CN112595232A - 一种风电机组螺栓定位装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及风电维护技术领域，公开了一种风电机组螺栓定位装置及其定位方法，其中，装置包括：沿螺栓组件的排列方向设置的导向装置；可沿导向装置的延伸方向移动地安装于导向装置的安装支座；安装于安装支座的视觉传感器、控制装置以及第一驱动装置，控制装置用于控制安装支座移动至螺栓处，视觉传感器识别螺栓的中心位置，第一驱动装置根据视觉传感器识别的螺栓的中心位置驱动视觉传感器旋转进行定位、且控制装置根据视觉传感器识别的中心位置驱动安装支座进行定位；为视觉传感器、控制装置以及第一驱动装置提供动力的电源组件。上述装置，能够精准地找到待检测的螺栓中心位置，提高了定位的精度，便于对螺栓的检测，提高检测效率。

Description

一种风电机组螺栓定位装置及其定位方法

技术领域

本申请涉及风电维护技术领域，特别涉及一种风电机组螺栓定位装置及其定位方法。

背景技术

风电机组螺栓用于级间紧固连接，螺栓松动或者断裂是风电机组倒塌的主要原因，对于风电机组而言是非常致命的，因此，级间紧固螺栓的定期检查是避免风电机组失效的关键。

由于风电机组中用于级间紧固连接的螺栓数量众多，根据风电机组《定检维护操作规程》，风电机组首次运行500小时后,所有螺栓预紧力必须全检,后续每年定期抽检10％-20％。目前，对螺栓进行检测时，采用扭矩检测法，该方法需要人工对每个螺栓进行打扭矩来检测，其工作量巨大，同时对操作人员的技能和态度要求很高，从而导致检测效率低。此外，由于该方法通过人工对螺栓进行定位，则导致定位的精度不够高，施加的扭矩大小全凭操作人员的经验，费时费力。

因此，如何提高螺栓的检测效率是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种风电机组螺栓定位装置，能够精准地找到待检测的螺栓中心位置，便于对螺栓的检测，提高检测效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种风电机组螺栓定位装置，包括：

沿螺栓组件的排列方向设置的导向装置；

沿所述导向装置的延伸方向移动地安装于所述导向装置的安装支座；

安装于所述安装支座的检测装置和控制装置，所述检测装置包括视觉传感器以及第一驱动装置，所述控制装置用于控制所述安装支座移动至待检测螺栓处时，所述视觉传感器识别所述待检测螺栓的中心位置，所述第一驱动装置根据所述视觉传感器识别的所述待检测螺栓的中心位置驱动所述视觉传感器旋转进行定位、且所述控制装置根据所述视觉传感器识别的所述待检测螺栓的中心位置驱动所述安装支座进行定位；

为所述视觉传感器、所述控制装置以及所述第一驱动装置提供动力的电源组件。

上述定位装置，安装支座可沿螺栓组件的排列方向移动，安装支座上安装有视觉传感器、控制装置以及第一驱动装置，控制装置控制安装支座移动，第一驱动装置驱动视觉传感器旋转进行定位，该定位装置还包括为整个设备提供电源的电源组件。其工作原理如下：安装支座初始位置与初始螺栓对齐，然后安装支座按照设定好的距离移动到第一个待检测螺栓处(此时，安装支座不一定与待检测螺栓完全对齐)，此时，启动视觉传感器识别待检测螺栓的中心位置，通过捕捉螺栓的外圆，计算出圆心的位置，并根据该圆心的位置计算视觉传感器与待检测螺栓对齐需要偏转的角度以及安装支座与待检测螺栓对齐需要移动的距离，从而根据上述参数移动安装支座到最终目的位置进行定位、且旋转视觉传感器到目的角度进行定位。

因此，本发明中的定位装置，通过视觉传感器获取待检测螺栓的中心位置，并计算安装支座与中心位置之间的距离，从而控制安装支座移动到最终对齐位置，且视觉传感器旋转至与待检测螺栓对齐的位置，以达到待检测螺栓的定位目的，从而便于后期的检测工作，不仅提高了检测精度，还省去人工定位以提高了检测效率。

优选地，所述导向装置包括固定安装于风电机组法兰上的环形滑轨，所述安装支座包括安装板以及安装架，所述安装板通过第二驱动装置驱动、可移动地安装于所述环形滑轨，所述安装架固定安装于所述安装板、以用于安装所述视觉传感器、所述控制装置以及所述第一驱动装置。

