CN115836159A - 风力涡轮机叶片测量系统和改善风力涡轮机叶片测量系统的准确性的方法 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机叶片测量系统，用于光学地确定风力涡轮机叶片的扭转。该风力涡轮机叶片测量系统包括：风力涡轮机叶片，其构造成装配到风力涡轮机的毂，第一照相机，以及辅助照相机。第一照相机装配于风力涡轮机叶片的根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着风力涡轮机叶片的展向方向进行测量。辅助照相机布置于风力涡轮机叶片的外部的位置处，辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：布置于风力涡轮机叶片的表面上的多个标记的组、以及支承结构和第一照相机中的至少一个的定向。

Description

风力涡轮机叶片测量系统和改善风力涡轮机叶片测量系统的 准确性的方法

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机叶片测量系统，其用于光学地确定风力涡轮机叶片的扭转，并且涉及一种用于改善此类系统的准确性的方法。

背景技术

多年来，风力涡轮机叶片已变得越来越长。由于叶片的长度和柔韧性，对具有此类叶片的风力涡轮机造成影响的潜在负荷已增加，并且已变得越来越重要的是：控制风力涡轮机及它们的风力涡轮机叶片，以优化功率和噪声性能，并且减少风力涡轮机的操作期间的负荷和振荡。已提出了诸多系统，用于至少测量（measuring）叶片在操作期间的偏转，以便控制叶片，以避免由于叶片的偏转而导致的塔架撞击，或者，以控制受影响的负荷。然而，以下也已变得越来越重要：监测叶片在操作期间的扭转，以减少负荷和振荡，使得风力涡轮机的叶片和其他部分的寿命能够延长，并且还改善性能特性。用于估计叶片的扭转的系统中的许多基于内部测量，并且具有在末梢区域的展向（spanwise）覆盖范围方面的限制，或难以校准。因此，存在对以下系统和方法的需求：其能够更准确地测量风力涡轮机叶片在操作期间的扭转，并且其能够更容易地且更准确地校准。

发明内容

本发明的一个目的在于：获得一种新的风力涡轮机叶片测量系统和用于改善此类系统的准确性的方法，其克服或改良（ameliorate）现有技术的缺点中的至少一个，或其提供有用的备选方案。

根据第一方面，这通过以下来获得：一种风力涡轮机叶片测量系统，其用于光学地确定风力涡轮机叶片的扭转，其中，该风力涡轮机叶片测量系统包括：风力涡轮机叶片，其构造成装配到风力涡轮机的毂，风力涡轮机叶片包括：根部区段，其在装配到毂时定位成最接近毂，和多个标记的组（sets of markers），它们沿着风力涡轮机叶片的展向方向在风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体（individual）标记点，第一照相机，其装配于风力涡轮机叶片的根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着风力涡轮机叶片的展向方向进行测量，以及辅助照相机，其布置于风力涡轮机叶片外部的位置处，辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机中的至少一个的定向。

等效地，根据第二方面，这通过以下来获得：一种风力涡轮机叶片测量系统，其用于光学地确定安装于风力涡轮机上的风力涡轮机叶片的扭转，其中，该风力涡轮机叶片测量系统包括：具有若干风力涡轮机叶片的风力涡轮机，至少包括第一风力涡轮机叶片，第一风力涡轮机叶片从主轴上的毂延伸出，主轴具有基本上水平的轴线，若干风力涡轮机叶片与毂一起构成转子，转子能够通过风来投入旋转中，其中，第一风力涡轮机叶片包括：根部区段，其定位成最接近毂，以及多个标记的组，它们沿着风力涡轮机叶片的展向方向在第一风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在第一风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体标记点，

第一照相机，其装配于风力涡轮机叶片的根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着第一风力涡轮机叶片的展向方向进行测量，以及

辅助照相机，其布置于相对于风力涡轮机的位置处，辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机中的至少一个的定向。

根据第三方面，这通过以下来获得：一种改善风力涡轮机叶片测量系统的准确性的方法，其中，该风力涡轮机叶片测量系统包括：风力涡轮机叶片，其构造成装配到风力涡轮机的毂，风力涡轮机叶片包括：根部区段，其在装配到毂时定位成最接近毂，以及多个标记的组，它们沿着风力涡轮机叶片的展向方向在风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体标记点，第一照相机，其装配于风力涡轮机叶片的根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着风力涡轮机叶片的展向方向进行测量，以及辅助照相机，其布置于风力涡轮机叶片的外部的位置处，辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机中的至少一个的定向，其中，该方法包括以下步骤：a）将风力涡轮机叶片布置在基本上零负荷的状态下，b）使用辅助照相机，实行多个标记的组的参考测量，并且针对风力涡轮机叶片上的展向位置中的每个推算零负荷扭曲角度，以及c）使用第一照相机，实行多个标记的组中的至少若干个的第一测量，并且将第一测量与参考测量进行比较，以校准风力涡轮机叶片测量系统。

