一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法技术

本发明专利技术涉及风电机组领域，尤其涉及一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，包括如下步骤：S1，三维扫测：对风机叶片的表面进行三维扫测，将风机叶片的表面数据转化成离散的几何坐标点数据；S2，数据处理：对S1获得的几何坐标点数据进行预处理筛选，获得目标点云数据；S3，曲面重构：利利用基于曲线拟合法对目标点云数据进行处理，获得还原后的风机叶片的三维立体点云；S4，加工制作，进行实物重构。本发明专利技术一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法经过三维扫测、数据处理、曲面重构和加工制作四个步骤实现风机叶片逆向重构，针对已有的叶片原型进行逆向重构，从而解决老旧风机建模的问题。模的问题。模的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法


[0001]本专利技术涉及风电机组领域，具体为一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法。

技术介绍

[0002]近年来随着风机的快速发展，老龄化风电机组的数量日益增加。早期安装的机组大多引自国外，且目前已到设计寿命周期，若要对其进行延寿改造，则在技术上和价格上均受制于国外主机厂商。此外，部分早期的风电主机厂商已经转型或者退出风电市场，制造的早期风电机组更是无法掌握制造和运维技术，处于无厂家管理的状态。随着时间的推移，老旧风机的存量会越来越大，这批早期风机的延寿提升改造等工作亟需解决。
[0003]风机逆向重构技术是一种基于对现有风机的叶片、塔筒、机舱内大部件，通过测量建立几何模型，并结合风机的空气动力学特性建立风机的气弹模型，从而实现风机的逆向建模技术。利用逆向建模技术，能够在缺少数据的情况下重建生产风机模型及相关数据等。逆向重构建模技术的发展，为早期老旧风机的技术改造升级带来新的契机。基于风机重构技术能够充分挖掘老龄化机组升级改造潜力进行延寿运行，从而提升风电场效益。
[0004]由于早期老旧风机技术受制于人，难以对其进行改造优化，无法充分挖掘老旧机组延寿运行的潜力。由于风机叶片的翼型设计和结构能够直接影响到风电机组的性能和发电功率，因此有必要针对已有的叶片原型进行逆向重构，从而解决老旧风机建模的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，包括以下步骤：
[0008]S1，三维扫测：对风机叶片的表面进行三维扫测，将风机叶片的表面数据转化成离散的几何坐标点数据；
[0009]S2，数据处理：对S1获得的几何坐标点数据进行预处理筛选，剔除异常数据，获得目标点云数据；
[0010]S3，曲面重构：利用基于曲线拟合法对目标点云数据进行处理，获得还原后的风机叶片的三维立体点云，即为风机叶片的模型重构；
[0011]S4，加工制作：将重构的风机叶片的三维立体点云导入建模系统，并传递给加工机床或者快速成型机，进行风机叶片的实物重构。
[0012]优选的，在S1中，采用非接触式测量方式对风机叶片的表面进行三维扫测。
[0013]优选的，在S1中，扫描方向沿风机叶片轴线方向推移，并根据现有风机叶片实际尺寸进行分区标记。
[0014]优选的，在S2中，所述预处理筛选包括筛选处理、滤波处理和简化处理。
[0015]优选的，在S2中，筛选处理时，采用的方法为直接查看法或者曲线检查法。
[0016]优选的，滤波处理时，采用的滤波方法为中值滤波、平均滤波或者高斯滤波中的一种。
[0017]优选的，简化处理时，采用的方法为夹角判断法或者弦高法。
[0018]优选的，在S3中，所述风机叶片的模型重构包括以下步骤：首先利用目标点云数据绘制风机叶片的轮廓点云，并根据轮廓点云提取风机叶片上下的两条特征线，再按照设定间距沿径向方向切割风机叶片，将风机叶片横截面析出的点云拟合成曲线；之后将风机叶片横截面所拟合的曲线与同一叶片的两条特征线进行匹配，获得曲线框架；随后根据曲线框架来生成曲面；最后通过精简边缘数据调整曲面精度和光顺度，完成曲面重构。
[0019]优选的，所述特征线的提取方法为：先根据叶片曲率来提取轮廓点云中的边界点云，再将边界点云进行拟合曲线，并检测拟合曲线的曲率；如果曲率有突变，则在满足精度的条件下调节控制点，直至变化平缓均匀为止。
[0020]优选的，在曲线框架生成曲面的过程中，风机叶片横截面析出的点云和两条特征线的点云经过镜像、对称、旋转或者移动处理获得还原后的风机叶片的三维立体点云。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法经过三维扫测、数据处理、曲面重构和加工制作四个步骤实现风机叶片逆向重构，针对已有的叶片原型进行逆向重构，从而解决老旧风机建模的问题。