优选地，所述安装支座还包括多个用于将所述安装板安装于所述环形滑轨的定位导轮，所述定位导轮位于所述安装板与所述环形滑轨之间、以支撑所述安装板。

优选地，所述定位导轮的形状为V形或者圆弧形，且所述定位导轮内设有滚动轴承。

优选地，所述环形滑轨设有与所述定位导轮对应的凹槽，所述定位导轮嵌设于所述凹槽、并可沿所述凹槽移动。

优选地，本发明还提供一种如上述任一项所述的风电机组螺栓定位装置的定位方法，包括：

确定一排螺栓中初始螺栓的位置，并设置检测装置与所述初始螺栓对齐；

控制所述检测装置移动第一距离后，获取所述检测装置所在位置对应的待检测螺栓的中心位置，其中，所述第一距离为检测装置对应于相邻的两个螺栓之间的理论移动距离；

根据所述待检测螺栓的中心位置确定所述检测装置的运动轨迹信息，并根据所述运动轨迹信息控制所述检测装置移动以与所述待检测螺栓对齐。

优选地，根据所述待检测螺栓的中心位置确定所述检测装置的运动轨迹信息包括：

根据所述待检测螺栓的中心位置确定视觉传感器需要偏转的偏转角度信息以及安装支座需要移动的第二距离信息；

所述根据所述运动轨迹信息控制所述检测装置移动以与所述待检测螺栓对齐包括：

控制装置根据所述第二距离信息驱动所述安装支座移动至目标位置、且第一驱动装置根据所述偏转角度信息驱动所述视觉传感器偏转至目的角度；

其中，第二距离为安装支座所在位置与待检测螺栓的中心位置之间的距离，所述目的角度为视觉传感器与待检测螺栓的中心位置对齐的角度，所述目标位置为安装支座与待检测螺栓的中心位置对齐的位置。

优选地，所述螺栓沿第一弧线排列，所述安装支座安装于导向装置并沿所述导向装置的延伸方向移动，其中，所述导向装置沿第二弧线延伸，所述第一弧线与所述第二弧线共圆心。

优选地，所述控制所述检测装置移动第一距离中，所述第一距离为2πR/n，其中，R为所述第二弧线的半径，n为螺栓组件中螺栓的数量。

优选地，所述根据所述待检测螺栓的中心位置确定视觉传感器需要偏转的偏转角度信息以及所述安装支座需要移动的第二距离信息中，偏转角度为b-a，第二距离为r₁(sina-sinb)+x₀，其中，

a为视觉传感器的当前角度，

r₁为第一驱动装置的驱动轴中心到视觉传感器的中心之间的距离，x₀为沿导向装置的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器的中心位置的距离，y₀为沿导向装置的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器的中心位置的距离。

附图说明

图1为本发明中定位装置工作状态的一种结构示意图；

图2为本发明中定位装置中的一种部分结构图；

图3为本发明中定位装置工作过程的示意图；

图4为本发明中利用定位装置进行定位的一种原理示意图；

图5为本发明中定位方法的一种步骤流程图。

图中：

1-环形滑轨；11-齿结构；12-凹槽；2-安装支座；21-安装板；22-安装架；23-第二驱动装置；231-驱动电机；232-驱动小齿；24-定位导轮；3-视觉传感器；4-第一驱动装置；5-控制装置；6-电源组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1及图2，本发明提供了一种风电机组螺栓定位装置，包括：沿螺栓组件的排列方向设置的导向装置(相当于图1中的标号1)，可沿导向装置的延伸方向移动地安装于导向装置上的安装支座2，安装于安装支座2上的检测装置和控制装置5，检测装置包括视觉传感器3以及第一驱动装置4，以及为整套设备提供动力的电源组件6。其中，控制装置5控制安装支座2在导向装置上移动，视觉传感器3用于识别待检测螺栓的中心位置，控制装置5根据中心位置计算出的安装支座应移动的距离驱动安装支座到目的位置，且第一驱动装置4根据中心位置计算出的视觉传感器3应偏转的角度驱动视觉传感器3旋转至目的角度。

