CN113427323A - 一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人对风电叶片进行打磨，联动控制过程为：⑴启动打磨设备，从叶片上部往下打磨；⑵自动扫描打磨头的移动路径形状；⑶判断路片底部是否需要联动打磨；⑷不需要停止打磨；需要进行下一步；⑸判断是否满足启动联动打磨的条件；⑹不满足，继续向下打磨；满足，开始联动打磨；⑺判断旋转角度是否超值，或仰角超过设定角；⑻没超过设定值或设定角，继续联动打磨；超过设定值或角度，结束联动打磨。本发明实现了底部打磨的中的自动控制，解决了叶片底部不能一次连续自动打磨的困难，有利于提高叶片打磨效率、简化操作，减少人工误差。

Description

一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法。

背景技术

目前，基于机械臂的风电叶片自动打磨机器人已在大型风电叶片的打磨中应用。打磨设备的安全性能、自动打磨完成的面积与叶片总面积的占比以及打磨效率是衡量打磨设备的主要指标。安全性是指设备运行过程中不发生人员、叶片与设备碰撞的危险。自动打磨面积占比是越高越好，实现应打尽打。打磨效率则是衡量打磨一支叶片所用的时间，越短越好。基于机械臂的风电叶片自动打磨机器人是采用循环工作方式，从上往下打磨(或从下往上打磨)，打完一小段叶片后，由小车移动到下一个位置继续打磨，直到结束。

基于机械臂的打磨设备的不足是机器臂的运动半径、负载能力有限，运动路径因安全和叶片形状受限，这种自动打磨机器人通常无法打磨一部分的叶片表面，如叶片底部(前缘)，尤其靠近根部，有相当大的面积不能打磨。

针对上述不能打磨的部分，一种方法是依靠人工打磨，这会降低整个叶片打磨效率，还需要大量的打磨工人。另一种方法是将叶片旋转一定的角度，重新启用打磨设备打磨，这两种方式都很费时费力。因此，人们一直在探索和研究解决难度较大地方的打磨方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人联动的方式，实现底部打磨自动控制，解决打磨死角难的问题，提高风电叶片的整体打磨效率。

本发明的技术方案是：风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人通过系统控制器对风电叶片进行联动控制打磨，自动打磨机器人的机械臂末端打磨头上安装传感器，传感器扫描打磨头的移动路径形状。联动控制过程为：

⑴启动打磨设备，从叶片上部往下打磨；

⑵传感器自动扫描打磨头移动路径的形状；

⑶系统控制器根据路径曲线的数据，判断路径叶片底部是否需要联动打磨；

⑷如果不需要联动打磨，结束当前工位的打磨；如果需要联动打磨，继续往下打磨，进行下一步；

⑸判断打磨头的姿态或距离传感器是否满足启动联动打磨的条件；

⑹如果不满足，继续往下打磨；如果满足，开始联动打磨程序；

⑺判断同步旋转圈车的旋转角度是否超过设定值，或者打磨姿态仰角是否超过设定的角度；

⑻如果没有超过设定值或设定的角度，继续往下联动打磨；如果超过了设定值或设定的角度，结束联动打磨，安全复位，并且结束当前工位的打磨。

判断叶片是否需要反转打磨的过程为：

⑴开始从上往下打磨；

⑵初始化，Xmin＝0，Xmax＝0，△X＝Xmax-Xmin；

⑶判断是否X＜Xmin，如果是，X＝Xmin，进行下一步；如果否进行步骤⑷；

⑷判断是否X＞Xmax，如果是，X＝Xmax，进行下一步；如果否，△X＝Xmax–Xmin；

⑸判断是否打磨到最低处，如果否，返回步骤⑵；如果是，进行下一步；

⑹判断仰角β是否＜阈值，如果否，正常结束；如果是，进行下一步；

⑺判断是否△X＞阈值，如果是，需要翻转，如果否，正常结束；

其中：，Xmin为打磨头前后坐标的最小值，Xmax为打磨头前后坐标的最大值，△X为Xmax与Xmin的差值。

传感器包括测距传感器和角度姿态传感器，测距传感器向系统控制器反馈打磨头离地尺寸，角度姿态传感器向系统控制器反馈打磨头当前的倾斜角度。传感器作用有两个：一是作为未打磨头姿态的动态调整提供依据，保证打磨头实时与叶片紧密贴合确保打磨质量稳定，二是为自动打磨机器人与叶片同步圈车的联动提供控制信号。叶片包括较平的PS面和弯曲的SS面，PS面的打磨不需要联动旋转，打磨SS面时需要考虑是否需要联动打磨。系统控制器根据检测打磨头离地尺寸是否到达设定值，或者打磨头倾斜角度是否超过设定值确定启动联动打磨。