辅助照相机可以布置或装配于风力涡轮机叶片外部的固定位置中。有利地，相对于风力涡轮机叶片的位置应当是已知的或可推导的，以便使辅助照相机从测量或捕获（acquired）的图像获得所要求的信息。然而，还有可能的是，从例如安装于无人机上的移动的辅助照相机获取图像。还有可能的是，使用来自略微不同角度的多个图像，或使用多个辅助照相机。重要的是能够获得辅助图像，以推导多个标记的组之间的角度差。

该系统一般地使用第一照相机，该第一照相机装配于叶片上，并且在操作期间与叶片转子上的风力涡轮机叶片一起旋转。第一照相机沿展向方向定向，以便能够检测多个标记的组。该系统可以具有计算单元或处理器单元，该计算单元或处理器单元至少能够：通过检测标记的位置（即，通过沿着叶片的展向方向取得图片），推算在叶片的展向位置处的所引起（induced）的叶片的扭曲或相对的叶片的扭曲。因此，可以利用第一照相机来推算风力涡轮机叶片在叶片的操作期间的相对扭转。然而，由于风力涡轮机叶片的曲率，第一照相机可能不一定能够在风力涡轮机叶片的静止或较低负荷（例如，非常低或非常高的风速）期间检测标记的组中的全部。因此，第一照相机可能并非准确到足以在风力涡轮机叶片的静止期间或在预校准例程期间（例如，在制造风力涡轮机叶片的现场处）校准该系统。该系统通过利用辅助照相机来解决该问题，该辅助照相机布置于风力涡轮机叶片外部的位置（例如，静止位置）处，例如在相对于风力涡轮机的固定位置中，诸如在风力涡轮机附近的地面上。辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机中的至少一个的定向。因此，在风力涡轮机的静止期间，辅助照相机可以至少实行多个标记的组的测量，并且通过将由辅助照相机实行的测量与来自第一照相机的等效测量进行比较而使用该测量来校准该系统。因此，根据第一方面、第二方面以及第三方面的系统和方法提供一种改善的系统，其用于通过在风力涡轮机叶片布置于已知的位置中时能够准确地校准该系统而光学地确定风力涡轮机叶片的扭转。

一般地，说明书涉及测量。然而，显然的是，测量一般地涉及用第一照相机或辅助照相机来取得或捕获的图片，并且显然的是，对图片进行图像处理，以例如推算在图片中检测到的标记之间的角度。

在下文中，描述了诸多有利实施例，它们可适用于第一方面、第二方面以及第三方面中的任何。进一步地，所描述的实施例能够以任何组合进行组合。

在第一有利实施例中，辅助照相机布置为：在风力涡轮机叶片布置为处于基本上零负荷的状态时，测量多个标记的组，并且测量支承结构和第一照相机中的至少一个的定向。例如，当风力涡轮机叶片定向成在竖直位置中垂挂或指向上方时，可以获得基本上零负荷的状态（或低负荷状态）。通过将辅助照相机布置为使得它能够在基本上零负荷的状态下测量标记的组并且测量照相机或支承结构的定向，所确保的是：当使负荷最小化并且风力涡轮机叶片的所引起的扭转是低的且已知的时，能够实行由辅助照相机实行的测量。这将改善校准的准确性。进一步地，至少在风力涡轮机的静止期间，能够频繁地监测或校验第一照相机相对于叶片的定向，使得能够频繁地校准或校验该系统。

在另一有利实施例中，支承结构以及可选地第一照相机设有辅助参考标记，并且其中，辅助照相机布置为测量辅助参考标记，以便确定至少第一照相机的位置。所认识到的是，照相机是相对小的，并且所认识到的是，可能难以准确地测量第一照相机本身的定向。然而，第一照相机具有相对于支承结构的固定位置。因此，通过能够测量支承结构的定向，有可能使用此测量来校准由第一照相机取得的测量或图片。支承结构有利地包括至少两个辅助参考标记，以便确定与已知的定向或叶片的外表面相对的支承结构的定向。

在又一有利实施例中，多个标记的组和第一照相机设置在风力涡轮机叶片的顺风侧（或等效地，下风侧或吸力侧）上。这在操作期间特别地有利，因为风力涡轮机叶片将朝向转子的下风侧偏转。然而，所设想到的是，多个标记的组和第一照相机可以设置在风力涡轮机叶片的逆风侧（或等效地，上风侧或压力侧）上。

