用於光學測量風力發電設備風輪葉片的撓度的裝置的製作方法
2023-05-18 20:10:46
專利名稱：用於光學測量風力發電設備風輪葉片的撓度的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於光學測量風力發電設備的風輪葉片的撓度的裝置，所述風輪葉片通過其葉片根部固定在風輪的風輪輪轂上，所述裝置具有以下部件至少一個與葉片根部間隔地固定在風輪葉片上的發射光線的外部標記；至少一個固定在風輪上的相機，該相機接收由外部標記射出的光線並且提供與相機相對於外部標記的相對位置有關的第一位置信息；一個與相機耦合的評估裝置。
背景技術：
由於風力發電設備中風輪葉片的長度和柔性不斷增加，對風輪葉片的控制越來越多地旨在減小風力發電設備運行中出現的負荷和振動。風輪葉片的負荷主要由空氣動力學效應引起。但不可能直接測量該空氣動力學負荷。因為葉片撓度和葉片負荷具有緊密關係， 因此關於葉片撓度的信息是用於風力發電設備控制系統的良好的輸入信息，該控制系統可以根據這些信息減少不期望的周期性葉片負荷，這些葉片負荷例如由風輪軸線相對於風向的錯誤定向或由豎直或水平風剪切產生。在2006年1月公開的文獻NREL/TP-500-39253中描述了一種用於測量風輪葉片撓度的方法，其中使用了布置在葉片根部附近的帶有紅外線輻射源的紅外線相機以及固定在風輪葉片上的反射條。由紅外線輻射源照射的反射條將紅外線光反射回相機，從而可以通過評估由相機拍攝的圖像來計算葉片撓度。WO 2010/054661 A2公開了一種用於監測風力發電設備風輪葉片的負荷的方法， 該風力發電設備包括吊艙和通過風輪軸可旋轉地支承在該吊艙上的風輪輪轂，在該風輪輪轂上固定有至少一個風輪葉片。風輪葉片包括一個反射器，該反射器的位置與風輪葉片的負荷有關地變化。在吊艙中布置有一個用於電磁輻射的輻射源和一個輻射接收器，其中，輻射路徑從輻射源指向反射器並且從該反射器往回指向輻射接收器。藉助監測裝置可以根據由輻射接收器接收的輻射的變化確定承載的風輪葉片的偏轉。在前述的這些方法中，風力發電設備的振動導致出現測量誤差，因為該振動引起了相機的移動。因此在相機的感光面上該相機的運動與由葉片彎曲引起的反射器圖像的運動重疊到一起。此外，相機由於相機支架和/或風輪葉片不可逆的變形而移動也導致出現測量誤差。這種變形例如是風輪葉片在葉片根部附近原本呈圓形的橫斷面變為橢圓形的橫斷面，這可以歸因於材料在受負荷的情況下蠕變(Materialkriechen)。傳統的基於相機的用於測量沿風輪葉片的一個或多個點處的葉片撓度的系統使用一個光源，該光源照射一個或多個沿葉片布置在預先確定的位置上的反射器。由反射器反射的光線被數位相機接收，該數位相機為此具有感光面。通過評估感光面上反射器圖像的位置計算反射器相對於相機位置的錯移並且由此推導出葉片撓度。在此，為了使測量解析度最大化，在相機中裝入一個具有狹窄視角的透鏡，因此當反射器(或多個反射器)在葉片承載的情況下以預計的最大程度錯移時，反射圖像可以在感光面上最大程度地移動。因此風輪葉片的葉片根部區域通常不在相機視野之內。
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與傳統的基於相機的用於測量葉片撓度的系統相關聯地尤其具有以下問題-由於相機的振動，反射器圖像在相機的感光面上移動，使得所述系統錯誤地將該移動理解為風輪葉片的彎曲而發出信號。-例如通過由於材料蠕變(例如葉片的橢圓形橫斷面)造成風輪葉片在相機位置的區域內變形，相機相對於葉片根部的位置隨著時間的增加不可逆地變化，使得在葉片沒有彎曲撓度的情況下也會引起反射器圖像在感光面上的錯移。由此在葉片撓度測量中產生誤差。
發明內容
由此出發，本發明所要解決的技術問題在於，進一步設計開頭所述類型的裝置，使得可以避免或至少減少在確定葉片撓度時由於相機振動和/或相機不可逆地錯移造成的誤差。該技術問題按本發明通過一種用於光學測量風力發電設備的風輪葉片撓度的裝置解決，所述風輪葉片通過其葉片根部固定在風輪的風輪輪轂上，所述裝置具有-至少一個與葉片根部間隔地固定在風輪葉片上的發射光線的外部標記，-至少一個固定在風輪上的(第一)相機，該相機接收由所述外部標記射出的光線並且提供與該相機相對於外部標記的相對位置有關的第一位置信息，-一個與所述相機耦合的評估裝置，-一個位置檢測器件，該位置檢測器件檢測所述相機相對於葉片根部的相對位置並且提供與該相對位置有關的第二位置信息，其中，所述評估裝置通過評估所述(尤其是兩個)位置信息確定風輪葉片的撓度和/或至少一個表徵該撓度的參數。