CN102313634A - 用于光学测量风力发电设备风轮叶片的挠度的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光学测量风力发电设备(1)的风轮叶片(18)的挠度的装置，所述风轮叶片(18)通过其叶片根部(23)固定在风轮(6)的风轮轮毂(8)上，所述装置具有以下部件：至少一个与叶片根部(23)间隔地固定在风轮叶片(18)上的发射光线的外部标记(33)；至少一个固定在风轮(6)上的相机(27)，该相机(27)接收由外部标记(33)射出的光线(35)并且提供与相机(27)相对于外部标记(33)的相对位置有关的第一位置信息；一个与相机(27)耦合的评估装置(37)和一个位置检测器件，该位置检测器件检测相机(27)相对于叶片根部(23)的相对位置并且提供与该位置有关的第二位置信息，其中，评估装置(37)通过处理所述位置信息确定至少一个表征风轮叶片(18)挠度的参数。

Description

用于光学测量风力发电设备风轮叶片的挠度的装置
技术领域
本发明涉及一种用于光学测量风力发电设备的风轮叶片的挠度的装置，所述风轮叶片通过其叶片根部固定在风轮的风轮轮毂上，所述装置具有以下部件：至少一个与叶片根部间隔地固定在风轮叶片上的发射光线的外部标记；至少一个固定在风轮上的相机，该相机接收由外部标记射出的光线并且提供与相机相对于外部标记的相对位置有关的第一位置信息；一个与相机耦合的评估装置。
背景技术
由于风力发电设备中风轮叶片的长度和柔性不断增加，对风轮叶片的控制越来越多地旨在减小风力发电设备运行中出现的负荷和振动。风轮叶片的负荷主要由空气动力学效应引起。但不可能直接测量该空气动力学负荷。因为叶片挠度和叶片负荷具有紧密关系，因此关于叶片挠度的信息是用于风力发电设备控制系统的良好的输入信息，该控制系统可以根据这些信息减少不期望的周期性叶片负荷，这些叶片负荷例如由风轮轴线相对于风向的错误定向或由竖直或水平风剪切产生。
在2006年1月公开的文献NREL/TP-500-39253中描述了一种用于测量风轮叶片挠度的方法，其中使用了布置在叶片根部附近的带有红外线辐射源的红外线相机以及固定在风轮叶片上的反射条。由红外线辐射源照射的反射条将红外线光反射回相机，从而可以通过评估由相机拍摄的图像来计算叶片挠度。
WO 2010/054661 A2公开了一种用于监测风力发电设备风轮叶片的负荷的方法，该风力发电设备包括吊舱和通过风轮轴可旋转地支承在该吊舱上的风轮轮毂，在该风轮轮毂上固定有至少一个风轮叶片。风轮叶片包括一个反射器，该反射器的位置与风轮叶片的负荷有关地变化。在吊舱中布置有一个用于电磁辐射的辐射源和一个辐射接收器，其中，辐射路径从辐射源指向反射器并且从该反射器往回指向辐射接收器。借助监测装置可以根据由辐射接收器接收的辐射的变化确定承载的风轮叶片的偏转。
在前述的这些方法中，风力发电设备的振动导致出现测量误差，因为该振动引起了相机的移动。因此在相机的感光面上该相机的运动与由叶片弯曲引起的反射器图像的运动重叠到一起。此外，相机由于相机支架和/或风轮叶片不可逆的变形而移动也导致出现测量误差。这种变形例如是风轮叶片在叶片根部附近原本呈圆形的横断面变为椭圆形的横断面，这可以归因于材料在受负荷的情况下蠕变(Materialkriechen)。
传统的基于相机的用于测量沿风轮叶片的一个或多个点处的叶片挠度的系统使用一个光源，该光源照射一个或多个沿叶片布置在预先确定的位置上的反射器。由反射器反射的光线被数码相机接收，该数码相机为此具有感光面。通过评估感光面上反射器图像的位置计算反射器相对于相机位置的错移并且由此推导出叶片挠度。在此，为了使测量分辨率最大化，在相机中装入一个具有狭窄视角的透镜，因此当反射器(或多个反射器)在叶片承载的情况下以预计的最大程度错移时，反射图像可以在感光面上最大程度地移动。因此风轮叶片的叶片根部区域通常不在相机视野之内。
与传统的基于相机的用于测量叶片挠度的系统相关联地尤其具有以下问题：
-由于相机的振动，反射器图像在相机的感光面上移动，使得所述系统错误地将该移动理解为风轮叶片的弯曲而发出信号。
-例如通过由于材料蠕变(例如叶片的椭圆形横断面)造成风轮叶片在相机位置的区域内变形，相机相对于叶片根部的位置随着时间的增加不可逆地变化，使得在叶片没有弯曲挠度的情况下也会引起反射器图像在感光面上的错移。由此在叶片挠度测量中产生误差。
发明内容