在另一实施例中，多个标记的组中的至少若干各自至少包括：具有第一颜色的多个标记、以及与第一颜色不同的第二颜色的多个标记。例如，有可能使用两种、三种或四种颜色。所述颜色可以例如等效于RGB或CMYK。这使得系统更稳健，因为测量能够针对所述颜色中的每种而实行，例如经由由第一照相机所实行的测量的单独的通道或过滤器，以校验测得（measured）的扭转，并且确保与标记中的一些类似的颜色的其他物体不会引起扭转的错误推算，扭转的错误推算进而可能导致风力涡轮机各自的验证数据的不正确控制。

在一个实施例中，多个标记的组包括根部区段附近的参考标记的第一组。因此，该标记的组能够定位于以下展向位置处：其将具有相对低的所引起的扭转，并且在第一照相机的个体测量中，其能够用作参考，以推算风力涡轮机叶片中的展向位置处的所引起的扭转。因此，参考标记可以定位于将经历相对低的扭转的区中，并且能够用作参考，以确定风力涡轮机叶片上的更靠外的风力涡轮机叶片的扭转，但是还检测第一照相机或支承结构的移位或偏转。

优选地，该系统构造成：通过测量多个标记的组中的个体标记点的相互位置，来推算不同展向位置处的风力涡轮机叶片的扭转角度。例如，扭转角度可以通过以下来推算：将多个标记的组中的个体标记点的测量与根部区段附近的参考标记的测量进行比较（或标记组彼此相对）。

在该方法的第一实施例中，该方法包括以下步骤：测量支承结构和第一照相机中的至少一个的定向，以校准风力涡轮机叶片测量系统。如上文指出的那样，能够利用测得的定向来校正由第一照相机取得的测量或图片。进一步地，利用该校准，即使标记在零负荷状态下并非全都可见，也有可能在操作状态下确定扭转和绝对扭曲角度。

在另一实施例中，该方法进一步包括以下步骤：通过以下步骤，预校准风力涡轮机叶片测量系统：i）使用辅助照相机，测量支承结构和第一照相机中的至少一个相对于已知的参考方向（例如，竖直方向）的定向，ii）使用第一照相机，实行对多个标记的组中的至少若干的第一预校准测量，以及iii）确定测得的定向与已知的参考方向之间的旋转角度偏移。已知的参考可以例如是叶片的外表面。然而，已知的定向也可以是临时参考，诸如竖直参考方向。该参考可以例如由激光工具或铅锤提供。因此，该系统能够被预校准，这能够用来校准利用第一照相机取得的测量或图片。

在又一实施例中，随后在风力涡轮机的操作期间，风力涡轮机叶片测量系统实行以下步骤：d）实行多个标记的组的操作测量，以及e）通过推算多个标记的组中的每个的个体标记点之间的角度，来推算对于叶片的不同展向位置中的每个的所引起的扭转角度，以及f）将它们与零负荷扭曲角度进行比较。所认识到的是，这些步骤是如下的步骤：在风力涡轮机的正常操作期间实行，以能够持续地监测叶片的扭转，并且如果需要的话，则控制风力涡轮机或风力涡轮机叶片（例如，通过使风力涡轮机叶片俯仰（pitching）），来控制例如负荷或振荡。所引起的扭转角度能够通过以下来推算：测量标记的组中的标记点之间的角度，并且将它们与在基本上零负荷的状态下例如利用第二照相机测得的对应角度进行比较。

在进一步的实施例中，该方法包括以下额外步骤：g）通过使用在基本上零负荷的状态下的旋转角度偏移和第二照相机的图片，推算对于叶片的不同展向位置中的每个的绝对扭曲角度。绝对扭曲角度能够通过以下来推算：将在考虑照相机旋转角度偏移的情况下获得的、在基本上零负荷的状态下测得的扭曲相加，并且将推算出的所引起的扭转相加。

如上文描述的那样，支承结构的定向有利地通过使用支承结构上的参考标记来测量。

在上文中，已强调的是，该系统和方法构造成测量叶片的扭转。然而，所认识到的是，该系统和方法也能够用来监测边向（egdewise）偏转和翼向（flapwise）偏转，例如，通过观察由第一照相机实行的测量中的测得的标记的组的平移。

