一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及风机检测技术领域，尤其涉及一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置。

背景技术

风机叶片是风力发电机的重要组成部分，风机叶片的运行状态决定了风机的工作效率，而随着风机叶片使用时长的增长，风机叶片受外界环境因素的影响，风机叶片的表面或多或少会出现磨损、划痕等问题，为了保证风机的正常运行，需要定时对风机进行相对应的检测。

现有的检测技术，多采用无人机的形式，通过无人机直接携带检测设备对风机叶片进行检测，但在风机叶片的下侧面和上侧面检测过程中，检测设备无法与运作中的风机叶片保持一定的角度，若使用不同的检测角度，则会导致风机叶片在检测过程中各处的数据不一致，最终降低风机叶片缺陷检测的准确性。

发明内容

本发明提供了一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置，目的是克服现有技术在对风机叶片进行检测的过程中，检测设备无法与运作中的风机叶片保持一定的角度，存在风机叶片缺陷检测准确性差的缺点。

技术方案为：一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置，包括有无人机，所述无人机安装有控制模块，所述控制模块与远程控制终端和所述无人机均电连接，所述无人机安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机与所述控制模块电连接，所述第一驱动电机的输出轴固定连接有转轴，所述转轴与所述无人机转动连接，所述转轴固定连接有旋转壳，所述旋转壳滑动连接有第一移动壳，所述第一移动壳远离所述转轴的一侧安装有检测模块，所述检测模块与所述控制模块电连接，所述检测模块用于对风机叶片进行缺陷检测，所述旋转壳内设置有用于改变所述检测模块与风机叶片之间距离的伸缩机构，所述第一移动壳设置有用于对风机叶片进行清理的吹风机构。

作为本发明的进一步技术方案，所述伸缩机构包括有第二驱动电机，所述第二驱动电机安装于所述旋转壳内，所述第二驱动电机与所述控制模块电连接，所述第二驱动电机的输出轴固定连接有第一齿轮，所述第一移动壳内固定连接有第一齿条，所述第一齿条与所述第一齿轮啮合。

作为本发明的进一步技术方案，所述旋转壳内滑动连接有第二移动壳，所述第二移动壳与所述第一移动壳呈中心对称布置，所述第二移动壳内固定连接有第二齿条，所述第二齿条与所述第一齿轮啮合，且所述第二齿条与所述第一齿条沿所述第一齿轮的轴线呈中心对称布置，所述第二移动壳远离所述第一齿轮的一侧固定连接有配重块。

作为本发明的进一步技术方案，所述配重块的重量与所述第一移动壳上所有零件的重量相等。

作为本发明的进一步技术方案，所述吹风机构包括有风箱，所述风箱固定连接于所述第一移动壳远离所述转轴的一侧，所述风箱的一侧设置有第一出风口，所述风箱固定连接有等距布置的限位板，所述限位板设置有第一限位槽，等距布置的所述限位板之间固定连接有移动杆，所述风箱滑动连接有限位杆，等距布置所述限位板的第一限位槽均与所述限位杆配合，所述限位杆的中部固定连接有挡风板，所述挡风板与所述风箱滑动连接，所述风箱内安装有第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀，所述无人机设置有用于使所述移动杆移动的动力组件。

作为本发明的进一步技术方案，镜像布置的所述限位板第一限位槽呈中心对称布置。

作为本发明的进一步技术方案，所述动力组件包括有镜像布置的齿圈，镜像布置的所述齿圈均固定连接于所述无人机，所述转轴固定连接有镜像布置的固定板，镜像布置的所述固定板的对向侧均转动连接有第二齿轮，镜像布置的所述第二齿轮之间固定连接有连接杆，且所述连接杆位于镜像布置的所述第二齿轮的偏心位置，所述旋转壳的外侧滑动连接有移动框，所述移动框与所述连接杆之间铰接有连杆，所述移动框靠近所述移动杆的一侧安装有电动推杆，所述电动推杆与所述控制模块电连接，所述电动推杆的伸缩端与所述移动杆固定连接。

