一种激光调控系统及风机叶片安装方法与流程

本发明涉及风电设备安装技术领域，尤其涉及一种激光调控系统及风机叶片安装方法。

背景技术：

近年来，随着人们对生态环境保护的愈加重视，各种绿色、环保的新型能源也得到极大的发展。新型能源主要有太阳能、地热能、风能、水能，其中风能的利用主要是通过风电设备来实现。目前风电设备主要为大型发电风机，由于发电风机的尺寸较为庞大，发电风机的安装必须通过专门的吊装设备才能完成，这使得发电风机的安装较为困难。

特别是在风机叶片的安装过程中，一方面由于风机叶片的体积较大，使得对风机叶片位置的调整难度加大；另一方面受周围环境的影响，风机叶片会频繁的发生细微移动，吊装工人在吊装的过程中难以仅凭肉眼及时的察觉出位置的变化，从而很容易造成风机叶片安装错位的情况，严重时甚至会导致风机叶片对接处的损毁，造成巨大的经济损失。此外，由于发电风机通常设置在风能丰富的区域，这使得发电风机在安装的过程中常常会遭遇风向突变的情况，所以为了尽量避免上述情况，发电风机的安装需要具有较高的安装效率，但是现有技术中由于需要吊装人员不停的调整风机叶片的位置，现有发电风机的安装大都存在安装过程缓慢、效率低下的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种激光调控系统，用于解决现有技术中风机叶片的安装存在效率低下、精度无法把控的技术问题。本发明还提供了一种应用上述激光调控系统的风机叶片安装方法。

本发明的激光调控系统采用如下的技术方案：

一种激光调控系统包括调整装置、控制装置、移动监测装置以及激光对准装置，所述调整装置用于调整待安装部件的位置、以使待安装部件能够安装在对应的固定部件上，所述激光对准装置包括激光接收模块和激光发射模块，所述激光接收模块和激光发射模块的其中一个安装在待安装部件上、另一个安装在固定部件上；

所述调整装置与控制装置电性连接，所述激光接收模块和移动监测装置通过导线或无线传输设备与控制装置数据传输连接；

所述移动监测装置用于安装在调整装置上、并用于监测调整装置的位移方向信息；所述激光接收模块用于接受激光发射模块所发射的激光、并将接收的激光光强信息传送至控制装置；所述控制装置根据接收的位移方向信息和激光光强信息矫正调整装置的调整方向、以使待安装部件能够精准对接在固定部件上。

有益效果：通过采用本发明的激光调控系统，待安装部件在安装过程中可以通过激光接收模块所接收的光强信息进行移动方向的监控，使得待安装部件的位移偏差能够得到及时矫正，避免了待安装部件位移偏差较大的情况，使得调整的过程更加精准和高效，保证了安装质量，提高了安装效率。

进一步地，所述调整装置为吊装装置。其有益效果是：能够将待安装部件起吊至较高的高度，满足了较高位置的安装需求。

进一步地，还包括用于监测待安装部件起吊高度的高度监测装置，所述高度监测装置与控制装置电性连接。其有益效果是：高度监测装置能够对待安装部件的起吊高度进行调整，使得待安装部件的高度位置更加精细化和直观化。

进一步地，所述高度监测装置为激光测距装置或超声波测距装置。

进一步地，所述移动监测装置为加速度计或陀螺仪。

进一步地，所述激光对准装置包括供电电池。

本发明的风机叶片安装方法采用如下的技术方案：

风机叶片安装方法包括以下步骤：

s1：将激光接收模块和激光发射模块的其中一个安装在风机叶片上、另一个安装在风机轮毂的对应位置处，将移动监测装置安装在风机叶片上；

s2：利用调整装置将风机叶片起吊至与风机轮毂相对应的高度位置处；

s3：通过调整装置将风机叶片向激光光强较强的方向移动，移动过程中当激光光强信息变弱或切断时，通过反向调整风机叶片移动方向的方式对风机叶片位置进行校正；

s4：重复步骤s3，直至接收的激光光斑大小与激光接收模块探头的直径相一致，然后通过调整装置将风机叶片对接在风机轮毂上。

有益效果：通过采用本发明的风机叶片安装方法，风机叶片在安装过程中的位移偏差能够通过接受的光强信息及时的反应出来，从而为现场操作人员提供更加直观和清楚的信息，使得风机叶片的位移偏差始终处于较小的范围内，避免了通过人眼观察移动时存在移动距离不易控制的问题，提高了风机叶片的位移精度，进而提高了调整的效率，缩减了风机叶片的安装时间。

