通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法及系统，无人机上装载一固态雷达和一相机，风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，包括如下步骤：将无人机放置于风机前侧，使得风塔位于固态雷达的探测范围，进而控制无人机沿预设路径飞行；当无人机沿预设路径飞行时，通过固态雷达采集风机的点云图，进而根据风机的点云图重建风机模型；在风机模型中，在每一叶片的前侧和/或后侧设置多个路径点，根据路径点形成检测飞行路径；控制无人机沿检测飞行路径飞行，通过固态雷达对叶片进行追踪探测并通过相机采集探测到的叶片的图像。本发明专利技术能够便于控制无人机沿每一叶片飞行，对每一叶片的照片进行采集，实现风机叶片上的缺陷的检测。

Automatic tracking and testing method and system for fan blades by UAV

The invention provides an automatic tracking detection method and system for fan blades by UAV. The UAV is loaded with a solid-state radar and a camera. The fan comprises a wind tower and an impeller at the top of the wind tower. The fan comprises the following steps: the UAV is placed in the front of the fan, so that the wind tower is located in the detection model of the solid-state radar. When the UAV is flying along the preset path, the point cloud of the fan is collected by solid-state radar, and then the fan model is reconstructed according to the point cloud of the fan. In the fan model, multiple path points are set at the front and/or back of each blade to form the detection flight according to the path points. Row path; Control UAV to fly along the detected flight path, track and detect the blade by Solid-state Radar and collect the detected blade image by camera. The invention can facilitate the control of UAV flying along each blade, collect photos of each blade, and realize the defect detection on the fan blade.

【技术实现步骤摘要】
通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法及系统
本专利技术涉及风机叶片跟踪检测，具体地，涉及一种通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法及系统。
技术介绍
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有叶片、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。在风力发电机的长期运行过程中，叶片的表面会呈现出各种损伤，例如叶片保护膜损伤、叶片掉漆、叶片结冰、叶片裂纹以及叶片油污等。目前，对叶片表面进行损伤检测时，通常采用人工爬上风力发电机进行检测，不仅会花费大量的人力，而且在人工爬上风力发电的进行检测的时候需要高空作业，作业人员的安全具有一定的风险。因此通过无人机装载相机进行风机检测，能够很好的代替人工进行检测。但是无人机装载相机进行工作时，需要通过对风力发电机进行建模分析，从而便于对控制无人机沿预设的巡检路径飞行，实现对风力发电机上损伤的检测。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法及系统。根据本专利技术提供的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，所述无人机上装载一固态雷达和一相机，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，包括如下步骤：步骤S1：将所述无人机放置于风机前侧，使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围，进而控制所述无人机沿预设路径飞行；步骤S2：当所述无人机沿预设路径飞行时，通过所述固态雷达采集所述风机的点云图，进而根据所述风机的点云图重建风机模型；步骤S3：在所述风机模型中，在每一所述叶片的前侧和/或后侧设置多个路径点，根据所述路径点形成检测飞行路径；步骤S4：控制所述无人机沿所述检测飞行路径飞行，通过所述固态雷达对所述叶片进行追踪探测并通过所述相机采集探测到的所述叶片的图像。