作为本发明的进一步技术方案，还包括有用于对所述检测模块进行清理的清理机构，所述清理机构设置于所述第一移动壳，所述清理机构包括有固定块，所述固定块固定连接于所述第一移动壳靠近所述检测模块的一侧，所述固定块滑动连接有转动杆，所述转动杆设置有第二限位槽，所述转动杆靠近所述检测模块的一侧固定连接有布条，所述固定块固定连接有限位块，所述限位块与所述转动杆的第二限位槽配合，所述移动框设置有用于使所述转动杆运动的传动组件。

作为本发明的进一步技术方案，所述传动组件包括有移动板，所述移动板固定连接于所述移动框的一侧，所述移动板的一侧同样设置有与所述控制模块电连接的所述电动推杆，所述电动推杆的伸缩端固定连接有第一电磁铁，所述第一电磁铁与所述控制模块电连接，所述固定块远离所述第一移动壳的一侧滑动连接有第三齿条，所述第三齿条为磁性物质，且所述第三齿条与所述第一电磁铁配合，所述固定块远离所述第一移动壳的一侧转动连接有与所述第三齿条啮合的第三齿轮，所述第三齿轮与所述转动杆花键连接，所述风箱设置有用于改变出风方向的风向组件。

作为本发明的进一步技术方案，所述风向组件包括有开合板，所述开合板转动连接于所述风箱的第一出风口处，所述开合板为磁性物质，所述风箱靠近所述转动杆的一侧设置有第二出风口，所述风箱的第一出风口远离所述开合板的一侧安装有第二电磁铁，所述第二电磁铁与所述控制模块电连接，且所述第二电磁铁与所述开合板配合。

本发明提供的一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置，其有益效果是：本发明通过第一移动壳带动检测模块一同转动，以此使检测模块始终保持垂直朝向风机叶片的状态，防止在检测过程中检测模块与风机叶片发生相对偏斜而影响检测质量，以此提高所得图像的质量、数据的一致性和损伤识别的准确性；通过使无人机在与风机叶片保持在安全距离的前提下减小检测模块与待测风机叶片之间的距离，使检测时采集的图像更加清晰和准确，提高检测的精度并减小漏检或误检的情况，同时降低无人机与风机叶片发生碰撞的风险，加强了对无人机的保护性；通过将配重块向检测模块运动的反方向移动，以此在对风机叶片进行检测的过程中保持无人机整体重心的稳定，提高检测过程中的稳定性，进而提高对风机叶片的检测效果；通过挡风板反复挤压风箱内右侧空腔内的空气，并对检测区域的风机叶片进行持续吹拭，以此提高对风机叶片的清理效果，进而提高对风机叶片的检测效果；利用转动的布条和自风箱第二出风口处排出的空气将检测模块上的尘土清理，防止检测模块上的尘土将检测位置遮挡，以此提高对风机叶片的检测效果。

