ES2913948T3

ES2913948T3 - Método y vehículo aéreo no tripulado para la adquisición de datos de sensor relacionados con una turbina eólica

Info

Publication number: ES2913948T3
Application number: ES18762324T
Authority: ES
Inventors: Thomas Sulzer; Joonas Asikainen
Original assignee: Sulzer & Schmid Laboratories AG
Current assignee: Sulzer & Schmid Laboratories AG
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2022-06-06
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: EP3454157A1; DK3679439T3; EP3679439B1; EP3679439A1; WO2019048596A1

Abstract

Un método para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica, usando un vehículo aéreo no tripulado (VANT) (4), que comprende al menos un sensor de inspección (42) para adquirir los datos de sensor (71), comprendiendo el método las etapas de: - determinar una ruta de vuelo de referencia (54a) para el VANT (4); - operar el VANT (4) para volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real (54b), derivada de la ruta de vuelo de referencia (54a), - adquirir, mientras el VANT (4) vuela a lo largo de una o de más secciones de la ruta de vuelo real (54b) con el sensor de inspección (42), múltiples conjuntos de datos de sensor (71), caracterizado por que el método comprende las etapas de: - almacenar cada conjunto de datos de sensor (71) en asociación con datos de postura de sensor (74) que definen la postura del sensor de inspección (42) en el momento en que se adquirió el conjunto de datos de sensor (71); y por que para operar el VANT (4) con el fin de volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real (54b), se realiza la siguiente etapa: - determinar al menos una de la postura del VANT (4) y de la postura del sensor de inspección (42), integrando datos de al menos uno de un sistema de navegación por satélite (45) y de un sistema de navegación inercial (46) con datos de un sensor de distancia (44) situado en el VANT (4), y con un modelo informático de al menos parte de la turbina (10).

Description

DESCRIPCIÓN

Método y vehículo aéreo no tripulado para la adquisición de datos de sensor relacionados con una turbina eólica La invención se relaciona con el campo de la inspección de centrales, y en particular con un método y un vehículo aéreo no tripulado para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica.

El sector de la energía eólica necesita nuevos métodos de inspección que puedan capturar y documentar el estado de las centrales eléctricas, es decir, turbinas, con el paso del tiempo. Las palas de las turbinas suelen estar hechas de materiales compuestos reforzados con fibra, con resinas como poliéster y epoxi, y con fibras de vidrio y carbono como material de refuerzo. Los defectos de las palas pueden ser causados por el impacto de objetos, rayos, erosión por lluvia y granizo, tensión mecánica y flexión, envejecimiento, etc. Los propietarios y operadores deben obtener total transparencia con respecto a la salud de sus activos. El conocimiento detallado de los defectos y su propagación a lo largo del tiempo es el requisito previo más importante para el mantenimiento preventivo y la reparación, que se sabe que desbloquean grandes ahorros de costes. Además, facilita el cumplimiento de la legislación y de los requisitos por parte de las compañías de seguros. Por este motivo, las palas de los rotores y las torres de las turbinas eólicas deben inspeccionarse periódicamente.

Estas inspecciones se llevan a cabo manualmente por equipos de trabajos verticales en cuerda. Los escaladores de inspección altamente capacitados identifican visualmente los defectos en una superficie de pala de hasta 500 m2 y registran anomalías con cámaras de mano. Los problemas actuales con la inspección tradicional de trabajos verticales en cuerda incluyen: una población de centrales que envejece, que requieren inspecciones frecuentes, aumento del tamaño de las turbinas, con palas de más de 60 metros y torres de más de 100 metros, la calidad de la inspección depende del juicio subjetivo de los escaladores, las condiciones climáticas adversas pueden limitar el rendimiento del inspector, el equipo de cuerdas puede detectar los daños, pero no se puede garantizar una cobertura completa y una documentación digital perfecta del estado de la pala, los informes se crean principalmente de forma manual.

El documento US 2016/0017866 A1 muestra un vehículo aéreo no tripulado (VANT) tomando imágenes de una turbina eólica, siguiendo una ruta de vuelo en tiempo real basada en las imágenes y la información almacenada. La precisión de posicionamiento del VANT es limitada.

Por tanto, es objetivo de la invención crear un método y un vehículo aéreo no tripulado para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica del tipo mencionado inicialmente, que supera las desventajas mencionadas anteriormente.

Estos objetivos se consiguen mediante un método y un vehículo aéreo no tripulado para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones.

El método para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica, usando un vehículo aéreo no tripulado (VANT) que comprende al menos un sensor de inspección, que puede ser una cámara, para adquirir los datos de sensor, comprende las etapas de:

• determinar una ruta de vuelo de referencia para el VANT;

• operar el VANT para volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real derivada de la ruta de vuelo de referencia,

• adquirir, a medida que el VANT vuela a lo largo de una o de más secciones de la ruta de vuelo real, con el sensor de inspección (o cámara), múltiples conjuntos de datos de sensor,

• almacenar cada conjunto de datos de sensor en asociación con datos de postura de sensor que define la postura del sensor de inspección (o cámara) en el momento en que se adquirió el conjunto de datos de sensor.

Esto permite definir una misión de inspección que comprende un patrón de inspección con ajustes o datos de referencia para el VANT, para sensores de inspección (tal como una cámara) y para sensores de navegación, y que define posiciones del VANt en las que se van a tomar lecturas de sensor (tal como imágenes) y/o áreas o puntos a inspeccionar o fotografiar.

De manera adicional, esto permite almacenar los datos de sensor, es decir, cada conjunto de datos de sensor, en combinación con los metadatos de sensor. Esta combinación se llamará datos mejorados de sensor. Los datos de sensor pueden ser en particular datos de imagen. Los metadatos de sensor pueden comprender, en particular, datos de postura del sensor. Los datos de postura describen la postura de un objeto en el espacio 3D, es decir la combinación de sus posición y orientación. Otros metadatos de sensor pueden describir parámetros del sensor de inspección relacionados con los datos de sensor capturados. Por ejemplo, si el sensor es una cámara, los metadatos de sensor pueden ser el tiempo de exposición, ajustes de enfoque, etc.

