基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置、无人机及方法与流程

本发明涉及风机叶片跟踪检测，具体地，涉及一种基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置、无人机及方法。

背景技术：

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。风力发电机一般有叶片、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

在风力发电机的长期运行过程中，叶片的表面会呈现出各种损伤，例如叶片保护膜损伤、叶片掉漆、叶片结冰、叶片裂纹以及叶片油污等。

目前，对叶片表面进行损伤检测时，通常采用人工爬上风力发电机进行检测，不仅会花费大量的人力，而且在人工爬上风力发电的进行检测的时候需要高空作业，作业人员的安全具有一定的风险。

因此通过无人机装载摄像头进行风机检测，能够很好的代替人工进行检测。但是无人机装载摄像头进行工作时，采用gps进行定位，但是gps定位存在误差且建模形成无人机的飞行路线时也存在一定的误差，无法保证风机叶片一直处于摄像头拍摄画面的中心，甚至出现偏离出拍摄画面的情况，因此需要一直对叶片进行跟踪拍摄的方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置、无人机及方法。

根据本发明提供的基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置，包括云台、相机以及激光模块；

所述云台的前端设置有一安装台；所述云台驱动所述安装台沿第一方向转动；所述安装台的一侧面设置有所述相机，另一侧面设置有所述激光模块；

所述激光模块设置有至少两个激光发射口，所述相机的镜头朝向和所述激光模块的激光发射口朝向相同。

优选地，所述云台包括安装板、第一电机、第一连杆、第二电机、第二连杆、第三电机以及安装台；

所述安装板上设置有电机安装槽；所述电机安装槽内安装有第一电机；所述第一电机驱动第一连杆沿第二方向转动；所述第一连杆的上端连接所述第一电机的输出轴，下端设置有第二电机；所述第二电机驱动第二连杆沿第三方向转动；

所述第二连杆一端设置有第三电机；所述第三电机驱动安装台沿第一方向转动；所述安装台的一端与所述第三电机的输出轴连接，另一端与所述第二连杆一端铰接；

所述安装台的上侧面设置有所述相机，下侧面设置有所述激光模块。

优选地，所述第二连杆呈u形，所述第二电机的输出轴连接所述第二连杆的中点端；

所述安装台呈框形；所述安装台的内侧安装所述相机，下侧面设置有所述激光模块；

所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向相互垂直。

根据本发明提供的无人机，用于叶片自动跟踪检测，包括无人本体和所述的基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置；

所述无人本体的下侧面设置有安装件；

所述叶片跟踪检测挂载装置的安装板连接所述安装件。

优选地，还包括机载电脑；

所述机载电脑装载在所述无人本体上；

所述叶片跟踪检测挂载装置上的相机、激光模块、第一电机、第二电机以及第三电机电连接所述机载电脑。

根据本发明提供的基于激光光斑的叶片跟踪检测方法，用于通过无人机进行风机叶片的检测，采用所述的无人机，包括如下步骤：

步骤s1：控制所述无人机从风机叶片的一侧边进行从叶尖区域至叶根区域或从叶根区域至叶尖区域飞行并通过所述无人机上设置的激光模块对风机叶片进行照射，在所述风机叶片上形成激光光斑；

步骤s2：当在所述风机叶片上有两个激光光斑时，控制所述云台向一方向运动，使得所述风机叶片仅具有一激光光斑；

步骤s3：当所述风机叶片没有激光光斑时，控制所述云台向另一方向运动，使得所述风机叶片具有一激光光斑；

步骤s4：随着所述无人机飞行，重复执行步骤s2至s3，使得风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间，实现通对所述叶片进行追踪探测。

优选地，在步骤s2和步骤s3中控制所述风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间时，包括如下步骤：

步骤m1：控制位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边的距离位于一预设的距离阈值区间内；

步骤m2：当随着所述无人机的移动，所述位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边之间的距离大于所述距离阈值区间时，调整所述云台使得所述激光模块的激光发射口向一方向移动；