附图说明

图1为本发明整体的立体结构示意图；

图2为本发明无人机及其上零件的立体结构示意图；

图3为本发明转轴及其上零件的立体结构示意图；

图4为本发明伸缩机构的立体结构示意图；

图5为本发明伸缩机构的立体结构爆炸图；

图6为本发明动力组件的立体结构示意图；

图7为本发明吹风机构的立体结构示意图；

图8为本发明风向组件的立体结构示意图；

图9为本发明的风箱和开合板立体结构爆炸图；

图10为本发明传动组件的立体结构示意图；

图11为本发明清理机构的立体结构示意图；

图12为本发明清理机构和传动组件的立体结构爆炸图。

附图标记：1-无人机，2-控制模块，3-第一驱动电机，4-转轴，5-旋转壳，6-第一移动壳，7-检测模块，8-伸缩机构，801-第二驱动电机，802-第一齿轮，803-第一齿条，804-第二移动壳，805-第二齿条，806-配重块，9-吹风机构，901-风箱，902-限位板，903-移动杆，904-限位杆，905-挡风板，906-第一单向阀，907-第二单向阀，908-第三单向阀，909-第四单向阀，10-动力组件，1001-齿圈，1002-固定板，1003-第二齿轮，1004-连接杆，1005-移动框，1006-连杆，1007-电动推杆，11-清理机构，1101-固定块，1102-转动杆，1103-布条，1104-限位块，12-传动组件，1201-移动板，1202-第一电磁铁，1203-第三齿条，1204-第三齿轮，13-风向组件，1301-开合板，1302-第二电磁铁。

具体实施方式

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的实施例，附图某些机构会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及说明可能省略使可以理解的。

实施例1：一种基于无人机的风机叶片缺陷检测装置，如图1-图5所示，包括有无人机1，无人机1安装有与之电连接的控制模块2，控制模块2与远程控制终端电连接，无人机1的前侧安装有与控制模块2电连接的第一驱动电机3，第一驱动电机3的输出轴固定连接有与无人机1转动连接的转轴4，转轴4的中部固定连接有旋转壳5，旋转壳5将转轴4贯穿，旋转壳5内滑动连接有第一移动壳6，第一移动壳6的左侧安装有与控制模块2电连接的检测模块7，检测模块7由红外探查器和摄像头组成，检测模块7为现有技术，其工作原理不作过多赘述，检测模块7位于第一移动壳6内，用于保护工作过程中的检测模块7，检测模块7用于对风机叶片进行缺陷检测，旋转壳5内设置有用于改变检测模块7与风机叶片之间距离的伸缩机构8，第一移动壳6设置有用于对风机叶片进行清理的吹风机构9，通过使检测模块7始终保持垂直朝向风机叶片的状态，以此使检测模块7在对风机叶片各处进行检测时的相对位置保持一致，进而提高检测数据的一致性和对风机叶片损伤识别的准确性。

如图3-图5所示，伸缩机构8包括有与控制模块2电连接的第二驱动电机801，第二驱动电机801安装于旋转壳5内壁后侧的中部，第二驱动电机801的输出轴固定连接有第一齿轮802，第一移动壳6内壁上侧的前部固定连接有与第一齿轮802啮合的第一齿条803，通过减小检测模块7与待测风机叶片之间的距离，使检测时采集的图像更加清晰和准确，提高检测的精度并减小漏检或误检的情况，同时降低无人机1与风机叶片发生碰撞的风险，加强了对无人机1的保护性，旋转壳5内滑动连接有第二移动壳804，第二移动壳804与第一移动壳6呈中心对称布置，第二移动壳804内固定连接有与第一齿轮802啮合的第二齿条805，且第二齿条805与第一齿条803沿第一齿轮802的轴线呈中心对称布置，第二移动壳804的右侧固定连接有配重块806，且配重块806的重量和第一移动壳6上所有零件的重量相等，利用配重块806和检测模块7背向移动，使无人机1整体重心的位置不变，提高检测过程中的稳定性，进而提高对风机叶片的检测效果。

如图2、图6-图8所示，吹风机构9包括有风箱901，风箱901固定连接于第一移动壳6左侧的上部，风箱901内设置有左右两个空腔，风箱901左侧的中下部设置有与其上左侧空腔连通的第一出风口，风箱901的前后两侧均固定连接有限位板902，两个限位板902呈等距布置，限位板902设置有第一限位槽，限位板902第一限位槽的后端向右偏斜，两个限位板902右侧之间固定连接有移动杆903，风箱901滑动连接有限位杆904，两个限位板902的第一限位槽均与限位杆904限位配合，通过两个限位板902左右移动，使限位杆904前后移动，限位杆904的中部固定连接有与风箱901滑动连接的挡风板905，挡风板905位于风箱901的右侧空腔内，风箱901内安装有第一单向阀906、第二单向阀907、第三单向阀908和第四单向阀909，第一单向阀906的流通方向为自右向左，第二单向阀907的流通方向为自后至前，第三单向阀908的流通方向为自前向后，第四单向阀909的流通方向为自右向左，无人机1设置有用于使移动杆903移动的动力组件10，通过挡风板905反复前后移动，挤压风箱901右侧空腔内的空气，使被挤压的空气自风箱901第一出风口处排出，并对风机叶片进行吹拭，以此保证检测区域的洁净度，进而提高对风机叶片的检测效果。

如图6所示，动力组件10包括有前后镜像布置的两个齿圈1001，两个齿圈1001均固定连接于无人机1，转轴4固定连接有前后镜像布置的两个固定板1002，两个固定板1002的对向侧均转动连接有第二齿轮1003，两个第二齿轮1003之间固定连接有连接杆1004，且连接杆1004位于两个第二齿轮1003的偏心位置，旋转壳5外侧的左部滑动连接有移动框1005，移动框1005与连接杆1004之间铰接有连杆1006，移动框1005左侧的上部安装有与控制模块2电连接的电动推杆1007，电动推杆1007的伸缩端与移动杆903固定连接。

当需要使用本装置对风机叶片进行缺陷检测时，工作人员向将本装置移动至待测风机的区域，然后工作人员将风机叶片运动的数据传输至控制模块2，以此规划无人机1的飞行轨迹（轨迹为以风机的三个叶片中心为中心的类“阿基米线”，以此使无人机1对运行中的风机叶片进行检测），待准备工作完成后，工作人员通过遥控器向控制模块2施加信号，然后控制模块2启动无人机1（为便于阐述，以下均使用工作人员通过控制模块2启动或关闭……的话术），无人机1开始向上运动，无人机1带动其上的零件一同向上运动，待无人机1运动至目标区域后，无人机1进入悬停状态，当风机叶片转动至竖直且不与风机塔架重合时，无人机1开始以设定的轨迹进行运动，届时检测模块7朝向右，工作人员通过控制模块2启动第一驱动电机3，第一驱动电机3的输出轴开始逆时针转动，第一驱动电机3的输出轴带动转轴4一同逆时针转动，转轴4带动旋转壳5一同逆时针转动，旋转壳5带动第一移动壳6一同逆时针转动，第一移动壳6带动检测模块7一同逆时针转动，以此使检测模块7始终保持垂直朝向风机叶片的状态，防止在检测过程中检测模块7与风机叶片发生相对偏斜而影响检测质量，以此提高所得图像的质量、数据的一致性和损伤识别的准确性。

待无人机1进入悬停状态后，工作人员通过控制模块2启动第二驱动电机801，第二驱动电机801的输出轴开始逆时针转动，第二驱动电机801的输出轴带动第一齿轮802一同逆时针转动，第一齿轮802带动第一齿条803向左移动，第一齿轮802带动第二齿条805向右移动，第一齿条803带动第一移动壳6一同向左移动，第一移动壳6带动检测模块7一同向左移动，直至检测模块7向左移动至与风机叶片距离10cm的区域（此处的距离依照实际情况而定，并非固定距离），工作人员通过控制模块2关闭第二驱动电机801，通过使无人机1在与风机叶片保持在安全距离的前提下减小检测模块7与待测风机叶片之间的距离，使检测时采集的图像更加清晰和准确，提高检测的精度并减小漏检或误检的情况，同时降低无人机1与风机叶片发生碰撞的风险，加强了对无人机1的保护性。

在第二齿条805向右移动的过程中，第二齿条805带动第二移动壳804一同向右移动，第二移动壳804带动配重块806一同向右移动，使检测模块7和配重块806二者与第一齿轮802之间的距离始终保持一致，以此在对风机叶片进行检测的过程中保持无人机1整体重心的稳定，提高检测过程中的稳定性，进而提高对风机叶片的检测效果。