由此出发，本发明所要解决的技术问题在于，进一步设计开头所述类型的装置，使得可以避免或至少减少在确定叶片挠度时由于相机振动和/或相机不可逆地错移造成的误差。
该技术问题按本发明通过一种用于光学测量风力发电设备的风轮叶片挠度的装置解决，所述风轮叶片通过其叶片根部固定在风轮的风轮轮毂上，所述装置具有
-至少一个与叶片根部间隔地固定在风轮叶片上的发射光线的外部标记，
-至少一个固定在风轮上的(第一)相机，该相机接收由所述外部标记射出的光线并且提供与该相机相对于外部标记的相对位置有关的第一位置信息，
-一个与所述相机耦合的评估装置，
-一个位置检测器件，该位置检测器件检测所述相机相对于叶片根部的相对位置并且提供与该相对位置有关的第二位置信息，其中，所述评估装置通过评估所述(尤其是两个)位置信息确定风轮叶片的挠度和/或至少一个表征该挠度的参数。
因为第一位置信息表征相机相对于外部标记的相对位置并且第二位置信息表征相机相对于叶片根部的相对位置，因此可以与相机的位置和/或定向无关地确定风轮叶片的挠度和/或至少一个表征该挠度的参数。由此可以显著减小由现有技术已知的在确定风轮叶片挠度(叶片挠度)时出现的误差。
评估装置优选与位置检测器件耦合。此外，位置检测器件可以与相机分开地设置或包括该相机，因此在后一种情况下相机构成位置检测装置的一部分。
评估装置优选由所述至少一个表征风轮叶片挠度的参数推导出风轮叶片的挠度。按照本发明的一种扩展设计，所述至少一个表征风轮叶片的挠度的参数相应于风轮叶片的叶片挠度。
按照本发明的一种设计方案，与所述叶片根部间隔地在风轮叶片上固定有多个发射光线的外部标记，这些外部标记与叶片根部的距离优选是不同的，其中，相机接收由外部标记发射出的光线，并且其中，由相机提供的第一位置信息与该相机相对于外部标记的相对位置有关。通过使用多个外部标记可以尤其提高测量的准确性。此外，通过在与叶片根部不同距离处设置外部标记可以确定沿叶片轴线的叶片挠度曲线。第一位置信息尤其表征相机相对于外部标记的相对位置。
评估装置尤其确定叶片根部相对于所述一个或多个外部标记的相对位置作为所述至少一个表征所述风轮叶片挠度的参数。在此，叶片根部相对于所述一个或多个外部标记的相对位置尤其构成了一个与相机位置无关的位置信息，该位置信息优选表征或描述风轮叶片的挠度。
评估装置尤其通过评估第二位置信息计算相机相对于叶片根部的相对位置。此外，评估装置尤其通过评估第一位置信息计算相机相对于一个或多个外部标记的相对位置。评估装置优选由相机相对于叶片根部的相对位置和相机相对于一个或多个外部标记的相对位置确定叶片根部相对于一个或多个外部标记的相对位置。
叶片根部的一点或叶片根部区域内的一点优选构成表示叶片根部位置的参考点。该参考点优选位于风轮叶片的叶片轴线上和/或优选位于风轮叶片靠近轮毂的端部上。因此在涉及到叶片根部的位置时可以用该参考点的位置代替叶片根部的位置。由此可以考虑到叶片根部通常具有一定的长度。按照本发明的一种扩展设计，评估装置确定该参考点相对于一个或多个外部标记的相对位置作为所述至少一个表征风轮叶片挠度的参数。
一个或多个外部标记优选分别设计为光源或设计为被光源照射的反射器。按照本发明的一种扩展设计，一个或多个外部标记分别由导引光线的光波导体(例如导引光线的光学纤维，尤其是玻璃纤维)的端部构成，优选借助一个或多个光源将光线射入该光波导体中。一个或多个光源例如由一个或多个发光二极管构成。一个或多个反射器优选设计为后向反射的，因此也可以称为后向反射器(Retro-Reflektor)。
相机在其光谱学感光度方面尤其与(射出的)光线匹配。该光线可以是可见光。但优选是红外线光。
相机优选拍摄一个或多个外部标记的至少一幅图像，并且将该图像尤其以图像数据的形式作为第一位置信息提供给评估装置。评估装置优选通过应用至少一种图像处理方法由所述图像数据确定相机相对于一个或多个外部标记的相对位置。
相机尤其借助支架固定在风轮之处或之内。该相机优选借助支架固定在风轮上叶片根部的区域之处或之内。例如该相机尤其借助支架固定在风轮叶片中的分隔壁上。这种分隔壁例如用于避免维修人员和/或物体落入风轮叶片中。可以在分隔壁中设置一个或多个通孔，一个或多个与按本发明的装置相关联地使用的光信号或光线穿过所述通孔射出。
按照本发明的一种设计方案，位置检测器件包括至少一个或多个固定在支架上的、检测该支架变形的应力或应变传感器。在此，由位置检测器件提供的第二位置信息与检测到的变形有关。通过检测支架的变形可以确定相机相对于叶片根部的相对位置。