因為第一位置信息表徵相機相對於外部標記的相對位置並且第二位置信息表徵相機相對於葉片根部的相對位置，因此可以與相機的位置和/或定向無關地確定風輪葉片的撓度和/或至少一個表徵該撓度的參數。由此可以顯著減小由現有技術已知的在確定風輪葉片撓度(葉片撓度)時出現的誤差。評估裝置優選與位置檢測器件耦合。此外，位置檢測器件可以與相機分開地設置或包括該相機，因此在後一種情況下相機構成位置檢測裝置的一部分。評估裝置優選由所述至少一個表徵風輪葉片撓度的參數推導出風輪葉片的撓度。 按照本發明的一種擴展設計，所述至少一個表徵風輪葉片的撓度的參數相應於風輪葉片的葉片撓度。按照本發明的一種設計方案，與所述葉片根部間隔地在風輪葉片上固定有多個發射光線的外部標記，這些外部標記與葉片根部的距離優選是不同的，其中，相機接收由外部標記發射出的光線，並且其中，由相機提供的第一位置信息與該相機相對於外部標記的相對位置有關。通過使用多個外部標記可以尤其提高測量的準確性。此外，通過在與葉片根部不同距離處設置外部標記可以確定沿葉片軸線的葉片撓度曲線。第一位置信息尤其表徵相機相對於外部標記的相對位置。評估裝置尤其確定葉片根部相對於所述一個或多個外部標記的相對位置作為所述至少一個表徵所述風輪葉片撓度的參數。在此，葉片根部相對於所述一個或多個外部標記的相對位置尤其構成了一個與相機位置無關的位置信息，該位置信息優選表徵或描述風輪葉片的撓度。評估裝置尤其通過評估第二位置信息計算相機相對於葉片根部的相對位置。此外，評估裝置尤其通過評估第一位置信息計算相機相對於一個或多個外部標記的相對位置。評估裝置優選由相機相對於葉片根部的相對位置和相機相對於一個或多個外部標記的相對位置確定葉片根部相對於一個或多個外部標記的相對位置。葉片根部的一點或葉片根部區域內的一點優選構成表示葉片根部位置的參考點。 該參考點優選位於風輪葉片的葉片軸線上和/或優選位於風輪葉片靠近輪轂的端部上。因此在涉及到葉片根部的位置時可以用該參考點的位置代替葉片根部的位置。由此可以考慮到葉片根部通常具有一定的長度。按照本發明的一種擴展設計，評估裝置確定該參考點相對於一個或多個外部標記的相對位置作為所述至少一個表徵風輪葉片撓度的參數。一個或多個外部標記優選分別設計為光源或設計為被光源照射的反射器。按照本發明的一種擴展設計，一個或多個外部標記分別由導引光線的光波導體(例如導引光線的光學纖維，尤其是玻璃纖維)的端部構成，優選藉助一個或多個光源將光線射入該光波導體中。一個或多個光源例如由一個或多個發光二極體構成。一個或多個反射器優選設計為後向反射的，因此也可以稱為後向反射器(Retro-Reflektor)。相機在其光譜學感光度方面尤其與(射出的)光線匹配。該光線可以是可見光。 但優選是紅外線光。相機優選拍攝一個或多個外部標記的至少一幅圖像，並且將該圖像尤其以圖像數據的形式作為第一位置信息提供給評估裝置。評估裝置優選通過應用至少一種圖像處理方法由所述圖像數據確定相機相對於一個或多個外部標記的相對位置。相機尤其藉助支架固定在風輪之處或之內。該相機優選藉助支架固定在風輪上葉片根部的區域之處或之內。例如該相機尤其藉助支架固定在風輪葉片中的分隔壁上。這種分隔壁例如用於避免維修人員和/或物體落入風輪葉片中。可以在分隔壁中設置一個或多個通孔，一個或多個與按本發明的裝置相關聯地使用的光信號或光線穿過所述通孔射出。按照本發明的一種設計方案，位置檢測器件包括至少一個或多個固定在支架上的、檢測該支架變形的應力或應變傳感器。在此，由位置檢測器件提供的第二位置信息與檢測到的變形有關。通過檢測支架的變形可以確定相機相對於葉片根部的相對位置。按照本發明的一種設計方案，位置檢測器件包括至少一個布置在葉片根部的區域之處或之內或布置在風輪輪轂之中的另一個相機，藉助該另一個相機檢測固定在風輪葉片上的(第一)相機的位置變化。在此，由位置檢測器件提供的第二位置信息與(第一)相機相對於另一個相機的相對位置有關。由此可以確定(第一)相機相對於葉片根部的相對位置。所述另一個相機優選構成所述位置檢測器件的一部分。(第一)相機尤其布置在另一個相機的視野之內。另一個相機例如固定在風輪葉片、葉片軸承或風輪輪轂上。該另一個相機優選剛性地固定在風輪輪轂上，尤其固定在葉片軸承的一個與風輪輪轂剛性連接的部分上。由此可以藉助該另一個相機附加地檢測(第一)相機繞風輪葉片的葉片軸線相對於風輪輪轂和/或另一個相機的旋轉。這種旋轉例如出現在風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂旋轉時(這也稱為「變槳」)。尤其可以藉助另一個相機附加地檢測風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂的旋轉。優選藉助評估裝置附加地確定風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂的旋轉。