附图说明

以下参考附图中所示出的实施例而详细地解释本发明，在其中，

图1示出了风力涡轮机，

图2示出了风力涡轮机叶片的示意性视图，

图3示出了翼型轮廓的示意性视图，

图4示出了从上方和从侧面看到的风力涡轮机叶片的示意性视图，

图5示出了风力涡轮机叶片上的多个标记的组的第一示例，

图6示出了风力涡轮机叶片上的多个标记的组的第二示例，

图7示出了装配于风力涡轮机叶片的外表面上的支承结构上的第一照相机的示意性视图，

图8图示了风力涡轮机叶片上的测得的标记的示例，

图9图示了风力涡轮机叶片上的测得的标记的另一示例，

图10图示了在风力涡轮机的操作期间由第一照相机获得的图像，并且

图11是流程图，图示了本公开的方法中所涉及的步骤。

具体实施方式

在下文中，为了理解本发明，描述了若干示例性实施例。

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6以及转子，该转子具有基本上水平的转子轴。转子包括毂8和从毂8径向地延伸的三个叶片10，三个叶片10各自具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。转子具有标识为R的半径。

图2示出了风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意性视图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成形或翼型区域34、以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，前缘18在叶片装配于毂上时面向叶片10的旋转的方向，后缘20面向前缘18的相反方向。

翼型区域34（也被称为成形区域）具有与生成升力有关的理想或几乎理想的叶片形状，而由于结构考虑，根部区域30具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10装配到毂更容易且更安全。根部区域30的直径（或弦）可以沿着整个根部区30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐地改变到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。典型地，过渡区域32的弦长随着距毂的距离r增大而增大。翼型区域34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离r增大而减小。

叶片10的肩部40被限定为其中叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40典型地设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。

应当注意到的是，叶片的不同区段的弦通常并不位于同一平面上，因为叶片可以被扭曲和/或弯曲（即，预弯折），因此向弦平面提供对应地扭曲和/或弯曲的路线，这最常见于以下情况：为了补偿叶片的局部速度，叶片的局部速度取决于距毂的半径。

图3和图4描绘了用来解释风力涡轮机叶片的几何结构的参数。

图3示出了利用各种参数来描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意性视图，所述参数典型地用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，它们在使用期间——即，在转子的旋转期间——通常分别面朝上风（或逆风）侧和下风（或顺风）侧。翼型50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼型50具有厚度t，厚度t被限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿着弦60变化。与对称轮廓的偏差由弧高（camber）线62给出，弧高线62是穿过翼型轮廓50的中线。中线能够通过从前缘56到后缘58绘制内切圆来找到。中线沿着这些内切圆的中心，并且从弦60的偏差或距弦60的距离被称为弧高f。对称性还能够通过以下来限定：使用被称为上弧高（或吸力侧弧高）和下弧高（或压力侧弧高）的参数，这些参数分别被限定为从弦60和吸力侧54以及压力侧52的距离。

翼型轮廓常由以下参数表征：弦长c、最大弧高f、最大弧高f的位置d _f 、最大翼型厚度t、最大厚度t的位置d _t 以及鼻部半径（未示出），最大翼型厚度t是沿着中间弧线62的内切圆的最大直径。这些参数典型地被限定为与弦长c的比。因此，局部相对叶片厚度t/c作为局部最大厚度t与局部弦长c之间的比而给出。进一步地，最大压力侧弧高的位置d _p 可以用作设计参数，并且当然，最大吸力侧弧高的位置也可以用作设计参数。

图4示出了叶片的其他几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图3中所示出的那样，根部端位于位置r=0处，并且末梢端位于r=L处。叶片的肩部40位于位置r=L _w 处，并且具有肩部宽度W，肩部宽度W等于肩部40处的弦长。根部的直径被限定为D。过渡区域中的叶片的后缘的曲率可以由两个参数限定，即，由最小外曲率半径r _o 和最小内曲率半径r _i 限定，最小外曲率半径r _o 和最小内曲率半径r _i 分别被限定为：从外部（或后缘后面）看到的后缘的最小曲率半径，以及从内部（或后缘前面）看到的最小曲率半径。进一步地，叶片被提供有被限定为Δy的预弯折，其对应于自叶片的俯仰轴线22起的平面外偏转。

