CN211874658U - 一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，包括机架、升降模块、旋转模块、线性模块、3D视觉检测模块和总控模块，升降模块用于控制3D视觉检测模块的高度；旋转模块用于带动3D视觉检测模块旋转；线性模块用于带动3D视觉检测模块沿旋转模块的径向移动；3D视觉检测模块用于采集和输出法兰待检测面的数据；总控模块用于控制升降模块、旋转模块和线性模块动作，接受和分析3D视觉检测模块输出的数据，并输出检测结果；与现有技术相比，本实用新型的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，融合了运动控制和3D视觉技术，以智能装备的方式提供自动化检测，革新了当前单台仪器人工检测的方法，提高了塔筒法兰平面度检测的效率和速度。

Description

一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置

技术领域

本发明涉及智能检测技术领域，具体地，涉及一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置。

背景技术

风力发电机组塔筒由3-7段圆柱筒体或锥形筒体组成，筒体和大尺寸法兰（直径2900mm-4800mm）焊接一体，塔筒单元间通过法兰采用高强度紧固螺栓连接。塔筒法兰的平面度是影响塔筒拼接的重要因素，风力发电机组塔筒拼接后，顶部法兰平面度要求0.5mm内，基础环上法兰平面度要求1.5mm内，其余法兰平面度要求2mm内。由于焊接过程中产生内应力，导致法兰平面度变大，如不修复，会严重影响塔筒的寿命。因此，塔筒法兰平面度值是塔架制造的关键点，检测塔筒法兰平面度成为塔筒制造的重要工序。对于平面度的检测，传统的检测手段如指示器法、表桥法、跨步仪法等已经满足不了实际需求，风力发电机组塔筒行业里，目前普遍采用激光测平仪进行检测，具有以下问题：

1.法兰与塔筒焊接后立放于滚轮架上，法兰直径大，现有测量方法需要依靠搭建脚手架等辅助机构进行人工攀爬并手动测量，存在人员操作安全隐患；

2.当前的激光测平仪测量方法，通过先采集4个点建立基准面再采集16个点进行平面度检测，对于大尺寸法兰，基准面和采集点集存在较大偶然性，不能真正反应法兰平面度，测量结果有一定失真现象；

3.测量需要2-3名工作人员参与，步骤繁琐，测量后需要去办公区域采用专用软件进行数据分析，完成一个法兰的检测通常需要2-3小时，效率低下。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其用于解决上述技术问题。

一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其包括机架、升降模块、旋转模块、线性模块、3D视觉检测模块和总控模块，升降模块设于机架，其用于控制3D视觉检测模块的高度；旋转模块与升降模块的执行端连接，其用于带动3D视觉检测模块旋转；线性模块设于旋转模块，线性模块用于带动3D视觉检测模块沿旋转模块的径向移动；3D视觉检测模块设于线性模块的执行端，用于采集和输出法兰待检测面的数据；总控模块设于机架，用于控制升降模块、旋转模块和线性模块动作，接受和分析3D视觉检测模块输出的数据，并输出检测结果。

根据本实用新型的一实施方式，还包括传感检测模块，传感检测模块与总控模块连接，用于感应和检测升降模块、线性模块和3D视觉检测模块的位置。

根据本实用新型的一实施方式，传感检测模块包括升降模块限位传感器、线性模块上限位和零点传感器及检测模块传感器。

根据本实用新型的一实施方式，3D视觉检测模块采用3D工业相机。

根据本实用新型的一实施方式，线性模块的数量为两个，两个线性模块对称地设于旋转模块，其中一个线性模块的执行端用于安装3D视觉检测模块，另一个线性模块的执行端安装有与3D视觉检测模块重量相等的配重件。

根据本实用新型的一实施方式，升降模块包括升降架、升降驱动件、升降传动件及升降执行件，升降架设于机架，升降驱动件设于升降架，升降传动件与升降驱动件的输出端连接，升降执行件与升降传动件连接。

根据本实用新型的一实施方式，旋转模块包括旋转驱动件、减速器和旋转臂，旋转驱动件与升降模块的执行端连接，减速器与旋转驱动件的输出端连接，旋转臂与减速器的输出端连接。

根据本实用新型的一实施方式，线性模块包括线性驱动件和线性执行件，线性驱动件设于旋转模块，线性执行件与线性驱动件的执行端连接，3D视觉检测模块设于线性执行件。

根据本实用新型的一实施方式，总控模块包括硬件部分和软件部分，硬件部分用于用户操作，软件部分用于控制升降模块、旋转模块和线性模块动作，接受和分析3D视觉检测模块输出的数据，并输出检测结果。

