CN113447113A - 一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置 - Google Patents

一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置 Download PDF

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CN113447113A CN202110705769.3A CN202110705769A CN113447113A CN 113447113 A CN113447113 A CN 113447113A CN 202110705769 A CN202110705769 A CN 202110705769A CN 113447113 A CN113447113 A CN 113447113A
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张磊安
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Abstract

本发明提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置，涉及风机叶片振动测量技术领域，包括：以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系；确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹；通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹；根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹；将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。本申请提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行状态振动测量方法，以对大尺寸叶片进行实时振动测量。

Description

一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置
技术领域
本申请涉及风机叶片振动测量技术领域，尤其涉及一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置。
背景技术
风机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备，它能将风能转化为电能，具有可再生的、无污染的优点，在各种场合被广泛应用。在风机的实际工作环境中，其振动的测量有实际叶片过大、装卸成本高、难以复现等特点，不能给学习及研究人员及时提供振动数据进行研究，且通常也无法直接在生产设备上进行振动测量实验，这些都给研究风机运行状态下叶片的振动带来了难以解决的困难。
近年来，随着风电叶片尺寸的逐渐增大，叶片的全视场监测通常受限。从测量成本与设备视场有限的角度，有必要提出一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行状态振动测量方法，以对大尺寸叶片进行振动测量。
发明内容
本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法及装置。
该基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法包括：
以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系；
确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹；
通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹；
根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹；
将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
在一些改进方案中，确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹包括：
以气动中心为坐标原点建立第二空间坐标系，并确定叶片标记点在第二空间坐标系中的坐标A1ij(xij,yij,zij)；
在叶片根部建立第三空间坐标系，并计算叶片标记点在第三空间坐标系中的坐标Aθij(Xθij，Yθij，Zθij)；计算式如下：
Aθij＝RθA0ij，即
Figure BDA0003131997560000021
A0ij＝A1ij+P01，即
Figure BDA0003131997560000022
其中，P01(x01，y01，z01)为平移矩阵；θ为风机叶片逆时针扭转角度；
计算叶片标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹坐标Awij(Xwij，Ywij，Zwij)；计算式如下：
Figure BDA0003131997560000023
其中，
Figure BDA0003131997560000024
为平移矩阵；∠X，X0为第一空间坐标系x轴与第三空间坐标系x轴之间的夹角；∠Y，Y0为第一空间坐标系y轴与第三空间坐标系y轴之间的夹角；∠Z，Z0为第一空间坐标系z轴与第三空间坐标系z轴之间的夹角。
在一些改进方案中，摄像机组包括第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机；其中，第一摄像机与第三摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒左侧的左侧视场的图像；第二摄像机与第四摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒右侧的右侧视场的图像。
在一些改进方案中，所述风机塔筒上设置有反光标识；所述反光标识同时位于左侧视场和右侧视场中；
所述根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹包括：
将同一旋转周期内的左侧视场图像与右侧视场图像进行匹配；
以反光标识为坐标原点建立第四空间坐标系；确定左侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标，以及确定右侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标；
根据反光标识的位置和风机轮毂转动中心的位置，确定叶片标记点在第一空间坐标系中的坐标；
