本发明涉及一种无人驾驶的飞行设备和用于在目标处执行测量的方法，所述飞行设备用于在目标处执行电阻测量、电流测量和/或电压测量、尤其在风能设备上执行防雷测量，所述飞行设备具有接触元件和能导电的测量线缆，所述接触元件具有能导电的接触面，所述接触元件能够与目标的表面、尤其与风能设备的转子叶片的、机器壳体的或者塔的防雷接收器接触，所述测量线缆能够通过第一端部与接触面导电连接并且通过第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或者目标的接地接触部连接。
1.一种无人驾驶的飞行设备(1)，所述飞行设备用于在目标处执行电阻测量、电流测量和/或电压测量，所述飞行设备具有接触元件(110)和能导电的测量线缆(170)，所述接触元件具有能导电的接触面(111)，所述接触元件能够与所述目标的表面接触，所述测量线缆能够通过第一端部与所述接触面(111)导电连接并且通过第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备(4)或者所述目标的接地接触部连接。
其特征在于，所述飞行设备(1)用于在风能设备(2)处执行防雷测量。
其特征在于，所述接触元件(110)能够与风能设备(2)的转子叶片(230)的、机器壳体(220)的或者塔(210)的防雷接收器接触。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的飞行设备(1)，其特征在于，所述飞行设备(1)还包括与所述测量线缆(170)的所述第二端部连接的电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备(4)。
其特征在于，在所述飞行设备(1)上设置有图像检测装置(160)。
其特征在于，所述图像检测装置(160)是数字照相机或者CCD照相机。
其特征在于，所述图像检测装置(160)设置和构成为，使得所述图像检测装置检测所述接触元件(110)并且检测其紧邻的周围环境。
其特征在于，所述图像检测装置(160)设置和构成为，使得所述图像检测装置检测所述接触面(111)和所述目标之间的区域。
其特征在于，所述飞行设备(1)的至少一个飞行驱动器与电导体的第一端部连接并且所述电导体的第二端部与电流接口连接。
其特征在于，所述测量线缆(170)的第一端部与所述接触面(111)的连接和/或所述测量线缆(170)的第二端部与所述电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备(4)或者所述目标的所述接地接触部的连接和/或所述电导体的第一端部与至少一个所述飞行驱动器的连接和/或所述电导体的第二端部与所述电流接口的连接以能脱离的方式构成。
其特征在于，所述测量线缆(170)的第一端部与所述接触面的连接和/或所述测量线缆(170)的第二端部与所述电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备(4)或者所述目标的所述接地接触部的连接和/或所述电导体的第一端部与至少一个所述飞行驱动器的连接和/或所述电导体的第二端部与所述电流接口的连接构成为，使得当超出预定的对所述测量线缆(170)和/或所述电导体作用的拉力时将上述连接脱离。
其特征在于，在所述接触面(111)上设置有铜毛(112)。
其特征在于，所述接触面(111)基本上竖直地定向和/或凹状地构成。
其特征在于，所述接触元件(110)经由基本上棒形地构成的连接元件(120)与所述飞行设备(1)连接，其中所述连接元件(120)基本上水平地定向。
其特征在于，所述测量线缆(170)在所述连接元件(120)中引导。
其特征在于，所述接触面(111)和/或所述接触元件(110)以装弹簧的方式、能移动地和/或能脱离地固定在所述飞行设备(1)上和/或所述连接元件(120)上。
其特征在于，所述连接元件(120)以装弹簧的方式、能移动地和/或能脱离地固定在所述飞行设备(1)上。
其特征在于，所述图像检测装置(160)设置和构成为，使得所述图像检测装置在基本上沿着朝向所述连接元件(120)的方向或者平行于该方向的观察方向(160)上检测所述接触元件(110)。
19.一种用于在目标处执行电阻测量、电流测量和/或电压测量的方法，所述方法包括：-提供根据权利要求1-18中任一项所述的无人驾驶的飞行设备(1)；
-将测量线缆(170)的第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备(4)或者所述目标的接地接触部连接；
-通过所述飞行设备(1)的受控的飞行移动将所述目标的表面与所述接触元件(110)的所述接触面接触；
-在预定的测量持续时间期间，通过所述飞行设备(1)的悬浮飞行保持所述接触元件(110)的所述接触面(111)和所述目标的所述表面之间的接触；