上述定位装置，可结合图3，安装支座2可沿螺栓组件的排列方向移动，安装支座2上安装有视觉传感器3、控制装置5以及第一驱动装置4，控制装置5控制安装支座2移动，第一驱动装置4驱动视觉传感器3旋转进行定位，该定位装置还包括为整个设备提供电源的电源组件6。其工作原理如下：安装支座2初始位置与初始螺栓对齐，然后安装支座2按照设定好的距离移动到第一个待检测螺栓处(此时，安装支座2不一定与待检测螺栓完全对齐)，此时，启动视觉传感器3识别待检测螺栓的中心位置，通过捕捉螺栓的外圆，计算出圆心的位置，并根据该圆心的位置计算视觉传感器3与待检测螺栓对齐需要偏转的角度以及安装支座2与待检测螺栓对齐需要移动的距离，从而根据上述参数移动安装支座2到最终目的位置进行定位、且旋转视觉传感器3到目的角度进行定位。

因此，本发明中的定位装置，通过视觉传感器3获取待检测螺栓的中心位置，并计算安装支座2与中心位置之间的距离，从而控制安装支座2移动到最终对齐位置，且视觉传感器3旋转至与待检测螺栓对齐的位置，以达到待检测螺栓的定位目的，从而便于后期的检测工作，不仅提高了检测精度，还省去人工定位以提高了检测效率。

需要说明的是，现有技术中也有通过选在载荷较大的螺栓上都安装传感器，实时在线检测螺栓的状况，但该方案需要处理巨量数据及采购大量传感器，会导致成本大幅度提高，且存在漏检的螺栓。而本申请中通过定位装置对螺栓进行定位检测，不需要大量传感器，因而可节约成本，且定位装置沿螺栓组件的排列方向逐个定位进行检测，极大地降低了漏检的概率。

一种实现方式中，继续参考图1以及图2，上述导向装置可以包括固定安装于风电机组法兰上的环形滑轨1，上述安装支座2包括安装板21以及安装架22，安装板21通过第二驱动装置23驱动、可移动地安装于环形滑轨1上，安装架22固定安装于安装板21上，视觉传感器3、控制装置5以及第一驱动装置4均安装于安装架22上。通过采用环形滑轨1的形式，不仅与螺栓组件的排列方向相适应，且便于控制安装支座2每一步定位的移动距离，且安装架22通过安装板21在环形滑轨1上移动，保证了移动的平稳性。

进一步地，上述第二驱动装置23包括安装于安装板21上的驱动电机231以及驱动小齿232，环形滑轨1的侧边相适应地设有齿结构11，驱动小齿232与齿结构11啮合，当驱动电机231驱动上述驱动小齿232沿环形滑轨1移动时，可带动安装板21的移动。通过利用驱动小齿232与齿结构11啮合的结构带动安装板21的移动，可便于控制安装板21的移动距离，且保证安装板21移动过程中的平稳性。一种可选的实施例中，上述驱动小齿232的形状为锯齿状。

一种实现方式中，安装支座还可以包括多个用于将安装板21安装于环形滑轨1上的定位导轮24，定位导轮24位于安装板21与环形滑轨1之间，用于支撑安装板21，由于安装板21不直接与环形滑轨1接触，可以保证安装板21在环形导轨上顺畅移动。当然，每个定位导轮24内还可以设置滚动轴承，以提高移动的顺畅性。

具体地，上述多个定位导轮24中，可均匀地分布于环形滑轨1相对的两侧，由于定位导轮24与安装板21之间为固定连接关系，在移动的过程中，可保证安装板21不会沿环形滑轨1相对的两侧的方向移动，保证了移动的平稳性，从而保证定位的精度。

示例性地，上述定位导轮24可以是圆弧形，也可以是V形，并且环形滑轨1的两侧分别设有与定位导轮24的形状对应的凹槽12，每一个定位导轮24嵌设于凹槽12中、且可沿凹槽12移动。其中，V型的结构定位效果较好，能够支撑定位导轮24，不会使定位导轮24脱离凹槽12。

基于同一发明思路，本发明还可以提供一种利用上述定位装置对螺栓进行定位的方法，可参考图5，该方法包括以下步骤：

S1：确定一排螺栓中初始螺栓的位置，并设置检测装置与初始螺栓对齐；

S2：控制检测装置移动第一距离后，获取检测装置所在位置对应的待检测螺栓的中心位置，其中，第一距离为检测装置对应于相邻的两个螺栓之间的理论移动距离；

S3：根据待检测螺栓的中心位置确定检测装置的运动轨迹信息，并根据运动轨迹信息控制检测装置移动以与待检测螺栓对齐。

需要说明的是，上述步骤S2中，当检测装置移动第一距离后，获取检测装置所在位置对应的待检测螺栓的中心位置具体通过视觉传感器3获取，通过捕捉待检测螺栓的外圆，计算出圆心的位置。