En unas realizaciones, almacenar cada conjunto de datos de sensor en asociación con los datos de posición del sensor, comprende las etapas de, durante una misión de inspección:

• almacenar cada conjunto de datos de sensor, por ejemplo, una imagen - con una marca de tiempo;

• almacenar, en cada momento en que se captura una imagen, los datos de la postura del sensor con una marca de tiempo.

Cualquier otro metadato se puede almacenar de la misma manera. Los diferentes datos se pueden almacenar en asociación con un identificador de misión que identifica de forma única la misión de inspección y permite vincular los datos a los datos de misión que caracterizan la misión en su conjunto, tal como una identidad de la turbina, un tipo de modelo de la turbina, su ubicación geográfica, su propietario u operador, etc...

La ruta de vuelo de referencia puede ser en términos de ruta y postura del VANT o la ruta y postura del sensor de inspección. Los dos están relacionados por su posición relativa y los ángulos del cardán.

En unas realizaciones, para operar el VANT para volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real, se realiza la siguiente etapa:

• determinar al menos uno de la postura del VANT y la postura del sensor de inspección integrando datos de al menos uno de un sistema de navegación por satélite y un sistema de navegación inercial con datos de un sensor de distancia ubicado en el VANT y un modelo informático de al menos parte de la turbina.

Por lo tanto, el VANT puede comprender un sensor de inercia o un sistema basado en satélite para proporcionar datos de medición de su postura, o ambos. Un sistema de navegación por satélite es un sistema que usa satélites para proporcionar un posicionamiento geoespacial autónomo. Tal sistema puede ser el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), GLONASS, Galileo, BeiDou u otro sistema regional o nacional. El sensor de distancia puede ser un escáner láser, escáner lidar, basado en la triangulación o la medición del tiempo de vuelo, un escáner de ultrasonido, etc. o una combinación de los mismos.

En unas realizaciones, los datos del sensor de distancia comprenden un mapa de distancia real que comprende mediciones de distancia al menos en un plano que interseca la turbina, y el método comprende las etapas de

• determinar, del modelo informático, un mapa de distancia de referencia que comprende distancias desde el sensor de distancia hasta al menos una de la torre y la pala de acuerdo con la postura del sensor de distancia dentro del modelo informático;

• corregir la postura del sensor de distancia dentro del modelo informático de acuerdo con una transformación geométrica que hace coincidir el mapa de distancia real con el mapa de distancia de referencia.

El efecto de corregir la postura del sensor de distancia (y/o el VANT) dentro del modelo informático para mostrar su posición real respectiva refleja el hecho de que ahora se conoce una posición real corregida del sensor de distancia y el VANT. Esto permite corregir datos de posición GPS (u otros) inexactos mediante una comparación de las mediciones de distancia con el modelo de referencia. Como resultado, después de la corrección, el mapa de distancia de referencia recalculado con la postura corregida coincide con el mapa de distancia real.

Dado que el controlador de vuelo controla la ruta de vuelo real, la postura real correcta del sensor de distancia y del VANT normalmente da lugar a una corrección en la ruta de vuelo real.

Por lo tanto, el modelo informático no debe ser necesariamente un modelo 3D completo de la turbina, puede ser suficiente si permite determinar secciones planas de la pala y/o la torre vistas desde el VANT.

Corregir la postura del sensor de distancia es equivalente a corregir la postura del VANT dentro del modelo informático.

En unas realizaciones, la pala está dispuesta con su punta en su posición más baja, más cercana al suelo.

Dicho de otra forma, la pala se rota para apuntar hacia abajo, esencialmente paralela a la torre (cuando se ve en un plano normal al eje del rotor). Normalmente, el paso del rotor se ajusta de manera que la pala esté alineada con la torre, con el borde de ataque de la pala apuntando hacia afuera de la torre y el borde de salida de la pala apuntando hacia la torre.

Esto se denominará configuración estándar para inspección. En esta configuración, es posible medir, en el mismo plano, distancias desde el sensor de distancia tanto a la torre como a la pala.

En otras realizaciones, la configuración estándar puede ser con el rotor en otros ángulos, p.ej., con la pala apuntando hacia arriba o en posición horizontal.

En unas realizaciones, el mapa de distancia real comprende, en un plano horizontal, al menos una de una distancia desde el sensor de distancia a la torre y una distancia desde el sensor de distancia a la pala, en particular en cada caso la distancia mínima.

Si se miden estas dos distancias, luego la posición real del sensor de distancia (o, de manera equivalente, del VANT) en el plano se puede calcular por triangulación. La posición real en el plano se usa para corregir la posición dentro del modelo informático. Si solo se puede medir una, entonces la posición real se puede corregir al menos en la dirección de la medición.

En unas realizaciones, el método comprende la etapa de

• determinar la ruta de vuelo de referencia recuperando una ruta de vuelo genérica parametrizada y ajustando sus parámetros a los parámetros de una turbina real a inspeccionar.

Esto permite adaptar rápidamente un procedimiento de inspección estándar y una ruta de vuelo a una turbina real. Normalmente, la turbina real está dispuesta para estar en la configuración estándar para inspección.

En unas realizaciones, los parámetros definen al menos una altura de raíz, una envergadura y una longitud de cuerda de la pala, y opcionalmente también un diámetro de la torre y una distancia (más corta) entre la torre y la pala, un ángulo de la pala con respecto a la vertical, un ángulo de paso de la pala y el ángulo de la góndola.

Los parámetros reales no tienen que ser necesariamente idénticos a los parámetros enumerados anteriormente. Basta con que proporcionen información equivalente que permita determinar estos parámetros. Por ejemplo, la altura de la raíz de la pala sobre el nivel del suelo se puede determinar dando una altura de la punta sobre el suelo y sumando la envergadura.

