[发明专利]基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法

说明书

本发明公开了一种基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其用一对CMOS/CCD工业相机对随机激励振动下的风机叶片表面图像进行同步拍摄，识别、定位图像中多个标记点，提取标记点中心亚像素级坐标并进行双相机的立体匹配，通过三维重建技术计算各个测点的三维坐标，对位移数据进行微分处理，得到所需振动响应(速度、加速度)信号；通过傅立叶变换将时域信号变换到频域中观察峰值，可找出对应的模态频率；结合分析出的频率值，进一步用随机子空间识别法(SSI)对叶片的模态参数进行精确计算，获取叶片的固有频率、振型和阻尼比。本发明采用非接触式、多点同步测振，可实现对风机叶片的快速高精度模态测试。

技术领域

本发明属于风机叶片测试的技术领域，具体涉及一种基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法。

背景技术

风力发电机叶片在运行过程中受风载作用，容易引发产生振动，当振动频率与叶片固有频率接近或成倍频关系时，就会发生共振，轻则使叶片产生疲劳裂纹，减少工作寿命，重则发生叶片折断、机组损毁的事故。故在叶片安装运行前，需要对叶片进行出厂前性能测试，以保证每个叶片的模态包括：固有频率、阻尼和振型的一致性，使工作频段尽可能避开叶片的固有频率，否则会影响叶轮运行的稳定性。

现有的叶片性能测试一般是采用接触式振动测量方法，随着风力发电机单机功率不断提高，叶片尺寸越来越大，而随着叶片的大型化，现有的风机叶片接触式振动测量方法的实用性、时效性、适应性越来越差，因此需要提出一种简单有效的非接触式测量方法。

现有技术中已有的风机叶片模态分析方法，如专利申请号201410405529，专利名称：一种风机叶片模态分析方法，采用缩比叶片模型便于同时开展模态试验与仿真计算，通过二者相关性分析，修正叶片材料性能，应用到全尺寸叶片数值分析中从而获取实际叶片的真实模态参数。此方法存在生产制造单个缩尺叶片成本高昂，且存在不能精确按照全尺寸叶片真实结构缩尺制作等问题。

现有技术中已有的非接触式基于数字图像的振动测量方法，如专利申请号2013102249219，专利名称：基于机器视觉的柔性悬臂梁振动的测量装置及方法，的测量对象仅限于简单悬臂梁结构，相机的安装、LED发光管的布置不便，且采用单相机简单获取一维振动信号，不能真实反映结构的空间振动状态；硕士论文《基于双目立体视觉的大型柔性结构在轨振动测量研究》，实际研究对象也是简化为梁或板形简单结构，对基于振动信号的结构模态参数辨识没有提出合理的方案。

数字近景摄影测量是通过在不同位置和方向获取同一物体两幅以上的数字图像，经计算机图像匹配及相关计算后获取待测点的精确三维坐标。此方法具有测量现场工作量小、快速、高效和不易受温度变化、噪声等外界因素干扰的优点。随着相机核心器件CCD/CMOS芯片的制造质量提高和成本的降低，工业相机的图像采集速度从几赫兹发展到几千赫兹，动态测量成为可能。因此，本发明提出一种基于双目数字摄影测量的风机叶片振动非接触式模态测试新方法。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其采用非接触式、多点同步测振，实现对风机叶片的快速高精度模态测试。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，包括如下步骤：

S1、在风机叶片表面布设多个反光编码标志，每个反光编码标志形成一个标志点；

S2、将风机叶片的根部夹持安装固定后，激励叶片随机振动；

S3、用一对工业相机组成的双目视觉测试系统对随机激励振动下的风机叶片表面图像进行同步连续采集；

S4、对采集获得的连续照片中的多个标记点进行实时识别和定位，提取标记点中心的亚像素级坐标并进行双目立体视觉匹配；