还需要说明的是，上述步骤S3中，根据待检测螺栓的中心位置确定检测装置的运动轨迹信息具体包括：根据待检测螺栓的中心位置确定视觉传感器3需要偏转的偏转角度信息以及安装支座2需要移动的第二距离信息；相应地，根据运动轨迹信息控制检测装置移动以与待检测螺栓对齐包括：根据第二距离信息驱动安装支座2移动至目标位置、并根据偏转角度信息驱动视觉传感器3偏转至目的角度。其中，第二距离为安装支座2所在位置与待检测螺栓的中心位置之间的距离，目的角度为视觉传感器3与待检测螺栓的中心位置对齐的角度，目标位置为安装支座与待检测螺栓的中心位置对齐的位置。

上述定位方法，先将安装支座2与初始螺栓对齐，当按照设定的第一距离移动到第一个待检测的螺栓处时，通过利用视觉传感器3获取螺栓的中心位置，并反馈，然后根据该中心位置计算视觉传感器3的偏转角度以及安装支座2的移动距离，从而驱使视觉传感器3以及安装支座2均与待检测螺栓对齐，以达到定位的目的。当完成对上述待检测螺栓的检测时，开始下个螺栓的定位，并重复上述S1-S3的步骤，且当所有螺栓检测结束时，安装支座2移动至初始位置。

因此，上述定位方法能够精准的找到螺栓中心位置，提高了定位的精度，方便对螺栓的检测，避免人为的误差，提高了检测效率。

一种实施例中，上述方法中，各螺栓沿第一弧线排列，导向装置沿第二弧线延伸，且第一弧线与第二弧线共圆心，作为一种实现方式，导向装置可以是环形滑轨1。

具体地，可结合图3以及图4，以导向装置包括环形滑轨1、安装支座2包括安装板21为例，具体说明上述定位装置的工作过程，其中，图3中，f位置处为安装板中心起始位置，g位置处为安装板中心结束位置，图4中，h代表视觉传感器中心，i代表待检测螺栓中心，j代表驱动轴中心，k代表安装支座中心：

首先，先建立坐标系：以第一个待检测螺栓的中心位置建立世界坐标系原点，其中，x为圆的切线方向，y为圆的法线方向，z为竖直向上的方向；以安装板21的中心位置为基坐标系原点，其中，x为圆的切线方向，y为圆的法线方向，z为竖直向上的方向；以视觉传感器3的视觉中心位置为坐标系原点，其中，x为圆的切线方向，y为圆的法线方向，z为竖直向上的方向。

然后开始对螺栓组件进行定位并检测，其过程可以包括以下步骤：

安装环形滑轨1，并设置安装板21在环形滑轨1上的初始位置，使其与初始螺栓对齐；

控制安装板21移动，其从初始位置移动到第一个待检测螺栓的移动距离为2πR/n，其中，R为环形轨道的半径，n为螺栓组件中螺栓的数量；

启动视觉传感器3，计算待检测螺栓的中心坐标位置(x₀，y₀)，并反馈；

根据上述中心坐标位置计算视觉传感器3的偏转角度以及安装板21的移动距离，并根据计算值驱动视觉传感器3以及安装板21到目的位置，其计算结果如下：偏转角度b-a，第二距离L₁＝r₁(sina-sinb)+x₀，其中，a为视觉传感器3的当前角度，

r₁为第一驱动装置4的驱动轴中心到视觉传感器3的中心之间的距离，x₀为沿环形滑轨1的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器3的中心位置的距离，y₀为沿环形滑轨1的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器3的中心位置的距离。

上述过程完成了对待检测螺栓的定位，随后可对螺栓进行检测，当检测之后，重复上述动作以完成所有螺栓的检测。

需要说明的是，当安装板21移动到待检测螺栓处时，若安装板21以及视觉传感器3均与该待检测螺栓对齐时，上述各数值中，偏转角度b-a＝0，r₁(sina-sinb)+x₀＝0，且x₀＝0，即不需要再移动安装板21或者视觉传感器3。