进一步地，所述风机叶片通过螺纹连接结构安装在风机轮毂上，所述螺纹连接结构包括螺纹柱和螺纹孔，激光接收模块和激光发射模块的其中一个安装在螺纹柱上，另一个安装在对应的螺纹孔内。其有益效果是：提高了激光接收模块和激光发射模块安装的精确性，避免了激光接收模块和激光发射模块存在较大偏差时而导致对接精度较差的情况，此外，还提高了激光接收模块和激光发射模块的安装效率，使得安装位置能够快速确定。

进一步地，风机叶片和风机轮毂上安装有多对激光接收模块和激光发射模块，各激光接收模块和激光发射模块均装配在螺纹柱或螺纹孔内。其有益效果是：进一步保证了风机叶片和风机轮毂对接的精确性。

进一步地，在步骤s2中，风机叶片的吊装高度通过高度监测装置进行监测。其有益效果是：方便了将风机叶片快速的调整至与风机轮毂相适应的高度位置。

附图说明

图1是本发明的激光调控系统的实施例的控制流程示意图；

图2是本发明的风机叶片安装方法的实施例的方法步骤示意图；

图3是本发明的风机叶片安装方法的实施例的激光对准装置安装位置示意图。

附图标记说明如下：

1-风机叶片，2-风机轮毂，3-螺纹柱，4-螺纹孔，5-激光发射模块，6-激光接收模块。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明激光调控系统的实施例：

如图1所示，激光调控系统包括调整装置、控制装置、移动监测装置以及激光对准装置，所述调整装置用于调整待安装部件的位置、以使待安装部件能够安装在对应的固定部件上，所述激光对准装置包括激光接收模块和激光发射模块，所述激光接收模块和激光发射模块的其中一个安装在待安装部件上、另一个安装在固定部件上；

所述调整装置与控制装置电性连接，所述激光接收模块和移动监测装置通过导线或无线传输设备与控制装置数据传输连接；

所述移动监测装置用于安装在调整装置上、并用于监测调整装置的位移方向信息；所述激光接收模块用于接受激光发射模块所发射的激光、并将接收的激光光强信息传送至控制装置；所述控制装置根据接收的位移方向信息和激光光强信息矫正调整装置的调整方向、以使待安装部件能够精准对接在固定部件上。

具体而言，本实施例中待安装部件为风机叶片，固定部件为风机轮毂。本实施例中控制装置为plc单片机系统，调整装置为吊装装置，吊装装置具体为大型吊机。激光对准装置包括用于发射激光的激光发射模块，还包括用于接受激光的激光接收模块。移动监测装置为加速度计，在其他实施例中移动监测装置也可以为陀螺仪等。

本实施例中激光调控系统还包括高度监测装置，高度监测装置为激光测距装置，在其他实施例中也可以为超声波测距装置。高度监测装置能够测量待安装部件的起吊高度，由于风机轮毂的高度是能够提前获知的，当风机叶片到达相应位置处后，高度监测装置会测量出风机叶片的高度，从而确保风机叶片已经起吊至相应的高度。

本实施例中激光发射模块安装在风机叶片上，激光接收模块安装在风机轮毂上，本实施例中激光发射模块包括电路板、激光二极管(ld)、光电二极管(pd)、聚焦透镜、第一无线传输芯片等。由于加速度计也需要安装在风机叶片上，本实施例中将激光接收模块和加速度计一体设置。本实施例中激光接收模块也包括第二无线传输芯片。由于激光发射模块和激光接收模块均为现有技术中常见的模块，因此对于这两个模块的具体结构构成本实施例中不再详细说明。本实施例中加速度计和激光发射模块均通过第一无线传输芯片与控制装置数据传输连接，在其他实施例中加速度计和激光发射模块可以通过不同的无线传输设备与控制装置数据传输连接。本实施例中激光接收模块通过第二无线传输芯片与控制装置数据传输连接。第一无线传输芯片和第二无线传输芯片均构成本实施例中的无线传输设备。

本实施例中加速度计用于向控制装置传送风机叶片的位移方向信息，从而使得控制装置可以实时获知风机叶片的位移方向。本实施例中激光接收模块用于向控制装置传送激光光强信息，控制装置会对接收的激光光强信息实时分析判断，当激光光强信息变弱时，控制装置会结合此时加速度计的移动方向对吊装装置进行调控，从而使得风机叶片沿着与加速度计监测方向的相反方向进行位移调整。通过不断对风机叶片进行位置的调整，最终使得激光接收模块所接受的光斑大小与激光接收模块探头的直径基本保持一致，此时，通过操控调整装置即可实现风机叶片和风机轮毂的精准对接。

需要说明的是，由于激光光束具有一定的角度发散特性，光斑截面强度呈高斯分布，因此激光光束的中心位置通常认为是光强最强处，此外，由于激光光束在越靠近激光发射模块的位置处，激光光束的发散效果越小，因此控制装置即是通过将风机叶片不断的围绕着激光光束的中心线进行调整、并不断的将激光发射模块和激光接收模块相互靠近来实现对风机叶片的调整的。

本发明的风机叶片安装方法的实施例：

如图2和图3所示，风机叶片的安装方法包括如下步骤：

s1：将激光接收模块6和激光发射模块5的其中一个安装在风机叶片1上、另一个安装在风机轮毂2的对应位置处，将移动监测装置安装在风机叶片1上。

具体而言，本实施例中激光接收模块6和激光发射模块5均有多对，各激光接收模块6均安装在风机轮毂2上，各激光发射模块5均安装在风机叶片1上。如图3所示，本实施例中风机轮毂2和风机叶片1通过螺纹连接结构安装固定，螺纹连接结构包括螺纹柱3和螺纹孔4，具体的本实施例中风机轮毂2上设置有六个螺纹孔4，风机叶片1上对应设置有六个螺纹柱3。六个螺纹孔4沿着风机轮毂2的周向方向等间隔设置，相似的，六个螺纹柱3也沿着周向方向等间隔设置在风机叶片1的对应连接端面上。本实施例中共设置有三对激光接收模块6和激光发射模块5，三个激光接收模块6分别设置在呈三角形分布的三个螺纹孔4内，相对应的，三个激光发射模块5分别设置在相对应的三个螺纹柱3端部。需要说明的是，附图3中风机叶片上的三个黑点均代表一个激光发射模块5，风机轮毂2上的三个黑点均代表一个激光接收模块6。在其他实施例中螺纹孔4可以设置有三个以上，例如螺纹孔4的数目为三个、四个、五个、六个等。激光发射模块5和激光接收模块6也可以设置有三对以上，例如为五对、六对、七对等，需要说明的是，当为五对时，各激光发射模块5和各激光接受模块的排布方式均为五边形；当为六对时，各激光发射模块5和各激光接受模块的排布方式均为六边形。

s2：利用调整装置将风机叶片1起吊至与风机轮毂2相对应的高度位置处；

具体而言，本实施例中调整装置为大型吊机，安装前，风机轮毂2通过吊装的方式起吊至风机支撑塔上、并安装固定，然后通过吊机将风机叶片1起吊至于风机轮毂2相对的高度位置处即可。需要说明的是，本实施例中，在起吊风机叶片1的过程中，通过高度监测装置对风机叶片1的起吊高度进行监测，本实施例中高度监测装置为激光测距装置，激光测距装置可以测量风机叶片1与风机支撑塔底端之间的距离，当测量的距离与风机轮毂2的高度大致一致后，即可判断风机叶片以起吊至相应的高度位置。

s3：通过调整装置将风机叶片1向激光光强较强的方向移动，移动过程中当激光光强信息变弱或切断时，通过反向调整风机叶片1移动方向的方式对风机叶片1位置进行校正；

具体而言，本实施例中当风机叶片1起吊至相应的高度位置处后，启动各激光发射模块5和各激光接收模块6，由于激光光束具有发散性，当风机叶片1距离风机轮毂2较远时，激光光束照射在风机轮毂2上的光斑直径较大，通过操控调整装置移动将对应的激光接收模块6罩在相应的光斑内，由于激光光束中心线处的光强较强，并且越靠近激光发射模块5的位置激光光束的发散越小，光强也越强，所以在安装过程中控制装置一方面会通过操控调整装置将风机叶片1向光束中心线位置处靠拢，另一方面还会将风机叶片1向风机轮毂2方向推进。在安装过程中，由于强风或者调控过大而导致风机叶片1出现较大位移偏差时，此时激光接收装置会接收到光强变小的激光光强信号，当控制装置接收到变小的激光光强信号后，控制装置会操控调整装置向相反的方向移动，从而实现对风机叶片1位移偏差的矫正。需要说明的是，加速度计会实时的监测风机叶片1的位移方向，当风机叶片1出现较大位移偏差时，控制装置会操控调整装置沿着与加速度计监测位移方向的相反方向进行动作，从而对风机叶片的位置进行矫正。

s4：重复步骤s3，直至接收的激光光斑大小与激光接收模块6探头的直径相一致，然后通过调整装置将风机叶片1对接在风机轮毂2上。

具体而言，随着激光发射模块5和激光接收模块6的不断靠近，激光接收模块6所接收的激光光束直径会逐渐变小，当激光光束的光斑大小与激光接收模块6探头的直径相一致时(需要说明的是，本实施例中激光光束的光斑大小与激光接收模块6探头的直径相一致指的是大致一致，光斑直径和探头直径的差值在一定的阈值内均可视为一致)，此时即可确定风机叶片1和风机轮毂2基本实现了对接，然后通过操控调整装置将风机叶片1的各螺纹柱3插入对应的螺纹孔4处即可，即完成风机叶片的安装。需要说明的是，本实施例中

以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。