另一個相機優選拍攝(第一)相機的至少一幅圖像並且將該圖像尤其以圖像數據的形式作為第二位置信息提供給評估裝置。評估裝置優選通過應用至少一種圖像處理方法由該圖像數據計算出(第一)相機相對於另一個相機的相對位置。而另一個相機優選布置在葉片根部的區域之處或之中或布置在風輪輪轂中。因此，評估裝置通過應用至少一種圖像處理方法由所述圖像數據尤其計算出(第一)相機相對於葉片根部的相對位置。按照本發明的一種設計方案，位置檢測器件包括至少一個在葉片根部的區域之處或之內固定在風輪上的發射光線的內部標記，其中，(第一)相機或相對於該相機位置固定的第二相機接收由所述內部標記發出的光線。在此，由位置檢測器件提供的第二位置信息與(第一)相機相對於內部標記的相對位置有關。由此可以確定(第一)相機相對於葉片根部的相對位置。在此，(第一)相機或第二相機優選構成位置檢測器件或其一部分。按照本發明的一種擴展設計，位置檢測器件包括多個在葉片根部的區域之處或之內固定在風輪上的發射光線的內部標記，這些內部標記優選定位在不同的位置上，其中， (第一)相機或相對於該相機位置固定的第二相機接收由所述內部標記發出的光線。在此， 由位置檢測器件提供的第二位置信息與(第一)相機相對於內部標記的相對位置有關。由此可以確定(第一)相機相對於葉片根部的相對位置。在此，(第一)相機或第二相機優選構成位置檢測器件或其一部分。按照本發明的第一種變型方案，相機布置在風輪輪轂與風輪葉片相對置的區域內並且固定在該風輪輪轂上。在該第一變型方案中，相機優選構成位置檢測器件的一部分。在此第二相機並不是必需的。按照本發明的第二種變型方案，設有至少一個與相機固定相連並且優選布置在該相機視野內的鏡子，藉助該鏡子朝相機的方向反射由一個或多個內部標記射出的光線。按照該第二種變型方案的一個變化方案，設有多個與相機相連並且優選布置在該相機視野內的鏡子，藉助該鏡子朝相機的方向反射由一個或多個內部標記射出的光線。在第二種變型方案和/或其變化方案中，相機優選構成位置檢測器件的一部分。在此第二相機並不是必需的。按照本發明的第三種變型方案，設有第二相機，其中，這兩個相機尤其在空間上緊密靠近地布置。這兩個相機優選組成一個結構單元。尤其是第二相機與評估裝置耦合。第一、第二和/或第三變型方案也可以相互結合。所述一個或多個內部標記優選分別設計為光源或設計為被光源照射的反射器。按照本發明的一種擴展設計，一個或多個內部標記分別由導引光線的光波導體(例如導引光線的光學纖維，尤其是玻璃纖維)的端部構成，優選藉助一個或多個光源將光線射入該光波導體中。一個或多個光源例如由一個或多個發光二極體構成。一個或多個反射器優選設計為後向反射的，因此也可以稱為後向反射器(Retro-Reflektor)。(第一)相機或第二相機優選拍攝一個或多個內部標記的至少一幅圖像並且將該圖像尤其以圖像數據的形式作為第二位置信息提供給所述評估裝置。該評估裝置優選通過應用至少一種圖像處理方法由所述圖像數據確定所述(第一)相機或第二相機相對於一個或多個內部標記的相對位置。因為兩個相機彼此位置固定，所以可以藉助評估裝置由計算出的第二相機相對於一個或多個內部標記的相對位置推導出(第一)相機相對於一個或多個內部標記的相對位置。若存在第二相機，則藉助第二相機獲取的一個或多個內部標記的圖像優選與藉助(第一)相機獲取的一個或多個外部標記的圖像不同。可選地，藉助相機獲取的一個或多個內部標記或外部標記的圖像優選是只使用一個相機獲得的共同的圖像。按照本發明的一種設計方案，風輪葉片包括一個空腔，外部標記或多個外部標記布置在該空腔中。相機優選也布置在該空腔中。可選地，相機可以布置在風輪輪轂中。另一個或第二個相機優選布置在該空腔中。可選地，該另一個或第二個相機也可以布置在風輪輪轂中。一個或多個內部標記優選布置在空腔中。一個或多個內部標記優選固定在風輪葉片、葉片軸承或風輪輪轂上。按照本發明的一種擴展設計，一個或多個內部標記剛性地固定在風輪輪轂上，尤其固定在葉片軸承的一個與風輪輪轂剛性連接的部分上。