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