[發明專利]基于攝像測量的風電葉片機械故障在線檢測系統及其方法

有效

• 申請號: 201910309300.0
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN109900712B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 于起峰;張東升;劉肖琳;尚洋;劉海波;孫聰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/25;G01B11/16;G06T7/13;G06T7/80
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 王闖

本發明公開了一種基于攝像測量的風電葉片機械故障在線檢測系統，包括葉片全局運動測量系統、長焦相機隨動測量系統、可選用的無人機站葉片局部損傷檢測系統、信息處理分析和控制系統、野外綜合支持與保障系統。還公開了基于上述系統的檢測方法，先進行相機標定，再由全局測量系統采集旋轉葉片的圖像，獲取葉片的全場位移和應變信息，并提取旋轉葉片輪廓；然后控制長焦隨動相機跟蹤拍攝，獲取葉片感興趣局部區域在不同位置不同受力狀態下的高分辨圖像，根據葉片上特征點位移和圖像變化進行人工或半自動故障檢測分析。本發明檢測過程穩定，實現了對大尺度風電葉片的全局與局部表面的高精度檢測，檢測效率高、功能豐富、容易控制，節省了大量人力。

技術領域

本發明涉及攝像測量學方法技術和實驗力學技術，尤其涉及一種基于攝像測量的移動式風電葉片機械故障、損傷在線檢測評估儀器系統及其對應的方法。

背景技術

隨著我國綜合國力的不斷增強，國家對能源的需求量不斷攀升。利用風能發電已經成為一種可靠的清潔能源。我國在20世紀80年代開始風電項目的探索和示范工作。預期到2050年能滿足國內17％的電力需求。大型風力發電場多建于偏遠的山區或近海區域，交通不便，并且機組處于高空，一旦機組的某些部件出現故障，不僅長時間停機造成發電量損失，而且整個機組的重新吊裝和部件更換，都需要大量的人力和物力。

作為主流的現代大型水平軸式風電機組，其結構非常復雜，一般由葉片、動力傳動鏈、發電機和塔架等部件組成。常見風電設備機械故障的類型主要包括葉片故障、動力傳動機構故障、發電機故障、偏航系統故障和塔架故障，這些關鍵部件的故障將造成風力發電機組的停機甚至失效。國內外已對風電葉片檢測方法和儀器做了大量研究，但大都不成熟。實用的葉片檢測方法儀器都需要在停機狀態下利用望遠鏡和繩索蜘蛛人進行目測檢測，可檢測項目少、效率低、可靠性低，不能及時發現葉片等結構的機械故障，嚴重阻礙風電事業的可持續發展。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種基于攝像測量的風電葉片機械故障在線檢測系統及其方法，基于攝像測量技術，突破大尺度同時高精度測量、在線運動和變形測量等重大科學技術問題。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是基于攝像測量對風電葉片實現同時進行的大尺度、高精度測量、在線運動和變形測量。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于攝像測量的風電葉片機械故障在線檢測系統，其特征在于，包括以下系統：

葉片全局運動測量系統：其設置于地面，包括兩個獨立的全局相機測量平臺，每一個全局相機測量平臺具有由一臺或若干臺相機組成的相機陣列，兩全局相機測量平臺的間距和交會角根據測量任務需求靈活布置，用于對風電葉片進行三維運動測量和圖像邊緣輪廓測量，并獲得葉片各感興趣點的三維運動軌跡；

長焦相機隨動測量系統：其設置于地面，包括隨動云臺和安裝在隨動云臺上的長焦相機。隨動云臺受控于信息處理分析和控制系統可跟隨葉片不同局部區域而轉動，長焦相機拍攝葉片感興趣局部區域的高分辨率圖像，可觀察葉片表面裂紋、損傷、脫氈等異常情況。同時也可利用數字圖像相關等方法測量葉片局部表面變形情況；

信息處理分析和控制系統：包括計算機和傳輸線纜，用于全局運動測量系統、長焦相機隨動測量系統以及無人機站葉片局部損傷檢測系統的數據同步、傳輸、處理與分析，同時根據任務需求完成對于長焦相機隨動測量系統和無人機站的控制；

野外綜合支持與保障系統：包括若干輛越野車，用于攝影測量設備的運輸和電力保障。

進一步地，長焦相機隨動測量系統可根據任務需求僅布置于全局運動測量系統的單側，測量葉片在旋轉面內二維變形；也可布置于兩側，測量葉片三維變形數據。

進一步地，長焦相機隨動測量系統可加裝同軸激光指示器，以助于隨動測量相機圖像在全局測量相機圖像中的識別定位。