【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于變形測(cè)量，具體涉及一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
1、大葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中用于捕獲風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的大型葉片。由于大葉片長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到風(fēng)、雨、雪、日曬等自然因素的侵蝕和損傷，其中尤其是風(fēng)場(chǎng)的影響，極有可能會(huì)導(dǎo)致葉片內(nèi)部產(chǎn)生裂紋、疲勞、變形等問(wèn)題，進(jìn)而影響葉片的結(jié)構(gòu)安全和發(fā)電效率，甚至葉片斷裂，引發(fā)安全事故。
2、針對(duì)于葉片呼吸變形以及由于氣動(dòng)外形、結(jié)構(gòu)剛度等變化區(qū)域?qū)θ~片動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題，目前大多通過(guò)有限元仿真進(jìn)行分析，但由于制造偏差和材料性能的離散性等原因，導(dǎo)致仿真模型與實(shí)際模型在細(xì)節(jié)上難以很好地吻合。因此對(duì)風(fēng)電葉片在疲勞測(cè)試狀態(tài)下進(jìn)行呼吸變形動(dòng)態(tài)測(cè)量成為提取葉片動(dòng)態(tài)變形響應(yīng)特征的重要途徑，為仿真分析提供反饋和閉環(huán)驗(yàn)證，是當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，能夠更好地對(duì)葉片變形程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而減小葉片斷裂等情況的發(fā)生。
2、為達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)提供了一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，包括以下步驟：
3、s1、搭建包括磁吸式固定架、補(bǔ)光燈、工業(yè)相機(jī)的測(cè)試裝置；
4、s2、在待測(cè)的葉片內(nèi)部選取一圈截面，沿著截面線在葉片內(nèi)壁上均勻設(shè)置一圈靶標(biāo)，測(cè)試裝置安裝在葉片的根部擋板孔洞處；
5、s3、利用棋盤網(wǎng)格標(biāo)定板進(jìn)行工業(yè)相機(jī)標(biāo)定；
6、s4、對(duì)葉片進(jìn)行疲勞測(cè)試，在疲勞測(cè)試狀態(tài)下，通過(guò)
7、s5、針對(duì)采集到的影像數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行模板匹配識(shí)別靶標(biāo)并確定靶標(biāo)中心點(diǎn)所在區(qū)域，通過(guò)角點(diǎn)檢測(cè)算法來(lái)提取該區(qū)域的唯一中心點(diǎn)像素坐標(biāo)，進(jìn)而使用精化角點(diǎn)函數(shù)對(duì)中心點(diǎn)像素坐標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化；
8、s6、根據(jù)同一個(gè)靶標(biāo)中心點(diǎn)在立體圖像中的像素坐標(biāo)，通過(guò)空間前方交會(huì)算法解算出每個(gè)靶標(biāo)中心點(diǎn)在工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；
9、s7、構(gòu)建葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系，將工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系下的靶標(biāo)中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系中，利用該三維坐標(biāo)生成每個(gè)靶標(biāo)中心點(diǎn)的動(dòng)態(tài)軌跡路線，依據(jù)軌跡路線進(jìn)行葉片呼吸變形的分析。
10、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s1中，測(cè)試裝置的設(shè)置方式為，磁吸式固定架包括縱桿、橫桿和磁吸式底座，縱桿沿著葉片的長(zhǎng)度方向設(shè)置，縱桿的末端固定在磁吸式底座上，磁吸式底座設(shè)置在進(jìn)行疲勞測(cè)試的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，橫桿上對(duì)稱安裝有兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)，補(bǔ)光燈設(shè)置在工業(yè)相機(jī)的前下方，橫桿通過(guò)連接裝置設(shè)置在縱桿上。
11、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s1中，工業(yè)相機(jī)帶有usb或1394數(shù)據(jù)線，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，補(bǔ)光燈為led光源。
12、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s2中，靶標(biāo)的數(shù)量為12個(gè)，選取的截面位置為，在葉片的長(zhǎng)度方向上，從葉片根部起向葉片尖端方向4米的位置，靶標(biāo)采用黑白雙色設(shè)置；s3中，棋盤網(wǎng)格標(biāo)定板為精度為0.01mm的氧化鋁面板，并且其每個(gè)網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為6cm。
13、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s3中，工業(yè)相機(jī)標(biāo)定的過(guò)程為：像方坐標(biāo)是通過(guò)影像數(shù)據(jù)中的像素坐標(biāo)來(lái)確定的，物方坐標(biāo)則是將棋盤網(wǎng)格的固定邊長(zhǎng)作為實(shí)際參考坐標(biāo)，標(biāo)定公式表示為：