由此可以藉助(第一)相機或第二相機附加地檢測 (第一)相機和/或第二相機繞風輪葉片的葉片軸線相對於風輪輪轂和/或一個或多個內部標記的旋轉。這種旋轉例如出現在風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂旋轉時。尤其可以藉助(第一)相機或第二相機附加地檢測風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂的旋轉。優選藉助評估裝置附加地確定風輪葉片繞其葉片軸線相對於風輪輪轂的旋轉。本發明還涉及一種風力發電設備，其帶有-一個可通過風繞風輪軸線旋轉的風輪，該風輪包括一個風輪輪轂和至少一個固定在該風輪輪轂上並且從該風輪輪轂沿著橫向於或基本上橫向於風輪軸線延伸的葉片軸線的方向延伸出去的風輪葉片，-至少一個與風輪機械地耦連並且可由該風輪驅動的發電機，以及-一個按本發明用於光學測量風輪葉片撓度的裝置。按本發明的風力發電設備可以按照所有與按本發明的裝置相關聯地闡述過的設計方案進行擴展設計。本發明還涉及一種用於藉助按本發明的裝置光學測量風力發電設備風輪葉片的撓度的方法。此外，本發明涉及一種將按本發明的裝置用於光學測量風力發電設備風輪葉片的撓度的應用。優選如下確定葉片撓度-在第一步中，通過評估第二位置信息計算相機相對於葉片根部的相對位置。-在第二步中，通過評估第一位置信息計算相機相對於一個或多個外部標記的相對位置。-在第三步中，由在第一和第二步中計算出的這些位置確定葉片根部相對於一個或多個外部標記的相對位置。優選藉助評估裝置實施上述步驟。
以下參照附圖藉助優選實施形式闡述本發明。在附圖中圖1是風力發電設備的示意圖；圖2是圖1示出的帶有按本發明第一種實施形式的裝置的風輪的局部示意圖；圖3是帶有按本發明第二種實施形式的裝置的風輪的局部示意圖；圖4是帶有按本發明第三種實施形式的裝置的風輪的局部示意圖5是帶有按本發明第四種實施形式的裝置的風輪的局部示意圖；圖6是帶有按本發明第五種實施形式的裝置的風輪的局部示意圖；圖7是帶有按第五種實施形式的變化方案的裝置的風輪的局部示意圖；圖8以示意圖示出藉助相機拍攝的一副圖像；圖9示出按所述實施形式的變型方案的裝置的光源和反射器；並且圖10示出按所述實施形式的另一變型方案的裝置的光源和光波導體。
具體實施例方式圖1示出風力發電設備1，其中，豎立在地基2上的塔筒3在其遠離地基2的端部與機艙4連接。機艙4包括機架5，風輪6可繞風輪軸線7旋轉地支承在機架5上，該風輪 6具有風輪輪轂8和與該風輪輪轂連接的風輪葉片9和10，這兩個風輪葉片分別可繞其葉片軸線11或12相對於風輪輪轂8旋轉。每個風輪葉片9和10分別與一個葉片變槳驅動器13或14機械地耦連，各風輪葉片可藉助該葉片變槳驅動器繞配屬的葉片軸線旋轉。風輪6與一個布置在機艙4內並且固定在機架5上的發電機16機械地耦連。風輪6通過風 15繞其風輪軸線7旋轉，其中，風輪6的旋轉能量有一大部分藉助發電機16轉化為電能。 為了使風力發電設備1受控地運行，設有風力發電設備控制裝置17，該風力發電設備控制裝置還控制葉片變槳驅動器。圖2示出沿圖1中的觀察方向A觀察的風輪6的局部示意圖，其中，第三風輪葉片 18藉助葉片軸承19可繞其葉片軸線20旋轉地支承在風輪輪轂8上(在圖1中風輪葉片 18被風輪輪轂8遮擋)。風輪葉片18與風輪葉片9和10那樣也與一個示意性示出的葉片變槳驅動器58機械地耦連並且藉助該葉片變槳驅動器可繞葉片軸線20旋轉。還示出了用於風輪葉片9和10的葉片軸承21和22。圖2還示出了按照本發明第一種實施形式的、完全或至少部分地集成在風輪6中的裝置(測量裝置)56，以下闡述該第一種實施形式。風輪葉片18固定在葉片軸承19上的端部稱為葉片根部23，其中，兩個發射光線的內部標記M和25布置在該葉片根部23的區域內並且固定在風輪葉片18上。可選地，內部標記M和25也可以固定在葉片軸承19上。 相機27與葉片根部23間隔地布置在風輪葉片18的空腔沈中並且固定在該風輪葉片18 上。相機27與兩個鏡子28和四固定連接，這兩個鏡子將由內部標記對和25發射出的光線反射到相機27的感光面30上。在此，用附圖標記31表示由內部標記M發射的光的光路，並且用附圖標記32表示由內部標記25發射的光的光路。兩個發射光線的外部標記33和34與葉片根部23和相機27間隔地布置在空腔沈中並且固定在風輪葉片18上。由外部標記33和34發射的光線射到相機27的感光面30 上，其中，用附圖標記35表示由外部標記33發射的光的光路，並且用附圖標記36表示由外部標記34發射的光的光路。相機27與示意性示出的評估裝置37導電地連接，評估裝置37固定在風輪葉片18 內、風輪輪轂8中或風力發電設備1其它合適的部位上。評估裝置37例如也可以由風力發電設備控制裝置17構成。由相機27拍攝的圖像45(參見圖8)以電子圖像數據38的形式傳送給評估裝置37，其中，所述圖像數據38包括與相機27相對於外部標記33和34的相對位置有關的第一位置信息和與相機27相對於內部標記M和25的相對位置有關的第二位
