[發(fā)明專利]基于攝像測(cè)量的風(fēng)電葉片機(jī)械故障在線檢測(cè)系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910309300.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN109900712B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于起峰;張東升;劉肖琳;尚洋;劉海波;孫聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): 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(wù)所(普通合伙) 32260
• 代理人: 王闖

本發(fā)明公開了一種基于攝像測(cè)量的風(fēng)電葉片機(jī)械故障在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括葉片全局運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、可選用的無人機(jī)站葉片局部損傷檢測(cè)系統(tǒng)、信息處理分析和控制系統(tǒng)、野外綜合支持與保障系統(tǒng)。還公開了基于上述系統(tǒng)的檢測(cè)方法，先進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，再由全局測(cè)量系統(tǒng)采集旋轉(zhuǎn)葉片的圖像，獲取葉片的全場(chǎng)位移和應(yīng)變信息，并提取旋轉(zhuǎn)葉片輪廓；然后控制長焦隨動(dòng)相機(jī)跟蹤拍攝，獲取葉片感興趣局部區(qū)域在不同位置不同受力狀態(tài)下的高分辨圖像，根據(jù)葉片上特征點(diǎn)位移和圖像變化進(jìn)行人工或半自動(dòng)故障檢測(cè)分析。本發(fā)明檢測(cè)過程穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大尺度風(fēng)電葉片的全局與局部表面的高精度檢測(cè)，檢測(cè)效率高、功能豐富、容易控制，節(jié)省了大量人力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及攝像測(cè)量學(xué)方法技術(shù)和實(shí)驗(yàn)力學(xué)技術(shù)，尤其涉及一種基于攝像測(cè)量的移動(dòng)式風(fēng)電葉片機(jī)械故障、損傷在線檢測(cè)評(píng)估儀器系統(tǒng)及其對(duì)應(yīng)的方法。

背景技術(shù)

隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，國家對(duì)能源的需求量不斷攀升。利用風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)成為一種可靠的清潔能源。我國在20世紀(jì)80年代開始風(fēng)電項(xiàng)目的探索和示范工作。預(yù)期到2050年能滿足國內(nèi)17％的電力需求。大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)多建于偏遠(yuǎn)的山區(qū)或近海區(qū)域，交通不便，并且機(jī)組處于高空，一旦機(jī)組的某些部件出現(xiàn)故障，不僅長時(shí)間停機(jī)造成發(fā)電量損失，而且整個(gè)機(jī)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(xiàn)代大型水平軸式風(fēng)電機(jī)組，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一般由葉片、動(dòng)力傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)和塔架等部件組成。常見風(fēng)電設(shè)備機(jī)械故障的類型主要包括葉片故障、動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障、發(fā)電機(jī)故障、偏航系統(tǒng)故障和塔架故障，這些關(guān)鍵部件的故障將造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的停機(jī)甚至失效。國內(nèi)外已對(duì)風(fēng)電葉片檢測(cè)方法和儀器做了大量研究，但大都不成熟。實(shí)用的葉片檢測(cè)方法儀器都需要在停機(jī)狀態(tài)下利用望遠(yuǎn)鏡和繩索蜘蛛人進(jìn)行目測(cè)檢測(cè)，可檢測(cè)項(xiàng)目少、效率低、可靠性低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片等結(jié)構(gòu)的機(jī)械故障，嚴(yán)重阻礙風(fēng)電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種基于攝像測(cè)量的風(fēng)電葉片機(jī)械故障在線檢測(cè)系統(tǒng)及其方法，基于攝像測(cè)量技術(shù)，突破大尺度同時(shí)高精度測(cè)量、在線運(yùn)動(dòng)和變形測(cè)量等重大科學(xué)技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是基于攝像測(cè)量對(duì)風(fēng)電葉片實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行的大尺度、高精度測(cè)量、在線運(yùn)動(dòng)和變形測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于攝像測(cè)量的風(fēng)電葉片機(jī)械故障在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括以下系統(tǒng)：

葉片全局運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)：其設(shè)置于地面，包括兩個(gè)獨(dú)立的全局相機(jī)測(cè)量平臺(tái)，每一個(gè)全局相機(jī)測(cè)量平臺(tái)具有由一臺(tái)或若干臺(tái)相機(jī)組成的相機(jī)陣列，兩全局相機(jī)測(cè)量平臺(tái)的間距和交會(huì)角根據(jù)測(cè)量任務(wù)需求靈活布置，用于對(duì)風(fēng)電葉片進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量和圖像邊緣輪廓測(cè)量，并獲得葉片各感興趣點(diǎn)的三維運(yùn)動(dòng)軌跡；

長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)：其設(shè)置于地面，包括隨動(dòng)云臺(tái)和安裝在隨動(dòng)云臺(tái)上的長焦相機(jī)。隨動(dòng)云臺(tái)受控于信息處理分析和控制系統(tǒng)可跟隨葉片不同局部區(qū)域而轉(zhuǎn)動(dòng)，長焦相機(jī)拍攝葉片感興趣局部區(qū)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(shí)也可利用數(shù)字圖像相關(guān)等方法測(cè)量葉片局部表面變形情況；

信息處理分析和控制系統(tǒng)：包括計(jì)算機(jī)和傳輸線纜，用于全局運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及無人機(jī)站葉片局部損傷檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步、傳輸、處理與分析，同時(shí)根據(jù)任務(wù)需求完成對(duì)于長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和無人機(jī)站的控制；

野外綜合支持與保障系統(tǒng)：包括若干輛越野車，用于攝影測(cè)量設(shè)備的運(yùn)輸和電力保障。

進(jìn)一步地，長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)需求僅布置于全局運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的單側(cè)，測(cè)量葉片在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)二維變形；也可布置于兩側(cè)，測(cè)量葉片三維變形數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，長焦相機(jī)隨動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可加裝同軸激光指示器，以助于隨動(dòng)測(cè)量相機(jī)圖像在全局測(cè)量相機(jī)圖像中的識(shí)別定位。