用于对运动的构件进行光学监测的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对运动的构件进行光学监测的设备(1)，该设备具有至少一个第一相机(11)，该第一相机的图像捕获范围(110)能够被跟踪装置(2)影响，并且该第一相机被适配成用于拍摄要监测的构件(3)的至少一部分的至少一个图像，其中该设备还具有至少一个第二相机(12)，该第二相机被适配成用于捕获要监测的该构件的至少一个图像，并且该设备(1)还具有控制或调节装置(5)，该第二相机(12)的图像数据能够被供应给该控制或调节装置，并且能够用该控制或调节装置产生控制或调节信号并且该控制或调节信号能够被供应给该跟踪装置(2)。

Equipment and method for optical monitoring of moving components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对运动的构件进行光学监测的设备和方法
本专利技术涉及一种用于对运动的构件进行光学监测的设备，该设备具有至少一个第一相机，该第一相机的图像捕获范围能够被跟踪装置影响，并且该第一相机被适配成用于拍摄要监测的构件的至少一部分的至少一个图像。本专利技术还涉及一种用于用至少一个第一相机对运动的构件进行光学监测的方法，能够用跟踪装置来影响该第一相机的图像捕获范围，并且该第一相机拍摄要监测的构件的至少一部分的至少一个图像。这种类型的设备和方法例如可以用于监测风力发电设施的转子叶片或工业设施中的其他受高载荷的构件。
技术介绍
从US2017/0011503A1已知的是，在连续运行中用红外相机来检查风力发电设施的转子叶片。为此，红外相机安装在枢转-倾斜平台上，通过由函数发生器产生的控制信号使该枢转-倾斜平台运动。枢转-倾斜平台因此实施经固定编程的运动过程。这个经固定编程的运动过程与转子叶片的经过同步，使得可以暂时地拍摄处于连续运行的转子叶片。然而，这个已知的设备具有始终只能暂时地以所需的准确性进行跟踪的缺点。必须针对各个在转子叶片上要捕获的位置重新由操作人员对系统进行对准。当风力发电设施适配于风向变化或转动速度由于风速变化而改变时，同样必须高耗费地由操作员对跟踪进行适配。此外从实践中已知的是，在停机时以照相的方式来捕获风力发电设施的转子叶片。在此可以应用升降平台、吊车、无人机或由绳索辅助的访问技术设备。然而所有这些方法均具有以下缺点：风力发电设施的停止产生产能损失，这对风力发电设施的经济性有不利影响。此外，在停机时在缺少载荷的情况下可能形成与在连续运行中不同的损伤，因此损伤可能没有被发现。
技术实现思路
因此从现有技术出发，本专利技术所基于的目的在于，给出用于对运动的构件进行光学监测的一种设备和一种方法，这种设备和这种方法一方面具有高的准确性并且另一方面避免不期望的停机时间。根据本专利技术，该目的通过根据权利要求1所述的设备、根据权利要求10所述的用途、以及根据权利要求11所述的方法来实现。本专利技术的有利改进方案在从属权利要求中展示。根据本专利技术，提出一种用于对运动的构件进行光学监测的设备。要监测的构件例如可以是机器元件、机动车辆或飞行器的一部分、或风力发电设施的一部分。设备的使用并不限制于监测运动的构件，然而设备可以为此有利地使用。运动的构件可以处于常规的运行状态中。例如，风力发电设施可以处于运行中，其中其转子旋转。要监测的构件在此情况下可以是转子叶片或整个转子中心体。飞行器可以飞过根据本专利技术的设备，例如在着陆进场时。要监测的构件在此情况下可以是机翼、机身结构或发动机舱。因为根据本专利技术的设备和根据本专利技术的方法可以实现对处于运动中的这种构件进行光学监测，因此避免了要监测的构件或装配有这些构件的机器或仪器的不期望的停机时间。在本专利技术的意义上，“监测”被理解为永久地监控构件，然而还被理解为偶尔或仅一次性地记录运动的构件。光学监测可以用至少一个第一相机来进行。该至少一个第一相机可以形成要监测的构件的至少一个图像或者还可以完成多个图像。可以对这些图像进行评估，以识别要监测的构件的机械损伤。在本说明书的意义上，光学监测并不限制于可见光谱范围内。而是，还将在红外光谱范围内或紫外光谱范围内或以千兆赫兹波或太赫兹波进行的照相照片视为本专利技术意义上的用于进行光学监测的图像。技术限制仅出自用于对应光谱范围的第一相机的可用性，尤其因此出自对应图像传感器或胶卷和透镜的可用性。根据本专利技术提出，给该至少一个第一相机配备跟踪装置，该跟踪装置可以影响该第一相机的图像捕获范围。因此，第一相机可以跟踪要监测的构件的运动。因此图像捕获范围保持如此长久地与要监测的构件或要监测的构件的要监测的子面对准，直至产生用于鉴定构件所需的图像。在要监测的构件面积较大的情况下，为了进行光学监测可以将要监测的该构件划分成多个子面，对这些子面各自形成至少一个图像。为此，可以借助于跟踪装置如下地影响第一相机的图像捕获范围，从而依次捕获多个子面，其中各自形成至少一个图像。以此方式，面积较大的运动的构件(例如风力发电设施的转子中心体)可以在连续运行中经受光学监测。以此方式获得的图像随后可以自动化或由操作人员来评估，以识别例如由于物体的撞击或冲撞而造成的机械损伤，并且可以以此方式实现对机械结构的监测。由此还可以确定预期的使用寿命和/或预测即将来临的失效。这允许避免间接损失和/或避免不必要的预防性维护和/或预先识别损伤，可以在大范围失效前预先解决这些损伤。根据本专利技术还提出，此外该设备由至少一个第二相机来补充，该第二相机被适配成用于捕获要监测的该构件的至少一个图像。第二相机可以是固定地布置的，即，第二相机不与跟踪装置相连接。此外在本专利技术的一些实施方式中，第二相机可以具有比第一相机更大的视角。