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法用于在风能设备(2)处执行防雷测量。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法包括通过所述飞行设备(1)的受控的飞行移动将风能设备(2)的转子叶片(230)的、机器壳体(220)的或者塔(210)的防雷接收器与所述接触元件(110)的所述接触面接触。
无人驾驶的飞行设备和用于在目标处执行测量的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其是在风能设备处执行防雷测量的无人驾驶的飞行设备。本发明还涉及一种用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其是在风能设备处执行防雷测量的方法。
背景技术
[0002] 风能设备通常包括塔、可旋转地安装在塔上的机器壳体、设置在机器壳体中的传动线路和驱动该传动线路的转子，其中所述转子具有毂和至少一个、通常三个的可转动地设置在毂上的转子叶片。在风能设备上通常分布有多个接收器以导入闪电电流。特别地，转子叶片恰好具有转子叶片尖部和/或机器空间的顶的区域通常具有这样的接收器。
[0003] 为了实现高的效率，风能设备经常架设在空旷地区的暴露的位置中。由此并且根据其大小，风能设备经受被闪电击中的大的危险。避雷设备应保证闪电电流被安全地被导向地，而风能设备不出现损伤或损坏。对此，之前提到的接收器通常经由接地接触部接地，为此例如防雷线缆和/或接地线缆与装入到地层中的接地锚连接，所述接地锚也称为塔基处的接地突耳(Erdanschlussfahne)。
[0004] 风能设备和其它物体的防雷装置通常需维护，以便保证其在雷击情况下的功能，例如在DE 10 2007 027 849 A1中所描述的那样。对此，通常通过接收器和接地接触部之间的防雷线缆发送维护电流(Wartungsstrom))并且例如经由压降测量其欧姆电阻。替选地，能够测量经过防雷线缆的电流。为了执行这样的防雷测量，通常将维护线缆在外部夹到接收器上。这例如通过从机器壳体中用绳索吊下的专业攀登者执行或者通过在高架作业笼处由起重机降落的维护工人执行。能够使用从起重机或者机器壳体处放出的工作台。维护线缆的另一端部部通常与防雷线缆在机器壳体中伸展的部段连接或者与塔基处的接地突耳连接，由此构成维护电路，检查所述维护电路的贯通性并且经由相应的测量设备进行评估。用于尤其在风能设备处执行防雷测量的不同的方法和设备例如从DE 10 2005 017 865 B4、DE 10 2009 059 378 A1、DE 10 2012 009 205 A1或者DE 10 2012 214 981中已知。
[0005] 然而存在对用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其用于在风能设备处执行防雷测量的改进的设备和方法的需求，所述设备和方法能够简单、可靠且成本适宜地实施。
发明内容
[0006] 因此本发明的目的是，提出用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其在风能设备处执行防雷测量的一种设备和一种方法，所述设备和方法相对于现有的设备或者方法是改进的、尤其是更简单、更安全和/或更成本适宜的。
[0007] 该目的通过一种用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其在风能设备处执行防雷测量的无人驾驶的飞行设备实现，所述飞行设备具有带有能导电的接触面的接触元件和能导电的测量线缆，所述接触元件可与目标的表面、尤其是风能设备的塔的、机器壳体的或者转子叶片的防雷接收器接触，所述测量线缆可通过第一端部与接触面导电连接并且可通过第二端部与目标的电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或者接地接触部连接。
[0008] 本发明基于下述知识：为了在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其在风能设备处执行防雷测量，能够以有利的方式使用无人驾驶的飞行设备。在此将无人驾驶的飞行设备尤其理解为通常从地面离开的、远程控制的飞行器，所述飞行器能够在飞行设备不载人的情况下运行和导航并且为此具有相应的(远程)控制装置。部分地，对于这样的无人驾驶的飞行设备而言也使用术语无人机。例如能够使用四轴飞行器或者浮动平台作为无人驾驶的飞行设备。