Normalmente, el modelo parametrizado es para una turbina en la configuración estándar para inspección.

En unas realizaciones, la ruta de vuelo de referencia comprende datos que definen al menos una de una ruta de referencia para el VANT y una ruta de referencia para el sensor de inspección, y datos de referencia que definen la orientación del sensor de inspección

Dicho de otra forma, la ruta de vuelo de referencia se puede definir "directamente" en términos de una ruta de la postura del sensor de inspección a lo largo del tiempo, o "indirectamente" en términos de una ruta del VANT junto con la orientación del sensor de inspección a lo largo de esta ruta.

En unas realizaciones, la ruta de vuelo de referencia comprende una sección de inicialización con una verificación de plausibilidad, y el método comprende las etapas de:

• hacer volar el VANT a una altura superior a la altura de la punta;

• determinar, con un sensor de distancia, un mapa de distancia real que comprende mediciones de distancia al menos en un plano (normalmente horizontal) que interseca la turbina;

• verificar si una sección del mapa de distancia real puede coincidir con la pala y otra sección separada del mapa de distancia real puede coincidir con la torre, y que la disposición relativa de estas dos secciones es la esperada. Esto permite verificar errores en la configuración de varios parámetros que definen la ruta de vuelo de referencia en el espacio real. Por ejemplo, si hay un error, el VANT podría acercarse a la turbina desde (visto desde el frente), p. ej., el lado izquierdo en lugar del lado derecho como se desee. Esto haría que el sensor de distancia observara, al escanear de izquierda a derecha, primero la torre, luego un espacio vacío (distancia casi infinita) y luego la pala. Sin embargo, la expectativa es observar primero la pala, luego el espacio vacío, luego la torre. En caso de desajuste, la misión puede ser abortada, antes de que el VANT continúe operando en condiciones iniciales falsas. Otros errores que se pueden detectar de esta manera son una orientación o ubicación horizontal incorrecta, que debería, por ejemplo, hacer que la pala se oculte detrás de la torre o hacer que las dos se superpongan. La torre se puede identificar en las mediciones de distancia por tener un contorno redondo, siendo la pala plana o curvada a lo largo de sus líneas de cuerda. En la configuración estándar para inspección, las líneas de cuerda se encuentran esencialmente en planos horizontales.

En unas realizaciones, la ruta de vuelo de referencia comprende una sección de calibración de altura, y el método comprende las etapas de:

• hacer volar el VANT a una altura superior a la altura de la punta;

• determinar, con un sensor de distancia, un mapa de distancia real que comprende mediciones de distancia al menos en un plano (normalmente horizontal) que interseca al menos la pala;

• verificar si una sección del mapa de distancia real puede coincidir con la pala;

• controlar el VANT para reducir su altura, repitiendo continuamente las etapas para determinar el mapa de distancia real y verificar la presencia de la pala hasta que ya no se detecte la pala, indicando esto que el VANT está en realidad a la altura de la punta;

• corregir una altura modelada del VANT dentro de un modelo informático que comprende una postura del VANT para que se corresponda con la altura de la punta.

Esto permite calibrar la altura del VANT y, por lo tanto, de las secciones posteriores de la ruta de vuelo de referencia, de acuerdo con la altura real de la punta. Cualquier error inicial en la altura del suelo o en las lecturas de altura del GPS, etc., puede así reducirse o eliminarse.

De acuerdo con realizaciones adicionales, la altura del VANT se corrige en otros puntos a medida que el VANT sigue su ruta de vuelo. Esto se puede hacer en función del mapa de distancia real, cuando se observan otras características de la pala y/o torre, en particular, las características que causan discontinuidades en el mapa de distancia real y están ubicadas a una altura que se representa en el modelo. Por ejemplo, esta puede ser la raíz de la pala. Como alternativa, se pueden usar otros sensores y características relacionadas, tal como el sensor de inspección. Por ejemplo, si el sensor de inspección es una cámara, se pueden usar marcas o desviaciones que están en una ubicación conocida en la pala, junto con información sobre la postura del sensor de inspección en relación con el marco de referencia del VANT, para corregir su posición.

En unas realizaciones, la ruta de vuelo real se deriva de la ruta de vuelo de referencia mediante las etapas de, repetidamente en puntos en el tiempo que se suceden:

• ingresar (a un controlador de vuelo) la ruta de vuelo de referencia, una posición relativa de referencia del VANT en relación con la pala, y una posición relativa medida del VANT en relación con la pala,

• (el controlador de vuelo) determinar la ruta de vuelo real como una desviación de la ruta de vuelo de referencia que reduce o que elimina una diferencia entre la referencia y la posición relativa medida del VANT en relación con la pala.

Esto permite corregir la ruta de vuelo real de acuerdo con la situación actual. De lo contrario, si la curvatura de la pala o de una parte específica de la pala, tal como uno de los bordes, se desvía de la curvatura implícita en la ruta de vuelo de referencia, sin esta corrección, la distancia entre la pala y el VANT y el sensor de inspección variaría. Con la corrección, el VANT puede, por ejemplo, seguir la ruta de vuelo de referencia con respecto a la posición vertical y con respecto a su orientación, pero manteniendo la posición de referencia deseada con respecto a la posición horizontal, de acuerdo con las mediciones de posición horizontal del sensor de distancia.

La ruta de vuelo real se puede determinar mediante procedimientos de optimización o métodos de control conocidos, tal como un filtro de Kalman, Modelo de Control Predictivo (MPC), en particular, métodos de Control Funcional Predictivo (PFC), etc.

Al determinar la ruta de vuelo real, el controlador de vuelo puede modificar la ruta de vuelo para limitar la aceleración del VANT a valores que se pueden realizar físicamente.

En unas realizaciones, la referencia y la posición relativa medida son uno de

• una posición relativa en el espacio 3D;

• una posición relativa en un plano (normalmente horizontal), definida en las dos dimensiones que abarca el plano;

• una distancia, tal como la distancia al punto más cercano de la pala, o a un punto distintivo de la pala, tal como el borde de ataque o el borde de salida.