图1和图2进一步示出了风力涡轮机叶片测量系统的附加部分，用于光学地确定风力涡轮机叶片的扭转。沿着风力涡轮机叶片的展向方向，在风力涡轮机叶片上的不同展向位置处，在风力涡轮机叶片10的外表面上，风力涡轮机叶片10设有多个标记的组（未在图1和图2中公开），每个标记的组包括多个个体标记点。风力涡轮机叶片测量系统进一步包括第一照相机70，第一照相机70装配于风力涡轮机叶片10的根部区段30的外表面上的支承结构上的固定位置中。第一照相机70布置并定向成使得沿着叶片的展向方向进行测量，使得多个标记点的组能够利用照相机70来检测。风力涡轮机叶片测量系统进一步包括辅助照相机74，辅助照相机74布置于相对于风力涡轮机2的位置处。辅助照相机74布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机70中的至少一个的定向。如从图2看到的那样，第一照相机可以有利地布置于风力涡轮机叶片的吸力侧上。在此类构造中，第一照相机能够更好地测量风力涡轮机叶片10在风力涡轮机2的操作期间的扭转，其中，风力涡轮机叶片10将朝向塔架4偏转。

图5和图6公开了标记的第一示例和第二示例，标记的第一示例和第二示例可适用于确定叶片的局部扭转。

图5示出了叶片的第一示例，叶片的第一示例在风力涡轮机叶片上的不同展向位置处具有多个标记的组110、130、150、170、190。如关于图2中所示出的实施例而描述的那样，多个标记的组110、130、150、170、190有利地布置于风力涡轮机叶片的吸力侧上。标记的组中的每个包括多个个体标记点。例如，第一标记的组110包括多个标记点111、112等，并且第二标记的组130包括标记点131等。个体标记点中的每个可以进一步包括不同颜色的标记点。这在图5中图示，图5具有：可以具有第一颜色的个体标记111a、112a、131a、具有第二颜色的个体标记111b、112b、131b、以及具有第三颜色的个体标记111c、131c。个体标记可以例如具有两种、三种或四种不同的颜色。所述颜色可以例如等效于RGB或CMYK。这使得系统更稳健，因为，测量能够针对所述颜色中的每种而实行，例如经由由第一照相机所实行的测量的单独的通道或过滤器，以校验测得的扭转，并且确保与标记中的一些类似颜色的其他物体不会引起扭转的错误推算，扭转的错误推算进而可能导致风力涡轮机的不正确控制。

图6示出了叶片的第二示例，叶片的第二示例在风力涡轮机叶片上的不同展向位置处具有多个标记的组210、230、250、270、290。多个标记的组210、230、250、270、290有利地布置于风力涡轮机叶片的吸力侧上。在此实施例中，标记的组210、230、250、270、290设为叶片的表面上的矩形标记。标记的组210、230、250、270、290中的每个包括多个个体标记点211、212、231、232。如图6中所图示的那样，个体标记点211、212、231、232能够例如由矩形标记的角构成。

图7图示了装置（setup），该装置用于将第一照相机70在根部区段30中的叶片根部16处装配到风力涡轮机叶片的外表面。第一照相机70装配于支承结构72上。支承结构72以及可选地第一照相机70设有辅助参考标记81、82、83、84。第一照相机具有第一照相机轴线或图像轴线94，第一照相机轴线或图像轴线94在安装的时刻并未准确地确定。认识到的是，照相机是相对小的，并且可能难以准确地测量第一照相机本身的定向。然而，第一照相机具有相对于支承结构的固定位置。因此，通过能够测量支承结构的定向，有可能使用此测量来校准由第一照相机取得的测量或图片。作为示例，参考标记中的两个81、82沿着参考标记线92布置。在校准步骤中，参考标记线92的定向能够相对于已知的参考方向90（诸如，竖直）来确定，已知的参考方向90例如能够经由激光工具或铅锤来建立。能够利用参考标记线92和已知的参考方向，以优选地使用辅助照相机74来测量在测得的多个标记的组中的至少若干与已知的参考角度之间的旋转角度偏移。

图8和图9图示了在两个不同操作状态期间由第一照相机70测得的在风力涡轮机叶片上的标记的图像的两个示例。所述图像被示出为经过滤或经图像处理的图像，仅示出了标记，并且并不示出风力涡轮机叶片本身。然而，显然的是，由第一采样的图像将示出风力涡轮机叶片和其他物体，例如像图10中所示出的图像那样。

图8和图9示出了第一标记的组310、第二标记的组330、第三标记的组350以及第四标记的组370。标记的组310、330、350、370中的每个包括多个个体标记点。在给出的示例中，标记的组310、330、350、370中的每个包括四个个体标记点。然而，认识到的是，两个个体标记点是足够的，以便推导在个体标记点之间的角度，并且使用该角度来推算叶片的局部扭转。然而，通过使用附加的标记点，能够更准确地进行测量，例如，通过更好地在扭转与例如风力涡轮机叶片壳的局部凸起之间进行区分。