步骤m3：当随着所述无人机的移动，所述位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边之间的距离小于所述距离阈值区间时，调整所述云台使得所述激光模块的激光发射口向另一方向移动。

优选地，所述激光模块上的两个激光发射口之间具有水平方向上的第一距离和竖直方向上的第二距离；

所述第一距离和所述第二距离均大于等于预设的阈值距离。

优选地，当在步骤s2至步骤s4中，当所述激光模块照射到所述叶片时，通过无人机上设置的相机连续采集叶片的多张图像；

在所述图像中识别出所述叶片的缺陷，并标注出每一所述缺陷的缺陷位置和缺陷类型以及所述缺陷所在叶片的编号。

优选地，当在所述图像中识别出所述叶片的缺陷包括如下步骤：

步骤n1：将所述叶片的缺陷分类成若干缺陷类型，标记出每种缺陷类型对应的叶片图像区域，生成多组训练图像；

步骤n2：通过多组所述训练图像训练缺陷识别模块；

步骤n3：将采集到的所述多张图像输入所述缺陷识别模块识别并进行缺陷位置和缺陷类型的标记。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明中通过将激光模块和相机设置在同一安装台上，能够随着安装台的转动同时进行角度调整，从保证了当所述激光模发射的激光照射到风机叶片的一叶片区域时，该叶片区域同时在所述相机的拍摄视野内，从而便于对跟踪的风机叶片进行采集；

本发明通过所述无人机上的云台控制激光模块的两个激光发射口朝向，使得风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间，从而实现无人机在跟踪时叶片跑偏，实现对叶片的连续的跟踪检测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置一方向的结构示意图；

图2为本发明中基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置另一方向的结构示意图；

图3为本发明中云台的结构示意图。

图4为本发明中基于激光光斑的叶片跟踪检测方法的步骤流程图；

图5为本发明中通过激光光斑与风机叶片的一侧边距离在预设的位置区间调整进行叶片跟踪的步骤流程图；

图6为本发明中对采集到风机叶片的图像进行缺陷位置和缺陷类型识别的步骤流程图；

图7为本发明中风机叶片上具有两个激光光斑时对风机叶片跟踪检测的原理示意图；以及

图8为本发明中风机叶片上没有激光光斑时对风机叶片跟踪检测的原理示意图。

图中：

1为云台；

101为安装板；

102为第一电机；

103为第一连杆；

104为第二电机；

105为第二连杆；

106为第三电机；

107为安装台；

108为位置传感器；

2为相机；

3为激光模块；

301为第一激光发射口；

302为第二激光发射口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1、图2为本发明中基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置的结构示意图，如图1、如2所示，本发明提供的基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置，包括云台1、相机2以及激光模块3；

所述云台1的前端设置有一安装台107；所述云台1驱动所述安装台107沿第一方向转动；所述安装台107的一侧面设置有所述相机2，另一侧面设置有所述激光模块3；

所述激光模块3设置有至少两个激光发射口，所述相机2的镜头朝向和所述激光模块3的激光发射口朝向相同。

在本实施例中，所述相机2的镜头朝向和所述激光模块3的探测口朝向为背离所述安装台107的方向，当使用本发明提供的基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置时，所述相机2的镜头朝向和所述激光模块3的探测口朝向为待检测的风机叶片所在的位置

图3为本发明中云台的结构示意图，如图3所示，所述云台1包括安装板101、第一电机102、第一连杆103、第二电机104、第二连杆105、第三电机106以及安装台107；

所述安装板101上设置有电机安装槽；所述电机安装槽内安装有第一电机102；所述第一电机102驱动第一连杆103沿第二方向转动；所述第一连杆103的上端连接所述第一电机102的输出轴，下端设置有第二电机104；所述第二电机104驱动第二连杆105沿第三方向转动；