Donde la posición relativa se define en el espacio 3D, las desviaciones se pueden determinar de acuerdo con el tipo de sensores que están disponibles. Si un escáner 3D puede observar al menos una parte de la turbina, sus mediciones se pueden usar para determinar la desviación.

Cuando la posición relativa se define en un plano, o con respecto a las mediciones realizadas por un sensor en un plano, entonces este plano de medición normalmente se encuentra al menos aproximadamente normal a la ruta de vuelo, o a una sección de la ruta de vuelo en la que está activa esta corrección de la ruta de vuelo. De este modo, en una sección de la ruta de vuelo en la que el VANt viaja en dirección vertical, hacia arriba o hacia abajo, el plano de medición es horizontal.

Este método se puede aplicar en general a la inspección de objetos que no sean palas de turbinas. Luego se define la posición relativa de referencia en relación con dicho objeto a inspeccionar.

En unas realizaciones, el método comprende la etapa de:

• controlar una orientación del sensor de inspección para centrar su campo de visión en una sección de la pala que se está inspeccionando, en particular controlando una orientación horizontal (guiñada) del sensor de inspección. Esto permite, por ejemplo, enmarcar imágenes tomadas por una cámara para mostrar la pala al menos aproximadamente centrada en la imagen. En particular, con la turbina en la configuración estándar para inspección, y la pala apuntando hacia abajo desde el rotor, el sensor de inspección o la cámara observarán una sección vertical de la pala y debe estar centrada horizontalmente dentro de la imagen. La orientación se puede controlar rotando el VANT como un todo. De manera alternativa o adicional, se puede controlar por el cardán que lleva el sensor de inspección, en particular controlando el ángulo de guiñada del cardán. El cardán también se puede usar para controlar el paso del sensor de inspección para apuntarlo hacia áreas donde el movimiento del VANt en la dirección vertical es limitado, p.ej., cerca de la raíz de la pala.

En unas realizaciones, el método comprende la etapa de:

• controlar un ajuste de enfoque del sensor de inspección (cámara) de acuerdo con una medición de distancia realizada por el sensor de distancia.

Dada, en una cámara, la relación entre la posición de una lente, o la posición de un anillo de enfoque, y el ajuste o distancia de enfoque, la posición de la lente se puede configurar y controlar rápidamente mediante un accionamiento mecánico que gira el anillo de enfoque, de acuerdo con el ajuste de enfoque deseado. Desde el punto de vista del control, esta es una disposición de control de bucle abierto, con la distancia como entrada y el ajuste de enfoque como salida. No obstante, puede haber un bucle de control cerrado local para girar el anillo de enfoque a un punto de referencia. Esta disposición permite controlar el enfoque de forma más rápida y precisa que con el enfoque automático óptico a través de la lente.

En unas realizaciones, el método comprende las etapas de:

• determinar una posición relativa del sensor de inspección (tal como una cámara) con respecto a la pala por medio del sensor de distancia;

• a partir de esta posición relativa y de un modelo informático de la pala, determinar para un punto de enfoque en la pala, la distancia de este punto de enfoque al sensor de inspección;

• controlar un ajuste de enfoque del sensor de inspección (o cámara) para que corresponda a la distancia de este punto de enfoque.

El punto de enfoque es un punto de interés que debe estar enfocado al capturar una imagen. Esto puede ser un punto en una línea particular a lo largo de la pala, tal como una línea de costura o uno de los bordes. También puede ser una ubicación en la que se espera que haya una desviación, p.ej., en función de la información de una misión de inspección anterior. En el caso de que el sensor de distancia no proporcione una distancia al punto de enfoque, la distancia se puede extraer del modelo informático de la pala y la postura del VANT o del sensor de inspección. La precisión de esta distancia se puede aumentar determinando la posición relativa del sensor de inspección o cámara con respecto a la pala por medio del sensor de distancia. Esta posición relativa puede ser una posición en el espacio 3D, o en dos dimensiones en un plano, o simplemente una medición de distancia. Dependiendo de cuál sea, la posición relativa mantenida en el modelo informático se puede corregir en una o más dimensiones.

El vehículo aéreo no tripulado para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica está programado para realizar una o más de las etapas del método descritas en el presente documento.

En una realización, un programa informático para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica se puede cargar en una memoria interna de un ordenador digital o un sistema informático que controla el VANT, y comprende instrucciones ejecutables por ordenador para hacer que uno o más procesadores del VANT ejecuten las etapas del método presentadas en el presente documento. En otra realización, un producto de programa informático comprende un medio legible por ordenador que tiene las instrucciones ejecutables por ordenador grabadas en el mismo. El medio legible por ordenador preferentemente es no transitorio; es decir, tangible. En otra realización más, el programa informático se incorpora como una señal legible por ordenador reproducible y, por lo tanto, puede transmitirse en forma de tal señal. La ejecución del método puede implicar que el programa informático interactúe con un usuario, por medio de dispositivos de salida tal como una pantalla, impresora, etc., y dispositivos de entrada tal como un teclado, dispositivo de apuntado, pantalla táctil, etc.

Otras realizaciones son evidentes a partir de las reivindicaciones de patente dependientes. Las características de las reivindicaciones del método pueden combinarse con las características de las reivindicaciones del dispositivo y viceversa.

La materia objeto de la invención se explicará con más detalle en el siguiente texto con referencia a ejemplos de realización que se ilustran en los dibujos adjuntos, que muestran esquemáticamente:

figura 1 una turbina eólica y una ruta de vuelo de referencia;

figura 2 un VANT;

figura 3 corrección de la postura de un sensor de distancia dentro de un modelo informático de la turbina; figura 4 derivación de una ruta de vuelo real a partir de una ruta de vuelo de referencia;

figura 5 enfoque de una cámara sobre un punto de enfoque en una pala de turbina;

figura 6 datos mejorados del sensor capturados por el VANT; y

figura 7 datos mejorados del sensor mostrados en un dispositivo de visualización.