将左侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成左侧180°轨迹，将右侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成右侧180°轨迹；将同一周期内左侧180°轨迹和右侧180°轨迹叠加形成完整周期的测量轨迹。
在一些改进方案中，所述风机叶片在多个不同位置布置有编码标志以用于形成拍摄识别的标记点。
在一些改进方案中，摄像机组摄像采集频率根据叶片实时转速确定。
在一些改进方案中，还包括步骤：
以叶片的转动角度为因变量、叶片标记点的振动分量为自变量生成振动曲线
Figure BDA0003131997560000031
其中，所述振动参数数据集包含：x轴方向的振动分量Zijx、y轴方向的振动分量Zijy、z轴方向的振动分量Zijz三个振动分量；x轴方向振动分量Zijx对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000032
y轴方向的振动分量Zijy对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000041
z轴方向的振动分量Zijz对应
Figure BDA0003131997560000042
另一方面，本申请还提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系；
确定模块，用于确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹；
拍摄模块，用于通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹；
轨迹确定模块，用于根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹；
数据获得模块，用于将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
另一方面，本申请还提出了一种摄影振动测量设备，包括：摄像机组、处理器和存储器；所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现以上部分提出的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
另一方面，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现以上部分提出的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
在本申请中，将多个局部拍摄视场中的叶片轨迹坐标转换到以风机轮毂转动中心为坐标原点建立的第一空间坐标系中，并确定标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹，然后将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。因此，本申请提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行状态振动测量方法，以对大尺寸叶片进行实时振动测量，测量成本可控。此外，本申请采用视场拼接的方法，来测量风机叶片的振动，测量的视场更广，得到的数据更全面。
附图说明
图1是本申请实施例中基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法的流程图之一。
图2是本申请实施例中基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法的流程图之二。
图3是本申请实施例中基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法的流程图之三。
图4是本申请实施例中风机叶片的结构示意图。
图5是本申请实施例中风机运行状态下的示意图。
图6是本申请实施例中风机运行状态下的另一示意图。
图7是本申请实施例中基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量装置的示意框图。
具体实施方式
以下是本申请的具体实施例并结合附图，对本申请的技术方案作进一步的描述，但本申请并不限于这些实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中，风机为风力发电机，风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。
需要说明的是，随着风电叶片尺寸的逐渐增大，叶片的全视场监测通常受限。从测量成本与设备视场有限的角度，本申请提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
实施例一
参考图1，本申请实施例提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其包括步骤S101至步骤S105。下面结合附图对各个步骤进行具体说明。
步骤S101，以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系。
参考图5和图6，风机叶片围绕风机轮毂转动中心Ow转动，第一空间坐标系Ow-X0Y0Z0的坐标原点为风机轮毂转动中心Ow。本申请实施例的技术方案将风机叶片点的理论轨迹与测量轨迹联立到第一空间坐标系下进行比较从而获得风机叶片上标记点的振动数据。
步骤S102，确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹。
理论轨迹为风机叶片在未受到外部载荷的条件下的运动轨迹。下面对理论轨迹进行具体说明。
参考图2，步骤S102，确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹包括：
步骤S102a，以气动中心为坐标原点建立第二空间坐标系，并确定叶片标记点在第二空间坐标系中的坐标A1ij(xij,yij,zij)；
步骤S102b，在叶片根部建立第三空间坐标系，并计算叶片标记点在第三空间坐标系中的坐标Aθij(Xθij，Yθij，Zθij)；计算式如下：
Aθij＝RθA0ij，即
Figure BDA0003131997560000061
A0ij＝A1ij+P01，即
Figure BDA0003131997560000062
其中，P01(x01，y01，z01)为平移矩阵；θ为风机叶片逆时针扭转角度；
步骤S102c，计算叶片标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹坐标Awij(Xwij，Ywij，Zwij)；计算式如下：
Figure BDA0003131997560000071
其中，
Figure BDA0003131997560000072