因此，第二相机例如具有广角镜头，而第一相机具有长焦镜头。第一相机因此以更高的准确性或更高的分辨率捕获要监测的构件的局部，而第二相机要么捕获更大的局部、要么还捕获整个要监测的构件。在本专利技术的一些实施方式中，第一相机和第二相机为数码相机，即，这些相机具有用于捕获图像的半导体传感器。半导体传感器例如可以包含CMOS传感器、CCD传感器、图像增强管或类似的、自身已知的元件。因此，在第一相机的输出端和第二相机的输出端提供有模拟数据流或数字数据流，该模拟数据流或数字数据流代表所捕获的图像。第二相机的图像数据被供应给至少一个控制或调节装置。该控制或调节装置在运行中产生用于跟踪装置的操控信号。跟踪装置因此遵循操控信号，使得第一相机的图像捕获范围始终与要监测的构件或具体要检查的子面对准。操控信号可以由跟踪装置基于识别到的运动或相机的实际位置与在图像中识别到的理论位置的偏差进行反应。在本专利技术的一些实施方式中，控制或调节装置包含至少一个用于对要监测的构件进行运动预测的装置。用于进行运动预测的装置从第二相机的图像数据提取出要监测的构件，并且计算出这个构件或构件表面的期望子面的将来的位置。为此，可以使用过去的数据(即，要监测的构件的过去已实施并且检测到的运动)推导到不久的将来。在本专利技术其他的实施方式中，用于进行运动预测的装置可以具有任选的存储器，该存储器被适配成用于接收运动的强制条件。例如可以针对具体的要监测的构件存储这些构件在一圆形轨迹上运动。考虑到这个强制条件，用于进行运动预测的装置因此仅须捕获转速或角速度以及轴线的空间取向，以产生确切的运动预测。在要监测的构件中，例如在正在飞行的飞行器(这些飞行器原则上可以在三维空间中自由运动)中，可以存储其他的、更自由的强制条件，例如针对航线和速度的滤波器或这些值的第一导数的最大值。用于在使用相机成像的情况下在三维空间中对物体进行运动预测的方法和设备对于本领域技术人员来说原则上是熟悉的。本专利技术并不传授对特定算法或特定预测模型的使用作为解决方案原则。进行运动预测的数据随后被控制或调节装置用于产生用于跟踪装置的操控信号。在本专利技术的一些实施方式中，该控制或调节装置此外可以具有用于接收测量程序的存储器。在这个存储器中可以存储运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对运动的构件进行光学监测的设备(1)，该设备具有至少一个第一相机(11)，该第一相机的图像捕获范围(110)能够被跟踪装置(2)影响，并且该第一相机被适配成用于拍摄要监测的构件(3)的至少一部分的至少一个图像，其特征在于，/n该设备还具有至少一个第二相机(12)，该第二相机被适配成用于捕获要监测的该构件的至少一个图像，并且/n该设备(1)还具有控制或调节装置(5)，该第二相机(12)的图像数据能够被供应给该控制或调节装置，并且能够用该控制或调节装置产生控制或调节信号并且该控制或调节信号能够被供应给该跟踪装置(2)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 DE 102017219153.81.一种用于对运动的构件进行光学监测的设备(1)，该设备具有至少一个第一相机(11)，该第一相机的图像捕获范围(110)能够被跟踪装置(2)影响，并且该第一相机被适配成用于拍摄要监测的构件(3)的至少一部分的至少一个图像，其特征在于，
该设备还具有至少一个第二相机(12)，该第二相机被适配成用于捕获要监测的该构件的至少一个图像，并且
该设备(1)还具有控制或调节装置(5)，该第二相机(12)的图像数据能够被供应给该控制或调节装置，并且能够用该控制或调节装置产生控制或调节信号并且该控制或调节信号能够被供应给该跟踪装置(2)。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该第一相机(11)具有比该第二相机(12)更小的视角。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该第二相机是固定地布置的。


4.根据权利要求1至3所述的设备，还包含至少一个激光器(4)，能够用该跟踪装置(2)影响该激光器的辐射方向。


5.根据权利要求4所述的设备，还包含至少一个第三相机，该第三相机被适配成用于捕获该激光器(4)在要监测的该构件(3)上的光斑(40)并且将该光斑供应给该控制或调节装置(5)。


6.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，此外，该第一相机(11)能够围绕其光轴(115)旋转。


7.根据权利要求1至5之一所述的设备，其特征在于，该第一相机(11)的图像传感器能够围绕该第一相机(11)的光轴(115)旋转。


8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，该控制或调节装置(5)具有用于对要监测的该构件(3)进行运动预测的装置。


9.根据权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，该跟踪装置(2)包含枢转-倾斜平台(21)，至少该第一相机(11)安装在该枢转-倾斜平台上；或者
该跟踪装置包含至少一个可移动的反射镜(22)，该反射镜使...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚·考夫曼，克莱门斯·舍勒克洛克林，霍尔格·纳沃罗基，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，纳沃罗基阿尔宾股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE