一种风力发电机组综合性安全检测系统及方法与流程

1.本发明涉及风力发电机组检测的技术领域，尤其是指一种风力发电机组综合性安全检测系统及方法。


背景技术：

2.风力发电机组是通过风轮把风的动能转换成机械能，机械能推动发电机产生的机械设备，通常由风轮、传动装置、塔架及附属部件组成，其中风轮是风力机捕捉和吸收风能最重要的部件，其作用是通过叶片将风能转变成机械能。叶片在风力发电机组的服役过程中，一方面叶片需要承受气动载荷等产生的机械应力，另一方面会受到自然环境下覆冰、沙蚀、雨蚀以及雷击等破坏，使得叶片的材料以及结构的损伤，主要表现为叶片的开裂，裂纹等损伤，继而产生安全隐患；而在叶片生产过程中，由于生产工艺和人工操作的问题，在生产过程中存在诸如空胶、褶皱、壳体贫胶、芯材缺失、间隙等各种缺陷，而大部分缺陷存在于叶片材料的内部，从外表面无法直观看出缺陷的类型、尺寸及程度。塔架由钢板卷制而成的焊接钢管通过法兰连接组成，由于生产工艺和人工操作的问题，在生产过程中也存在诸如气孔、夹渣、裂纹、成形不良等各种缺陷，而大部分缺陷存在于结构的内部，从外表面无法直观看出缺陷的类型、尺寸及程度。
3.针对风力发电机组的无损检测技术，较为成熟的例如声发射技术、红外热成像、超声波探伤、涡流检测、x射线等无损探伤技术，这些方法均可用于检测风力发电机组的表面及内部缺陷，并具有各自的优点及其局限性，例如声发射检测技术需要布置大量传感器保证其准确性，容易受到噪声干扰，因而检测结果的准确性有待进一步提高；超声波检测技术对于操作人员的技能要求较高，存在缺陷图样不直观等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种风力发电机组综合性安全检测系统，利用飞行装置及安装在其上的拍摄装置和空气耦合超声检测装置，实现数字图像相关技术与空气耦合超声检测结合的综合性检测。
5.本发明的第二目的在于提供一种风力发电机组综合性安全检测系统的检测方法。
6.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组综合性安全检测系统，包括飞行装置、拍摄装置、空气耦合超声检测装置、高速a/d采集卡、运动控制卡和主控机；所述主控机通过运动控制卡与飞行装置通讯连接以控制飞行路线，所述拍摄装置、空气耦合超声检测装置、高速a/d采集卡、运动控制卡均安装在飞行装置上，所述主控机、拍摄装置和高速a/d采集卡依次通讯连接，用于对风力发电机组进行拍摄和记录，所述主控机、空气耦合超声检测装置和高速a/d采集卡依次通讯连接，用于对风力发电机组的部件进行空气耦合超声检测和记录，所述高速a/d采集卡与主控机通讯连接，用于将风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号反馈给主控机，所述主控机通过运动控制卡和同步时钟分别与拍摄装置和空气耦合超声检测装置通讯连接，用于同步控制拍摄装置的拍摄和空气耦
合超声检测装置的启停。
7.进一步，所述飞行装置为旋翼无人机，其采用gps和超声双定位设计，并设置有用于固定装置的仪器固定平台。
8.进一步，所述空气耦合超声检测装置包括依次通讯连接的信号发生器、功率放大器、空气耦合超声换能器和前置放大器，所述空气耦合超声换能器为一体型空气耦合超声换能器或双探头空气耦合超声换能器。
9.进一步，所述拍摄装置为高清相机。
10.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组综合性安全检测系统的检测方法，通过拍摄装置和空气耦合超声检测装置同步对风力发电机组的表面结构和内部结构进行全方位扫描，将扫描得到的风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号传输到主控机中，主控机对风力发电机组的图像信息进行图像识别处理，提取特征点以进行三维重建，并同时对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，从而检测风力发电机组的表面损伤及内部损伤，最后根据损伤检测结果对风力发电机组的各个部件进行安全评估，计算风力发电机组的各个部件的使用寿命。
11.进一步，所述通过拍摄装置和空气耦合超声检测装置同步对风力发电机组的表面结构和内部结构进行全方位扫描，将扫描得到的风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号传输到主控机中，具体执行以下操作：
12.使用拍摄装置对风力发电机组进行倾斜摄影和贴近摄影测量，得到风力发电机组的图像信息，同时通过空气耦合超声检测装置对风力发电机组进行空气耦合超声检测，得到空气耦合超声检测信号，将风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号存储在高速a/d采集卡中，高速a/d采集卡将其存储的信息反馈到主控机中。
13.进一步，所述主控机对风力发电机组的图像信息进行图像识别处理，提取特征点以进行三维重建，并同时对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，具体执行以下操作：
14.主控机首先使用模式识别技术对高速a/d采集卡所反馈的图像信息进行图像识别处理，再利用图像分割算法进行特征提取，得到内外部特征边界以及内外部点云，根据内外部特征边界以及内外部点云进行三维重建，实现风力发电机组表面损伤检测并提供风力发电机组结构损伤的宏观定位；同时主控机亦对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，从而实现风力发电机组内部损伤检测。
15.进一步，所述内外部特征边界包括视觉特征边界、统计特征边界、变换系数特征边界和代数特征边界。
16.进一步，在步骤s3中，所述超声扫描显示包括超声a扫描显示、超声b扫描显示和超声c扫描显示。
17.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
18.1、本发明采用数字图像相关技术与空气耦合超声检测结合的综合性检测，利用飞行装置搭载检测设备，通过拍摄装置对风力发电组进行表面损伤检测并通过空气耦合超声检测装置对风力发电机组进行内部损伤检测，实现风力发电机组全方位损伤检测，且损伤图像可视化，定位简便，进而能够对风力发电机组的制造、安装、运行全生命周期的安全检测，实现从风力发电机组的部件到整机的检测；
19.2、本发明的拍摄装置采用倾斜摄影和贴近摄影测量技术相结合，倾斜摄影测量能
够进行三维空间摄影，贴近摄影测量能够进行平面摄影，捕捉风力发电机组的部件表面的裂纹或成形不良等各种表面损伤；同时，本发明采用的空气耦合超声检测能够发现叶片的空胶、褶皱、壳体贫胶、芯材缺失、间隙等各种缺陷，以及塔架的气孔、夹渣等内部损伤；
20.3、本发明采用飞行装置搭载检测设备，在整机测量过程中方便安全，减少了工作人员不必要的攀爬作业，同时进行塔架等风力发电机组固定部件检测时可以实现不停机检测，保证风力发电机组的经济性。
附图说明
21.图1为风力发电机组综合性检测系统的结构示意图。
22.图2为一体型空气耦合超声换能器的结构示意图。
23.图3为双探头空气耦合超声换能器的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
25.实施例1
26.参见图1至图2所示，为本实施例所提供的风力发电机组综合性检测系统，包括飞行装置、拍摄装置、空气耦合超声检测装置、高速a/d采集卡7、运动控制卡8和主控机10；所述主控机10通过运动控制卡8与飞行装置通讯连接以控制飞行路线，所述拍摄装置、空气耦合超声检测装置、高速a/d采集卡7、运动控制卡8均安装在飞行装置上，所述主控机10、拍摄装置和高速a/d采集卡7依次通讯连接，用于对风力发电机组进行拍摄和记录，所述主控机10、空气耦合超声检测装置和高速a/d采集卡7依次通讯连接，用于对风力发电机组的部件进行空气耦合超声检测和记录，所述高速a/d采集卡7与主控机10通讯连接，用于将风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号反馈给主控机10，所述主控机10通过运动控制卡8和同步时钟分别与拍摄装置和空气耦合超声检测装置通讯连接，用于同步控制拍摄装置的拍摄和空气耦合超声检测装置的启停。
27.其中，所述飞行装置为旋翼无人机1，其采用gps和超声双定位设计，并设置有用于固定装置的仪器固定平台9，所述拍摄装置为高清相机2，高清相机2具体类型、尺寸和数量及其位置根据测试的风力发电机组选定，所述空气耦合超声检测装置包括依次通讯连接的信号发生器3、功率放大器4、空气耦合超声换能器5和前置放大器6，所述空气耦合超声换能器5为一体型空气耦合超声换能器5a，其发射探头和接收探头一体化，采用空耦脉冲回波法实现表面扫型。
28.所述空气耦合超声检测信号反馈过程如下：对主控机10进行采样设置，由信号发生器3对风力发电机组进行检测，信号发生器3检测产生的检测信号经过功率放大器4处理后，由空气耦合超声换能器5接收并传输到前置放大器6中，前置放大器6对检测信号处理后，传输到高速a/d采集卡7进行数据存储。
29.实施例2
30.参见图3所示，与实施例1不同的是，所述空气耦合超声换能器5为双探头空气耦合超声换能器5b，其发射探头和接收探头同侧布置，采用斜射入法测量方式，能够调整发射探头的信号入射角度，在风力发电机组的测量部件内部产生纵波、横波、表面波和导波，实现
原位在线检测。
31.实施例3
32.本实施例公开了风力发电机组综合性检测系统的检测方法，通过拍摄装置和空气耦合超声检测装置同步对风力发电机组的表面结构和内部结构进行全方位扫描，将扫描得到的风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号传输到主控机中，主控机对风力发电机组的图像信息进行图像识别处理，提取特征点以进行三维重建，并同时对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，从而检测风力发电机组的表面损伤及内部损伤，最后根据损伤检测结果对风力发电机组的各个部件进行安全评估，计算风力发电机组的各个部件的使用寿命。
33.所述通过拍摄装置和空气耦合超声检测装置同步对风力发电机组的表面结构和内部结构进行全方位扫描，将扫描得到的风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号传输到主控机中，具体执行以下操作：
34.使用拍摄装置对风力发电机组进行倾斜摄影和贴近摄影测量，得到风力发电机组的图像信息，同时通过空气耦合超声检测装置对风力发电机组进行空气耦合超声检测，得到空气耦合超声检测信号，将风力发电机组的图像信息和空气耦合超声检测信号存储在高速a/d采集卡中，高速a/d采集卡将其存储的信息反馈到主控机中。
35.所述主控机对风力发电机组的图像信息进行图像识别处理，提取特征点以进行三维重建，并同时对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，具体执行以下操作：
36.主控机首先通过图像建模处理软件smart3d使用模式识别技术对高速a/d采集卡所反馈的图像信息进行图像识别处理，再利用图像分割算法进行特征提取，得到内外部特征边界以及内外部点云，根据内外部特征边界以及内外部点云进行三维重建，实现风力发电机组表面损伤检测并提供风力发电机组结构损伤的宏观定位；同时主控机亦通过超声成像分析软件winspect对空气耦合超声检测信号进行超声扫描显示，从而实现风力发电机组内部损伤检测；其中，所述内外部特征边界包括视觉特征边界、统计特征边界、变换系数特征边界和代数特征边界，所述超声扫描显示包括超声a扫描显示、超声b扫描显示和超声c扫描显示。
37.以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。