在图8中所示出的第一图像中，个体标记点各自形成相对于图像轴线的角度。该角度能够用来推算局部扭转。在图9中所示出的第二图像中，所看到的是，个体标记点已移动，并且现在形成相对于图像轴线的新角度。能够利用两个图像中的对应角度之间的差来推算风力涡轮机叶片的局部的所引起的扭转，即，在两个所获得的图像之间的扭转角度方面的差异。如果图8的图像是具有已知的绝对扭曲角度的参考图像，则认识到的是，也能够针对图9中的第二图像而推算绝对扭曲角度。如果第一照相机不能在零负荷状态下检测多个标记的组中的全部，则信息能够通过来自辅助照相机的测量而获得。

在给出的示例中，标记点沿着直线对齐。然而，认识到的是，标记将一般沿着与风力涡轮机叶片的曲率相对应的曲线对齐。一般地，所引起的扭转能够通过以下来推算：推算在图像之间的所述曲线的旋转角度。在本领域中，推算两个图像之间的旋转角度的图像处理技术是已知的，例如，通过使图像互相关（cross-correlating）。

进一步地，显然的是，所引起的边向偏转和翼向偏转也能够通过以下来推算：观察所述曲线沿着图像轴线的平移。这也能够通过在本领域中已知的图像处理技术（例如，通过使图像互相关）来实行。总体上，图像平移dx和dy以及图像滚动（roll）dα能够用来推算风力涡轮机叶片的局部偏转和扭转。

第一标记的组310可以布置为相对靠近根部区段30附近的第一照相机。因此，此标记的组310能够定位于将具有相对低的所引起的扭转和偏转的展向位置处，并且，在第一照相机的个体测量中，该标记的组310能够用作参考，以推算在风力涡轮机叶片中的展向位置处的所引起的扭转，或跟踪第一照相机的定向的改变。

辅助照相机74还可以获得：风力涡轮机叶片上的标记的图像、以及第一辅助叶片的定向，它们能够用来校准该系统，并且当叶片布置为处于基本上零负荷的状态时，例如通过获得参考测量，获得对于风力涡轮机叶片的在已知状态下的绝对扭曲测量。

根据上文，显然的是，该系统一般使用第一照相机，该第一照相机装配于叶片上，并且在操作期间与叶片转子上的风力涡轮机叶片一起旋转。第一照相机沿展向方向定向，以便能够检测多个标记的组。该系统可以具有计算或处理单元，该计算或处理单元至少能够：通过检测标记的位置（即，通过沿着叶片的展向方向取得图片），推算在叶片的展向位置处的叶片的所引起的扭曲或扭转、或者相对的扭曲或扭转，并且使用图像处理来推算局部扭转。

因此，可以利用第一照相机70来推算风力涡轮机叶片10在叶片的操作期间的相对的扭转或所引起的扭转。然而，由于风力涡轮机叶片10的曲率，在风力涡轮机叶片的静止或者低风速或非常高的风速期间，第一照相机70可能不一定能够检测标记的组中的全部。因此，第一照相机70可能并非准确到足以在风力涡轮机叶片10的静止期间校准该系统，或者并不适合在这些状态下校准该系统，因为标记可能并非全都是可见的。该系统通过利用辅助照相机74来解决此问题，辅助照相机74装配于固定处，或布置于风力涡轮机叶片10外部的合适位置处，例如在相对于风力涡轮机2的固定位置处，诸如在风力涡轮机附近的地面上。辅助照相机74布置为使得能够实行以下测量：多个标记的组、以及支承结构和第一照相机70中的至少一个的定向。因此，至少在风力涡轮机的静止期间，辅助照相机74可以实行多个标记的组的测量，并且通过将由辅助照相机74实行的测量与来自第一照相机70的等效测量进行比较而使用此测量来校准系统。进一步地，当标记变得对第一照相机70来说可见时，可以使用由辅助照相机获得的信息来重构扭转和绝对扭曲角度。

在下文中，描述了根据本公开的方法。该方法包括图11中所示出的步骤。

如果第一步骤410，作为用于对风力涡轮机叶片测量系统进行预校准的多个步骤的一部分，支承结构72和第一照相机70中的至少一个相对于已知的参考方向90（例如，竖直方向）的定向使用辅助照相机74来测量。在第一步骤之前，风力涡轮机叶片可以被带入已知的位置中，诸如基本上零负荷的状态。

在第二步骤420中，实行使用第一照相机70来进行的对多个标记的组中的至少若干的第一预校准测量。

在第三步骤430中，在测得的多个标记的组中的至少若干与已知的参考角度之间的旋转角度偏移α。已知的参考可以例如由风力涡轮机叶片的外表面设定。然而，已知的定向也可以是临时参考，诸如，如图7中所示出的竖直参考方向。该参考可以例如由激光工具或铅锤提供。因此，该系统能够被预校准，其能够用来校准利用第一照相机取得的测量或图片。