结束联动打磨的判断条件：一是当叶片同步旋转圈车旋转到设定的角度时，二是同步旋转圈车还未旋转到设定的最大角度时，打磨设备检测到打磨头姿态仰角超过设定的角度。系统控制器与自动打磨机器人和叶片同步旋转圈车通过太网通讯进行实时数据交换。打磨头上装有编码器驱动轮，编码器驱动轮与叶片表面接触运动，使编码器旋转产生脉冲，通过对脉冲计数测量叶片移动的线速度。叶片同步旋转圈车包括叶根圈车和叶尖圈车，叶根圈车装有旋转编码器，旋转编码器用于叶片实际旋转量的监测。

本发明利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人联动的方式，叶片叶根圈车和叶尖圈车的同步旋转，实现了底部打磨的中的自动控制，解决了打磨死角难的问题。与现有技术相比，本发明的有益效果是：①能够自动检测实际工作状态，防止不同步引起叶片的损伤，保证操作安全。②解决了叶片底部不能一次连续自动打磨的困难，提高了叶片打磨效率。③叶根圈车和叶尖圈车同步控制，简化了操作，减少人工无参数控制带来的误差。④叶片旋转与打磨设备联动工作，完成当前工位叶片底部的打磨，不需要二次打磨。⑤实际应用打磨设备与旋转圈车联动控制，保证打磨质量一致，不漏打、不误打，运行安全可靠。

附图说明

图1为风电叶片自动打磨机器人与叶片同步圈车联动控制的示意图；

图2为叶片打磨分区示意图；

图3为本发明风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的流程图；

图4为判断叶片是否需要联动打磨示意图；

图5为联动打磨叶片姿态示意图；

图6为叶片的PS面和SS面示意图；

图7为叶片打磨位置图；

图8为判断叶片是否需要反转打磨的流程示意图；

图9为自动打磨机器人打磨参考位置图。

其中：1—叶片、2—叶根圈车、3—叶尖圈车、4—自动打磨机器人；图3中：A区：SS面；B区：底部；C区：PS面。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动系统，如图1所示，包括叶片1、叶根圈车2、叶尖圈车3和自动打磨机器人4。自动打磨机器人的机械臂末端设有打磨头，打磨头上安装传感器，传感器自动扫描打磨头移动路径的形状，自动打磨机器人的控制器与和叶片同步旋转圈车通过太网通讯进行实时数据交换。传感器包括测距传感器和角度姿态传感器，测距传感器向系统控制器反馈打磨头离地尺寸，角度姿态传感器向系统控制器反馈打磨头当前的倾斜角度。系统控制器根据检测打磨头离地尺寸是否到达设定值，或者打磨头倾斜角度是否超过设定值确定启动联动打磨。传感器作用有两个：一是作为未打磨头姿态的动态调整提供依据，保证打磨头实时与叶片紧密贴合确保打磨质量稳定，二是为自动打磨机器人与叶片同步圈车的联动提供控制信号。

本发明风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制方法，利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人通过系统控制器对风电叶片进行联动控制打磨。自动打磨机器人从上往下打磨，系统控制器根据路径曲线的数据判断该路径叶片底部是否需要联动控制打磨。如图3所示，联动控制打磨的过程为：

