[发明专利]基于摄像测量的风电叶片机械故障在线检测系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于摄像测量的风电叶片机械故障在线检测系统，包括叶片全局运动测量系统、长焦相机随动测量系统、可选用的无人机站叶片局部损伤检测系统、信息处理分析和控制系统、野外综合支持与保障系统。还公开了基于上述系统的检测方法，先进行相机标定，再由全局测量系统采集旋转叶片的图像，获取叶片的全场位移和应变信息，并提取旋转叶片轮廓；然后控制长焦随动相机跟踪拍摄，获取叶片感兴趣局部区域在不同位置不同受力状态下的高分辨图像，根据叶片上特征点位移和图像变化进行人工或半自动故障检测分析。本发明检测过程稳定，实现了对大尺度风电叶片的全局与局部表面的高精度检测，检测效率高、功能丰富、容易控制，节省了大量人力。

技术领域

本发明涉及摄像测量学方法技术和实验力学技术，尤其涉及一种基于摄像测量的移动式风电叶片机械故障、损伤在线检测评估仪器系统及其对应的方法。

背景技术

随着我国综合国力的不断增强，国家对能源的需求量不断攀升。利用风能发电已经成为一种可靠的清洁能源。我国在20世纪80年代开始风电项目的探索和示范工作。预期到2050年能满足国内17％的电力需求。大型风力发电场多建于偏远的山区或近海区域，交通不便，并且机组处于高空，一旦机组的某些部件出现故障，不仅长时间停机造成发电量损失，而且整个机组的重新吊装和部件更换，都需要大量的人力和物力。

作为主流的现代大型水平轴式风电机组，其结构非常复杂，一般由叶片、动力传动链、发电机和塔架等部件组成。常见风电设备机械故障的类型主要包括叶片故障、动力传动机构故障、发电机故障、偏航系统故障和塔架故障，这些关键部件的故障将造成风力发电机组的停机甚至失效。国内外已对风电叶片检测方法和仪器做了大量研究，但大都不成熟。实用的叶片检测方法仪器都需要在停机状态下利用望远镜和绳索蜘蛛人进行目测检测，可检测项目少、效率低、可靠性低，不能及时发现叶片等结构的机械故障，严重阻碍风电事业的可持续发展。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于摄像测量的风电叶片机械故障在线检测系统及其方法，基于摄像测量技术，突破大尺度同时高精度测量、在线运动和变形测量等重大科学技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是基于摄像测量对风电叶片实现同时进行的大尺度、高精度测量、在线运动和变形测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于摄像测量的风电叶片机械故障在线检测系统，其特征在于，包括以下系统：

叶片全局运动测量系统：其设置于地面，包括两个独立的全局相机测量平台，每一个全局相机测量平台具有由一台或若干台相机组成的相机阵列，两全局相机测量平台的间距和交会角根据测量任务需求灵活布置，用于对风电叶片进行三维运动测量和图像边缘轮廓测量，并获得叶片各感兴趣点的三维运动轨迹；

长焦相机随动测量系统：其设置于地面，包括随动云台和安装在随动云台上的长焦相机。随动云台受控于信息处理分析和控制系统可跟随叶片不同局部区域而转动，长焦相机拍摄叶片感兴趣局部区域的高分辨率图像，可观察叶片表面裂纹、损伤、脱毡等异常情况。同时也可利用数字图像相关等方法测量叶片局部表面变形情况；

信息处理分析和控制系统：包括计算机和传输线缆，用于全局运动测量系统、长焦相机随动测量系统以及无人机站叶片局部损伤检测系统的数据同步、传输、处理与分析，同时根据任务需求完成对于长焦相机随动测量系统和无人机站的控制；

野外综合支持与保障系统：包括若干辆越野车，用于摄影测量设备的运输和电力保障。

进一步地，长焦相机随动测量系统可根据任务需求仅布置于全局运动测量系统的单侧，测量叶片在旋转面内二维变形；也可布置于两侧，测量叶片三维变形数据。

进一步地，长焦相机随动测量系统可加装同轴激光指示器，以助于随动测量相机图像在全局测量相机图像中的识别定位。