平移矩阵；∠X，X0为第一空间坐标系x轴与第三空间坐标系x轴之间的夹角；∠Y，Y0为第一空间坐标系y轴与第三空间坐标系y轴之间的夹角；∠Z，Z0为第一空间坐标系z轴与第三空间坐标系z轴之间的夹角。
下面对步骤S102a至步骤S102c进行具体说明。
根据风电叶片设计规范，在确定叶片翼型参数后，可根据实际需求确定叶片气动中心位置，如图4，以气动中心O1为坐标中心建立气动中心坐标系CS1。
参考图4，叶片翼型上一点Aij在气动中心坐标系中已知为A1ij(xij,yij,zij)。为了方便实时确定叶片自转后叶片上点的坐标，在叶片根部以O0为中心建立叶根坐标系CS0。可通过平移矩阵P01，得到点Aij在CS0中的坐标A0ij(Xij,Yij,Zij)。
A0ij＝A1ij+P01
即：
Figure BDA0003131997560000073
P01—平移矩阵，CS0坐标系原点中心O0相对CS1坐标系原点中心O1的位置；
Aij—第i个翼型截面上的第j个坐标点。
当风机叶片逆时针扭转角度θ时，叶片对应点在CS0坐标系中为：
Aθij＝RθA0ij
即为
Figure BDA0003131997560000081
将平移矩阵与选择矩阵整合，可得叶片逆时针扭转θ度后在叶根坐标系CS0中的坐标值：
Figure BDA0003131997560000082
其中，
Figure BDA0003131997560000083
即
Figure BDA0003131997560000084
θ—叶片逆时针扭转角度。
为了将风机叶片点的理论轨迹与测量轨迹联立到同一坐标系上，因此如图5和图6所示，在风力机轮毂以Ow为中心建立中心坐标系Ow-X0Y0Z0；
根据风力机叶片旋转运动基本规律，可知CS0坐标系中心点O0在Ow-X0Y0Z0坐标系中做圆周运动。因此可先假设叶片静止于某一位置下，求出Ow-X0Y0Z0坐标系在空间中与CS0坐标系的相对位置转换矩阵Tw0，再通过圆周运动几何规律，以Ow-X0Y0Z0坐标系中心Ow点为圆心，Ow点到静止状态下被测点Aij为半径，即可求出叶片旋转一周被测点Aij对应理论运动轨迹。
根据矩阵论基本知识可得转换矩阵Tw0基本形状：
Figure BDA0003131997560000085
其中，平移矩阵Pw0为Ow-X0Y0Z0坐标系中心与CS0坐标系中心点在三个方向上的距离；
Figure BDA0003131997560000091
旋转矩阵Rw0易得为：
Figure BDA0003131997560000092
cos(∠X,XO)-表示X轴与Xo轴夹角的余弦。
根据几何关系易得旋转矩阵Rw0为正交矩阵，有性质
Figure BDA0003131997560000093
故
Figure BDA0003131997560000094
因此：
Awij＝Tw0Aθij
即
Figure BDA0003131997560000095
综上所述，以Ow-X0Y0Z0为中心坐标系的叶片被测点Aij的理论轨迹坐标值为：
Figure BDA0003131997560000101
步骤S103，通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹。
具体地，摄像机组包括第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机；其中，第一摄像机与第三摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒左侧的左侧视场的图像；第二摄像机与第四摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒右侧的右侧视场的图像。
在本申请实施例中，采用1、2、3、4四台相机，依次从左到右排列。其中1、3号相机构成双目测量系统测量左侧视场的图像。2、4号相机构成的双目测量系统测量右侧视场的图像。其中，图6中所标记的视框为左侧视场，图5中所标记的视框为右侧视场。
步骤S104，根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹。
在一些实施方式中，风机塔筒上设置有反光标识；所述反光标识同时位于左侧视场和右侧视场中。
参考图3，步骤S104，根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹包括：
步骤S104a，将同一旋转周期内的左侧视场图像与右侧视场图像进行匹配。
步骤S104b，以反光标识为坐标原点建立第四空间坐标系；确定左侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标，以及确定右侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标。
步骤S104c，根据反光标识的位置和风机轮毂转动中心的位置，确定叶片标记点在第一空间坐标系中的坐标。
步骤S104d，将左侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成左侧180°轨迹，将右侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成右侧180°轨迹；将同一周期内左侧180°轨迹和右侧180°轨迹叠加形成完整周期的测量轨迹。
具体地，关于叶片的测量轨迹求解，在塔筒位置布置反光标志，为两组视觉场图像坐标点联立提供基准坐标系，并确定叶片待测点位置，在叶片上提前设置好测量编码标志；然后从右到左依次布置四台相机；根据需要测量的待测点分布调整1号机与3号机空间姿位确定左侧视场，调整2号机与4号机空间姿位确定右侧视场。确保塔筒反光标志均在左右视场中，根据叶片实时转速，设置摄像机组采集相片频率，四个相机同步进行采集，并将同一旋转周期的图像匹配，以图像中的塔筒上的反光标志所在的标记点为原点的坐标系求出图像中叶片标记点坐标，并将左右侧视场坐标联立；最后，根据塔筒反光标记点与轮毂中心的位置求得叶片待测点在旋转坐标系上的坐标点，并通过双目视觉算法计算待测点空间坐标，最后将同侧坐标拟合成对应侧180°轨迹，两侧叠加即为360°整周期圆，即为测量轨迹。此处，之所以采用同侧拟合，是因为考虑到，两侧中一侧为叶片上升阶段，另一侧为叶片下降阶段，具有共性。
具体地，采集到的测量点三维空间坐标值Aijt加上向量Po即为测量点Aijt在第一空间坐标系Ow-X0Y0Z0上的坐标，即aijt(x,y,z)＝Aijt(x,y,z)+Po(x,y,z)。此处，通过双目视觉测量技术测得第四空间坐标系的原点Ot与第一空间坐标系Ow的三维空间坐标，求出Ot相对于Ow的向量Po，即Po＝Ot(x,y,z)-Ow(x,y,z)。
在一些实施方式中，风机叶片在多个不同位置布置有编码标志以用于形成拍摄识别的标记点。在摄像机摄像形成的图像中，标记点能够被识别。
步骤S105，将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