14、（1）；
15、式中，是像控點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，即像控點(diǎn)在工業(yè)相機(jī)采集的圖像中的位置；為像控點(diǎn)的物方坐標(biāo)，即像控點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中的位置；為像主點(diǎn)的坐標(biāo)；和是物方空間坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；是坐標(biāo)變換的函數(shù)，將物方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系；表示一個(gè)用來(lái)對(duì)像點(diǎn)進(jìn)行畸變糾正的函數(shù)；f是工業(yè)相機(jī)的內(nèi)參矩陣；
16、假定，表示變換后的坐標(biāo)點(diǎn)，則：
17、（2）；
18、（3）；
19、（4）；
20、（5）；
21、為工業(yè)相機(jī)在x軸和y軸方向上的焦距；、、是徑向畸變參數(shù)，用于校正鏡頭的徑向畸變；、是切向畸變參數(shù)，用于校正鏡頭的切向畸變；、、是在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；、是用于解釋函數(shù)的參數(shù)；r表示像點(diǎn)距離成像中心的距離；
22、根據(jù)式（1）-式（5）分別計(jì)算兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，內(nèi)參數(shù)包括徑向畸變參數(shù)、切向畸變參數(shù)、焦距和像主點(diǎn)的坐標(biāo)，外參數(shù)包括物方空間坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)的標(biāo)定，為后續(xù)的解算出每個(gè)靶標(biāo)中心點(diǎn)在工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)提供了模型參數(shù)。
23、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s4中，工業(yè)相機(jī)的采集幀率為每秒15幀，影像分辨率為2500萬(wàn)像素；采用軟觸發(fā)模式來(lái)控制工業(yè)相機(jī)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，待葉片疲勞測(cè)試達(dá)到滿載時(shí)，發(fā)動(dòng)觸發(fā)命令進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)多批次的影像數(shù)據(jù)采集。
24、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s5中，進(jìn)行模板匹配識(shí)別靶標(biāo)并確定靶標(biāo)中心點(diǎn)所在區(qū)域具體為，對(duì)葉片截面上的靶標(biāo)利用基于形狀的特征匹配檢測(cè)方法確定靶標(biāo)中心點(diǎn)所在位置區(qū)域，基于形狀的特征匹配檢測(cè)方法為：
25、設(shè)定作為參考圖像的模板，進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練期間變換尺度，并圍繞模板圖像中心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在此過(guò)程中保留模板特征信息，表示為：
26、（6）；
27、（7）；
28、（8）；
29、（9）；
30、（10）；
31、式中，q和q是尺度變換參數(shù)；cx和cy是模板像素值的位置；是變換矩陣，用于將模板圖像中的點(diǎn)映射到圖像塊中的點(diǎn)；scale表示一個(gè)尺度因子，用于調(diào)整模板的大小；angle表示旋轉(zhuǎn)角度，用于確定模板相對(duì)于圖像塊的旋轉(zhuǎn)程度；、分別表示圖像的列數(shù)和行數(shù)；
32、在匹配過(guò)程，利用模板匹配函數(shù)計(jì)算模板與圖像塊之間的相似度來(lái)追蹤靶標(biāo)，然后通過(guò)追蹤模板圖像中心，將中心與變換矩陣相乘，識(shí)別靶標(biāo)中心位置，表示為：
33、（11）；
34、式中，是最終的圖像中心；是從原圖像到最終結(jié)果的變換矩陣；、分別代表模板圖像中心在x軸、y軸方向上的平移量；、分別表示模板圖像中心在目標(biāo)圖像中的x軸、y軸坐標(biāo)；跟蹤其他點(diǎn)與跟蹤中心同理。
35、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s5中，精化角點(diǎn)函數(shù)具體為，使用opencv的goodfeaturestotrack函數(shù)在小窗口內(nèi)尋找特征最強(qiáng)的1個(gè)角點(diǎn)，然后使用opencv的cornersubpix函數(shù)對(duì)goodfeaturestotrack函數(shù)找到的角點(diǎn)進(jìn)行亞像素級(jí)優(yōu)化。
36、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的s7中，構(gòu)建葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系的過(guò)程為：
37、計(jì)算工業(yè)相機(jī)觀測(cè)到所有靶標(biāo)的重心坐標(biāo)，確定葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)，重心表達(dá)式為：
38、（12）；
39、式中，為第i個(gè)靶標(biāo)在工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；n為靶標(biāo)數(shù)量；為通過(guò)前方交會(huì)算法解算出的重心坐標(biāo)；
40、對(duì)n個(gè)靶標(biāo)做平面擬合，然后定義中間變量、、：
41、（13）；