根据本实用新型的一实施方式，硬件部分包括工控机、显示器、键盘和鼠标，显示器、键盘和鼠标与工控机连接。

与现有技术相比，本实用新型的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置具有以下优点：

1、本实用新型的检测装置和目前通用的采用激光测平仪相比，融合了运动控制和3D视觉技术，以智能装备的方式提供自动化检测，革新了当前单台仪器人工检测的方法，提高了塔筒法兰平面度检测的效率和速度。

2、本实用新型的检测装置，根据海量3D点云数据，进行平面度计算，所计算出的平面度结果比当前人工采用激光测平仪手动打点采集16个点的数据计算平面度更科学和合理，提高了塔筒法兰平面度检测的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置的使用状态示意图；

图3为本实用新型的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置检测方法流程图；

图中：1.机架、2.升降模块、21.升降架、211.直线滑轨、22.升降驱动件、23.升降传动件、24.升降执行件、3.旋转模块、31.旋转驱动件、32.减速器、33.旋转臂、4.线性模块、41.线性驱动件、42.线性执行件、5.3D视觉检测模块、6.总控模块、61.工控机、62.显示器、63.键盘、64.鼠标、7.配重件

本实用新型功能的实现及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例一：

请参阅图1及图2，图1为本实施例的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置的结构示意图；图2为本实施例的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置的使用状态示意图。如图2所示，风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置包括机架1、升降模块2、旋转模块3、线性模块4、3D视觉检测模块5和总控模块6，升降模块2设于机架1，其用于控制3D视觉检测模块5的高度；旋转模块3与升降模块2的执行端连接，其用于带动3D视觉检测模块5旋转；线性模块4设于旋转模块3，线性模块4用于带动3D视觉检测模块5沿旋转模块3的径向移动；3D视觉检测模块5采用3D工业相机，3D工业相机设于线性模块4的执行端，用于采集和输出法兰待检测面的数据；总控模块6设于机架1，用于控制升降模块2、旋转模块3和线性模块4动作，接受和分析3D视觉检测模块5输出的数据，并输出检测结果。

在本实施例中，风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置还包括传感检测模块，传感检测模块与总控模块6连接，用于感应和检测升降模块2、线性模块4和3D视觉检测模块5的位置。传感检测模块包括升降模块限位传感器、线性模块上限位和零点传感器及检测模块传感器。升降模块限位传感器用于控制升降模块2带动旋转模块3上升的高度，线性模块上限位和零点传感器用于控制线性模块4的零点和行程，检测模块传感器用于控制3D视觉检测模块5的线扫范围。

请复阅图1，如图所示，在本实施例中，升降模块2包括升降架21、升降驱动件22、升降传动件23及升降执行件24，升降架21设于机架1，升降驱动件22设于升降架21，升降传动件23与升降驱动件22的输出端连接，升降执行件24与升降传动件23连接。升降驱动件22可以采用电机驱动，也可以采用气缸驱动。在本实施例中，升降驱动件23采用伺服电机，升降传动件23采用滚珠丝杆，滚珠丝杆与伺服电机的输出端连接，升降执行件24通过丝杆螺母与滚珠丝杆连接，在伺服电机启动时，滚珠丝杆转动，丝杆螺母在滚珠丝杆上滑动，并带动升降执行件24上下移动。

请复阅图1，如图所示，为了使升降执行件24上下移动平稳，升降架21上设有直线滑轨211，升降执行件21通过滑块图中未标示滑动连接于直线滑轨211。

请复阅图1，如图所示，在本实施例中，升降执行件24采用升降板，旋转模块3设于升降板。

请复阅图1，如图所示，在本实施例中，旋转模块3包括旋转驱动件31、减速器32和旋转臂33，旋转驱动件31设于升降执行件24，减速器32与旋转驱动件31的输出端连接，旋转臂33与减速器32的输出端连接。具体应用时，旋转驱动件31采用伺服电机，伺服电机的输出端连接减速器32，减速器32的输出端连接旋转臂33，伺服电机启动时，减速器32随伺服电机启动，并带动旋转臂33转动，设于旋转臂上的线性模块4随旋转臂转动，带动3D视觉检测模块5对风力发电机组塔筒法兰面进行3D点云采集。

请复阅图1，如图所示，在本实施例中，线性模块4包括线性驱动件41和线性执行件42，线性驱动件41设于旋转模块3，线性执行件42与线性驱动件41的执行端连接，3D视觉检测模块5设于线性执行件42。具体应用时，线性驱动件41可以采用电机驱动，也可以采用气缸驱动，在本实施例中，线性驱动件41采用伺服电机，线性执行件42采用滚珠丝杆，滚珠丝杆与伺服电机的输出端连接，3D视觉检测模块5通过丝杆螺母连接于滚珠丝杆，当伺服电机启动时，滚珠丝杆转动，并带动丝杆螺母沿滚珠丝杆滑动，3D视觉检测模块5随丝杆螺母滑动。