[0009] 使用无人驾驶的飞行设备用于维护目的基本上是已知的，例如从WO 2013/060693 A2、DE 10 2005 023 796 A1或者US 4,818,990中已知。在风能设备的领域中也使用无人驾驶的飞行器用于维护目的，例如在WO 2010/051278 A1、DE 10 2008 053 928 A1、DE 10 2010 048 400 A1或者DE 10 2011 118 833 B3。然而所有这些现有的借助于无人驾驶的飞行物体的维护设备和方法的共同点是：它们不在无人驾驶的飞行设备和目标或风能设备之间建立接触，而是仅将无人驾驶的飞行设备置于目标或风能设备附近，以便经由图像检测或者无接触的测量获得关于风能设备状态的信息。
[0010] 然而，因为为了防雷测量需要建立测量电路，所以现有的用于通过无人驾驶的飞行设备维护目标或者风能设备的设备和方法基本上不适合执行防雷测量。更确切地说，在现有的方法和设备中恰好需要避免在无人驾驶的飞行设备和目标或者风能设备之间的任何接触。本发明与之相反基于下述知识：在飞行设备和目标或风能设备之间建立接触并且以这种方式实现测量电路的形成。
[0011] 根据本发明的无人驾驶的飞行设备对此具有接触元件，所述接触元件优选通过飞行设备的受控的飞行移动与目标的表面接触。接触元件为此具有能导电的接触面。接触元件的该接触面在风能设备的防雷测量中优选与防雷接收器接触，所述防雷接收器能够设置在转子叶片尖部中、设置在机器壳体的顶上或者设置在风能设备的塔中。能导电的测量线缆能够与该能导电的接触面导电连接。该测量线缆的另一端部用于建立测量电路并且为此能够与目标的接地接触部或者防雷线缆和/或电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备连接。测量线缆优选足够长地构成，以便从飞行设备的预设的飞行高度和距离起伸至地面的一点。
[0012] 以这种方式，根据本发明的无人驾驶的飞行设备实现：将目标的通常不可触及或者难于触及的表面、例如风能设备的转子叶片通过经由接触面和测量线缆的连接接入到测量电路中，在所述测量电路中随后能够经由电阻、电流和/或电压测量执行防雷测量。除了能导电的测量线缆的第一端部与能导电的接触面的连接，随后测量线缆的第二端部与测量设备连接或者与目标的接地接触部连接，这例如能够是塔基处的接地突耳或者也是风能设备中的防雷线路的一部分，例如机器壳体中的电势平衡系统或者如果到机器壳体的漏电经由火花放电装置实现，那么其是火花隙。由于借助于与接触面导电连接的测量线缆如此闭合测量电路，电阻、电流和/或电压测量通过使用根据本发明的无人驾驶的飞行设备是可行的，而不必立即在防雷接收器处建立测量线缆和防雷接收器之间的导电连接。
[0013] 测量线缆与接触面的连接同样如测量线缆与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或者目标的接地接触部的连接那样优选是可脱离的。测量线缆优选直至100m长或者更长并且例如能够在滚筒上提供，使得滚筒与测量线缆的第二端部保持在地面上并且在飞行设备从地面升起时测量线缆相应地从滚筒处开卷。
[0014] 为了执行测量，接触元件和目标表面之间的接触优选在预定的测量持续时间期间被保持、尤其保持至少2s、至少5s、至少10s或者至少20s。优选地，无人驾驶的飞行设备构成用于至少在测量持续时间期间以悬浮的方式飞行，也就是说，以如下飞行状态飞行，其中飞行设备在空中保持在不变的位置和不变的高度中。
[0015] 也能够提出：飞行设备还包括与测量线缆的第二端部连接的电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备。在该变型形式中，电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备同样位于飞行设备上并且优选能够同样远程控制。然而，通常电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备保持在地面处并且从该处起被操作。
[0016] 在一个优选的实施方式中提出：在飞行设备上设置有图像检测装置、优选数字照相机或者CCD照相机。图像检测装置优选无线地将数据传输给地面处的评估单元和/或输出单元并且还优选同样能够从地面起远程控制。飞行设备处的图像检测装置还用于导航并且尤其用于识别目标处的要接触的表面、尤其用于识别接收器。
[0017] 在此尤其优选的是，图像检测装置设置和构成为，使得其检测接触元件并且尤其检测其紧邻的周围环境、尤其检测接触面和目标之间的区域。当所述图像检测装置能够检测接触元件和其紧邻的周围环境、例如围绕接触面至少2m、优选5m或者10m的区域并且尤其在飞行设备靠近待接触的目标的表面时共同检测目标的该待接触的表面时，该图像检测装置尤其证实为是有利的。