[0023]非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点，比如激光法、干涉测量法、图像分析法、超声波法等非接触式设备，在不影响被测对象的外观表面形状条件下，有较高的测量效率和较多的测量数据。
[0024]由于风机叶片实物较大，扫描时不易移动或旋转等，因此需要移动扫描仪器或者待扫描叶片来进行分片扫描。对扫描方向和标记方法进行限定是为了确保叶片的轮廓扫测全面准确，能够完全覆盖风机叶片曲面。
[0025]数据处理是由于风机叶片复杂的曲面和边界，难免会产生一些误差数据，而误差较大的点会导致重构的曲面偏离原型，因此必须把这部分异常数据剔除掉。其原则为原则是要保证叶片曲线光顺度良好，曲率变化要均匀，不能有尖点和多余的拐点，避免出现局部的凸起或者凹陷。
[0026]直接查看法是通过观察与数据点集偏离较大的点或者孤点，曲线检查法则是通过截面数据的首末数据点拟合曲线，分别计算中间数据点到样条曲线的欧式距离，若大于给定的允差则认为是异常数据。
[0027]滤波处理是为了减少测量数据收到环境因素干扰，去除噪声的干扰。简化处理则是为了合理减少数据量，提高计算效率，简化的原则是减少曲率变化较小处的数据量，保留曲率变化较大处的数据量。
[0028]基于曲线拟合法则是直接由点生成线，由线生成面，再由曲面生成体，这种方法精度较高。采用基于曲线拟合法对风机叶片进行重构，首先要按照曲面的特征方向构造，同一方向的曲线应有相似的曲率变化趋势；其次根据曲面的曲率变化，调整曲线的密度；最后保证曲线、曲面的光顺性，确定生成的曲面光滑、无扭曲变形。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法的结构示意图。
[0030]图2时本专利技术中三维扫描时的示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0032]本专利技术公开了一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，参照图1，包括以下步骤：
[0033]S1，S1，三维扫测：对风机叶片的表面进行三维扫测，将风机叶片的表面数据转化成离散的几何坐标点数据。
[0034]参照图2，将风机叶片放置于工作上，采用三维扫描仪(例如光栅扫描仪)等非接触式设备对风机叶片进行三维扫测，获得叶片曲面的坐标信息，并将坐标信息传送到计算机系统。由于风机叶片实物较大，扫描时不易移动或旋转等，因此需要移动扫描仪器或者待扫描叶片来进行分片扫描。
[0035]扫描方向沿着风机叶片轴向方向逐步推移，分片区域可进行标记，确保叶片的轮廓扫测全面准确，能够完全覆盖风机叶片曲面。由于扫测得到的数据信息为分区信息，每个区域测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，三维扫测：对风机叶片的表面进行三维扫测，将风机叶片的表面数据转化成离散的几何坐标点数据；S2，数据处理：对S1获得的几何坐标点数据进行预处理筛选，剔除异常数据，获得目标点云数据；S3，曲面重构：利用基于曲线拟合法对目标点云数据进行处理，获得还原后的风机叶片的三维立体点云，即为风机叶片的模型重构；S4，加工制作：将重构的风机叶片的三维立体点云导入建模系统，并传递给加工机床或者快速成型机，进行风机叶片的实物重构。2.根据权利要求1所述的基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在于，在S1中，采用非接触式测量方式对风机叶片的表面进行三维扫测。3.根据权利要求1所述的基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在于，在S1中，扫描方向沿风机叶片轴线方向推移，并根据现有风机叶片实际尺寸进行分区标记。4.根据权利要求1所述的基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在于，在S2中，所述预处理筛选处理包括筛选处理、滤波处理和简化处理。5.根据权利要求4所述的基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在于，在S2中，筛选处理时，采用的方法为直接查看法或者曲线检查法。6.根据权利要求4所述的基于非接触式测量的风机叶片逆向重构方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜静宇，白军坡，万芳，满锋利，胡明泰，邓涛，杨智顺，童彤，任鑫，王华，王恩民，赵鹏程，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：