10直信息。評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法計算相機27相對於葉片根部23的相對位置以及該相機27相對於外部標記33和34的相對位置。隨後該評估裝置由計算出的這些位置確定葉片根部23相對於外部標記33和34的相對位置，其中，這個相對位置表徵風輪葉片18的撓度。圖3示出帶有按本發明第二種實施形式的測量裝置56的風輪6的局部示意圖，其中，與第一種實施形式相似或相同的特徵用與在第一種實施形式中相同的附圖標記表示。 除了相機27，空腔沈中還設有一個帶感光面40的相機39，由內部標記M和25射出的光線照射到該感光面40上。在此，兩個相機的視野尤其沿或基本上沿相反的方向延伸。每個相機27和39均與評估裝置37導電地連接並且將電子圖像數據38或41傳輸給評估裝置 37。在此，相機27的圖像數據38包括與相機27相對於外部標記33和34的相對位置有關的第一位置信息，其中，由相機39提供的圖像數據41包括與相機39相對於葉片根部23的相對位置有關的第二位置信息。相機27和39彼此位置固定地布置並且構成一個緊湊的結構單元。評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法由圖像數據41計算相機39相對於葉片根部23的相對位置。因為兩個相機彼此位置固定，所以這個位置也表徵相機27相對於葉片根部23的相對位置，從而藉助評估裝置37計算出了相機27相對於葉片根部23的相對位置。此外，藉助評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法由圖像數據38計算相機27相對於外部標記33和34的相對位置。評估裝置37接著由計算出的這些位置確定葉片根部23相對於外部標記33和34的相對位置，其中，這個相對位置表徵風輪葉片18的撓度。因此，按照第二種實施形式不需要鏡子。圖4示出帶有按本發明第三種實施形式的測量裝置56的風輪6的局部示意圖，其中，與前述實施形式相似或相同的特徵用與在前述實施形式中相同的附圖標記表示。第三種實施形式是第二種實施形式的變化方案，其中，代替內部標記M和25以及第二相機39 而在一個支架57上設置應力或應變傳感器42和43，相機27藉助支架57固定在葉片根部 23或葉片軸承19上。藉助傳感器42和43可檢測支架57的機械變形，因此與評估裝置37 導電連接的傳感器42和43將變形數據44提供給評估裝置37。在此，相機27的圖像數據 38包括與該相機27相對於外部標記33和34的相對位置有關的第一位置信息，其中由傳感器42和43提供的變形數據44包括與相機27相對於葉片根部23的相對位置有關的第二位置信息。評估裝置37由變形數據44計算相機27相對於葉片根部23的相對位置。評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法由圖像數據38計算相機27相對於外部標記33和34 的相對位置。評估裝置37接著由計算出的這些位置確定葉片根部23相對於外部標記33 和34的相對位置，其中，這個相對位置表徵風輪葉片18的撓度。圖5示出帶有按本發明第四種實施形式的測量裝置56的風輪6的局部示意圖，其中，與前述實施形式相似或相同的特徵用與在前述實施形式中相同的附圖標記表示。第四種實施形式是第一種實施形式的變化方案，其中，相機27布置在風輪輪轂8與風輪葉片18 相對置的側面上並且固定在該風輪輪轂8上。由內部標記M和25射出的光線直接照射到相機27的感光面30上，因此不需要鏡子。對第四種實施形式的進一步說明可參照對第一種實施形式的說明。圖6示出帶有按本發明第五種實施形式的測量裝置56的風輪6的局部示意圖，其中，與前述實施形式相似或相同的特徵用與在前述實施形式中相同的附圖標記表示。