在第一移动壳6向左移动的过程中，第一移动壳6带动风箱901一同向左移动，风箱901带动其上零件一同向左移动，两个限位板902带动移动杆903一同向左移动，在第一移动壳6向左移动的过程中，工作人员通过控制模块2启动电动推杆1007，电动推杆1007的伸缩端开始向左移动，且电动推杆1007的伸缩端向左移动的速度与移动杆903向左移动的速度相等，待检测模块7向左移动至目标区域后，工作人员通过控制模块2关闭电动推杆1007。

在转轴4逆时针转动的过程中，转轴4带动两个固定板1002一同逆时针转动，固定板1002带动相邻的第二齿轮1003一同运动，第二齿轮1003开始沿相邻的齿圈1001逆时针滚动，两个第二齿轮1003带动二者之间的连接杆1004一同顺时针转动，连接杆1004开始向左挤压连杆1006，连杆1006向左挤压移动框1005，移动框1005开始沿旋转壳5向左滑动，连杆1006分别与连接杆1004和移动框1005发生相对转动，移动框1005带动电动推杆1007一同向左移动，电动推杆1007带动移动杆903一同向左移动，移动杆903和两个限位板902一同向左移动，两个限位板902上的第一限位槽均向后挤压限位杆904，限位杆904开始沿风箱901向后滑动，限位杆904带动挡风板905一同向后移动，挡风板905开始挤压风箱901右侧空腔内且位于其后方的空气，并将外界的空气通过第三单向阀908吸入风箱901右侧空腔内挡风板905前方的区域，被挤压的空气通过第一单向阀906进入风箱901左侧的空腔，随后空气自风箱901的第一出风口排出，利用风箱901第一出风口的排出的空气对附近区域的风机叶片进行吹拭，并将风机叶片上的尘土吹落，以此保证检测区域的洁净度，进而提高对风机叶片的检测效果，随着两个第二齿轮1003持续转动，挡风板905反复挤压风箱901内右侧空腔内的空气，并对检测区域的风机叶片进行持续吹拭，以此提高对风机叶片的清理效果。

当对风机中其中一个叶片检测完毕后，工作人员通过控制模块2无人机1移动至悬停区域，工作人员再通过控制模块2翻转第一驱动电机3，第一驱动电机3的输出轴开始顺时针转动，第一驱动电机3的输出轴带动转轴4一同顺时针转动，转轴4带动旋转壳5及其上零件一同顺时针转动，第二齿轮1003开始沿相邻的齿圈1001顺时针滚动，两个第二齿轮1003带动二者之间的连接杆1004一同逆时针转动，连接杆1004开始向右拉动连杆1006，连杆1006向右拉动移动框1005，移动框1005开始沿旋转壳5向右滑动，连杆1006分别与连接杆1004和移动框1005发生相对转动，移动框1005带动电动推杆1007一同向右移动，电动推杆1007带动移动杆903一同向右移动，移动杆903带动两个限位板902一同向右移动，两个限位板902上的第一限位槽均向前挤压限位杆904，限位杆904开始沿风箱901向前滑动，限位杆904带动挡风板905一同向前移动，挡风板905开始挤压风箱901右侧空腔内且位于其前方的空气，并将外界的空气通过第二单向阀907吸入风箱901右侧空腔内挡风板905后方的区域，被挤压的空气通过第四单向阀909进入风箱901左侧的空腔，随后空气自风箱901的第一出风口排出，待转轴4及其上零件复位后，工作人员再控制模块2控制无人机1对风机其余的叶片进行检测，直至完成对风机所有叶片的检测，然后工作人员通过控制模块2控制无人机1运动至初始位置即可。