优选地，所述步骤S1包括如下步骤：步骤S101：以预设的基准面上的第一目标点为原点O建立NED坐标系；步骤S102：将无人机放置在所述第一目标点上，使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围内；步骤S103：控制所述无人机沿所述预设路径飞行。优选地，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S201：当所述无人机沿预设路径飞行时，通过所述固态雷达采集所述风机的点云图；步骤S202：根据所述风机的点云图计算出所述风机的风轮平面、风塔高度、至少一叶片的转角以及轮毂相对应风塔中心的凸出长度；步骤S203：根据所述风轮平面、所述风塔高度、至少一叶片的所述转角以及轮毂相对于风塔中心的凸出长度重建风机模型。优选地，所述步骤S201包括如下步骤：步骤S2011：当所述无人机以第一预设高度垂直升空至第二目标点时，调整所述无人机的机头朝向至第一目标朝向，所述第一目标朝向使得所述风塔位于所述固态雷达的探测视野中央；步骤S2012：通过所述固态雷达探测出所述风塔的点云图计算出所述风塔的直径和所述无人机与所述风塔的第一目标距离；步骤S2013：根据预设的风塔直径与第一预设距离的关系，计算出距离所述风塔第一预设距离的第三目标点；步骤S2014：根据所述无人机位于第三目标点时保持第一目标朝向、第二目标点的坐标、第一目标距离和第一预设距离生成所述第三目标点的坐标，进而控制无人机飞行至第三目标点；步骤S2015：根据所述第三目标点的坐标、所述第一预设距离、所述第一目标朝向以及所述风塔的直径生成位于所述预设的基准面上的风塔中心点M的坐标；步骤S2016：以所述风塔中心点M为原点建立ENU坐标系，进而生成所述ENU坐标系与所述NED坐标系的转换矩阵；步骤S2017：在所述ENU坐标系中，所述无人机垂直升空飞行至第四目标点同时采集风塔和叶片的点云。优选地，所述步骤S202包括如下步骤：步骤S2021：将所述叶片的点云图映射到NME平面生成点云映射直线，所述点云映射直线沿U轴延伸生成所述风机的风轮平面；步骤S2022：根据所述风轮平面与所述风塔的垂直距离生成轮毂相对应风塔中心的凸出长度；步骤S2023：所述叶片的点云图映射到所述风轮平面，进而拟合成点云直线，所述点云直线平移后与U轴的交点高度生成所述风塔高度；步骤S2024：根据所述点云直线与所述风轮平面水平方向的夹角生成所述叶片的转角；步骤S2025：根据风轮平面、风塔高度、至少一叶片的转角以及轮毂相对应风塔中心的凸出长度重建风机模型。优选地，在步骤S3中，在每一所述叶片的前侧和/或后侧设置多个路径点的坐标，具体为：a＝n/(N-1)；V_wp[n]＝[a*L,V_dist,H_dist]；其中，V_wp[n]为编号n的路径点坐标，N为沿叶长度方向的路径点的数量，n为路径点的编号，L为叶片的长度，H_dist为路径点距离叶片中的水平距离，V_dist为路径点距离叶片的垂直距离，当路径点位于叶片前侧时，H_dist为正值，当路径点位于叶片后侧时，H_dist为负值，当路径点位于叶片上侧时，V_dist为正值，当路径点位于叶片下侧面时，V_dist为负值。优选地，所述步骤S4包括如下步骤：步骤S401：控制所述无人机沿所述检测飞行路径从所述叶片的一侧面进行从叶尖区域至叶根区域或从叶根区域至叶尖区域飞行并通过所述无人机上设置的固态雷达对目标叶片进行探测；步骤S402：当所述固态雷达探测到所述叶片时，在所述固态雷达的探测视野内形成所述叶片上一叶片区域对应的叶片点云图；步骤S403：通过所述无人机上的云台控制所述固态雷达的探测口朝向使得所述叶片点云图位于探测视野上预设的位置区间内；步骤S404：随着所述无人机飞行，重复执行步骤S402至S403，实现通过所述固态雷达对所述叶片进行追踪探测。优选地，所述步骤S403包括如下步骤：步骤S4031：调整所述云台使得所述叶片点云图的一侧端距离所述预设的位置区间的一侧端小于第一预设距离；步骤S4032：当随着所述无人机的移动，所述叶片点云图的一侧端移动至所述预设的位置区间一侧端的一侧时且距离所述预设的位置区间一侧端的距离大于所述第一预设距离时，调整所述云台使得所述固态雷达的探测视野向上移动；步骤S4033：当随着所述无人机的移动，所述叶片点云图移动至所述预设的位置区间一侧端的另一侧时且距离所述预设的位置区间一侧端的距离大于所述第一预设距离时，调整所述云台使得所述固态雷达的探测视野向下移动。优选地，所述步骤S2017包括如下步骤：步骤S20171：在所述无人机垂直升空飞行至第四目标点过程中，通过所述固态雷达采集所述风塔的点云图并提取位于所述风塔的点云图中间且沿风塔中轴线分布的像素点；步骤S20172：当探测到所述风塔的两侧存在叶片的点云图时，采集所述叶片的点云图并提取位于所述叶片的点云图中间且沿叶片的长度方向分布的像素点；步骤S20173：当提取到一叶片的像素点的数量大于预设的数量阈值时，则所述无人机继续垂直飞行第三预设高度至第四目标点完成叶片和风塔的点云图采集。