Optische berührungslose Positionserfassung eines bewegten Deltamodells im Windkanal

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit habe ich ein optisches berührungsloses Positionsmesssystem, das auf dem Prinzip der Bildverarbeitung basiert für ein Projekt entwickelt, aufgebaut, in einem Windkanalversuch getestet und die aufgenommenen Daten ausgewertet. An einem Windkanalmodell, das mit Hilfe eines Motors und eines Getriebes in der Windkanalmitte rotiert, sollen die Strömungseigenschaften untersucht werden. Bei diesen Versuchen ist die instationäre Drehbewegung des Modells von besonderer Bedeutung. Dieses Modell dreht sich mit Hilfe eines Rollapparates [1] bis zu einer maximalen Winkelgeschwindigkeit von wf=3200°/s von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt um die Drehachse. Es ist notwendig, während der Aufzeichnung der gewonnenen Messdaten wie z.B. Strömungsgeschwindigkeit, die genaue Rollwinkelposition des Modells zu kennen, damit die Messdaten einer genauen Modellposition zugeordnet werden können. Das hier vorgestellte Messsystem erlaubt die genaue Rollwinkelposition des rotierenden Modells zu bestimmen. Das Messverfahren basiert darauf, dass das Objekt oder ein Teil der Modellkontur mittels eines optischen Systems auf Zeilenkameras abgebildet wird. Bei der Bewegung wird mit Hilfe von insgesamt vier Zeilenkameras der Verlauf einer Kante des Modells beobachtet und aufgezeichnet. Die Daten werden in einen Steuer- und Datenerfassungscomputer als ein Bild mit dem Format TIFF gespeichert, wobei die einzelnen Pixel eine Auflösung von 8 Bit besitzen. Das Objekt muss für diese Messmethode vor einem hellen diffusen Hintergrund betrachtet werden, um einen gleichmäßigen Helligkeitsverlauf auf den CCD-Sensoren zu erzielen. Die Auswertung der aufgenommenen Daten erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt. Hierbei werden Referenzbilder, die vorher bei bestimmten festen Winkeln aufgenommen wurden, mit den Daten, die während der Positionsmessung aufgezeichnet werden, verglichen. Aus dem Vergleich lässt sich die Rollwinkelposition mit einer Genauigkeit von kleiner als 1° bestimmen. Das Ergebnis der Auswertung wird in einer Datei gespeichert, in der der Rollwinkel über der Zeit aufgezeichnet ist.