⑴启动打磨设备，从叶片上部往下打磨；

⑵传感器自动扫描打磨头移动路径的形状；

⑶系统控制器根据路径曲线的数据判断路径叶片底部是否需要联动打磨；

⑷如果不需要联动打磨，结束当前工位的打磨；如果需要联动打磨，继续往下打磨，进行下一步；

⑸判断打磨头的姿态或距离传感器是否满足启动联动打磨的条件；

⑹如果不满足，继续往下打磨；如果满足，开始联动打磨程序；

⑺判断同步旋转圈车的旋转角度是否超过设定值，或者打磨姿态仰角是否超过设定的角度；

⑻如果没有超过设定值或设定的角度，继续往下联动打磨；如果超过了设定值或设定的角度，结束联动打磨，安全复位，并且结束当前工位的打磨。

如图8所示，判断叶片是否需要反转打磨的过程为：

⑴开始从上往下打磨；

⑵初始化，Xmin＝0，Xmax＝0，△X＝Xmax-Xmin；

⑶判断是否X＜Xmin，如果是，X＝Xmin，进行下一步；如果否进行步骤⑷；

⑷判断是否X＞Xmax，如果是，X＝Xmax，进行下一步；如果否，△X＝Xmax–Xmin；

⑸判断是否打磨到最低处，如果否，返回步骤⑵；如果是，进行下一步；

⑹判断仰角β是否＜阈值，如果否，正常结束；如果是，进行下一步；

⑺判断是否△X＞阈值，如果是，需要翻转，如果否，正常结束；

其中：，Xmin为打磨头前后坐标的最小值，Xmax为打磨头前后坐标的最大值，△X为Xmax与Xmin的差值，B位置为叶片最凸点。

如图9所示，当△X大于阀值时，代表叶片的轮廓凹曲度比较大，这种情况可以判断叶片底部比较弯曲，需要联动打磨。至于阀值的具体数据，根据现场实际生产的叶片叶型来确定，是一个工艺参数。仰角β为打磨头与地平线的夹角，当这个仰角β的数值小于阀值时，代表叶片底部比较直扁，不需要联动打磨；该阀值也是一个工艺参数。

㈠联动打磨

如图6所示，叶片的面是较平的PS面，另一面则是弯曲的SS面。PS面轮廓平直，打磨不需要联动旋转，只有在打磨SS面时才需要考虑是否需要联动打磨。

图7所示，E中的A、B、C点是从上到下打磨过程中经过的几个特殊点，A点为最上方点，B点为最凸点，C点为打磨最下处的极限位置。图中打磨头前后坐标的变化量很大，底部轮廓与水平线的夹角β比较小。F中，ΔX变化量很小，底部轮廓与水平线的夹角β比较大。

㈡判断是否联动打磨，

系统控制器根据路径曲线的数据判断该路径叶片底部是否需要翻转打磨。

①判断叶片是否需要联动打磨，机器自动准确识别出当前的叶片段，是否要联动打磨。如图4所示为判断叶片是否需要联动打磨，叶片有的部位底部很薄，不需要旋转联动控制(图4中B)。有的部位底部很难直接打磨但面积较大，则需要联动控制，如中部到根部(如图4A)。

②判断何时开始联动打磨：⑴打磨设备的打磨头从叶片上部往下打磨，如图2所示，打磨头下降到达一定的离地高度时，如离底部距离较近时。⑵打磨头上的测距传感器会将打磨头离地尺寸反馈给系统控制器。⑶打磨头上的角度姿态传感器也将打磨头当前的倾斜角度反馈给系统控制器。⑷系统控制器做出条件判断，检测打磨头离地尺寸是否到达设定值，或者打磨头倾斜角度是否超过设定值。符合上述条件之一者系统控制器与同步圈车通讯，启动联动打磨，图5所示为联动打磨叶片姿态。

㈢结束联动打磨

结束联动打磨的判断条件：一是当叶片同步旋转圈车旋转到设定的角度时，意味着底部已经结束，同步圈车的系统控制器发送一个信号给自动打磨机器人，打磨设备结束该段叶片的打磨。二是同步旋转圈车还未旋转到设定的最大角度时，打磨设备检测到打磨头姿态仰角超过设定的角度。或打磨头左、右和底部的测距传感器测量值超出设定的范围，表明底部结束。

㈣保证联动时的打磨质量。

当叶片静止而打磨头移动时，打磨头移动速度和打磨头的转速是恒定的，打磨质量均匀。在联动打磨时，打磨头不移动，而叶片旋转。叶片按照一个设定的角速度在旋转，叶片与打磨头在不同位置会产生不同的线速度。

打磨头上装有编码器驱动轮，编码器驱动轮与叶片表面接触运动，使编码器旋转产生脉冲，通过对脉冲计数测量叶片移动的线速度。在联动打磨时，打磨头不移动，而叶片旋转。叶片按照一个设定的角速度在旋转，叶片与打磨头在不同位置会产生不同的线速度。将测得的线速度传给系统控制器调节打磨电机转速获得一致质量的打磨效果。

㈤叶片安全保证

叶片同步旋转圈车包括叶根圈车2和叶尖圈车3，实现叶片叶根圈车和叶尖圈车的同步旋转(即同时启动、同时停止、同方向、同角速度)，自动检测实际工作状态，防止不同步引起叶片的损伤，保证操作安全，同时降低同步旋转圈车的操作难度、提升操作效率。