按照本发明的一种设计方案，位置检测器件包括至少一个布置在叶片根部的区域之处或之内或布置在风轮轮毂之中的另一个相机，借助该另一个相机检测固定在风轮叶片上的(第一)相机的位置变化。在此，由位置检测器件提供的第二位置信息与(第一)相机相对于另一个相机的相对位置有关。由此可以确定(第一)相机相对于叶片根部的相对位置。所述另一个相机优选构成所述位置检测器件的一部分。(第一)相机尤其布置在另一个相机的视野之内。另一个相机例如固定在风轮叶片、叶片轴承或风轮轮毂上。该另一个相机优选刚性地固定在风轮轮毂上，尤其固定在叶片轴承的一个与风轮轮毂刚性连接的部分上。由此可以借助该另一个相机附加地检测(第一)相机绕风轮叶片的叶片轴线相对于风轮轮毂和/或另一个相机的旋转。这种旋转例如出现在风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂旋转时(这也称为“变桨”)。尤其可以借助另一个相机附加地检测风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂的旋转。优选借助评估装置附加地确定风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂的旋转。
另一个相机优选拍摄(第一)相机的至少一幅图像并且将该图像尤其以图像数据的形式作为第二位置信息提供给评估装置。评估装置优选通过应用至少一种图像处理方法由该图像数据计算出(第一)相机相对于另一个相机的相对位置。而另一个相机优选布置在叶片根部的区域之处或之中或布置在风轮轮毂中。因此，评估装置通过应用至少一种图像处理方法由所述图像数据尤其计算出(第一)相机相对于叶片根部的相对位置。
按照本发明的一种设计方案，位置检测器件包括至少一个在叶片根部的区域之处或之内固定在风轮上的发射光线的内部标记，其中，(第一)相机或相对于该相机位置固定的第二相机接收由所述内部标记发出的光线。在此，由位置检测器件提供的第二位置信息与(第一)相机相对于内部标记的相对位置有关。由此可以确定(第一)相机相对于叶片根部的相对位置。在此，(第一)相机或第二相机优选构成位置检测器件或其一部分。
按照本发明的一种扩展设计，位置检测器件包括多个在叶片根部的区域之处或之内固定在风轮上的发射光线的内部标记，这些内部标记优选定位在不同的位置上，其中，(第一)相机或相对于该相机位置固定的第二相机接收由所述内部标记发出的光线。在此，由位置检测器件提供的第二位置信息与(第一)相机相对于内部标记的相对位置有关。由此可以确定(第一)相机相对于叶片根部的相对位置。在此，(第一)相机或第二相机优选构成位置检测器件或其一部分。
按照本发明的第一种变型方案，相机布置在风轮轮毂与风轮叶片相对置的区域内并且固定在该风轮轮毂上。在该第一变型方案中，相机优选构成位置检测器件的一部分。在此第二相机并不是必需的。
按照本发明的第二种变型方案，设有至少一个与相机固定相连并且优选布置在该相机视野内的镜子，借助该镜子朝相机的方向反射由一个或多个内部标记射出的光线。按照该第二种变型方案的一个变化方案，设有多个与相机相连并且优选布置在该相机视野内的镜子，借助该镜子朝相机的方向反射由一个或多个内部标记射出的光线。在第二种变型方案和/或其变化方案中，相机优选构成位置检测器件的一部分。在此第二相机并不是必需的。
按照本发明的第三种变型方案，设有第二相机，其中，这两个相机尤其在空间上紧密靠近地布置。这两个相机优选组成一个结构单元。尤其是第二相机与评估装置耦合。
第一、第二和/或第三变型方案也可以相互结合。
所述一个或多个内部标记优选分别设计为光源或设计为被光源照射的反射器。按照本发明的一种扩展设计，一个或多个内部标记分别由导引光线的光波导体(例如导引光线的光学纤维，尤其是玻璃纤维)的端部构成，优选借助一个或多个光源将光线射入该光波导体中。一个或多个光源例如由一个或多个发光二极管构成。一个或多个反射器优选设计为后向反射的，因此也可以称为后向反射器(Retro-Reflektor)。
(第一)相机或第二相机优选拍摄一个或多个内部标记的至少一幅图像并且将该图像尤其以图像数据的形式作为第二位置信息提供给所述评估装置。该评估装置优选通过应用至少一种图像处理方法由所述图像数据确定所述(第一)相机或第二相机相对于一个或多个内部标记的相对位置。因为两个相机彼此位置固定，所以可以借助评估装置由计算出的第二相机相对于一个或多个内部标记的相对位置推导出(第一)相机相对于一个或多个内部标记的相对位置。若存在第二相机，则借助第二相机获取的一个或多个内部标记的图像优选与借助(第一)相机获取的一个或多个外部标记的图像不同。可选地，借助相机获取的一个或多个内部标记或外部标记的图像优选是只使用一个相机获得的共同的图像。