本专利技术提供的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测系统，用于实现所述的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，包括：飞行控制模块，用于控制放置于风机前侧且使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围的所述无人机沿预设路径飞行；风机模型重建模块，用于当所述无人机沿预设路径飞行时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，所述无人机上装载一固态雷达和一相机，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将所述无人机放置于风机前侧，使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围，进而控制所述无人机沿预设路径飞行；步骤S2：当所述无人机沿预设路径飞行时，通过所述固态雷达采集所述风机的点云图，进而根据所述风机的点云图重建风机模型；步骤S3：在所述风机模型中，在每一所述叶片的前侧和/或后侧设置多个路径点，根据所述路径点形成检测飞行路径；步骤S4：控制所述无人机沿所述检测飞行路径飞行，通过所述固态雷达对所述叶片进行追踪探测并通过所述相机采集探测到的所述叶片的图像。

【技术特征摘要】
1.一种通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，所述无人机上装载一固态雷达和一相机，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将所述无人机放置于风机前侧，使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围，进而控制所述无人机沿预设路径飞行；步骤S2：当所述无人机沿预设路径飞行时，通过所述固态雷达采集所述风机的点云图，进而根据所述风机的点云图重建风机模型；步骤S3：在所述风机模型中，在每一所述叶片的前侧和/或后侧设置多个路径点，根据所述路径点形成检测飞行路径；步骤S4：控制所述无人机沿所述检测飞行路径飞行，通过所述固态雷达对所述叶片进行追踪探测并通过所述相机采集探测到的所述叶片的图像。2.根据权利要求1所述的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：步骤S101：以预设的基准面上的第一目标点为原点O建立NED坐标系；步骤S102：将无人机放置在所述第一目标点上，使得所述风塔位于所述固态雷达的探测范围内；步骤S103：控制所述无人机沿所述预设路径飞行。3.根据权利要求2所述的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S201：当所述无人机沿预设路径飞行时，通过所述固态雷达采集所述风机的点云图；步骤S202：根据所述风机的点云图计算出所述风机的风轮平面、风塔高度、至少一叶片的转角以及轮毂相对应风塔中心的凸出长度；步骤S203：根据所述风轮平面、所述风塔高度、至少一叶片的所述转角以及轮毂相对于风塔中心的凸出长度重建风机模型。4.根据权利要求3所述的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤S201包括如下步骤：步骤S2011：当所述无人机以第一预设高度垂直升空至第二目标点时，调整所述无人机的机头朝向至第一目标朝向，所述第一目标朝向使得所述风塔位于所述固态雷达的探测视野中央；步骤S2012：通过所述固态雷达探测出所述风塔的点云图计算出所述风塔的直径和所述无人机与所述风塔的第一目标距离；步骤S2013：根据预设的风塔直径与第一预设距离的关系，计算出距离所述风塔第一预设距离的第三目标点；步骤S2014：根据所述无人机位于第三目标点时保持第一目标朝向、第二目标点的坐标、第一目标距离和第一预设距离生成所述第三目标点的坐标，进而控制无人机飞行至第三目标点；步骤S2015：根据所述第三目标点的坐标、所述第一预设距离、所述第一目标朝向以及所述风塔的直径生成位于所述预设的基准面上的风塔中心点M的坐标；步骤S2016：以所述风塔中心点M为原点建立ENU坐标系，进而生成所述ENU坐标系与所述NED坐标系的转换矩阵；步骤S2017：在所述ENU坐标系中，所述无人机垂直升空飞行至第四目标点同时采集风塔和叶片的点云。5.根据权利要求4所述的通过无人机进行风机叶片的自动跟踪检测方法，其特征在于，所述步骤S202包括如下步骤：步骤S2021：将所述叶片的点云图映射到NME平面生成点云映射直线，所述点云映射直线沿U轴延伸生成所述风机的风轮平面；步骤S2022：根据所述风轮平面与所述风塔的垂直距离生成轮毂相对应风塔中心的凸出长度；步骤S2023：所述叶片的点云图映射到所述风轮平面，进而拟合成点云直线，所述点云直线平移后与U轴的交点高度生成所述风塔高度；步骤S2024：根据所述点云直线与所述风轮平面水平方向的夹角生成所述叶片的转角；步骤S2025：根据风轮平面、风塔高度、至少一叶片的转角以及轮毂相对应风塔中心的凸出长度重建风机模型。...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏航，尚黎民，王海洋，赵龙，
申请(专利权)人：上海扩博智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31