叶根圈车装有旋转编码器，用于叶片实际旋转量的监测。当叶片放入叶根圈车时，叶片将编码器驱动辊轮顶杆内弹簧压缩一段距离，辊轮与叶片表面形成一定的接触压力。辊轮是自由活动的，叶片旋转时，它们之间摩擦力会驱动辊轮旋转，从而带动轴端的旋转编码器。通过计算编码器的脉冲量可以测出叶片的旋转量。当圈车旋转驱动电机启动时，上述编码器测量值监测也立即启动。圈车旋转驱动电机自身的编码器也能读出电机旋转了多少角度，如果两者偏差值在允许范围内，则说明旋转工作正常，不存在打滑异常情况。如果偏差值超出了正常的范围，发出停机报警。如果由于打滑或设备故障，叶片没有发生实际转动，打磨头和叶片表面就不产生相对运动，叶片表面就会被过度打磨而损坏。

Claims (9)

1.一种风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，利用叶片同步旋转圈车与自动打磨机器人通过系统控制器对风电叶片进行联动控制打磨，所述自动打磨机器人的机械臂末端打磨头上安装传感器，所述传感器扫描打磨头的移动路径形状；其特征是：所述联动控制过程为：

⑴启动打磨设备，从叶片上部往下打磨；

⑵传感器自动扫描打磨头移动路径的形状；

⑶系统控制器根据路径曲线的数据判断路径叶片底部是否需要联动打磨；

⑷如果不需要联动打磨，结束当前工位的打磨；如果需要联动打磨，继续往下打磨，进行下一步；

⑸判断打磨头的姿态或距离传感器是否满足启动联动打磨的条件；

⑹如果不满足，继续往下打磨；如果满足，开始联动打磨程序；

⑺判断同步旋转圈车的旋转角度是否超过设定值，或者打磨姿态仰角是否超过设定的角度；

⑻如果没有超过设定值或设定的角度，继续往下联动打磨；如果超过了设定值或设定的角度，结束联动打磨，安全复位，并且结束当前工位的打磨。

2.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：判断叶片是否需要翻转打磨的过程为：

⑴开始从上往下打磨；

⑵初始化，Xmin＝0，Xmax＝0，△X＝Xmax-Xmin；

⑶判断是否X＜Xmin，如果是，X＝Xmin，进行下一步；如果否进行步骤⑷；

⑷判断是否X＞Xmax，如果是，X＝Xmax，进行下一步；如果否，△X＝Xmax–Xmin；

⑸判断是否打磨到最低处，如果否，返回步骤⑵；如果是，进行下一步；

⑹判断仰角β是否＜阈值，如果否，正常结束；如果是，进行下一步；

⑺判断是否△X＞阈值，如果是，需要翻转，如果否，正常结束；

其中：Xmin为打磨头前后坐标的最小值，Xmax为打磨头前后坐标的最大值，△X为Xmax与Xmin的差值。

3.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述传感器包括测距传感器和角度姿态传感器，所述测距传感器向系统控制器反馈打磨头离地尺寸，所述角度姿态传感器向系统控制器反馈打磨头当前的倾斜角度；所述系统控制器根据检测打磨头离地尺寸是否到达设定值，或者打磨头倾斜角度是否超过设定值确定启动联动打磨。

4.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述传感器作用有两个：一是作为未打磨头姿态的动态调整提供依据，保证打磨头实时与叶片紧密贴合确保打磨质量稳定，二是为自动打磨机器人与叶片同步圈车的联动提供控制信号。

5.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述结束联动打磨的判断条件：一是当叶片同步旋转圈车旋转到设定的角度时，二是同步旋转圈车还未旋转到设定的最大角度时，打磨设备检测到打磨头姿态仰角超过设定的角度。

6.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述系统控制器与自动打磨机器人和叶片同步旋转圈车通过太网通讯进行实时数据交换。

7.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述打磨头上装有编码器驱动轮，所述编码器驱动轮与叶片表面接触运动，使编码器旋转产生脉冲，通过对脉冲计数测量叶片移动的线速度。

8.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述叶片同步旋转圈车包括叶根圈车(2)和叶尖圈车(3)，所述叶根圈车装有旋转编码器，所述旋转编码器用于叶片实际旋转量的监测。

9.根据权利要求1所述的风电叶片自动打磨与叶片同步圈车联动控制的方法，其特征是：所述叶片包括较平的PS面和弯曲的SS面，所述PS面的打磨不需要联动旋转，打磨SS面时需要考虑是否需要联动打磨。

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