按照本发明的一种设计方案，风轮叶片包括一个空腔，外部标记或多个外部标记布置在该空腔中。相机优选也布置在该空腔中。可选地，相机可以布置在风轮轮毂中。另一个或第二个相机优选布置在该空腔中。可选地，该另一个或第二个相机也可以布置在风轮轮毂中。一个或多个内部标记优选布置在空腔中。
一个或多个内部标记优选固定在风轮叶片、叶片轴承或风轮轮毂上。按照本发明的一种扩展设计，一个或多个内部标记刚性地固定在风轮轮毂上，尤其固定在叶片轴承的一个与风轮轮毂刚性连接的部分上。由此可以借助(第一)相机或第二相机附加地检测(第一)相机和/或第二相机绕风轮叶片的叶片轴线相对于风轮轮毂和/或一个或多个内部标记的旋转。这种旋转例如出现在风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂旋转时。尤其可以借助(第一)相机或第二相机附加地检测风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂的旋转。优选借助评估装置附加地确定风轮叶片绕其叶片轴线相对于风轮轮毂的旋转。
本发明还涉及一种风力发电设备，其带有
-一个可通过风绕风轮轴线旋转的风轮，该风轮包括一个风轮轮毂和至少一个固定在该风轮轮毂上并且从该风轮轮毂沿着横向于或基本上横向于风轮轴线延伸的叶片轴线的方向延伸出去的风轮叶片，
-至少一个与风轮机械地耦连并且可由该风轮驱动的发电机，以及
-一个按本发明用于光学测量风轮叶片挠度的装置。
按本发明的风力发电设备可以按照所有与按本发明的装置相关联地阐述过的设计方案进行扩展设计。
本发明还涉及一种用于借助按本发明的装置光学测量风力发电设备风轮叶片的挠度的方法。
此外，本发明涉及一种将按本发明的装置用于光学测量风力发电设备风轮叶片的挠度的应用。
优选如下确定叶片挠度：
-在第一步中，通过评估第二位置信息计算相机相对于叶片根部的相对位置。
-在第二步中，通过评估第一位置信息计算相机相对于一个或多个外部标记的相对位置。
-在第三步中，由在第一和第二步中计算出的这些位置确定叶片根部相对于一个或多个外部标记的相对位置。
优选借助评估装置实施上述步骤。
附图说明
以下参照附图借助优选实施形式阐述本发明。在附图中：
图1是风力发电设备的示意图；
图2是图1示出的带有按本发明第一种实施形式的装置的风轮的局部示意图；
图3是带有按本发明第二种实施形式的装置的风轮的局部示意图；
图4是带有按本发明第三种实施形式的装置的风轮的局部示意图；
图5是带有按本发明第四种实施形式的装置的风轮的局部示意图；
图6是带有按本发明第五种实施形式的装置的风轮的局部示意图；
图7是带有按第五种实施形式的变化方案的装置的风轮的局部示意图；
图8以示意图示出借助相机拍摄的一副图像；
图9示出按所述实施形式的变型方案的装置的光源和反射器；并且
图10示出按所述实施形式的另一变型方案的装置的光源和光波导体。
具体实施方式
图1示出风力发电设备1，其中，竖立在地基2上的塔筒3在其远离地基2的端部与机舱4连接。机舱4包括机架5，风轮6可绕风轮轴线7旋转地支承在机架5上，该风轮6具有风轮轮毂8和与该风轮轮毂连接的风轮叶片9和10，这两个风轮叶片分别可绕其叶片轴线11或12相对于风轮轮毂8旋转。每个风轮叶片9和10分别与一个叶片变桨驱动器13或14机械地耦连，各风轮叶片可借助该叶片变桨驱动器绕配属的叶片轴线旋转。风轮6与一个布置在机舱4内并且固定在机架5上的发电机16机械地耦连。风轮6通过风15绕其风轮轴线7旋转，其中，风轮6的旋转能量有一大部分借助发电机16转化为电能。为了使风力发电设备1受控地运行，设有风力发电设备控制装置17，该风力发电设备控制装置还控制叶片变桨驱动器。
图2示出沿图1中的观察方向A观察的风轮6的局部示意图，其中，第三风轮叶片18借助叶片轴承19可绕其叶片轴线20旋转地支承在风轮轮毂8上(在图1中风轮叶片18被风轮轮毂8遮挡)。风轮叶片18与风轮叶片9和10那样也与一个示意性示出的叶片变桨驱动器58机械地耦连并且借助该叶片变桨驱动器可绕叶片轴线20旋转。还示出了用于风轮叶片9和10的叶片轴承21和22。