En principio, las partes idénticas se proporcionan con los mismos símbolos de referencia en las figuras.

La figura 1 muestra esquemáticamente una turbina eólica 10 que comprende una torre 1 que soporta una góndola que encierra un tren motriz que acciona un generador eléctrico a través de una caja de cambios. Las palas de turbina 3 están dispuestas en un cubo para formar un rotor 2 que acciona el tren motriz.

Cada pala 3 normalmente se sujeta en su extremo de raíz 32 y luego "se extiende" radialmente. Cada pala 3 normalmente se sujeta en su extremo de raíz 32 y luego "se extiende" radialmente "hacia fuera" hasta un extremo libre o punta 31. La distancia desde la punta 31 hasta la raíz 32, en el extremo opuesto de la pala 3, se llama "envergadura". El borde frontal o de ataque 33 de la pala 3 conecta los puntos más adelantados de la pala 3 que contactan primero con el aire. El borde trasero o de salida 34 de la pala 3 es donde el flujo de aire que ha sido separado por el borde de ataque 33 se reúne después de pasar sobre una superficie o lado de succión 35 y una superficie o lado de presión 36 de la pala.

Una "línea de cuerda" conecta los bordes de ataque y salida de la pala 3 en la dirección del flujo de aire típico a través de la pala. La longitud de la línea de cuerda se llama cuerda. Dado que muchas palas 10 cambian su cuerda a lo largo de la envergadura, de la longitud de la cuerda se conoce como la "cuerda de raíz", cerca de la raíz, y el "cordón de la punta", cerca de la punta de la pala. Las líneas de cuerda están dispuestas en los "planos de cuerda" que se extienden a través de las corrientes sin turbulencia en las correspondientes superficies de presión y succión de la pala.

La figura 1 también muestra una ruta de vuelo de referencia 54a. La ruta de vuelo de referencia 54a se puede generar a partir de una ruta de vuelo genérica 53 al escalarla de acuerdo con las dimensiones reales, expresado por un conjunto de parámetros, de la turbina 10 a inspeccionar. Por ejemplo, los parámetros pueden comprender altura de la torre

diámetro de la torre

distancia de la torre al centro de la pala

longitud de la pala

ángulo de inclinación de la pala

La ruta de vuelo muestra una primera sección 531 en la que el VANT 4 vuela a una altura a la que se espera que tanto la torre 1 como la pala 3 sean visibles en un escaneo horizontal por el sensor de distancia 44. Si son de hecho visibles, y en la disposición relativa correcta, la inspección procede a lo largo de la ruta de vuelo. En una segunda sección, 532 el VANT 4 desciende lentamente, escaneando continuamente al menos la pala 3 con el sensor de distancia 44, con un plano de escaneo 48 al menos aproximadamente horizontal, hasta que ya no se detecte la pala 3. Esto significa que el VANT 4 se ha movido más allá de la punta 31, y se puede calibrar la altura del VANT 4 sobre el suelo o en relación con la turbina 10. La altura de la punta 31 en relación con el VANT 4 se puede ubicar mediante el sensor de distancia 44 de manera más precisa moviendo el VANT 4 hacia arriba o hacia abajo, o controlando el paso del cardán 41, rotando así el plano de medición o el plano de escaneo 48 del sensor de distancia 44.

La ruta de vuelo muestra varias secciones 533 a lo largo de las cuales el VANT 4 se mueve a lo largo de la envergadura de la pala 3 en rutas verticales, hacia arriba o hacia abajo. Cada una de dichas secciones verticales cubre la envergadura de la pala 3 y, por lo tanto, las imágenes tomadas a lo largo de una sección cubren una sección circunferencial de la pala. Las secciones verticales están dispuestas alrededor de la pala 3, y así las imágenes 6 de todas las secciones verticales juntas pueden proporcionar una vista completa de la superficie de la pala 3.

La figura 2 muestra esquemáticamente un vehículo aéreo no tripulado (VANT) 4, tal como un multicóptero, ya que se puede usar en realizaciones de la invención. Lleva un sensor de inspección 42 suspendido por un cardán 41, giratorio alrededor de al menos dos o tres ángulos de Euler. El sensor de inspección 42 normalmente es una cámara óptica y en lo sucesivo se denominará como tal. Sin embargo, se pueden imaginar otros tipos de sensores de inspección, tales como dispositivos que operan en los intervalos no ópticos del espectro electromagnético, sensores de alcance, etc. La cámara 42 comprende un accionamiento de enfoque 43 para cambiar un ajuste de enfoque de la lente de la cámara.

Adjunto y movido con el sensor de inspección (cámara) 42 hay un sensor de distancia 44. En otras realizaciones, el sensor de distancia 44 está unido y se mueve con un cuerpo principal del VANT 4 y no con el cardán 41. El sensor de distancia 44 puede generar un mapa de profundidad 2D o una secuencia lineal de mediciones de distancia a partir de distancias de escaneo dentro de un plano de escaneo 48. La mayoría de las realizaciones ilustrativas descritas en el presente documento se basarán en esto último. Un mapa de profundidad 2D comprende información 3D en el sentido de que comprende una matriz 2D de datos, en donde los datos indican la distancia desde un punto (tal como un sensor) o en general también desde un plano.

El VANT 4 comprende un módulo GPS 45 y/o un sensor adicional 46, tal como sensor de inercia, giroscopio, barómetro y/o brújula. Un controlador de vuelo 47 está dispuesto para integrar datos del GPS 45 y/o del sensor adicional 46 y el sensor de distancia 44, y un modelo informático de un objeto a inspeccionar, tal como una turbina eólica 10, y para generar comandos de vuelo tales como vectores de posición o velocidad para ser ejecutados por el VANT 4. Esto se puede hacer, en un momento y lugar determinados, determinando la postura del VANt 4, comparándola con la postura de acuerdo con la ruta de referencia y calculando los comandos de vuelo en función de la postura actual, información de velocidad y aceleración para mover el VANT a la siguiente posición a lo largo de la ruta de referencia en un punto futuro en el tiempo. La ruta de referencia y la siguiente postura incluyen normalmente vectores de velocidad de referencia.