除了相機27還設有一個帶感光面40的相機39，該相機39在葉片根部23的區域內固定在風輪葉片18或葉片軸承19上。在此，相機27布置在相機39的視野之內。每個相機27和39 均與評估裝置37導電地連接並且將電子圖像數據38或41傳輸給該評估裝置。在此，相機 27的圖像數據38包括與相機27相對於外部標記33和34的相對位置有關的第一位置信息，其中，由相機39提供的圖像數據41包括與相機39相對於相機27的相對位置有關的第二位置信息。相機39優選相對於葉片根部23位置固定。評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法由圖像數據41計算相機39相對於相機27的相對位置。因為相機39布置在葉片根部23的區域中，所以這個位置也表徵相機 27相對於葉片根部23的相對位置，從而藉助評估裝置37計算出了相機27相對於葉片根部 23的相對位置。此外，藉助評估裝置37通過應用至少一種圖像處理方法由圖像數據38計算相機27相對於外部標記33和34的相對位置。評估裝置37接著由計算出的這些位置確定葉片根部23相對於外部標記33和34的相對位置，其中，這個相對位置表徵風輪葉片18 的撓度。因此，按照第五種實施形式不需要鏡子。圖7示意性示出風輪6的局部示意圖，該風輪6帶有按本發明第五種實施形式的變化方案的測量裝置，其中，葉片軸承19包括藉助螺栓65與風輪輪轂8剛性連接的葉片軸承部分66和藉助螺栓67與風輪葉片18剛性連接的葉片軸承部分68。葉片軸承19在此設計為球軸承，其中，葉片軸承19的滾珠示意性地示出並且用附圖標記69表示。支承相機 39的支架70安裝在所示的螺栓65上並且藉助螺母71固定旋擰在螺栓65上，使得相機39 剛性地固定在葉片軸承部分66上並且由此也剛性地固定在風輪輪轂8上。因為風輪葉片 18繞其葉片軸線20的旋轉致使相機27也繞葉片軸線20旋轉，可以藉助相機39觀察風輪葉片18繞其葉片軸線20的旋轉。因此，評估裝置37優選也計算風輪葉片18繞葉片軸線 20相對於風輪輪轂8的扭轉角。圖8以示意圖示出了由按照第一和/或第四種實施形式的相機27拍攝的圖像45， 其中，區域46和47表示在風輪葉片18未彎曲的狀態下外部標記33和34的圖像。若風輪葉片18彎曲，則外部標記的圖像在圖像45中移動(通過箭頭59和60示出)。在此，區域 48和49表示在風輪葉片18彎曲的狀態下外部標記33和34的圖像。因此，圖像45中外部標記圖像的位置表示第一位置信息。因為區域46和47在圖像45中的位置是已知的，所以也可以藉助評估裝置37確定區域48和49相對於區域46和47的移動。圖像45的區域50和51表示相機27處於原始位置時內部標記M和25的圖像。 若相機27相對於葉片根部23錯移，則內部標記的圖像在圖像45中移動(通過箭頭61和 62示出)。在此，區域52和53表示在相機27錯移後內部標記M和25的圖像。因此，圖像45中內部標記圖像的位置表示第二位置信息。因為區域50和51在圖像45中的位置是已知的，所以也可以藉助評估裝置37確定區域52和53相對於區域50和51的移動。在前述實施形式中，標記33和34以及在必要時標記M和25按照本發明的第一種變型方案優選分別由光源構成。按照本發明的第二種變型方案，至少一個、多個或所有的標記由一些被一個或多個光源55照射的反射器M構成，這可由圖9示意性地看出，該圖9示出了形式為反射器M的標記33。由光源55發射出的光線用附圖標記63表示。按照本發明的第三種變型方案，至少一個、多個或所有的標記由光波導體64構成，藉助一個或多個光源55將光線63射入光波導體中，這可由圖10示意性地看出，該圖10 示出了形式為光波導體64的標記33。可以為每個設計為反射器或光波導體的標記設置一個單獨的光源。但也可以用同一個光源為多個或所有的反射器或光波導體提供光線。例如可以為外部標記33和34設置共同的光源或分別設置一個單獨的光源。此外，可以為內部標記M和25設置共同的光源或分別設置一個單獨的光源。
0082]附圖標記清單0083]1風力發電設備0084]2地基0085]3塔筒0086]4機艙0087]5機架0088]6風輪0089]7風輪軸線0090]8風輪輪轂0091]9風輪葉片0092]10風輪葉片0093]11葉片軸線0094]12葉片軸線0095]13葉片變槳驅動器0096]14葉片變槳驅動器0097]15風0098]16發電機0099]17風力發電設備控制裝置0100]18風輪葉片0101]19葉片軸承0102]20葉片軸線0103]21葉片軸承0104]22葉片軸承0105]23葉片根部0106]24內部標記0107]25內部標記0108]26風輪葉片的空腔0109]27相機0110]28鏡子0111]29鏡子0112]30相機的感光面