图2还示出了按照本发明第一种实施形式的、完全或至少部分地集成在风轮6中的装置(测量装置)56，以下阐述该第一种实施形式。风轮叶片18固定在叶片轴承19上的端部称为叶片根部23，其中，两个发射光线的内部标记24和25布置在该叶片根部23的区域内并且固定在风轮叶片18上。可选地，内部标记24和25也可以固定在叶片轴承19上。相机27与叶片根部23间隔地布置在风轮叶片18的空腔26中并且固定在该风轮叶片18上。相机27与两个镜子28和29固定连接，这两个镜子将由内部标记24和25发射出的光线反射到相机27的感光面30上。在此，用附图标记31表示由内部标记24发射的光的光路，并且用附图标记32表示由内部标记25发射的光的光路。
两个发射光线的外部标记33和34与叶片根部23和相机27间隔地布置在空腔26中并且固定在风轮叶片18上。由外部标记33和34发射的光线射到相机27的感光面30上，其中，用附图标记35表示由外部标记33发射的光的光路，并且用附图标记36表示由外部标记34发射的光的光路。
相机27与示意性示出的评估装置37导电地连接，评估装置37固定在风轮叶片18内、风轮轮毂8中或风力发电设备1其它合适的部位上。评估装置37例如也可以由风力发电设备控制装置17构成。由相机27拍摄的图像45(参见图8)以电子图像数据38的形式传送给评估装置37，其中，所述图像数据38包括与相机27相对于外部标记33和34的相对位置有关的第一位置信息和与相机27相对于内部标记24和25的相对位置有关的第二位置信息。
评估装置37通过应用至少一种图像处理方法计算相机27相对于叶片根部23的相对位置以及该相机27相对于外部标记33和34的相对位置。随后该评估装置由计算出的这些位置确定叶片根部23相对于外部标记33和34的相对位置，其中，这个相对位置表征风轮叶片18的挠度。
图3示出带有按本发明第二种实施形式的测量装置56的风轮6的局部示意图，其中，与第一种实施形式相似或相同的特征用与在第一种实施形式中相同的附图标记表示。除了相机27，空腔26中还设有一个带感光面40的相机39，由内部标记24和25射出的光线照射到该感光面40上。在此，两个相机的视野尤其沿或基本上沿相反的方向延伸。每个相机27和39均与评估装置37导电地连接并且将电子图像数据38或41传输给评估装置37。在此，相机27的图像数据38包括与相机27相对于外部标记33和34的相对位置有关的第一位置信息，其中，由相机39提供的图像数据41包括与相机39相对于叶片根部23的相对位置有关的第二位置信息。相机27和39彼此位置固定地布置并且构成一个紧凑的结构单元。
评估装置37通过应用至少一种图像处理方法由图像数据41计算相机39相对于叶片根部23的相对位置。因为两个相机彼此位置固定，所以这个位置也表征相机27相对于叶片根部23的相对位置，从而借助评估装置37计算出了相机27相对于叶片根部23的相对位置。此外，借助评估装置37通过应用至少一种图像处理方法由图像数据38计算相机27相对于外部标记33和34的相对位置。评估装置37接着由计算出的这些位置确定叶片根部23相对于外部标记33和34的相对位置，其中，这个相对位置表征风轮叶片18的挠度。因此，按照第二种实施形式不需要镜子。
图4示出带有按本发明第三种实施形式的测量装置56的风轮6的局部示意图，其中，与前述实施形式相似或相同的特征用与在前述实施形式中相同的附图标记表示。第三种实施形式是第二种实施形式的变化方案，其中，代替内部标记24和25以及第二相机39而在一个支架57上设置应力或应变传感器42和43，相机27借助支架57固定在叶片根部23或叶片轴承19上。借助传感器42和43可检测支架57的机械变形，因此与评估装置37导电连接的传感器42和43将变形数据44提供给评估装置37。在此，相机27的图像数据38包括与该相机27相对于外部标记33和34的相对位置有关的第一位置信息，其中由传感器42和43提供的变形数据44包括与相机27相对于叶片根部23的相对位置有关的第二位置信息。
评估装置37由变形数据44计算相机27相对于叶片根部23的相对位置。评估装置37通过应用至少一种图像处理方法由图像数据38计算相机27相对于外部标记33和34的相对位置。评估装置37接着由计算出的这些位置确定叶片根部23相对于外部标记33和34的相对位置，其中，这个相对位置表征风轮叶片18的挠度。