实施例2：在实施例1的基础上，如图9-图12所示，还包括有用于对检测模块7进行清理的清理机构11，清理机构11设置于第一移动壳6，清理机构11包括有固定块1101，固定块1101固定连接于第一移动壳6下侧的左部，固定块1101滑动连接有转动杆1102，转动杆1102设置有第二限位槽，第二限位槽为螺旋槽，转动杆1102的上侧固定连接有环形阵列的若干个布条1103，布条1103用于对检测模块7进行清理，固定块1101固定连接有与转动杆1102的第二限位槽限位配合的限位块1104，通过限位块1104对转动杆1102第二限位槽的限位，使转动杆1102在转动的过程中伴随着上下移动，进而增大布条1103对检测模块7的清理面积，移动框1005设置有用于使转动杆1102运动的传动组件12，利用转动的布条1103将检测模块7上的尘土清理，防止检测模块7上的尘土将检测位置遮挡，以此提高对风机叶片的检测效果。

如图9-图12所示，传动组件12包括有移动板1201，移动板1201固定连接于移动框1005下侧的中部，移动板1201的后侧同样设置有电动推杆1007，该电动推杆1007亦与控制模块2电连接，电动推杆1007的伸缩端固定连接有与控制模块2电连接的第一电磁铁1202，固定块1101下侧的后部滑动连接有与第一电磁铁1202配合的第三齿条1203，第三齿条1203为铁质，固定块1101下侧的左部转动连接有与转动杆1102花键连接的第三齿轮1204，第三齿轮1204与第三齿条1203啮合，风箱901设置有用于改变出风方向的风向组件13。

如图8所示，风向组件13包括有开合板1301，开合板1301转动连接于风箱901的第一出风口处的下侧，开合板1301为铁质，风箱901下侧的左部设置有第二出风口，风箱901的第二出风口与其上左侧的空腔连通，风箱901的第一出风口的上侧安装有与控制模块2电连接的第二电磁铁1302，且第二电磁铁1302与开合板1301配合，通过第二电磁铁1302对开合板1301吸附与否，改变风箱901的第一出风口和第二出风口的开合状态，以此改变出风方向，增大空气吹动的范围，进而提高清理效果。

在转轴4逆时针转动的过程中，移动板1201随移动框1005一同移动，移动板1201带动下侧的电动推杆1007一同移动，且第一电磁铁1202并未启动，在转轴4顺时针转动的过程中，工作人员通过控制模块2启动第一电磁铁1202和第二电磁铁1302，第一电磁铁1202开始吸引第三齿条1203，届时第一电磁铁1202与第三齿条1203相当于固定连接，随后在移动框1005向右移动的过程中，移动框1005带动移动板1201一同向右移动，移动板1201带动相邻的电动推杆1007一同向右移动，下侧的电动推杆1007带动第一电磁铁1202一同向右移动，第一电磁铁1202带动第三齿条1203一同向右移动，第三齿条1203带动第三齿轮1204开始转动，第三齿轮1204带动转动杆1102一同转动，转动杆1102带动其上的若干个布条1103一同转动，布条1103在离心力的作用下开始向外偏斜，转动杆1102在转动的过程中，限位块1104向上挤压转动杆1102，转动杆1102在转动的同时还向上移动，转动杆1102带动若干个布条1103一同向上移动，当若干个转动的布条1103向上移动至与检测模块7接触时，转动的布条1103将检测模块7上的尘土清理，防止检测模块7上的尘土将检测位置遮挡，以此提高对风机叶片的检测效果。

在第一电磁铁1202吸引第三齿条1203时，第二电磁铁1302吸引开合板1301，开合板1301开始向上偏转，直至开合板1301偏转至将风箱901的第一出风口封堵后将风箱901的第二出风口打开，随后风箱901内的空气开始自其上的第二出风口排出，排出的空气吹向检测模块7，进一步对检测模块7上的尘土进行清理，进而进一步提高对检测模块7的清理效果，同时自风箱901第二出风口排出的空气还将粘连于布条1103上的尘土吹落，保持布条1103的洁净程度，随着转轴4持续顺时针转动，移动框1005反复左右移动，转动杆1102及其上的布条1103反复上下移动，对检测模块7进行多次清理，直至转轴4停止转动。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。