所述第二连杆105一端设置有第三电机106；所述第三电机106驱动安装台107沿第一方向转动；所述安装台107的一端与所述第三电机106的输出轴连接，另一端与所述第二连杆105一端铰接；

所述安装台107的上侧面设置有所述相机2，下侧面设置有所述激光模块3。

在本实施例中，所述第二连杆105呈u形，所述第二电机104的输出轴连接所述第二连杆105的中点端；

所述安装台107呈框形；所述安装台107的内侧安装所述相机2，下侧面设置有所述激光模块3；所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向相互垂直。

在本实施例中，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为垂直的高度方向，所述第三方向为与所述水平方向垂直的竖直方向。

在本实施例中，在所述安装台107的上侧面还设置有位置传感器108。

所述位置传感器108采用dof模块，所述dof模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器器。

本发明提供的无人机，用于叶片自动跟踪检测，包括无人本体和所述的基于激光光斑的叶片跟踪检测挂载装置；

所述无人本体的下侧面设置有安装件；

所述叶片跟踪检测挂载装置的安装板101连接所述安装件。

本发明提供的无人机，还包括机载电脑；

所述机载电脑装载在所述无人本体上；

所述叶片跟踪检测挂载装置上的相机2、激光模块3、第一电机102、第二电机104以及第三电机106电连接所述机载电脑。

所述dof模块内的三轴陀螺仪和三轴加速度传感器器均电连接所述机载电脑，向所述机载电脑发送安装台107的位置信息，所述机载电脑根据所述位置信息，控制所述第一电机102、第二电机104以及第三电机106电，以实现云台1的位置的调整。

图4为本发明中基于激光光斑的叶片跟踪检测方法的步骤流程图，如图4所示，本发明提供的基于激光光斑的叶片跟踪检测方法，用于通过无人机进行风机叶片的检测，采用所述的无人机，包括如下步骤：

步骤s1：控制所述无人机从风机叶片的一侧边进行从叶尖区域至叶根区域或从叶根区域至叶尖区域飞行并通过所述无人机上设置的激光模块对风机叶片进行照射，在所述风机叶片上形成激光光斑；

步骤s2：当在所述风机叶片有两个激光光斑时，控制所述云台向一方向运动，使得所述风机叶片仅具有一激光光斑；

步骤s3：当所述风机叶片没有激光光斑时，控制所述云台向另一方向运动，使得所述风机叶片具有一激光光斑；

步骤s4：随着所述无人机飞行，重复执行步骤s2至s3，使得风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间，实现通对所述叶片进行追踪探测。

在本实施例中，当所述无人机从所述风机叶片的一侧边进行从叶尖区域至叶根区域或从叶根区域至叶尖区域飞行时，控制所述无人机与所述风机叶片距离在8米左右。控制所述云台向一方向运动为控制所述云台向下运动，控制所述云台向另一方向运动为控制所述云台向上运动。

在本实施例中，所述风机为所述风力发电机的简称，可以根据风机的结构对无人机飞行的路线，进而对每一所述风机叶片的多条侧边进行追踪实现，实现整个风机的追踪检测。

在本实施例中，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的风机叶片。

在本实施例中，所述激光模块3上的两个激光发射口之间具有水平方向上的第一距离和竖直方向上的第二距离；

所述第一距离和所述第二距离均大于等于预设的阈值距离。

在本实施例中，所述第一距离与所述第二距离相等，所述第一距离与所述第二距离为5厘米。所述预设的阈值距离为5厘米。

所述水平方向和所述竖直方向为相对于所述激光模块3的前侧面的方向。

图5为本发明中通过激光光斑与风机叶片的一侧边距离在预设的位置区间调整进行叶片跟踪的步骤流程图，如图5所示，在步骤s2和步骤s3中控制所述风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间时，包括如下步骤：

步骤m1：控制位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边的距离位于一预设的距离阈值区间内；

步骤m2：当随着所述无人机的移动，所述位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边之间的距离大于所述距离阈值区间时，调整所述云台使得所述激光模块的激光发射口向一方向移动；