图5示出带有按本发明第四种实施形式的测量装置56的风轮6的局部示意图，其中，与前述实施形式相似或相同的特征用与在前述实施形式中相同的附图标记表示。第四种实施形式是第一种实施形式的变化方案，其中，相机27布置在风轮轮毂8与风轮叶片18相对置的侧面上并且固定在该风轮轮毂8上。由内部标记24和25射出的光线直接照射到相机27的感光面30上，因此不需要镜子。对第四种实施形式的进一步说明可参照对第一种实施形式的说明。
图6示出带有按本发明第五种实施形式的测量装置56的风轮6的局部示意图，其中，与前述实施形式相似或相同的特征用与在前述实施形式中相同的附图标记表示。除了相机27还设有一个带感光面40的相机39，该相机39在叶片根部23的区域内固定在风轮叶片18或叶片轴承19上。在此，相机27布置在相机39的视野之内。每个相机27和39均与评估装置37导电地连接并且将电子图像数据38或41传输给该评估装置。在此，相机27的图像数据38包括与相机27相对于外部标记33和34的相对位置有关的第一位置信息，其中，由相机39提供的图像数据41包括与相机39相对于相机27的相对位置有关的第二位置信息。相机39优选相对于叶片根部23位置固定。
评估装置37通过应用至少一种图像处理方法由图像数据41计算相机39相对于相机27的相对位置。因为相机39布置在叶片根部23的区域中，所以这个位置也表征相机27相对于叶片根部23的相对位置，从而借助评估装置37计算出了相机27相对于叶片根部23的相对位置。此外，借助评估装置37通过应用至少一种图像处理方法由图像数据38计算相机27相对于外部标记33和34的相对位置。评估装置37接着由计算出的这些位置确定叶片根部23相对于外部标记33和34的相对位置，其中，这个相对位置表征风轮叶片18的挠度。因此，按照第五种实施形式不需要镜子。
图7示意性示出风轮6的局部示意图，该风轮6带有按本发明第五种实施形式的变化方案的测量装置，其中，叶片轴承19包括借助螺栓65与风轮轮毂8刚性连接的叶片轴承部分66和借助螺栓67与风轮叶片18刚性连接的叶片轴承部分68。叶片轴承19在此设计为球轴承，其中，叶片轴承19的滚珠示意性地示出并且用附图标记69表示。支承相机39的支架70安装在所示的螺栓65上并且借助螺母71固定旋拧在螺栓65上，使得相机39刚性地固定在叶片轴承部分66上并且由此也刚性地固定在风轮轮毂8上。因为风轮叶片18绕其叶片轴线20的旋转致使相机27也绕叶片轴线20旋转，可以借助相机39观察风轮叶片18绕其叶片轴线20的旋转。因此，评估装置37优选也计算风轮叶片18绕叶片轴线20相对于风轮轮毂8的扭转角。
图8以示意图示出了由按照第一和/或第四种实施形式的相机27拍摄的图像45，其中，区域46和47表示在风轮叶片18未弯曲的状态下外部标记33和34的图像。若风轮叶片18弯曲，则外部标记的图像在图像45中移动(通过箭头59和60示出)。在此，区域48和49表示在风轮叶片18弯曲的状态下外部标记33和34的图像。因此，图像45中外部标记图像的位置表示第一位置信息。因为区域46和47在图像45中的位置是已知的，所以也可以借助评估装置37确定区域48和49相对于区域46和47的移动。
图像45的区域50和51表示相机27处于原始位置时内部标记24和25的图像。若相机27相对于叶片根部23错移，则内部标记的图像在图像45中移动(通过箭头61和62示出)。在此，区域52和53表示在相机27错移后内部标记24和25的图像。因此，图像45中内部标记图像的位置表示第二位置信息。因为区域50和51在图像45中的位置是已知的，所以也可以借助评估装置37确定区域52和53相对于区域50和51的移动。
在前述实施形式中，标记33和34以及在必要时标记24和25按照本发明的第一种变型方案优选分别由光源构成。按照本发明的第二种变型方案，至少一个、多个或所有的标记由一些被一个或多个光源55照射的反射器54构成，这可由图9示意性地看出，该图9示出了形式为反射器54的标记33。由光源55发射出的光线用附图标记63表示。
按照本发明的第三种变型方案，至少一个、多个或所有的标记由光波导体64构成，借助一个或多个光源55将光线63射入光波导体中，这可由图10示意性地看出，该图10示出了形式为光波导体64的标记33。
可以为每个设计为反射器或光波导体的标记设置一个单独的光源。但也可以用同一个光源为多个或所有的反射器或光波导体提供光线。例如可以为外部标记33和34设置共同的光源或分别设置一个单独的光源。此外，可以为内部标记24和25设置共同的光源或分别设置一个单独的光源。