在第四步骤440中，风力涡轮机叶片10布置为处于基本上零负荷的状态。

在第五步骤450中，通过至少使用辅助照相机，实行多个标记的组的参考测量，并且针对风力涡轮机叶片上的展向位置中的每个，推算零负荷扭曲角度。

在第六步骤460中，多个标记的组中的至少若干的第一测量使用第一照相机70来实行，并且将第一测量与参考测量进行比较，以校准风力涡轮机叶片测量系统。

例如，由第一照相机70和辅助照相机74取得的图像可以互相关联（correlated），以推算零负荷扭曲角度。

在第七可选步骤470中，可以测量支承结构和第一照相机中的至少一个的定向，以校准风力涡轮机叶片测量系统。

在风力涡轮机2的随后的操作期间实行的第八步骤480中，多个标记的组的操作测量使用第一照相机70来实行。

在第九步骤490中，通过推算多个标记的组中的每个的个体标记点之间的角度，推算对于叶片的不同展向位置中的每个的所引起的扭转角度，并且将所引起的扭转角度与零负荷扭曲角度进行比较。

认识到的是，步骤470至步骤490在风力涡轮机的正常操作期间实行，以能够持续地监测叶片的扭转，并且如果需要的话，则控制风力涡轮机或风力涡轮机叶片（例如，通过使风力涡轮机叶片俯仰），以控制例如负荷或振荡。通过测量标记的组中的标记点之间的角度并且将它们与在基本上零负荷的状态下测得的对应角度进行比较，能够推算所引起的扭转角度。

在第十步骤495中，通过使用旋转角度偏移，推算对于叶片的不同展向位置中的每个的绝对扭曲角度。通过加上在基本上零负荷的状态下测得的扭曲，并且加上推算出的所引起的扭转，并且进一步通过使用测得的旋转角度偏移，能够推算绝对扭曲角度。

参考标号列表

2	风力涡轮机
		4	塔架
6	机舱
		8	毂
10	风力涡轮机叶片
		14	叶片末梢
16	叶片根部
		18	前缘
20	后缘
		22	俯仰轴线
30	根部区域
		32	过渡区域
34	翼型区域
		40	肩部
50	翼型轮廓
		52	压力侧
54	吸力侧
		56	前缘
58	后缘
		60	弦
62	弧高线
		70	第一照相机
72	支承结构
		74	辅助照相机
81、82、83、84	参考标记
		90	已知的参考方向
92	参考标记线
		94	图像/照相机轴线
110、130、150、170、190、210、230、250、270、290、310、330、350、370	标记的组
		111a、111b、111c、112a、112b、112c、113a……、131a、131b、131c、……、211、212、231、233、……、311、312、……	标记点
<i>α</i>	旋转角度偏移
		<i>c</i>	弦长
<i>D</i>	根部的直径
		<i>d</i><sub><i>t</i></sub>	最大厚度的位置
<i>d</i><sub><i>f</i></sub>	最大弧高的位置
		<i>d</i><sub><i>p</i></sub>	最大压力侧弧高的位置
<i>f</i>	弧高
		<i>L</i>	叶片长度
<i>r</i>	局部半径，距叶片根部的径向距离
		<i>t</i>	厚度
Δ<i>y</i>	预弯折
		<i>W</i>	肩部宽度

Claims (16)

1.一种风力涡轮机叶片测量系统，用于光学地确定风力涡轮机叶片的扭转，其中，所述风力涡轮机叶片测量系统包括：

风力涡轮机叶片，其构造成装配到风力涡轮机的毂，所述风力涡轮机叶片包括：

根部区段，其在装配到所述毂时定位成最接近所述毂，以及

多个标记的组，它们沿着所述风力涡轮机叶片的展向方向在所述风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在所述风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体标记点，

第一照相机，其装配于所述风力涡轮机叶片的所述根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着所述风力涡轮机叶片的所述展向方向进行测量，以及