La figura 3 ilustra un método para corregir la postura del sensor de distancia 44 dentro del modelo informático. La figura muestra una sección a través de la torre 1 y la pala 3 a inspeccionar, siendo el plano de sección el plano de escaneo 48 del sensor de distancia 44 en su postura actual. Normalmente, el plano de escaneo 48 es horizontal, pero también se puede inclinar, y esto se puede tener en cuenta al calcular la sección. Las líneas continuas muestran dónde, dentro del modelo informático, la torre 1 y la pala 3 están situadas en relación con el sensor de distancia. Estas son sus posiciones esperadas y constituyen un mapa de distancia de referencia 56a visto desde el sensor de distancia en su posición modelada 44a con respecto a la torre 1 y la pala 3. Las mediciones reales del sensor de distancia 44 constituyen un mapa de distancia real 56b, indicado por cruces, en su relación con la posición del sensor de distancia 44. Si hay un desajuste, como se ilustra, esto significa que la posición esperada 44a, como se representa en el modelo informático, es incorrecta. Para corregir la posición del sensor, el mapa de distancia real 56b se puede hacer coincidir con el mapa de distancia de referencia 56a y la posición del sensor se puede corregir en consecuencia. Por ejemplo, dado el mapa de distancia real 56b que comprende una multitud de puntos de medición (es decir, las cruces), este conjunto de puntos de medición se puede trasladar y rotar para que coincida mejor con la parte del mapa de distancia de referencia 56a que es visible para el sensor de distancia 44. Traducir y rotar la postura del sensor de distancia 44 de la misma manera da la posición corregida 44b del sensor de distancia 44.

En otra realización, los mapas de distancia real y de referencia comprenden solo las distancias desde el sensor de distancia 44 hasta los puntos más cercanos en la torre 1 y la pala 3, como distancias de referencia 55a y distancias reales 55b, respectivamente. Estas distancias se pueden usar para triangular la posición corregida 44b del sensor de distancia 44 con respecto a la torre y la pala 3. En este caso, dado que las mediciones de distancia única proporcionan información limitada, es ventajoso tener la pala 3 dispuesta con su punta 31 en su posición más baja, más cerca del suelo, es decir, en la configuración estándar para inspección. Esto permite que el sensor de distancia 44 mida la distancia tanto a la pala 3 como a la torre 1 en barrido horizontal, distancias desde las se puede triangular la posición corregida.

Los mapas de distancia y posiciones que se muestran en la figura 3 están ubicados dentro de un plano que coincide con el plano en el que se realizan las mediciones del sensor de distancia 44, es decir, el plano de medición o escaneo 48. Este plano es generalmente normal a la dirección de vuelo del VANT 4, y normalmente horizontal donde el VANT 4 se mueve en dirección vertical. El mapa de distancia de referencia 56a se puede actualizar y adaptar a la postura del VANT 4 y el sensor de distancia 44, determinando la orientación del plano de escaneo 48, y calculando, en el modelo informático, la intersección de este plano con la torre modelada 1 y la pala 3.

La figura 4 ilustra un método para derivar la ruta de vuelo real 54b a partir de la ruta de vuelo de referencia 54a. Una posición relativa de referencia del VANT 4 en relación con la pala 3 en este ejemplo es la distancia entre el VANT 4 y una curva en la pala 3. Esta curva puede ser el borde de ataque 33 de la pala 3, como se muestra en el ejemplo, u otro borde, o la línea en la superficie de la pala 3 que está más cerca del VANT 4, etc. La trayectoria esperada de esta curva se denota por 33a. Esta curva esperada es "explícita", es decir, es parte de un modelo informático de la pala y puede derivarse del modelo informático. Como alternativa, la curva esperada puede estar "implícita" en la ruta de vuelo de referencia 54a, es decir, si el VANT 4 sigue la ruta de vuelo de referencia 54a, se espera que esté a una distancia constante de la curva esperada. En ambos casos, puede suceder que la curva real se desvíe de la esperada.

Para adaptar la ruta de vuelo real 54b a tales desviaciones, el VANT 4 determina una posición relativa medida del VANT 4 en relación con la pala 3 y corrige su trayectoria de manera que sigue una posición relativa de referencia dada del VANT 4 en relación con la pala 3. En general, la posición relativa de referencia puede ser una función dependiente de la posición y/o del tiempo, y/o puede especificar la posición relativa en dos dimensiones con respecto a la pala 3, en particular una sección transversal de la pala 3. En una implementación simple, la posición relativa de referencia es solo una distancia, en particular una distancia constante. Esto se ilustra en la figura 4 por una distancia de referencia dr que debe mantenerse entre la ruta de vuelo real 54b y la curva, con trayectoria esperada 33a. Con el VANT 4 moviéndose hacia arriba, al principio, en la parte inferior de la figura, la distancia d de las dos es igual a la distancia de referencia dr. Más arriba, la curva real 33b en la pala 3 se desvía de la trayectoria esperada 33a. Esto hace que la distancia d sea menor que la distancia de referencia dr. Además, el controlador de vuelo 47 ha modificado la ruta de vuelo real 54b, alejándolo más de la pala 3, controlando la distancia real d para que coincida con la distancia de referencia dr.

La figura 5 ilustra un método para enfocar la cámara 42 sobre un punto en la pala 3 integrando una medición de distancia con datos del modelo informático. El sensor de distancia 44, llevado en la misma ubicación que la cámara 42 por simplicidad, mide la distancia más cercana a la pala 3. O, más en general, la ubicación relativa del sensor de distancia 44 y, por lo tanto, también la cámara 42 se determina como en el método ilustrado en la figura 3 para corregir la postura del sensor de distancia 44 dentro del modelo informático. Así, se determina o corrige la posición relativa de la cámara 42 con respecto a la pala 3. A partir de esto, la distancia a cualquier punto de interés en la pala 3, llamada punto de enfoque 63, se puede calcular. Dada esta distancia, se puede establecer el ajuste de enfoque de la cámara 42, p. ej., por un accionamiento que gira un anillo de enfoque de la lente de la cámara.

