[发明专利]一种工作状态下风轮叶片全场三维变形在线监测方法

摘要

本发明提供了一种工作状态下风轮叶片全场三维变形在线监测方法，包括：在风电机组未工作之前，选取轮毂中心为不动标志点，在每个叶片根部分别选取另一个标志点并采用不同形状的标志，通过两台数字摄像机得到静止状态下风轮叶片的全场三维坐标；风电机组工作时，由标志点在工作和静止两个状态下的相对位置确定风轮叶片的刚体转动角度；由消除刚体转动位移后的像平面坐标计算得到工作状态下变形后风轮叶片的三维坐标；由风轮叶片变形前后三维坐标的差值，得到其工作状态下的全场三维位移和应变值。本发明具有在线、非接触式、全场性、三维等优势，可得到风轮叶片工作状态时的全场三维位移和应变，解决了工作状态下风轮叶片变形监测难题。

主权项

一种工作状态下风轮叶片全场三维变形在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在待测风轮叶片表面喷漆，形成随机散斑点；（2）选取风电机组轮毂中心为不动标志点，并在每个叶片根部均选取另一个标志点，每个叶片根部的标志点采用不同形状的标志；（3）在风轮叶片前方架设两台工业数字摄像机；要求两台工业数字摄像机所在的位置到风轮叶片上任一点的直线是非平行的；（4）在风轮叶片扫略面上安装标定板；采用两台工业数字摄像机拍摄该标定板，利用双目立体视觉原理对系统进行标定，根据标定板中标定点的已知三维坐标与对应的图像点坐标关系计算两台摄像机的内、外参数；（5）完成标定后，采用工业数字摄像机拍摄静止状态下的风轮叶片，得到所有测点的像平面坐标。利用预先标定的摄像机的内外参数，将像平面坐标代入共线方程，即可得到初始状态下风轮叶片所有测点的三维坐标；（6）在风电机组工作时，采用工业数字摄像机拍摄转动的风轮叶片；将叶片根部标志点相对轮毂中心不动标志点的位置与初始状态下两标志点的相对位置相比较，确定风轮叶片的刚体转动角度；（7）将步骤（6）中所摄图像绕轮毂中心不动标志点整体反向旋转风轮叶片的刚体转动角度，以消除风轮叶片的刚体转动位移；将消除刚体转动位移后的像平面坐标代入共线方程，得到工作状态下变形后风轮叶片的三维坐标；（8）将工业数字摄像机所拍摄的风轮叶片在静止状态、转动状态下的散斑图像进行匹配，根据最大相关系数确定两幅散斑图像的点对关系；（9）计算工作状态下风轮叶片的三维坐标与静止状态下风轮叶片的三维坐标的差值，得到工作状态下风轮叶片各测点的三维位移场；（10）根据像素划分子区，从三维位移场中取一个局部子区，对子区内各点的位移利用最小二乘拟合得到位移函数，将该函数作为子区域中心点处的函数值，对该函数求导得到该子区域中心点处应变值；（11）将局部子区移动到下一个像素点，重新按步骤（10）计算得到工作状态下风轮叶片变形后的应变值；如此重复直到所有局部子区计算完成，最后得到工作状态下风轮叶片全场应变值。