在一些实施方式中，还包括步骤：以叶片的转动角度为因变量、叶片标记点的振动分量为自变量生成振动曲线
Figure BDA0003131997560000111
其中，所述振动参数数据集包含：x轴方向的振动分量Zijx、y轴方向的振动分量Zijy、z轴方向的振动分量Zijz三个振动分量；x轴方向振动分量Zijx对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000121
y轴方向的振动分量Zijy对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000122
z轴方向的振动分量Zijz对应
Figure BDA0003131997560000123
本申请实施例中，测量方案同时可以通过对部分参数的调节从而测量不同工况下的叶片待测点轨迹及其振动信息。摄像机组摄像采集频率根据叶片实时转速确定。通过调节相机位姿测量叶片不同位置上的标记点；在相同转速下调节拍照频率从而选择测量轨迹所含的坐标点个数。
本申请实施例所提供的技术方案既可用于风力机缩尺实验平台进行叶片裂纹及不同工况下叶片振动测量，也可为大型风力机振动测量和裂纹诊断提供测量方案和数据来源。
在本申请实施例中，将多个局部拍摄视场中的叶片轨迹坐标转换到以风机轮毂转动中心为坐标原点建立的第一空间坐标系中，并确定标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹，然后将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。因此，本申请提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行状态振动测量方法，以对大尺寸叶片进行实时振动测量，测量成本可控。此外，本申请实施例中，采用视场拼接的方法，来测量风机叶片的振动，测量的视场更广，得到的数据更全面。
实施例二
参考图7，本申请实施例还提出了一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量装置，其包括：建立模块701、确定模块702、拍摄模块703、轨迹确定模块704、数据获得模块705。
建立模块701用于以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系。
确定模块702用于确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹。
拍摄模块703用于通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹。
轨迹确定模块704用于根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹。
数据获得模块705用于将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
在一些实施方式中，确定模块702具体包括：
第一建立子模块，用于以气动中心为坐标原点建立第二空间坐标系，并确定叶片标记点在第二空间坐标系中的坐标A1ij(xij,yij,zij)；
第一计算子模块，用于在叶片根部建立第三空间坐标系，并计算叶片标记点在第三空间坐标系中的坐标Aθij(Xθij，Yθij，Zθij)；计算式如下：
Aθij＝RθA0ij，即
Figure BDA0003131997560000131
A0ij＝A1ij+P01，即
Figure BDA0003131997560000132
其中，P01(x01，y01，z01)为平移矩阵；θ为风机叶片逆时针扭转角度；
第二计算子模块，用于计算叶片标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹坐标Awij(Xwij，Ywij，Zwij)；计算式如下：
Figure BDA0003131997560000133
其中，
Figure BDA0003131997560000134
为平移矩阵；∠X，X0为第一空间坐标系x轴与第三空间坐标系x轴之间的夹角；∠Y，Y0为第一空间坐标系y轴与第三空间坐标系y轴之间的夹角；∠Z，Z0为第一空间坐标系z轴与第三空间坐标系z轴之间的夹角。
在一些实施方式中，所述摄像机组包括第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机；其中，第一摄像机与第三摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒左侧的左侧视场的图像；第二摄像机与第四摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒右侧的右侧视场的图像。
在一些实施方式中，风机塔筒上设置有反光标识；所述反光标识同时位于左侧视场和右侧视场中；
轨迹确定模块704包括：
匹配子模块，用于将同一旋转周期内的左侧视场图像与右侧视场图像进行匹配；
第二建立子模块，用于以反光标识为坐标原点建立第四空间坐标系；确定左侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标，以及确定右侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标；
确定子模块，用于根据反光标识的位置和风机轮毂转动中心的位置，确定叶片标记点在第一空间坐标系中的坐标；
拟合子模块，用于将左侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成左侧180°轨迹，将右侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成右侧180°轨迹；将同一周期内左侧180°轨迹和右侧180°轨迹叠加形成完整周期的测量轨迹。
在一些实施方式中，风机叶片在多个不同位置布置有编码标志以用于形成拍摄识别的标记点。
在一些实施方式中，摄像机组摄像采集频率根据叶片实时转速确定。
在一些实施方式中，还包括：
曲线生成模块，用于以叶片的转动角度为因变量、叶片标记点的振动分量为自变量生成振动曲线
Figure BDA0003131997560000141
其中，所述振动参数数据集包含：x轴方向的振动分量Zijx、y轴方向的振动分量Zijy、z轴方向的振动分量Zijz三个振动分量；x轴方向振动分量Zijx对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000142
y轴方向的振动分量Zijy对应振动曲线
Figure BDA0003131997560000151
z轴方向的振动分量Zijz对应
Figure BDA0003131997560000152
实施例三