辅助照相机，其布置于所述风力涡轮机叶片的外部的位置处，所述辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：所述多个标记的组、以及所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个的定向。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述辅助照相机布置为：在所述风力涡轮机叶片布置为处于基本上零负荷的状态时，测量所述多个标记的组，并且测量所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个的所述定向。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述支承结构以及可选地所述第一照相机设有辅助参考标记，并且其中，所述辅助照相机布置为测量所述辅助参考标记，以便确定至少所述第一照相机的位置和/或对齐。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述支承结构包括至少两个辅助参考标记，以便确定所述支承结构相对于以下的定向：已知的定向、或所述叶片的所述外表面。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述多个标记的组和所述第一照相机设置在所述风力涡轮机叶片的顺风侧上。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述多个标记的组中的至少若干各自至少包括：具有第一颜色的多个标记、以及具有与所述第一颜色不同的第二颜色的多个标记。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述多个标记的组包括所述根部区段附近的第一参考标记的组。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，所述系统构造成：通过测量所述多个标记的组中的个体标记点的相互位置，来推算在不同展向位置处的所述风力涡轮机叶片的扭转角度。

9.根据权利要求7和8所述的风力涡轮机叶片测量系统，其中，通过将所述多个标记的组的所述个体标记点的测量与所述根部区段附近的所述参考标记的测量进行比较，来推算扭转角度。

10.一种风力涡轮机叶片测量系统，用于光学地确定安装于风力涡轮机上的风力涡轮机叶片的扭转，其中，所述风力涡轮机叶片测量系统包括：

风力涡轮机，其具有诸多风力涡轮机叶片，至少包括第一风力涡轮机叶片，所述第一风力涡轮机叶片从主轴上的毂延伸出，所述主轴具有基本上水平的轴线，所述诸多风力涡轮机叶片与所述毂一起构成转子，所述转子能够通过风来投入旋转中，

其中，所述第一风力涡轮机叶片包括：

根部区段，其定位成最接近所述毂，以及

多个标记的组，它们沿着所述风力涡轮机叶片的展向方向在所述第一风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在所述第一风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体标记点，

第一照相机，其装配于所述风力涡轮机叶片的所述根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着所述第一风力涡轮机叶片的所述展向方向进行测量，以及

辅助照相机，其布置于相对于所述风力涡轮机的位置处，所述辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：所述多个标记的组、以及所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个的定向。

11.一种改善风力涡轮机叶片测量系统的准确性的方法，其中，所述风力涡轮机叶片测量系统包括：

风力涡轮机叶片，其构造成装配到风力涡轮机的毂，所述风力涡轮机叶片包括：

根部区段，其在装配到所述毂时定位成最接近所述毂，以及

多个标记的组，它们沿着所述风力涡轮机叶片的展向方向在所述风力涡轮机叶片上的不同展向位置处设置在所述风力涡轮机叶片的外表面上，每个标记的组包括多个个体标记点，

第一照相机，其装配于所述风力涡轮机叶片的所述根部区段的外表面上的支承结构上的固定位置中，并且布置为使得沿着所述风力涡轮机叶片的所述展向方向进行测量，以及

辅助照相机，其布置于所述风力涡轮机叶片的外部的位置处，所述辅助照相机布置为使得能够实行以下测量：所述多个标记的组、以及所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个的定向，

其中，所述方法包括以下步骤：

a）将所述风力涡轮机叶片布置为处于基本上零负荷的状态，

b）使用所述辅助照相机，实行所述多个标记的组的参考测量，并且针对所述风力涡轮机叶片上的所述展向位置中的每个，推算零负荷扭曲角度，以及

c）使用所述第一照相机，实行所述多个标记的组中的至少若干的第一测量，并且将所述第一测量与所述参考测量进行比较，以校准所述风力涡轮机叶片测量系统。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：测量所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个的所述定向，以校准所述风力涡轮机叶片测量系统。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：通过以下步骤对所述风力涡轮机叶片测量系统进行预校准：

i）使用所述辅助照相机，测量所述支承结构和所述第一照相机中的至少一个相对于已知的参考方向的定向，已知的参考方向例如是竖直方向，

ii）使用所述第一照相机，实行对所述多个标记的组中的至少若干的第一预校准测量，以及

iii）确定测得的定向与所述已知的参考方向之间的旋转角度偏移。

14.根据权利要求中的任一项所述的方法，其中，随后在所述风力涡轮机的操作期间，所述风力涡轮机叶片测量系统实行以下步骤：

d）实行所述多个标记的组的操作测量，以及

e）通过推算所述多个标记的组中的每个的个体标记点之间的角度，来推算对于所述叶片的所述不同展向位置中的每个的所引起的扭转角度，以及

f）将它们与所述零负荷扭曲角度进行比较。

15.根据权利要求13和14所述的方法，其中，所述方法包括以下附加步骤：

g）通过使用所述旋转角度偏移，推算对于所述叶片的所述不同展向位置中的每个的绝对扭曲角度。

16.根据权利要求11-15中的任一项所述的方法，其中，所述支承结构的定向通过使用所述支承结构上的参考标记来测量。

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