基于激光跟踪仪的风电叶片现场精度检测技术研究

摘要

面对严重的能源危机和环境危机，风能凭借其清洁可再生的优点，受到世界各国的广泛重视。通过风力发电机组将风能转化成电能，是风能利用的主要方式。叶片是风力发电机收集风能的关键部件，其外形尺寸精度影响了整个机组的安全运行。由于风电叶片型面复杂且尺寸庞大，国内的叶片生产厂家在叶片外形尺寸检测方面并没有形成相对完整的检测方案，因此基于激光跟踪仪对风电叶片外形尺寸精度检测技术进行研究，对提高风电叶片使用寿命和风力发电效率具有实际意义。
　　本论文是河北省科技厅项目(14391703D)研究内容的重要组成部分，其研究工作主要包括风电叶片三维模型的建立、风电叶片检测方案的制定、风电叶片模型重构及参数提取、基于CATIA的软件开发。在风电叶片三维建模方面，通过对风电叶片结构、形状、几何参数等内容的研究分析，得到了翼型原始坐标与实际空间坐标的坐标转换关系，采用三维软件CATIA建立了风电叶片的三维实体模型;在风电叶片检测方案的制定方面，在分析风电叶片检测项目的基础上，结合激光跟踪仪的测量原理，研究制定了检测方案并进行了现场试验，包括叶片位姿的调整、测量站位的布置、工件坐标系的建立和外形数据的测量;在风电叶片模型重构及参数提取方面，根据测量点云数据的特点，通过数据预处理得到较为理想的点云数据，结合风电叶片三维建模的步骤，利用这些点云数据在CATIA软件中完成了被测叶片的模型重构，根据风电叶片相关尺寸参数的定义，提取出了所需验证的尺寸参数;最后为了实现三维建模及参数提取工作的自动化，提高检测效率，通过对CATIA进行二次开发，编制完成了“风电叶片三维建模、逆向及参数提取”软件。
　　本课题将激光跟踪仪运用到风电叶片的现场精度检测中，提出了风电叶片三维建模、逆向重构的方法，制定了基于激光跟踪仪的风电叶片外形尺寸检测方案，开发了基于CATIA的“风电叶片三维建模、逆向及参数提取”软件。通过现场试验证明该检测方案是可行的，解决了风电叶片外形尺寸难以测量的技术问题，提高了检测效率和精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的主要研究工作

1．3．1 课题的总体研究思路

1．3．2 课题的研究内容

第2章 风电叶片三维建模

2．1 风电叶片相关概念

2．1．1 风电叶片的种类

2．1．2 风电叶片的结构组成

2．1．3 风电叶片的形状

2．1．4 参考坐标系

2．1．5 风电叶片的几何参数

2．2 基于CATIA的风电叶片三维建模

2．2．1 CATIA软件介绍

2．2．2 叶片原始翼型坐标的生成

2．2．3 叶片各截面实际空间坐标的求解

2．2．4 基于CATIA的叶片三维模型的建立

2．3 本章小结

第3章 风电叶片检测方案

3．1 激光跟踪仪

3．1．1 系统组成

3．1．2 工作原理

3．1．3 测量原理

3．1．4 影响测量精度的误差组成

3．2 风电叶片型面检测项目

3．3 检测方案

3．3．1 叶片位姿的调整

3．3．2 测量站位的布置

3．3．3 工件坐标系的建立

3．3．4 叶片外形数据的测量

3．4 现场检测试验

3．5 本章小结

第4章 风电叶片模型重构及参数提取

4．1 逆向工程

4．1．1 逆向工程的定义

4．1．2 逆向工程的工作流程

4．1．3 逆向工程的关键技术

4．2 数据预处理

4．2．1 点云

4．2．2 点云的去噪处理

4．3 模型重构

4．3．1 拟合截面线

4．3．2 补偿反射球半径

4．3．3 创建风电叶片整体型面

4．3．4 生成风电叶片实体模型

4．4 尺寸参数的提取

4．5 本章小结

第5章 基于CATIA的软件开发

5．1 CATIA二次开发技术

5．1．1 CATIA二次开发接口

5．1．2 CATIA二次开发接口通讯方式

5．2 利用VB进行二次开发的步骤

5．3 软件总体设计

5．3．1 软件功能框图

5．3．2 软件控制流程图

5．4 软件的主要功能

5．4．1 登陆功能

5．4．2 系统主界面

5．4．3 三维建模功能

5．4．4 逆向功能

5．4．5 参数提取功能

5．4．6 其它功能

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