13
31光路
32光路
33外部標記
34外部標記
35光路
36光路
37評估裝置
38圖像數據
39相機
40相機的感光面
41圖像數據
42應力或應變傳感器
43應力或應變傳感器
44變形數據
45由相機拍攝的圖像
46未彎曲的外部標記的圖像
47未彎曲的外部標記的圖像
48彎曲的外部標記的圖像
49彎曲的外部標記的圖像
50未錯移的內部標記的圖像
51未錯移的內部標記的圖像
52錯移的內部標記的圖像
53錯移的內部標記的圖像
54反射器
55光源
56測量裝置
57支架
58葉片變槳驅動器
59圖像移動
60圖像移動
61圖像移動
62圖像移動
63光源的光線
64光波導體
65螺栓
66葉片軸承的一部分
67螺栓
68葉片軸承的一部分
69葉片軸承的滾珠
說明書
10/11 頁
14
70 支架71 螺母
權利要求
1.一種用於光學測量風力發電設備(1)的風輪葉片(18)的撓度的裝置，所述風輪葉片 (18)通過其葉片根部03)固定在風輪(6)的風輪輪轂⑶上，所述裝置具有-至少一個與葉片根部03)間隔地固定在風輪葉片(18)上的發射光線的外部標記 (33)，-至少一個固定在風輪(6)上的相機(27)，該相機(XT)接收由所述外部標記(33)射出的光線(35)並且提供與該相機(XT)相對於外部標記(33)的相對位置有關的第一位置 fn息，-一個與所述相機(XT)耦合的評估裝置(37)，其特徵在於，設有一個位置檢測器件，該位置檢測器件檢測所述相機(XT)相對於葉片根部的相對位置並且提供與該相對位置有關的第二位置信息，其中，所述評估裝置 (37)通過評估所述位置信息確定至少一個表徵風輪葉片(18)撓度的參數。
2.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個表徵風輪葉片(18)撓度的參數與所述相機(XT)的位置無關。
3.按權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述評估裝置(37)由所述至少一個表徵風輪葉片(18)撓度的參數推導出該風輪葉片(18)的撓度。
4.按權利要求1至3之一所述的裝置，其特徵在於，-與所述葉片根部03)間隔地在所述風輪葉片(18)上固定有多個發射光線的外部標記(33，34)，這些外部標記與葉片根部03)間隔不同的距離，-所述相機咖接收由所述外部標記(33，34)發射出的光線(35，36)，-由所述相機(XT)提供的第一位置信息與該相機(XT)相對於所述外部標記(33，34) 的相對位置有關。
5.按權利要求1至4之一所述的裝置，其特徵在於，所述評估裝置(37)確定所述葉片根部相對於所述一個或多個外部標記(33，34)的相對位置作為所述至少一個表徵所述風輪葉片(1 撓度的參數。
6.按權利要求1至5之一所述的裝置，其特徵在於，-所述評估裝置(37)通過評估所述第二位置信息計算所述相機(XT)相對於葉片根部 (23)的相對位置，-所述評估裝置(37)通過評估所述第一位置信息計算所述相機(XT)相對於一個或多個外部標記(33，34)的相對位置，-所述評估裝置(37)由計算出的這些位置確定所述葉片根部相對於一個或多個外部標記(33，34)的相對位置。
7.按權利要求1至6之一所述的裝置，其特徵在於，所述外部標記(3 或多個外部標記(33，34)分別設計為光源或設計為被光源(5 照射的反射器(54)。
8.按權利要求1至7之一所述的裝置，其特徵在於，所述相機(XT)拍攝所述一個或多個外部標記(33，34)的至少一幅圖像(45)，並且將該圖像以圖像數據(38)的形式作為第一位置信息提供給所述評估裝置(37)。
9.按權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述評估裝置(37)通過應用至少一種圖像處理方法由所述圖像數據(38)確定相機07)相對於一個或多個外部標記(33，34)的相對位置。