请复阅图1，如图所示，在本实施例中，线性模块4的数量为两个，两个线性模块4对称地设于旋转臂33两侧，其中一个线性模块4的执行端用于安装3D视觉检测模块5，另一个线性模块4的执行端安装有与3D视觉检测模块5重量相等的配重件7。当其中一个线性模块4调整3D视觉检测模块5的位置时，另一个线性模块4进行同样的动作调整配重件7的位置，使3D视觉检测模块5与配重件7始终保持相互对称的状态，可以使旋转臂33转动平稳。

请复阅图1，如图所示，本实施例的总控模块6包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括工控机61、显示器62、键盘63和鼠标64，显示器62、键盘63和鼠标64与工控机61连接，硬件部分用于用户操作；软件部分同时集成了运动控制和机器视觉功能，用于控制升降模块2、旋转模块3和线性模块4动作，接受和分析3D视觉检测模块5输出的数据，并输出检测结果。

请复阅图2，如图所示，具体应用时，依据3D工业相机的最佳工作距离，将本实施例的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置移动到法兰对面最佳距离位置并通电，开启工控机61，启动软件部分，升降模块2、线性模块4回零点位置，从软件里调出参数或配置参数，其中调出参数是从总控模块6调出已保存的相关参数，该相关参数为已经检测过的法兰型号的相关参数；配置参数是针对新的法兰型号，参数为升降模块2定位、旋转模块3的转速、线性模块4定位参数。然后按照参数升降模块2将旋转模块3上升或下降到指定位置，按照参数线性模块4将3D工业相机移动到指定位置。之后旋转臂33根据参数进行匀速转动，3D工业相机进行激光线扫，旋转臂旋转一周，采集了该旋转过程中3D工业相机视野范围内区域的法兰环点云，点云的个数和所设置的采集频率及线扫线数有关。然后根据法兰的型号和法兰尺寸判断旋转一周是否完成了法兰的检测，如3D工业相机的视野超过法兰环距离，即为完全覆盖法兰区域，如视野小于法兰环，则没有完全覆盖，根据配置的参数进行新区域的点云采集，直至完全采集完全。得到完全的点云数据后，软件部分进行点云滤波去燥处理，然后进行基准平面的拟合，之后进行平面度计算，得到法兰平面度数值结果，将该平面度数值与预设的法兰平面度公差进行比较，最后显示最终结果和超标区域。

实施例二：

请参阅图3，图3为本实施例的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置检测方法流程图。根据本实施例的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，本实施例提供了一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测方法。

风力发电机组塔筒法兰的平面度检测方法包括参数设置阶段、法兰平面3D点云采集阶段和平面度计算阶段；其中：

参数设置阶段包括以下步骤：

调出参数：从总控模块6调出已保存的相关参数，该相关参数为已经检测过的法兰型号的相关参数；

或在总控模块6内设置参数：针对新的法兰型号设置新的参数，该新的参数为控制3D视觉检测模块5的精确定位的参数。

法兰平面3D点云采集阶段包括以下步骤：

运动控制对3D视觉检测模块5精确定位；

旋转模块3带动3D视觉检测模块5转动对法兰待检测环面进行激光线扫；

3D视觉检测模块5对法兰待检测面进行3D点云采集；

平面度计算阶段包括以下步骤：

从总控模块6根据3D视觉检测模块输出的3D点进行平面度计算；采用最小二乘法对有效的3D点云数据进行虚拟基准平面的拟合，计算出3D点云到基准平面的距离，采用排序算法计算出最大值，得到法兰平面度值；

输出结果。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，运动控制对3D视觉检测模块精确定位的步骤包括：

升降模块2根据待检测的法兰调整3D视觉检测模块的高度；

线性模块4根据待检测法兰的直径调整3D视觉检测模块距离检测法兰的中心的距离。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，根据视觉系统输出的3D点云进行平面度计算的步骤前，还包括法兰待检测面覆盖范围的检测步骤，该步骤用于判断3D视觉检测模块旋转一周是否覆盖了整个法兰待检测面。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，法兰待检测面覆盖范围的检测步骤的检测标准为判断3D视觉检测模块的视野是否超过法兰环距离，若是，则判定为检测区域完全覆盖法兰待检测面；若否，则返回至3D视觉检测模块精确定位的步骤。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，根据接收到的3D点云进行平面度计算的步骤进行前，还包括对3D点云滤波去燥的步骤。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，根据接收到的3D点云进行平面度计算的步骤进行前，还包括基准面拟合的步骤。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，输出检测结果的步骤前还包括与预设的法兰平面度公差进行比较的步骤。