还需要说明的是，上述定位方法仅仅是作为一种示例性的说明，方法中的各项数值的取值可根据定位装置中各结构的实际情况来决定，此处不做赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种风电机组螺栓定位装置，其特征在于，包括：

沿螺栓组件的排列方向设置的导向装置；

可沿所述导向装置的延伸方向移动地安装于所述导向装置的安装支座；

安装于所述安装支座的检测装置和控制装置，所述检测装置包括视觉传感器以及第一驱动装置，所述控制装置用于控制所述安装支座移动至待检测螺栓处时，所述视觉传感器识别所述待检测螺栓的中心位置，所述第一驱动装置根据所述视觉传感器识别的所述待检测螺栓的中心位置驱动所述视觉传感器旋转进行定位、且所述控制装置根据所述视觉传感器识别的所述待检测螺栓的中心位置驱动所述安装支座进行定位；

为所述视觉传感器、所述控制装置以及所述第一驱动装置提供动力的电源组件。

2.根据权利要求1所述的风电机组螺栓定位装置，其特征在于，所述导向装置包括固定安装于风电机组法兰上的环形滑轨，所述安装支座包括安装板以及安装架，所述安装板通过第二驱动装置驱动、可移动地安装于所述环形滑轨，所述安装架固定安装于所述安装板、以用于安装所述视觉传感器、所述控制装置以及所述第一驱动装置。

3.根据权利要求2所述的风电机组螺栓定位装置，其特征在于，所述安装支座还包括多个用于将所述安装板安装于所述环形滑轨的定位导轮，所述定位导轮位于所述安装板与所述环形滑轨之间、以支撑所述安装板。

4.根据权利要求3所述的风电机组螺栓定位装置，其特征在于，所述定位导轮的形状为V形或者圆弧形，且所述定位导轮内设有滚动轴承。

5.根据权利要求3所述的风电机组螺栓定位装置，其特征在于，所述环形滑轨设有与所述定位导轮对应的凹槽，所述定位导轮嵌设于所述凹槽、并可沿所述凹槽移动。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的风电机组螺栓定位装置的定位方法，其特征在于，包括：

确定一排螺栓中初始螺栓的位置，并设置检测装置与所述初始螺栓对齐；

控制所述检测装置移动第一距离后，获取所述检测装置所在位置对应的待检测螺栓的中心位置，其中，所述第一距离为检测装置对应于相邻的两个螺栓之间的理论移动距离；

根据所述待检测螺栓的中心位置确定所述检测装置的运动轨迹信息，并根据所述运动轨迹信息控制所述检测装置移动以与所述待检测螺栓对齐。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，根据所述待检测螺栓的中心位置确定所述检测装置的运动轨迹信息包括：

根据所述待检测螺栓的中心位置确定视觉传感器需要偏转的偏转角度信息以及安装支座需要移动的第二距离信息；

所述根据所述运动轨迹信息控制所述检测装置移动以与所述待检测螺栓对齐包括：

控制装置根据所述第二距离信息驱动所述安装支座移动至目标位置、且第一驱动装置根据所述偏转角度信息驱动所述视觉传感器偏转至目的角度；

其中，第二距离为安装支座所在位置与待检测螺栓的中心位置之间的距离，所述目的角度为视觉传感器与待检测螺栓的中心位置对齐的角度，所述目标位置为安装支座与待检测螺栓的中心位置对齐的位置。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述螺栓沿第一弧线排列，所述安装支座安装于导向装置并沿所述导向装置的延伸方向移动，其中，所述导向装置沿第二弧线延伸，所述第一弧线与所述第二弧线共圆心。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述控制所述检测装置移动第一距离中，所述第一距离为2πR/n，其中，R为所述第二弧线的半径，n为螺栓组件中螺栓的数量。

10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述待检测螺栓的中心位置确定视觉传感器需要偏转的偏转角度信息以及所述安装支座需要移动的第二距离信息中，偏转角度为b-a，第二距离为r₁(sina-sinb)+x₀，其中，

a为视觉传感器的当前角度，

r₁为第一驱动装置的驱动轴中心到视觉传感器的中心之间的距离，x₀为沿导向装置的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器的中心位置的距离，y₀为沿导向装置的切线方向上、螺栓的中心位置到视觉传感器的中心位置的距离。

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