步骤m3：当随着所述无人机的移动，所述位于所述风机叶片上的激光光斑与所述风机叶片的一侧边之间的距离小于所述距离阈值区间时，调整所述云台使得所述激光模块的激光发射口向另一方向移动。

在本实施例中，可以设定所述距离阈值区间为10厘米至100厘米。

在本实施例中，可以将每一叶片安长度分为长度相等的叶根区、叶中区以及叶尖区，仅在叶根区、叶中区执行所述步骤m1至步骤m2。

图6为本发明中对采集到风机叶片的图像进行缺陷位置和缺陷类型识别的步骤流程图，如图6所示，当在步骤s2至步骤s4中，当所述激光模块照射到所述叶片时，通过无人机上设置的相机连续采集叶片的多张图像；

在所述图像中识别出所述叶片的缺陷，并标注出每一所述缺陷的缺陷位置和缺陷类型以及所述缺陷所在叶片的编号。

在本实施例中，所述缺陷类型包括如下任一种或任多种：

-叶片开裂；

-附件脱落；

-表面腐蚀；

-表面掉漆；

-胶衣脱落；

-胶衣裂纹。

在变形例中，也可以增加叶片雷击损伤、表面污染、结构损坏或前缘保护膜损伤等其他损坏。

当在所述图像中识别出所述叶片的缺陷包括如下步骤：

步骤n1：将所述叶片的缺陷分类成若干缺陷类型，标记出每种缺陷类型对应的叶片图像区域，生成多组训练图像；

步骤n2：通过多组所述训练图像训练缺陷识别模块；

步骤n3：将采集到的所述多张图像输入所述缺陷识别模块识别并进行缺陷位置和缺陷类型的标记。

在本实施例中，本发明中将所述叶片的缺陷分类呈若干缺陷类型，采集每种缺陷类型对应的叶片图像区域，生成多组训练图像，通过多组所述训练图像训练缺陷识别模块，从而提高了缺陷类型的识别效率。

在本实施例中，进行缺陷位置和缺陷类型的标记，具体为将缺陷位置在叶片上框出，将所述缺陷类型通过文字标识出或通过字符标识出。

在将所述每种缺陷类型对应的叶片图像区域生成多组训练图像时，将所述叶片图像区域的背景去除；

所述背景为采集叶片图像区域时生成的与所述叶片图像区域在平面上相邻的区域。

当将采集到的所述多张图像输入所述缺陷识别模块识别时，将所述图像的背景去除。

在本实施例中，所述背景可以拍摄风机图像时，引入的地面、草地、天空等背景，将所述叶片图像区域的背景去除，即将所述图像上的非叶片图像区域去除。将所述图像的背景去除，即将在所述图像上的非风机和叶片区域去除。

图7为本发明中风机叶片上具有两个激光光斑时对风机叶片跟踪检测的原理示意图，如图7所示，当所述风机叶片没有激光光斑时，此时可以控制所述云台向上运动，使得所述风机叶片具有一激光光斑；

图8为本发明中风机叶片上没有激光光斑时对风机叶片跟踪检测的原理示意图，如图8所示，当在所述风机叶片有两个激光光斑时，此时可以控制所述云台向下方向运动，使得所述风机叶片仅具有一激光光斑，从而实现叶片的连续跟踪。

在本实施例中，本发明中通过将激光模块和相机设置在同一安装台上，能够随着安装台的转动同时进行角度调整，从保证了当所述激光模发射的激光照射到风机叶片的一叶片区域时，该叶片区域同时在所述相机的拍摄视野内，从而便于对跟踪的风机叶片进行采集；本发明通过所述无人机上的云台控制激光模块的两个激光发射口朝向，使得风机叶片的一侧边位于两个激光光斑之间，从而实现无人机在跟踪时叶片跑偏，实现对叶片的连续的跟踪检测。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。