一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统，该方法包括：计算变形区域相对于参考区域的旋转角度；生成变形区域参数；更新旋转角度后变形区域像素点坐标；计算参考区域与更新后的变形区域的像素点匹配相关系数；更新变形区域参数；更新像素点坐标；计算参考区域与二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数；比较所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数与预设阈值的大小；计算变形区域像素点的三维坐标和叶片的应变，判断和定位叶片的结构故障。采用本发明专利技术的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统，能够克服传统数字图像相关技术方法在大旋转角的匹配困难这一技术难题，适用于旋转叶片的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统
本专利技术涉及光电检测
，特别是涉及一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统。
技术介绍
风力机叶片的各种故障在受力状态变化时有明显的外在表现，例如，表面裂纹张开、内部缺陷使表面鼓包等。风电叶片的许多故障只在叶片转动中能表现出来。目前，根据叶片的变形参数测量结果对叶片健康检测评估方法是基于传统的DIC方法。数字图像相关技术(DigitalImageCorrelation，DIC)是一种基于现代数字图像处理和分析技术的新型先进光测技术，它通过分析变形前后物体表面的数字图像来获得被测物体表面的变形(位移和应变)信息，具有非接触、对环境和隔振要求低、测量范围广以及自动化程度高等优点。但是，传统的DIC方法对于旋转角大于7°的变形物体的图像匹配会失效，因此难以运用到旋转叶片的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于任意旋转角度测量的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法及系统。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，包括：获取参考区域与变形区域；所述参考区域为在变形前的叶片表面图像上选取的一块区域，所述参考区域包括若干个参考区域特征点；所述变形区域为对变形后的叶片表面图像进行特征点匹配，得到与所述参考区域匹配的变形区域，所述变形区域包括若干个与所述参考区域特征点对应的变形区域特征点；所述参考区域与所述变形区域横像素点个数与纵像素点个数均相同；根据所述参考区域特征点与所述变形区域特征点，计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ；将所述变形区域旋转θ角度后，将所述参考区像素点坐标(xi,yi)与对应的所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)做差，得到所述旋转θ角度后变形区域像素点相对于所述参考区域像素点的x方向的位移u和y方向的位移v；由所述旋转角度θ以及所述旋转θ角度后变形区域像素点相对于所述参考区域像素点的x方向的位移u和y方向的位移v生成变形区域参数选取所述旋转θ角度后变形区域中任一像素点作为变形区基准点，根据所述变形区域参数以及所述旋转θ角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*,Δy*)更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)；根据更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)；根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数根据所述更新后的变形区域参数以及所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*’,Δy*’)二次更新所述更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)，得到二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)；根据所述二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)；比较所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)与预设阈值的大小；若所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)小于所述阈值，将所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)更新为二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)，并返回步骤“根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数否则，判断是否将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，若没有将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，更新所述变形区基准点，计算所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区更新后的基准点的距离(Δx*’,Δy*’)，根据所述更新后的变形区域参数以及所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区更新后的基准点的距离(Δx*’,Δy*’)二次更新所述变形区域参数中的u’,v’参数，得到二次更新后的变形区域参数将所述变形区域参数更新为二次更新后的变形区域参数并返回步骤“根据所述变形区域参数更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)”，若将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，则根据所述二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)计算所述旋转θ’角度后变形区域像素点的三维坐标；根据所述旋转θ’角度后变形区域像素点的三维坐标和与所述旋转θ’角度后变形区域像素点对应的所述参考区域像素点的三维坐标计算所述变形后的叶片的应变，并根据所述变形后的叶片的应变判断和定位叶片的结构故障。可选的，所述根据所述参考区域特征点与所述变形区域特征点，计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ，具体包括：获取所述参考区域中两个参考区特征点坐标K(xi,yi)和K(xi+1,yi+1)，其中，i＝1,…,n，n≥2；在所述变形区域中利用尺度不变特征变化算法匹配得到与所述参考区域中两个参考区特征点对应的两个变形区特征点坐标K*(xi*,yi*)和K*(xi+1*,yi+1*)，其中，i＝1,…,n，n≥2；根据如下公式计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ：可选的，根据如下公式计算得到所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)：其中，(xi,yi)为参考区像素点坐标，(Δx,Δy)为参考区域中每一像素点到参考区基准点的距离，所述参考区基准点为参考区域中任一像素点。可选的，所述根据所述变形区域参数以及所述旋转θ角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*,Δy*)更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)，具体包括：根据如下公式更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)：xi*'＝x0+u+Δx*cosθ+Δy*sinθyi*'＝y0+v-Δx*sinθ+Δy*cosθ其中，(x0,y0)为参考区基准点的坐标，所述参考区基准点为参考区域中任一像素点。可选的，所述根据更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)，具体包括：根据如下公式计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)：其中，M为所述参考区域横像素中间像素点所在序号，所述参考区域横像素个数为奇数，f(xi,yj)为所述参考区域像素点的灰度值，为所述参考区域像素点的平均灰度值，为所述所述旋转θ角度后变形区域像素点的灰度值，为所述旋转θ角度后变形区域像素点的平均灰度值。可选的，所述根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数具体包括：根据如下公式更新所述变形区域参数其中，▽C(p)为C(p)的雅克本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，包括：获取参考区域与变形区域；所述参考区域为在变形前的叶片表面图像上选取的一块区域，所述参考区域包括若干个参考区域特征点；所述变形区域为对变形后的叶片表面图像进行特征点匹配，得到与所述参考区域匹配的变形区域，所述变形区域包括若干个与所述参考区域特征点对应的变形区域特征点；所述参考区域与所述变形区域横像素点个数与纵像素点个数均相同；根据所述参考区域特征点与所述变形区域特征点，计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ；将所述变形区域旋转θ角度后，将所述参考区像素点坐标(xi,yi)与对应的所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi

【技术特征摘要】
1.一种测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，包括：获取参考区域与变形区域；所述参考区域为在变形前的叶片表面图像上选取的一块区域，所述参考区域包括若干个参考区域特征点；所述变形区域为对变形后的叶片表面图像进行特征点匹配，得到与所述参考区域匹配的变形区域，所述变形区域包括若干个与所述参考区域特征点对应的变形区域特征点；所述参考区域与所述变形区域横像素点个数与纵像素点个数均相同；根据所述参考区域特征点与所述变形区域特征点，计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ；将所述变形区域旋转θ角度后，将所述参考区像素点坐标(xi,yi)与对应的所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)做差，得到所述旋转θ角度后变形区域像素点相对于所述参考区域像素点的x方向的位移u和y方向的位移v；由所述旋转角度θ以及所述旋转θ角度后变形区域像素点相对于所述参考区域像素点的x方向的位移u和y方向的位移v生成变形区域参数选取所述旋转θ角度后变形区域中任一像素点作为变形区基准点，根据所述变形区域参数以及所述旋转θ角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*,Δy*)更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)；根据更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)；根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数根据所述更新后的变形区域参数以及所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*’,Δy*’)二次更新所述更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)，得到二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)；根据所述二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)；比较所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)与预设阈值的大小；若所述二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)小于所述阈值，将所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)更新为二次更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C’(p)，并返回步骤“根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数否则，判断是否将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，若没有将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，更新所述变形区基准点，计算所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区更新后的基准点的距离(Δx*’,Δy*’)，根据所述更新后的变形区域参数以及所述旋转θ’角度后变形区域中每一像素点到所述变形区更新后的基准点的距离(Δx*’,Δy*’)二次更新所述变形区域参数中的u’,v’参数，得到二次更新后的变形区域参数将所述变形区域参数更新为二次更新后的变形区域参数并返回步骤“根据所述变形区域参数更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)”，若将所述旋转θ’角度后变形区域中所有像素点作为变形区基准点，则根据所述二次更新后的变形区域像素点坐标(xi*”,yi*”)计算所述旋转θ’角度后变形区域像素点的三维坐标；根据所述旋转θ’角度后变形区域像素点的三维坐标和与所述旋转θ’角度后变形区域像素点对应的所述参考区域像素点的三维坐标计算所述变形后的叶片的应变，并根据所述变形后的叶片的应变判断和定位叶片的结构故障。2.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，所述根据所述参考区域特征点与所述变形区域特征点，计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ，具体包括：获取所述参考区域中两个参考区特征点坐标K(xi,yi)和K(xi+1,yi+1)，其中，i＝1,…,n，n≥2；在所述变形区域中利用尺度不变特征变化算法匹配得到与所述参考区域中两个参考区特征点对应的两个变形区特征点坐标K*(xi*,yi*)和K*(xi+1*,yi+1*)，其中，i＝1,…,n，n≥2；根据如下公式计算所述变形区域相对于所述参考区域的旋转角度θ：3.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，根据如下公式计算得到所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)：其中，(xi,yi)为参考区像素点坐标，(Δx,Δy)为参考区域中每一像素点到参考区基准点的距离，所述参考区基准点为参考区域中任一像素点。4.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，所述根据所述变形区域参数以及所述旋转θ角度后变形区域中每一像素点到所述变形区基准点的距离(Δx*,Δy*)更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)，得到更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)，具体包括：根据如下公式更新所述旋转θ角度后变形区域像素点坐标(xi*,yi*)：xi*'＝x0+u+Δx*cosθ+Δy*sinθyi*'＝y0+v-Δx*sinθ+Δy*cosθ其中，(x0,y0)为参考区基准点的坐标，所述参考区基准点为参考区域中任一像素点。5.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，所述根据更新后的变形区域像素点坐标(xi*’,yi*’)处的像素点的灰度值和所述参考区域像素点坐标(xi,yi)处的像素点的灰度值计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)，具体包括：根据如下公式计算所述参考区域与所述更新后的变形区域的像素点匹配相关系数C(p)：其中，M为所述参考区域横像素中间像素点所在序号，所述参考区域横像素个数为奇数，f(xi,yj)为所述参考区域像素点的灰度值，为所述参考区域像素点的平均灰度值，为所述旋转θ角度后变形区域像素点的灰度值，为所述旋转θ角度后变形区域像素点的平均灰度值。6.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故障检测方法，其特征在于，所述根据所述像素点匹配相关系数C(p)和所述变形区域参数更新所述变形区域参数得到更新后的变形区域参数具体包括：根据如下公式更新所述变形区域参数其中，为C(p)的雅克比矩阵，为C(p)的海森矩阵。7.根据权利要求1所述的测量风力机叶片相对变形的结构故...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东升，于起峰，吴荣，
申请(专利权)人：上海大学，中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31