附图标记清单
1 风力发电设备
2 地基
3 塔筒
4 机舱
5 机架
6 风轮
7 风轮轴线
8 风轮轮毂
9 风轮叶片
10 风轮叶片
11 叶片轴线
12 叶片轴线
13 叶片变桨驱动器
14 叶片变桨驱动器
15 风
16 发电机
17 风力发电设备控制装置
18 风轮叶片
19 叶片轴承
20 叶片轴线
21 叶片轴承
22 叶片轴承
23 叶片根部
24 内部标记
25 内部标记
26 风轮叶片的空腔
27 相机
28 镜子
29 镜子
30 相机的感光面
31 光路
32 光路
33 外部标记
34 外部标记
35 光路
36 光路
37 评估装置
38 图像数据
39 相机
40 相机的感光面
41 图像数据
42 应力或应变传感器
43 应力或应变传感器
44 变形数据
45 由相机拍摄的图像
46 未弯曲的外部标记的图像
47 未弯曲的外部标记的图像
48 弯曲的外部标记的图像
49 弯曲的外部标记的图像
50 未错移的内部标记的图像
51 未错移的内部标记的图像
52 错移的内部标记的图像
53 错移的内部标记的图像
54 反射器
55 光源
56 测量装置
57 支架
58 叶片变桨驱动器
59 图像移动
60 图像移动
61 图像移动
62 图像移动
63 光源的光线
64 光波导体
65 螺栓
66 叶片轴承的一部分
67 螺栓
68 叶片轴承的一部分
69 叶片轴承的滚珠
70 支架
71 螺母

Claims (23)

1.一种用于光学测量风力发电设备(1)的风轮叶片(18)的挠度的装置，所述风轮叶片(18)通过其叶片根部(23)固定在风轮(6)的风轮轮毂(8)上，所述装置具有
-至少一个与叶片根部(23)间隔地固定在风轮叶片(18)上的发射光线的外部标记(33)，
-至少一个固定在风轮(6)上的相机(27)，该相机(27)接收由所述外部标记(33)射出的光线(35)并且提供与该相机(27)相对于外部标记(33)的相对位置有关的第一位置信息，
-一个与所述相机(27)耦合的评估装置(37)，
其特征在于，设有一个位置检测器件，该位置检测器件检测所述相机(27)相对于叶片根部(23)的相对位置并且提供与该相对位置有关的第二位置信息，其中，所述评估装置(37)通过评估所述位置信息确定至少一个表征风轮叶片(18)挠度的参数。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个表征风轮叶片(18)挠度的参数与所述相机(27)的位置无关。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述评估装置(37)由所述至少一个表征风轮叶片(18)挠度的参数推导出该风轮叶片(18)的挠度。
4.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，
-与所述叶片根部(23)间隔地在所述风轮叶片(18)上固定有多个发射光线的外部标记(33，34)，这些外部标记与叶片根部(23)间隔不同的距离，
-所述相机(27)接收由所述外部标记(33，34)发射出的光线(35，36)，
-由所述相机(27)提供的第一位置信息与该相机(27)相对于所述外部标记(33，34)的相对位置有关。
5.按权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述评估装置(37)确定所述叶片根部(23)相对于所述一个或多个外部标记(33，34)的相对位置作为所述至少一个表征所述风轮叶片(18)挠度的参数。
6.按权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，
-所述评估装置(37)通过评估所述第二位置信息计算所述相机(27)相对于叶片根部(23)的相对位置，
-所述评估装置(37)通过评估所述第一位置信息计算所述相机(27)相对于一个或多个外部标记(33，34)的相对位置，
-所述评估装置(37)由计算出的这些位置确定所述叶片根部(23)相对于一个或多个外部标记(33，34)的相对位置。
7.按权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，所述外部标记(33)或多个外部标记(33，34)分别设计为光源或设计为被光源(55)照射的反射器(54)。
