flügels oder dessen Auftrieb verändert wird.18. The method according to the preceding claim, characterized in that the deformation of an aerodynamic wing is detected and quantified and by means of at least one actuator depending on the deformation of the angle of attack of the wing or the Buoyancy is changed.
19. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Markierung mit zumindest zwei lateral zur Betrachtungsrichtung beabstandeten Markierungselementen verwendet wird, wobei anhand einer Rotation der Markieruήgselemente in der Bildebene eine Torsion der elastischen, langgestreckten Trägerstruktur ermittelt und quantifiziert wird.19. The method according to one of the two preceding claims, characterized in that a marking is used with at least two laterally spaced from the viewing direction marking elements, wherein based on a rotation of the Markieruήgselemente in the image plane, a torsion of the elastic, elongated support structure is determined and quantified.
20. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des optischen Pfades vom Matrix-Sensor zur Markierung durch eine Laufzeit-Messung eines Lichtstrahls oder anhand der Größe eines auf die Markierung projizierten Musters bestimmt wird.20. Method according to one of the three preceding claims, characterized in that the length of the optical path from the matrix sensor to the marking is determined by a transit time measurement of a light beam or by the size of a pattern projected onto the marking.
21. Verfahren gemäß einem der vier vorstehenden Ansprüche, bei welche eine Messung der Vibration des elastisch verformbaren Objekts durchgeführt wird, wobei eine Bildsequenz aufgenommen und anhand des aus den Einzelbildern bestimmten Verlaufs der Positionsänderung der Markierung zumindest einer der Parameter Amplitude und Frequenz der Vibration mittels der Recheneinrichtung bestimmt wird.21. Method according to one of the four preceding claims, in which a measurement of the vibration of the elastically deformable object is carried out, wherein an image sequence is recorded and determined on the basis of the individual images determined course of the change in position of the marking of at least one of the parameters amplitude and frequency of the vibration by means of Calculation device is determined.
22. Verfahren gemäß einem der fünf vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnnet , dass gemessene Bewegungsmuster durch die Recheneinrichtung mit abgespeicherten Bewegungsmustern verglichen werden. 22. The method according to any one of the five preceding claims, characterized gekennzeichn that measured movement patterns are compared by the computing device with stored movement patterns.
PCT/EP2010/000738 2009-02-06 2010-02-05 Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects WO2010089139A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10704096A EP2394136A1 (en) 2009-02-06 2010-02-05 Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
US13/148,202 US20120002038A1 (en) 2009-02-06 2010-02-05 Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009007938A DE102009007938A1 (en) 2009-02-06 2009-02-06 Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
DE102009007938.6 2009-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010089139A1 true WO2010089139A1 (en) 2010-08-12

Family

ID=42106054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/000738 WO2010089139A1 (en) 2009-02-06 2010-02-05 Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2394136A1 (en)
DE (1) DE102009007938A1 (en)
WO (1) WO2010089139A1 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011016868A1 (en) 2010-04-13 2011-10-13 Baumer Innotec Ag Deformations and vibration spectrum spectral characteristics change measuring device for e.g. aerodynamic wing of wind-power plant rotor, has deconstructing and/or changing device modifying/destroying image structure brightness distribution
DE102010023250A1 (en) 2010-06-09 2011-12-15 Baumer Innotec Ag Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
EP2453136A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-16 Baumer Innotec AG Alignment device for measuring devices in a wind turbine rotor
EP2458206A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-30 Baumer Innotec AG Device and method for measuring the deformation of a rotor blade under stress and error compensation
EP2511524A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-17 Baumer Innotec AG Method and device for monitoring a rotor blade for a wind energy plant
EP2511522A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-17 Baumer Innotec AG Blade angle control for a rotor blade of a wind turbine
US20130136594A1 (en) * 2011-06-03 2013-05-30 Wilic S.Ar.L. Wind turbine and control method for controlling the same
CN107701378A (en) * 2017-09-29 2018-02-16 上海电力设计院有限公司 A kind of wind-driven generator fault early warning method
DE102019113154A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-19 Schenck Rotec Gmbh Method and device for measuring strain on a body subject to centrifugal force
CN112352137A (en) * 2018-05-25 2021-02-09 艾美创有限公司 Motion encoder
US10920749B2 (en) 2016-12-21 2021-02-16 Vestas Wind Systems A/S Control system for a wind turbine
WO2021064243A1 (en) 2019-10-03 2021-04-08 Syddansk Universitet A method and a system for tracking motion of a blade
US11898535B2 (en) 2020-06-18 2024-02-13 Lm Wind Power A/S Wind turbine blade measurement system and a method of improving accuracy of a wind turbine blade measurement system