[0018] 在另一个优选的实施方式中提出：飞行设备的至少一个飞行驱动器与电导体的第一端部连接并且电导体的第二端部可与电流接口连接。这样的优选可脱离地与飞行驱动器连接的且同样可脱离地与电流接口连接的电导体的优点在于：如果飞行驱动器不必(仅)从飞行设备上携带的移动的能量供给装置馈电而是能够经由电导体连接到电网的能量供给装置上，那么能够显著地提高飞行设备的至少一个飞行驱动器的运转时间和/或功率。
[0019] 尤其优选的是，测量线缆的第一端部与接触面的连接和/或测量线缆的第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或者目标的接地接触部的连接和/或电导体的第一端部与至少一个飞行驱动器的连接和/或电导体的第二端部与电流接口的连接构成为是可脱离的。这样的可脱离的连接一方面具有下述优点：所述连接能够选择性地建立和分离并且此外例如在面临危险的情况下或者在妨碍测量线缆和/或电导体自由运行的情况下能够被快速分离。
[0020] 此外尤其优选的是，测量线缆的第一端部与接触面的连接和/或测量线缆的第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或目标的接地接触部的连接和/或电导体的第一端部与至少一个飞行驱动器的连接和/或电导体的第二端部与电流接口的连接构成为，使得当超出对测量线缆和/或电导体作用的预定的拉力时，所述连接脱离。在此，提出一种安全连接，当特定的拉力作用于测量线缆和/或电导体时，所述安全连接自动地或者自发地脱离。这例如能够在测量线缆和/或电导体被困住或者在其它方面受阻且飞行设备继续其飞行或者上升从而对测量线缆和/或电导体施加拉力时出现。出现脱离连接的拉力优选与飞行设备的常见的升力或者推进力相协调。
[0021] 接触元件的优选的设计方案例如提出：在接触面上设置铜毛，这简化了防雷接收器和接触面之间的导电连接的建立。此外，接触面优选基本上竖直地定向和/或凹状地构成。这样的构成能够是有利的，以便建立与竖直定向的、凸状地构成的面、例如风能设备的塔的接触。接触元件优选是飞行设备的如下元件，所述元件尤其在水平方向上离飞行设备的重心和/或几何中心最远。
[0022] 在另一优选的设计方案中提出：接触元件经由连接元件与飞行设备连接，所述连接元件优选基本上棒形地构成，其中连接元件优选基本上水平地定向。连接元件例如也能够构成为骨架状的结构。
[0023] 测量线缆和/或电导体能够有利地在连接元件中引导。
[0024] 此外优选的是，接触面和/或接触元件以装弹簧的方式、可移动地和/或可脱离地固定在飞行设备和/或连接元件上。接触面和/或接触元件能够直接固定在飞行设备上或者间接地、例如经由连接元件固定在飞行设备上。可脱离的固定例如是优选的，以便能够更换或者维护接触面和/或接触元件。可移动的固定、优选能够在可移动的和不可移动的位置之间改变的固定能够是优选的，以便能够更佳地到达目标的待接触的表面。如下机构例如能够是优选的，其中飞行设备以悬浮的方式保持在如下位置中，在所述位置中接触面就已经稍位于目标的待接触的表面前方并且接触元件与接触面随后例如经由连接元件的伸缩式的延长朝向目标移动，以便建立接触。此外优选接触面和/或接触元件的装弹簧的固定是优选的，以便避免在接触面、接触元件、飞行设备处的和/或在目标处的损伤。
[0025] 此外，一个设计方案是优选的，其中连接元件以装弹簧的方式、可移动地和/或可脱离地固定在飞行设备上。连接元件也能够直接固定在飞行设备上或者间接地经由其他的中间元件固定在飞行设备上。连接元件例如也能够构成为可伸缩式延长的杆并且具有弹簧元件或者减震器以用于装弹簧方式的固定。在飞行设备上的装弹簧方式的、可移动和/或可脱离的固定的优点对于连接元件而言与对于接触面或者接触元件而言是类似的。
[0026] 尤其通过如下方式得到另一优选的设计方案：图像检测装置设置和构成为，使得所述图像检测装置沿着基本上沿着朝向连接元件的方向或者与其平行的观察方向检测接触元件。该设计方案具有下述优点：能够经由图像检测装置良好地检测接触元件向目标的待接触的表面的靠近从而对于经由远程控制装置控制飞行设备的驾驶员而言能够简化飞行设备导航以借助于接触面来接触目标的待接触的表面。
[0027] 根据本发明的另一个方面，通过一种用于在目标处执行电阻、电流和/或电压测量、尤其在风能设备处执行防雷测量的方法来实现开始提出的目的，所述方法包括：无人驾驶的飞行设备；将测量线缆的第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备或者目标的接地接触部连接；将目标的表面、尤其是风能设备的转子叶片的、机器壳体的或者塔的防雷接收器通过飞行设备的受控的飞行移动与接触元件的接触面接触；在预定的测量持续时间期间保持接触元件的接触面和目标的表面之间的接触，优选通过飞行设备的悬浮飞行来保持；测量电阻、电流和/或电压，优选借助于电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备来测量。