8.按权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，所述相机(27)拍摄所述一个或多个外部标记(33，34)的至少一幅图像(45)，并且将该图像以图像数据(38)的形式作为第一位置信息提供给所述评估装置(37)。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述评估装置(37)通过应用至少一种图像处理方法由所述图像数据(38)确定相机(27)相对于一个或多个外部标记(33，34)的相对位置。
10.按权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，
-所述相机(27)借助支架(57)固定在所述风轮(6)上叶片根部(23)的区域之处或之内，
-所述位置检测器件包括至少一个固定在所述支架(57)上的、检测该支架(57)变形的应力或应变传感器(42)，
-由所述位置检测器件提供的第二位置信息与检测到的变形有关。
11.按权利要求1至10之一所述的装置，其特征在于，
-所述相机(27)固定在所述风轮叶片(18)上，
-所述位置检测器件包括至少一个布置在所述叶片根部(23)的区域之处或之内或布置在所述风轮轮毂(8)之中的另一个相机(39)，所述相机(27)位于该另一个相机(39)的视野内，
-由所述位置检测器件提供的第二位置信息与所述相机(27)相对于另一个相机(39)的相对位置有关。
12.按权利要求11所述的装置，其特征在于，所述另一个相机(39)与所述风轮轮毂(8)刚性连接。
13.按权利要求1至12之一所述的装置，其特征在于，
-所述位置检测器件包括至少一个在所述叶片根部(23)的区域之处或之内固定在所述风轮(6)上的发射光线的内部标记(24)，
-所述相机(27)或相对于该相机位置固定的第二相机(39)接收由所述内部标记(24)发出的光线(31)，
-由所述位置检测器件提供的第二位置信息与所述相机(27)相对于所述内部标记(24)的相对位置有关。
14.按权利要求13所述的装置，其特征在于，所述相机(27)或第二相机(39)构成所述位置检测器件或其一部分。
15.按权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述相机(27)布置在所述风轮轮毂(8)与风轮叶片(18)相对置的区域内并且固定在该风轮轮毂(8)上。
16.按权利要求13至15之一所述的装置，其特征在于，设有至少一个与所述相机(27)固定相连并且布置在该相机视野内的镜子(28)，借助该镜子(28)朝所述相机(27)的方向反射由所述内部标记(24)射出的光线(31)。
17.按权利要求13至16之一所述的装置，其特征在于，所述两个相机(27，39)在空间上紧密靠近地布置。
18.按权利要求13至17之一所述的装置，其特征在于，所述内部标记(24)设计为光源或设计为被光源照射的反射器。
19.按权利要求13至18之一所述的装置，其特征在于，所述相机(27)或第二相机(39)拍摄所述内部标记(24)的至少一幅图像并且将该图像以图像数据(41)的形式作为第二位置信息提供给所述评估装置(37)。
20.按权利要求19所述的装置，其特征在于，所述评估装置(37)通过应用至少一种图像处理方法由所述图像数据(41)确定所述相机(27)相对于所述内部标记(24)的相对位置。
21.按权利要求1至20之一所述的装置，其特征在于，所述风轮叶片(18)包括空腔(26)，所述外部标记(33)或多个外部标记(33，34)布置在该空腔(26)中。
22.按权利要求21所述的装置，其特征在于，所述相机(27)布置在所述空腔(26)或所述风轮轮毂(8)中。
23.一种风力发电设备，具有一个可通过风(15)绕风轮轴线(7)旋转的风轮(6)，该风轮(6)包括一个风轮轮毂(8)和至少一个固定在该风轮轮毂(8)上并且从该风轮轮毂沿着横向于或基本上横向于风轮轴线(7)延伸的叶片轴线(20)的方向延伸出去的风轮叶片(18)，所述风力发电设备还具有至少一个与所述风轮(6)机械地耦连并且可由该风轮(6)驱动的发电机(16)和按权利要求1至22之一所述的装置(56)。
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