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458322A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-30 Baumer Innotec AG Device and method for measuring the deformation of a rotor blade under stress
US20110243730A1 (en) * 2010-12-14 2011-10-06 Eric David Eggleston Systems and methods for determining deflection of a wind turbine shaft
DE102010055500A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Baumer Innotec Ag Device for measuring deformation of rotor blade of wind turbine, has electronic camera with matrix detector and arrangement for multiple reflectors
DE102010056033A1 (en) * 2010-12-27 2012-06-28 Baumer Innotec Ag Device for measuring deformation of rotor blade under load, particularly rotor blade of wind turbine, has receiver arranged at rotor blade and transmitter or reflector is arranged on rotor blade at distance from receiver
EP2469223A1 (en) * 2010-12-27 2012-06-27 Baumer Innotec AG Device and method for measuring the deformation of a rotor blade under stress
DE102011011392B4 (en) 2011-02-17 2012-10-25 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Optical measuring device for the deformation of a rotor blade of a wind turbine
DE102011001268B4 (en) * 2011-03-15 2014-10-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. CAMERA ARRANGEMENT FOR MEASURING DEFORMATION OF A FAST ROTATING OBJECT AND ROTOR OR PROPELLER WITH SUCH A CAMERA ARRANGEMENT
DE102011014480B3 (en) * 2011-03-19 2012-06-14 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Sensor device for measuring aerodynamic loads of a rotor blade of a wind turbine
DE102011083749B4 (en) * 2011-09-29 2015-06-11 Aktiebolaget Skf Rotor blade of a wind turbine with a device for detecting a distance value and method for detecting a distance value
DE102011116551A1 (en) 2011-10-21 2013-04-25 Baumer Electric Ag Method for measuring deformation of rotor blade of wind-power plant, involves determining frequency range of mechanical natural oscillation of position detection device, and determining deformation of blade based on frequency range
DE102014213919A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Method and test arrangement for determining the deformation of a component
FR3075353B1 (en) 2017-12-14 2020-05-29 Safran Aircraft Engines NON-INTRUSIVE MEASUREMENT OF BLADE SETTING

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1333402A1 (en) 2002-02-04 2003-08-06 Baumer Optronic GmbH Redundant twodimensional code and decoding method
EP1361445A1 (en) 2001-01-22 2003-11-12 Sociedad Anonima De Instalaciones De Control Flexure air speed indicator and vane
WO2004038328A2 (en) 2002-10-25 2004-05-06 The University Of Bristol Positional measurement of a feature within an image and monitoring an aircraft structure
EP1742015A2 (en) * 2005-07-09 2007-01-10 Rolls-Royce plc Arrangement for in-situ component monitoring
DE102006002708A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-26 Siemens Ag Rotor of a wind turbine
US7377181B2 (en) 2006-03-10 2008-05-27 Northrop Grumman Corporation In-situ large area optical strain measurement using an encoded dot pattern
WO2008092461A2 (en) * 2007-04-30 2008-08-07 Lm Glasfiber A/S Measuring of geometrical parameters for a wind turbine blade

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652917A (en) * 1981-10-28 1987-03-24 Honeywell Inc. Remote attitude sensor using single camera and spiral patterns

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1361445A1 (en) 2001-01-22 2003-11-12 Sociedad Anonima De Instalaciones De Control Flexure air speed indicator and vane
EP1333402A1 (en) 2002-02-04 2003-08-06 Baumer Optronic GmbH Redundant twodimensional code and decoding method
WO2004038328A2 (en) 2002-10-25 2004-05-06 The University Of Bristol Positional measurement of a feature within an image and monitoring an aircraft structure
EP1742015A2 (en) * 2005-07-09 2007-01-10 Rolls-Royce plc Arrangement for in-situ component monitoring
EP1742015B1 (en) 2005-07-09 2007-08-08 Rolls-Royce plc Arrangement for in-situ component monitoring
DE102006002708A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-26 Siemens Ag Rotor of a wind turbine
US7377181B2 (en) 2006-03-10 2008-05-27 Northrop Grumman Corporation In-situ large area optical strain measurement using an encoded dot pattern
WO2008092461A2 (en) * 2007-04-30 2008-08-07 Lm Glasfiber A/S Measuring of geometrical parameters for a wind turbine blade