10.按權利要求1至9之一所述的裝置，其特徵在於，-所述相機(XT)藉助支架(57)固定在所述風輪(6)上葉片根部的區域之處或之內，-所述位置檢測器件包括至少一個固定在所述支架(57)上的、檢測該支架(57)變形的應力或應變傳感器G2)，-由所述位置檢測器件提供的第二位置信息與檢測到的變形有關。
11.按權利要求1至10之一所述的裝置，其特徵在於，-所述相機(XT)固定在所述風輪葉片(18)上，-所述位置檢測器件包括至少一個布置在所述葉片根部的區域之處或之內或布置在所述風輪輪轂(8)之中的另一個相機(39)，所述相機(XT)位於該另一個相機(39)的視野內，-由所述位置檢測器件提供的第二位置信息與所述相機07)相對於另一個相機(39) 的相對位置有關。
12.按權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述另一個相機(39)與所述風輪輪轂 (8)剛性連接。
13.按權利要求1至12之一所述的裝置，其特徵在於，-所述位置檢測器件包括至少一個在所述葉片根部的區域之處或之內固定在所述風輪(6)上的發射光線的內部標記04)，-所述相機、2Τ)或相對於該相機位置固定的第二相機(39)接收由所述內部標記04) 發出的光線(31)，-由所述位置檢測器件提供的第二位置信息與所述相機07)相對於所述內部標記 (24)的相對位置有關。
14.按權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述相機(XT)或第二相機(39)構成所述位置檢測器件或其一部分。
15.按權利要求13或14所述的裝置，其特徵在於，所述相機(XT)布置在所述風輪輪轂 (8)與風輪葉片(18)相對置的區域內並且固定在該風輪輪轂(8)上。
16.按權利要求13至15之一所述的裝置，其特徵在於，設有至少一個與所述相機07) 固定相連並且布置在該相機視野內的鏡子( )，藉助該鏡子08)朝所述相機(XT)的方向反射由所述內部標記04)射出的光線(31)。
17.按權利要求13至16之一所述的裝置，其特徵在於，所述兩個相機(27，39)在空間上緊密靠近地布置。
18.按權利要求13至17之一所述的裝置，其特徵在於，所述內部標記04)設計為光源或設計為被光源照射的反射器。
19.按權利要求13至18之一所述的裝置，其特徵在於，所述相機(XT)或第二相機(39) 拍攝所述內部標記04)的至少一幅圖像並且將該圖像以圖像數據Gl)的形式作為第二位置信息提供給所述評估裝置(37)。
20.按權利要求19所述的裝置，其特徵在於，所述評估裝置(37)通過應用至少一種圖像處理方法由所述圖像數據Gl)確定所述相機07)相對於所述內部標記04)的相對位置。
21.按權利要求1至20之一所述的裝置，其特徵在於，所述風輪葉片(18)包括空腔 (沈)，所述外部標記(33)或多個外部標記(33，34)布置在該空腔(26)中。
22.按權利要求21所述的裝置，其特徵在於，所述相機07)布置在所述空腔06)或所述風輪輪轂(8)中。
23.一種風力發電設備，具有一個可通過風(1 繞風輪軸線(7)旋轉的風輪(6)，該風輪(6)包括一個風輪輪轂(8)和至少一個固定在該風輪輪轂(8)上並且從該風輪輪轂沿著橫向於或基本上橫向於風輪軸線(7)延伸的葉片軸線OO)的方向延伸出去的風輪葉片 (18)，所述風力發電設備還具有至少一個與所述風輪(6)機械地耦連並且可由該風輪(6) 驅動的發電機(16)和按權利要求1至22之一所述的裝置(56)。
全文摘要
本發明涉及一種用於光學測量風力發電設備(1)的風輪葉片(18)的撓度的裝置，所述風輪葉片(18)通過其葉片根部(23)固定在風輪(6)的風輪輪轂(8)上，所述裝置具有以下部件至少一個與葉片根部(23)間隔地固定在風輪葉片(18)上的發射光線的外部標記(33)；至少一個固定在風輪(6)上的相機(27)，該相機(27)接收由外部標記(33)射出的光線(35)並且提供與相機(27)相對於外部標記(33)的相對位置有關的第一位置信息；一個與相機(27)耦合的評估裝置(37)和一個位置檢測器件，該位置檢測器件檢測相機(27)相對於葉片根部(23)的相對位置並且提供與該位置有關的第二位置信息，其中，評估裝置(37)通過處理所述位置信息確定至少一個表徵風輪葉片(18)撓度的參數。
文檔編號G01B11/16GK102313634SQ201110185959
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者F.伯託洛蒂 申請人:Ssb風系統兩合公司