42、得到擬合方本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S1中，測(cè)試裝置的設(shè)置方式為，磁吸式固定架包括縱桿、橫桿和磁吸式底座，縱桿沿著葉片的長(zhǎng)度方向設(shè)置，縱桿的末端固定在磁吸式底座上，磁吸式底座設(shè)置在進(jìn)行疲勞測(cè)試的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，橫桿上對(duì)稱安裝有兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)，補(bǔ)光燈設(shè)置在工業(yè)相機(jī)的前下方，橫桿通過(guò)連接裝置設(shè)置在縱桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S1中，工業(yè)相機(jī)帶有USB或1394數(shù)據(jù)線，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，補(bǔ)光燈為L(zhǎng)ED光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S2中，靶標(biāo)的數(shù)量為12個(gè)，選取的截面位置為，在葉片的長(zhǎng)度方向上，從葉片根部起向葉片尖端方向4米的位置，靶標(biāo)采用黑白雙色設(shè)置；S3中，棋盤網(wǎng)格標(biāo)定板為精度為0.01mm的氧化鋁面板，并且其每個(gè)網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為6cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于，所述的S3中，工業(yè)相
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S4中，工業(yè)相機(jī)的采集幀率為每秒15幀，影像分辨率為2500萬(wàn)像素；采用軟觸發(fā)模式來(lái)控制工業(yè)相機(jī)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，待葉片疲勞測(cè)試達(dá)到滿載時(shí)，發(fā)動(dòng)觸發(fā)命令進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)多批次的影像數(shù)據(jù)采集。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S5中，進(jìn)行模板匹配識(shí)別靶標(biāo)并確定靶標(biāo)中心點(diǎn)所在區(qū)域具體為，對(duì)葉片截面上的靶標(biāo)利用基于形狀的特征匹配檢測(cè)方法確定靶標(biāo)中心點(diǎn)所在位置區(qū)域，基于形狀的特征匹配檢測(cè)方法為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S5中，精化角點(diǎn)函數(shù)具體為，使用opencv的goodFeaturesToTrack函數(shù)在小窗口內(nèi)尋找特征最強(qiáng)的1個(gè)角點(diǎn)，然后使用opencv的cornerSubPix函數(shù)對(duì)goodFeaturesToTrack函數(shù)找到的角點(diǎn)進(jìn)行亞像素級(jí)優(yōu)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于，所述的S7中，構(gòu)建葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系的過(guò)程為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的S7中，工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系到葉片呼吸測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換的過(guò)程為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的s1中，測(cè)試裝置的設(shè)置方式為，磁吸式固定架包括縱桿、橫桿和磁吸式底座，縱桿沿著葉片的長(zhǎng)度方向設(shè)置，縱桿的末端固定在磁吸式底座上，磁吸式底座設(shè)置在進(jìn)行疲勞測(cè)試的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，橫桿上對(duì)稱安裝有兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)，補(bǔ)光燈設(shè)置在工業(yè)相機(jī)的前下方，橫桿通過(guò)連接裝置設(shè)置在縱桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的s1中，工業(yè)相機(jī)帶有usb或1394數(shù)據(jù)線，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，補(bǔ)光燈為led光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于：所述的s2中，靶標(biāo)的數(shù)量為12個(gè)，選取的截面位置為，在葉片的長(zhǎng)度方向上，從葉片根部起向葉片尖端方向4米的位置，靶標(biāo)采用黑白雙色設(shè)置；s3中，棋盤網(wǎng)格標(biāo)定板為精度為0.01mm的氧化鋁面板，并且其每個(gè)網(wǎng)格的邊長(zhǎng)為6cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片動(dòng)態(tài)呼吸變形測(cè)量方法，其特征在于，所述的s3中，工業(yè)相機(jī)標(biāo)定的過(guò)程為：像方坐標(biāo)是通過(guò)影像數(shù)據(jù)中的像素坐標(biāo)來(lái)確定的，物方坐標(biāo)則是將棋盤網(wǎng)格的固定邊長(zhǎng)作為實(shí)際參考坐標(biāo)，標(biāo)定公式表示為：
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李彩林，王志勇，張磊安，郭寶云，尉先龍，李成良，劉衛(wèi)生，王景華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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