请复阅图3，如图所示，在本实施例中，输出检测结果的步骤输出的有平面度数据和超标区域。

实施例三：

以上段上法兰和下段下法兰为例进行说明，塔筒和法兰焊接一体放置于500毫米高的滚轮架上，机架1的高度为1500mm。以上段上法兰检测设置为基准，升降机原点高度为1832.5mm，升降机工作行程为1000mm，旋转臂长4300mm，线性模块4原点位置离旋转臂33中心距离为1457.5mm，线性模块工作行程800mm。

选取的3D工业相机其最佳工作距离为325mm，采用激光线扫范围为250mm，下表为上段上法兰和下段下法兰尺寸情况。

法兰类型	内直径（毫米）	外直径（毫米）	内半径（毫米）	外半径（毫米）	法兰环（毫米）
						上段上法兰	2665	2940	1332.5	1470	137.5
下段下法兰	3985	4300	1992.5	2150	157.5

下表为两种类型的法兰检测过程中的情况。

法兰类型	升降机调整（毫米）	线性模组位置调整（毫米）	旋转第一周采集法兰环区域（毫米）
				上段上法兰	零点位置，无需调整	零点位置，无需调整	250
下段下法兰	上升680	沿旋转臂外移660	250

可见，经过简单操作，旋转臂33旋转一周即可完全覆盖法兰待检测面。当选取的3D工业相机为分辨率更高的类型，如选取激光线扫范围为100mm、最佳工作距离为150mm的3D工业相机，经过升降模块（2）和线性模块4的位置控制，旋转臂33旋转两周即可完成检测，选取线扫激光范围为20mm，最佳工作距离为60mm的3D工业相机，经过升降模块（2）和线性模块4的位置控制，上段上法兰经过7次旋转臂33旋转完成检测，下段下法兰经过8次旋转臂33旋转完成检测。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，包括机架（1）、升降模块（2）、旋转模块（3）、线性模块（4）、3D视觉检测模块（5）和总控模块（6），所述升降模块（2）设于所述机架（1），其用于控制所述3D视觉检测模块（5）的高度；所述旋转模块（3）与所述升降模块（2）的执行端连接，其用于带动所述3D视觉检测模块（5）旋转；所述线性模块（4）设于所述旋转模块（3），所述线性模块（4）用于带动所述3D视觉检测模块（5）沿所述旋转模块（3）的径向移动；所述3D视觉检测模块（5）设于所述线性模块（4）的执行端，用于采集和输出法兰待检测面的数据；所述总控模块（6）设于所述机架（1），用于控制所述升降模块（2）、旋转模块（3）和线性模块（4）动作，接受和分析所述3D视觉检测模块（5）输出的数据，并输出检测结果。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，还包括传感检测模块，所述传感检测模块与所述总控模块（6）连接，用于感应和检测所述升降模块（2）、线性模块（4）和3D视觉检测模块（5）的位置。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述传感检测模块包括升降模块限位传感器、线性模块上限位和零点传感器及检测模块传感器。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述3D视觉检测模块（5）采用3D工业相机。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述线性模块（4）的数量为两个，两个所述线性模块（4）对称地设于所述旋转模块（3），其中一个所述线性模块（4）的执行端用于安装3D视觉检测模块（5），另一个所述线性模块（4）的执行端安装有与所述3D视觉检测模块（5）重量相等的配重件（7）。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述升降模块（2）包括升降架（21）、升降驱动件（22）、升降传动件（23）及升降执行件（24），所述升降架（21）设于所述机架（1），所述升降驱动件（22）设于所述升降架（21），所述升降传动件（23）与所述升降驱动件（22）的输出端连接，升降执行件（24）与所述升降传动件（23）连接。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述旋转模块（3）包括旋转驱动件（31）、减速器（32）和旋转臂（33），所述旋转驱动件（31）与所述升降模块（2）的执行端连接，所述减速器（32）与所述旋转驱动件（31）的输出端连接，所述旋转臂（33）与所述减速器（32）的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述线性模块（4）包括线性驱动件（41）和线性执行件（42），所述线性驱动件（41）设于所述旋转模块（3），所述线性执行件（42）与所述线性驱动件（41）的执行端连接，所述3D视觉检测模块（5）设于所述线性执行件（42）。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述总控模块（6）包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分用于用户操作，所述软件部分用于控制升降模块（2）、旋转模块（3）和线性模块（4）动作，接受和分析所述3D视觉检测模块（5）输出的数据，并输出检测结果。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组塔筒法兰的平面度检测装置，其特征在于，所述硬件部分包括工控机（61）、显示器（62）、键盘（63）和鼠标（64），所述显示器（62）、键盘（63）和鼠标（64）与所述工控机（61）连接。

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