Esto hace posible enfocar lugares en la pala 3 que no podrían enfocarse rápida y confiablemente por otros medios. Por ejemplo, un método de enfoque automático ingenuo se enfocaría en el centro de la imagen, a lo largo de la línea de visión de la cámara (indicada por una flecha). Esto produciría potencialmente una lectura del sensor que no está enfocada de manera óptima en el objetivo de inspección (p. ej., una imagen borrosa).

La figura 6 ilustra una secuencia de datos de sensor 71, en este caso una secuencia de imágenes o datos de imagen 72 y su relación con otros datos. Los datos de imagen 72 se capturan a intervalos espaciales regulares a medida que el VANT 4 se mueve a lo largo de la pala 3, a lo largo de secciones esencialmente verticales de la ruta de vuelo real 54b, subiendo o bajando. Cada imagen se almacena como un conjunto de datos mejorados de sensor 7, que comprende los datos de sensor 71, en este caso datos de imagen 72, junto con los metadatos de sensor 73. Los metadatos de sensor 73 comprenden datos de postura del sensor 74 que representan la postura de la cámara 42 cuando se capturó la imagen, y otros metadatos 75, normalmente generados por la cámara 42. Los datos mejorados de sensor 7 se pueden asociar a un identificador de misión, p.ej., una cadena de caracteres, que identifica de manera única la misión de inspección.

Para una misión de inspección típica que cubra una pala, con una resolución de aproximadamente cinco Píxeles por milímetro y con 30 MP por imagen, los datos de imagen 72 pueden usar aproximadamente 12 GB de almacenamiento informático.

La figura 7 muestra la secuencia de imágenes 6 presentadas en un dispositivo de visualización 8, dispuesto en una cuadrícula 610, con filas que comprenden imágenes 6a, 6c tomadas esencialmente a la misma altura (a lo largo de la envergadura de la pala 3, suponiendo que la pala 3 está en posición vertical, apuntando hacia abajo). Las columnas comprenden las imágenes 6a, 6b de la misma sección vertical de la pala 3. En unas realizaciones, hay una o más filas y una o más columnas. Un elemento de desplazamiento de cuadrícula vertical 611 está configurado para, de acuerdo con la entrada del usuario, desplazar la una o más columnas de la cuadrícula 610 verticalmente. En la figura, la posición de desplazamiento vertical es tal que la fila más baja, mostrando la punta desde diferentes ángulos, solo se muestra parcialmente. También puede estar presente un elemento de desplazamiento horizontal (que no se muestra en la figura).

Las imágenes 6a, 6b, 6c muestran la pala 3 frente a un paisaje, y en algunas imágenes se ve una desviación 69 que es un defecto. En el presente ejemplo, las desviaciones 69 o defectos vistos en las tres imágenes de la fila central corresponden todas al mismo defecto físico. En la fila más baja, la región oscura corresponde a un parche creado cuando se reparó la pala 3.

Para una imagen seleccionada por el usuario 6, indicada por un borde grueso, se muestran los datos de postura del sensor 74 y más metadatos de sensor 75 asociados a la imagen. En la pantalla 8 también se puede mostrar información adicional, tal como los metadatos de sensor 73 pertenecientes a todas las imágenes, en asociación con las imágenes 6.

La interfaz de usuario permite que un usuario seleccione una de las imágenes 6a, 6b, 6c para una vista ampliada, que se muestra como una sección ampliada 6d de la imagen seleccionada. El usuario puede establecer un nivel de zum o un factor de amplificación. El ejemplo muestra una sección de la imagen etiquetada como 6c ampliada. La parte de esta imagen 6c "sin zum" que se está ampliando se identifica mediante un cuadro de zum 614. La vista ampliada comprende un elemento de desplazamiento vertical 612 y un elemento de desplazamiento horizontal 613. Si bien la invención se ha descrito en las presentes realizaciones, se entiende claramente que la invención no se limita a ello, sino que puede realizarse y practicarse de otra manera diversamente dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica, usando un vehículo aéreo no tripulado (VANT) (4), que comprende al menos un sensor de inspección (42) para adquirir los datos de sensor (71), comprendiendo el método las etapas de:

• determinar una ruta de vuelo de referencia (54a) para el VANT (4);

• operar el VANT (4) para volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real (54b), derivada de la ruta de vuelo de referencia (54a),

• adquirir, mientras el VANT (4) vuela a lo largo de una o de más secciones de la ruta de vuelo real (54b) con el sensor de inspección (42), múltiples conjuntos de datos de sensor (71),

caracterizado por que el método comprende las etapas de:

• almacenar cada conjunto de datos de sensor (71) en asociación con datos de postura de sensor (74) que definen la postura del sensor de inspección (42) en el momento en que se adquirió el conjunto de datos de sensor (71); y por que

para operar el VANT (4) con el fin de volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real (54b), se realiza la siguiente etapa:

• determinar al menos una de la postura del VANT (4) y de la postura del sensor de inspección (42), integrando datos de al menos uno de un sistema de navegación por satélite (45) y de un sistema de navegación inercial (46) con datos de un sensor de distancia (44) situado en el VANT (4), y con un modelo informático de al menos parte de la turbina (10).

2. El método de la reivindicación 1, en el que los datos del sensor de distancia (44) comprenden un mapa de distancia real (56b), que comprende mediciones de distancia al menos en un plano que interseca la turbina (10), y que comprende las etapas de:

• determinar, a partir del modelo informático, un mapa de distancia de referencia (56a) que comprende distancias desde el sensor de distancia (44) hasta al menos una de la torre (1) y la pala (3) de acuerdo con la posición del sensor de distancia (44) dentro del modelo informático;

• corregir la postura del sensor de distancia (44) dentro del modelo informático de acuerdo con una transformación geométrica que hace coincidir el mapa de distancia real (56b) con el mapa de distancia de referencia (56a).