本实施例提出了一种摄影振动测量设备，包括：摄像机组、处理器和存储器；所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现实施例一中提出的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。为了避免重复，相关的内容可参见前一部分的描述，这里不再赘述。
实施例四
本实施例提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例以上部分所提出的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本申请精神作举例说明。本申请所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本申请的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，包括：
以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系；
确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹；
通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹；
根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹；
将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
2.根据权利要求1所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，所述确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹包括：
以气动中心为坐标原点建立第二空间坐标系，并确定叶片标记点在第二空间坐标系中的坐标A1ij(xij,yij,zij)；
在叶片根部建立第三空间坐标系，并计算叶片标记点在第三空间坐标系中的坐标Aθij(Xθij，Yθij，Zθij)；计算式如下：
Aθij＝RθA0ij，即
Figure FDA0003131997550000011
A0ij＝A1ij+P01，即
Figure FDA0003131997550000012
其中，P01(x01，y01，z01)为平移矩阵；θ为风机叶片逆时针扭转角度；
计算叶片标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹坐标Awij(Xwij，Ywij，Zwij)；计算式如下：
Figure FDA0003131997550000021
其中，
Figure FDA0003131997550000022
为平移矩阵；∠X，X0为第一空间坐标系x轴与第三空间坐标系x轴之间的夹角；∠Y，Y0为第一空间坐标系y轴与第三空间坐标系y轴之间的夹角；∠Z，Z0为第一空间坐标系z轴与第三空间坐标系z轴之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，所述摄像机组包括第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机；其中，第一摄像机与第三摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒左侧的左侧视场的图像；第二摄像机与第四摄像机构成双目测量系统以采集靠近风机塔筒右侧的右侧视场的图像。
4.根据权利要求3所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，所述风机塔筒上设置有反光标识；所述反光标识同时位于左侧视场和右侧视场中；
所述根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹包括：
将同一旋转周期内的左侧视场图像与右侧视场图像进行匹配；
以反光标识为坐标原点建立第四空间坐标系；确定左侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标，以及确定右侧视场图像中叶片标记点在第四空间坐标系中的坐标；
根据反光标识的位置和风机轮毂转动中心的位置，确定叶片标记点在第一空间坐标系中的坐标；
将左侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成左侧180°轨迹，将右侧视场图像中叶片标记点坐标拟合成右侧180°轨迹；将同一周期内左侧180°轨迹和右侧180°轨迹叠加形成完整周期的测量轨迹。
5.根据权利要求1所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，所述风机叶片在多个不同位置布置有编码标志以用于形成拍摄识别的标记点。
6.根据权利要求1所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，摄像机组摄像采集频率根据叶片实时转速确定。
7.根据权利要求1所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法，其特征在于，还包括步骤：
以叶片的转动角度为因变量、叶片标记点的振动分量为自变量生成振动曲线
Figure FDA0003131997550000031
其中，所述振动参数数据集包含：x轴方向的振动分量Zijx、y轴方向的振动分量Zijy、z轴方向的振动分量Zijz三个振动分量；x轴方向振动分量Zijx对应振动曲线
Figure FDA0003131997550000032
y轴方向的振动分量Zijy对应振动曲线
Figure FDA0003131997550000033
z轴方向的振动分量Zijz对应
Figure FDA0003131997550000034
8.一种基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于以风机轮毂转动中心为坐标原点建立第一空间坐标系；
确定模块，用于确定风机叶片上的标记点在第一空间坐标系中的理论轨迹；
拍摄模块，用于通过摄像机组以多个局部拍摄视场对运行状态下的风机叶片进行同步实时拍摄；其中，每一个局部拍摄视场中均包含有风机叶片上标记点的部分运动轨迹；
轨迹确定模块，用于根据多个局部拍摄视场的图像，确定叶片上的标记点在第一空间坐标系中运动完整一周的测量轨迹；
数据获得模块，用于将叶片上的标记点的测量轨迹坐标与对应理论轨迹坐标相减以获得振动参数数据集。
9.一种摄影振动测量设备，其特征在于，包括：摄像机组、处理器和存储器；所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的基于组网摄影的大尺寸叶片运行振动测量方法。
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