[0028] 电阻、电流和/或电压测量优选在电路中借助于电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备在防雷接收器和塔基处的接地突耳之间进行。根据本发明的方法和其可行的改进方案具有下述特征和方法步骤，所述特征和方法步骤尤其适合于与根据本发明的飞行设备和其改进方案使用。
[0029] 关于根据本发明的方法和其改进方案的优点、实施方案变型形式和实施方案细节因此参考关于飞行设备的相应的特征的上述描述。
附图说明
[0030] 根据所附的附图示例性地描述本发明的一个优选的实施方式。附图示出：
[0031] 图1示出根据本发明的无人驾驶的飞行设备的一个示例性的实施方式；
[0032] 图2示出根据图1的在使用中接触风能设备的塔的飞行设备；
[0033] 图3示出图1中的放大的一部分；
[0034] 图4示出对根据图1的飞行设备的照相机的显示装置的观察；
[0035] 图5示出根据图1的在使用中接触风能设备的转子叶片尖部处的接收器的飞行设备；
[0036] 图6示出在如在图5中所示出的在接收器接触转子叶片尖部处的情况下的飞行设备的照相机的显示装置的显示；以及
[0037] 图7示出用于与根据图1的飞行设备一起使用的电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备。
具体实施方式
[0038] 在图1至3和5中示出根据本发明的示例性的无人驾驶的飞行设备1。
[0039] 飞行设备1具有接触元件110，所述接触元件具有能导电的接触面111，在所述接触面上设置有铜毛112。接触面111基本上竖直地定向并且经由棒形地或者杆形地构成的连接元件固定在飞行设备1上、尤其固定在中央的主体140上，其中所述连接元件基本上水平地定向。
[0040] 从飞行设备1的中央的主体140中伸出两个支腿141，所述支腿在下部的端部处具有支脚，在所述支脚上飞行设备1能够立于地面上。从中央的主体140中还伸出四个臂150，在所述臂上分别设置有上部的和下部的旋翼151o,u。飞行设备1因此构成为四轴飞行器并且除了上升和下降飞行以及向前移动外还能够保持悬浮飞行，例如在图2和5中可以观察到。飞行设备1以这种方式能够飞向目标的、例如风能设备2的不同的部分并且靠近待接触的表面、例如不同部位处的防雷接收器，所述不同的部位例如为转子叶片230的尖部231、机器壳体220或者风能设备2的塔210。
[0041] 为了辅助导航，在主体140上设置CCD照相机形式的图像检测装置160。如尤其在图4和6中所观察到那样，照相机无线地与位于地面上的显示装置3连接并且设置为，使得所述照相机检测接触元件110和其紧邻的周围环境、尤其也检测接触面110和目标、在此为风能设备2之间的区域。照相机160此外设置和构成为，使得所述照相机在基本上沿着朝向连接元件120的方向或者与所述方向平行的观察方向上检测接触元件110，如同样在图4和6中所观察到的那样。
[0042] 具有设有铜毛112的接触面111的接触元件110导电地与能导电的测量线缆170连接。该测量线缆170的第二端部在飞行设备1飞行期间保留在地面上。测量线缆170例如能够在飞行设备1的飞行期间从滚筒(未示出)开卷。
[0043] 为了执行防雷测量，测量线缆170的第二端部与电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备4或者目标的接地接触部、尤其是风能设备2的塔基的接地突耳连接。整体上建立测量电路，所述测量电路包括风能设备的从接收器直至接地接触部的防雷线缆或者其至少一个待检查的部分，并且电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备4经由测量线缆170接入到所述测量电路中。
[0044] 以这种方式能够放弃：通过维护人员建立测量线缆和防雷接收器之间的连接，所述维护人员为此必须从机器壳体处用绳索吊下或者必须经由工作台被送至相应的防雷接收器。通过使用根据本发明的飞行设备能够让人员留在地面上，这是明显更简单、更安全并且更不耗时和更便宜的。
[0045] 附图标记列表
[0046] 1 飞行设备
[0047] 110 接触元件
[0048] 111 接触面
[0049] 112 铜毛
[0050] 120 连接元件
[0051] 140 主体
[0052] 141 腿
[0053] 142 支脚
[0054] 150 臂
[0055] 151o、151u 旋翼
[0056] 160 图像检测装置
[0057] 170 测量线缆
[0058] 2 风能设备
[0059] 210 塔
[0060] 220 机器壳体
[0061] 230 转子叶片
[0062] 231 尖部
[0063] 3 显示装置
[0064] 4 电阻测量设备、电流测量设备和/或电压测量设备