3. El método de la reivindicación 2, en el que la pala (3) está dispuesta con su punta (31) en su posición más baja, más cercana al suelo.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el mapa de distancia real (56b) comprende, en un plano horizontal, al menos una de una distancia del sensor de distancia (44) a la torre (1) y de una distancia del sensor de distancia (44) a la pala (3), en particular en cada caso la distancia mínima.

5. El método de una de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de:

• determinar la ruta de vuelo de referencia (54a), recuperando una ruta de vuelo genérica parametrizada (53), y ajustando sus parámetros a los parámetros de una turbina real a inspeccionar.

6. El método de la reivindicación 5, en el que los parámetros definen al menos una altura de raíz, una envergadura y una longitud de cuerda de la pala (3), y opcionalmente también un diámetro de la torre (1) y una distancia entre la torre (1) y la pala (3), y opcionalmente uno o más de un ángulo de la pala relativo a la vertical, un ángulo de paso de la pala y un ángulo de la góndola.

7. El método de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la ruta de vuelo de referencia (54a) comprende datos que definen al menos una de una trayectoria de referencia para el VANT (4) y una trayectoria de referencia para el sensor de inspección (42), y datos de referencia que definen la orientación del sensor de inspección (42).

8. El método de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la ruta de vuelo de referencia (54a) comprende una sección de inicialización con una verificación de plausibilidad, comprendiendo el método las etapas de:

• hacer volar el VANT (4) a una altura por encima de la altura de la punta (31);

• determinar, con un sensor de distancia (44), un mapa de distancia real (56b) que comprende mediciones de distancia al menos en un plano que interseca la turbina (10);

• verificar si se puede hacer coincidir una sección del mapa de distancia real (56b) con la pala (3) y se puede hacer coincidir otra sección separada del mapa de distancia real (56b) con la torre (1), y que la disposición relativa de estas dos secciones es la esperada.

9. El método de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la ruta de vuelo de referencia (54a) comprende una sección de calibración de altura, comprendiendo el método las etapas de:

• determinar, con un sensor de distancia (44), un mapa de distancia real (56b), que comprende mediciones de distancia al menos en un plano que interseca al menos la pala (3);

• verificar si se puede hacer coincidir una sección del mapa de distancia real (56b) con la pala (3);

• controlar el VANT (4) para reducir su altura, repitiendo continuamente las etapas de determinar el mapa de distancia real (56b) y verificar la presencia de la pala (3) hasta que ya no se detecte la pala (3), indicando esto que el VANT (4) está en realidad a la altura de la punta (31);

• corregir una altura modelada del VANT (4) dentro de un modelo informático que comprende una postura del VANT (4) para que corresponda a la altura de la punta (31).

10. El método de una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la ruta de vuelo real (54b) se deriva de la ruta de vuelo de referencia (54a) mediante, repetidamente en puntos en el tiempo que se suceden, las etapas de:

• ingresar la ruta de vuelo de referencia (54a), una posición relativa de referencia del VANT (4) en relación con la pala (3) y una posición relativa medida del VANT (4) en relación con la pala (3),

• determinar la ruta de vuelo real (54b) como una desviación de la ruta de vuelo de referencia (54a) que reduce o que elimina una diferencia entre la referencia y la posición relativa medida del VANT (4) en relación con la pala (3).

11. El método de la reivindicación 10, en el que la referencia y la posición relativa medida son una de:

• una posición relativa en el espacio 3D;

• una posición relativa en un plano, definida en las dos dimensiones que abarca el plano;

• una distancia, tal como la distancia al punto más cercano de la pala (3), o a un punto distintivo de la pala (3) tal como el borde de ataque (33) o el borde de salida (34).

12. El método de una de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de:

• controlar una orientación del sensor de inspección (42) para centrar su campo de visión en una sección de la pala (3), que se está inspeccionando, en particular controlando una orientación horizontal (guiñada) del sensor de inspección (42).

13. El método de una de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de:

• controlar un ajuste de enfoque del sensor de inspección (42) de acuerdo con una medición de distancia realizada por el sensor de distancia (44).

14. El método de la reivindicación 13, que comprende las etapas de:

• determinar una posición relativa del sensor de inspección (42) con respecto a la pala (3) por medio del sensor de distancia (44);

• a partir de esta posición relativa y de un modelo informático de la pala (3), determinar para un punto de enfoque (63) en la pala (3), la distancia de este punto de enfoque (63) al sensor de inspección (42);

• controlar un ajuste de enfoque del sensor de inspección (42) para que corresponda a la distancia de este punto de enfoque (63).

15. Un vehículo aéreo no tripulado (VANT) (4) para adquirir datos de sensor relacionados con una turbina eólica, que comprende al menos un sensor de inspección (42) para adquirir los datos de sensor (71), estando el VANT (4) programado para realizar las etapas de:

• determinar una ruta de vuelo de referencia (54a) para el VANT (4);

• adquirir, mientras el VANT (4) vuela a lo largo de una o de más secciones de la ruta de vuelo real (54b), con el sensor de inspección (42), múltiples conjuntos de datos de sensor (71),

caracterizado por que el VANT (4) está programado para realizar las etapas de:

• almacenar cada conjunto de datos de sensor (71) en asociación con datos de postura de sensor (74) que definen la postura del sensor de inspección (42) en el momento en que se adquirió el conjunto de datos de sensor (71); y

para operar el VANT (4) con el fin de volar automáticamente a lo largo de una ruta de vuelo real (54b), para realizar la etapa de:

• determinar al menos una de la postura del VANT (4) y de la postura del sensor de inspección (42), integrando datos de al menos uno de un sistema de navegación por satélite (45) y de un sistema de navegación inercial (46) con datos de un sensor de distancia (44), situado en el VANT (4), y de un modelo informático de al menos parte de la turbina (10).