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011016868B4 (en) * 2010-04-13 2013-05-16 Baumer Innotec Ag Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
DE102011016868A1 (en) 2010-04-13 2011-10-13 Baumer Innotec Ag Deformations and vibration spectrum spectral characteristics change measuring device for e.g. aerodynamic wing of wind-power plant rotor, has deconstructing and/or changing device modifying/destroying image structure brightness distribution
DE102010023250A1 (en) 2010-06-09 2011-12-15 Baumer Innotec Ag Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
EP2453136A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-16 Baumer Innotec AG Alignment device for measuring devices in a wind turbine rotor
US8547558B2 (en) 2010-11-16 2013-10-01 Baumer Innotec Ag Aligning device for measuring means in a wind power rotor
EP2458206A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-30 Baumer Innotec AG Device and method for measuring the deformation of a rotor blade under stress and error compensation
EP2511524A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-17 Baumer Innotec AG Method and device for monitoring a rotor blade for a wind energy plant
EP2511522A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-17 Baumer Innotec AG Blade angle control for a rotor blade of a wind turbine
US20130136594A1 (en) * 2011-06-03 2013-05-30 Wilic S.Ar.L. Wind turbine and control method for controlling the same
US10920749B2 (en) 2016-12-21 2021-02-16 Vestas Wind Systems A/S Control system for a wind turbine
CN107701378A (en) * 2017-09-29 2018-02-16 上海电力设计院有限公司 A kind of wind-driven generator fault early warning method
CN112352137A (en) * 2018-05-25 2021-02-09 艾美创有限公司 Motion encoder
US11885650B2 (en) 2018-05-25 2024-01-30 Imetrum Ltd. Motion encoder
DE102019113154A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-19 Schenck Rotec Gmbh Method and device for measuring strain on a body subject to centrifugal force
WO2020233745A1 (en) 2019-05-17 2020-11-26 Schenck Rotec Gmbh Method and device for strain measurement on a body loaded with centrifugal force
WO2021064243A1 (en) 2019-10-03 2021-04-08 Syddansk Universitet A method and a system for tracking motion of a blade
US11898535B2 (en) 2020-06-18 2024-02-13 Lm Wind Power A/S Wind turbine blade measurement system and a method of improving accuracy of a wind turbine blade measurement system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009007938A1 (en) 2010-08-19
EP2394136A1 (en) 2011-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010089139A1 (en) Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
DE102011011392B4 (en) Optical measuring device for the deformation of a rotor blade of a wind turbine
EP2040026B1 (en) Method and system for calibrating an apparatus for measuring the shape of a reflective surface
DE102006031009B4 (en) Method and device for monitoring the status of structural components
AT506110B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETECTING BODY MEASURE DATA AND CONTOUR DATA
DE69826753T2 (en) Optical profile sensor
DE102011016868B4 (en) Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
EP2093537B1 (en) Process and device for the determination of the alignment of two rotatable machine parts
EP2449338B1 (en) Method and apparatus for the contactless determination of the thickness of a web of material, including correction of the alignment error
EP3417237B1 (en) Reference plate and method for calibrating and/or checking a deflectometry sensor system
DE102012220923A1 (en) Measurement of a fiber orientation of a carbon fiber material and production of a component in carbon fiber composite construction
DE102014014386A1 (en) Method and device for determining operating parameters of a wind turbine
WO2012025491A1 (en) Tilt sensor for a device and method for determining the tilt of a device
DE102012001446B4 (en) Arrangement and method for measuring the deformation of a shaft
EP2458206A1 (en) Device and method for measuring the deformation of a rotor blade under stress and error compensation
EP2715279B1 (en) Method and device for performing a wheel alignment check on a motor vehicle
DE10246147B4 (en) Multi-camera tracking system
DE202012010977U1 (en) Measurement of a fiber direction of a carbon fiber material and production of a carbon fiber composite object
DE102010023250A1 (en) Measuring device for measuring deformations of elastically deformable objects
EP3910314B1 (en) Method and device for analysing the interaction between a surface of a sample and a liquid
DE102010055500A1 (en) Device for measuring deformation of rotor blade of wind turbine, has electronic camera with matrix detector and arrangement for multiple reflectors
DE102010021367A1 (en) Optical angle measuring device for use in optical adjusting unit of optical angle detecting system for measuring angle between surface to be detected and reference plane, has lenticular film made of transparent material
DE102019008369B4 (en) Method for calibrating a distance measuring sensor of a vehicle
DE102013210736A1 (en) Device for determining the position of mechanical elements
DE102018220088A1 (en) Method and device for determining at least one spatial position and orientation of at least one measurement object

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10704096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010704096

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13148202

Country of ref document: US