激光跟踪仪在风机叶片外形测量中的应用

    1 引言

    风机叶片是风力发电机最主要的部件之一，它是风力机接收风能的关键构件。由于风力机叶片的造型特殊、空间角度复杂、长度大、尺寸较多、技术要求严格，没有确切的规律可循，给叶片的全面测量带来了很大的困难。目前，风力机叶片制造厂所用的测量方法主要有以下几种：标准样板比对法、仿型画线投影法、三坐标测量机测量包络线法、综合测量法。以上方法不仅测量效率低，各有自身的缺点，而且都不能完全按照设计要求来全面测量^[1]。随着叶片质量要求的提高，叶片测量的精度和效率变得越来越重要。

    近年来，激光跟踪仪以其测量精度高、测量距离大、便携等优点得到了迅速的发展，在航空航天、汽车制造、造船、各种检测以及通用精密加工等大尺寸精密测量行业中得到了广泛的应用。

    本文采用Leica AT901激光跟踪仪对某风机叶片外形进行了全型面测量。探究了利用激光跟踪仪测量风机叶片的方法和步骤，并依据测量结果，结合风机叶片参数进行了逆向重构，构造出了该风机叶片精确的三维模型。

    2 Leica AT901 激光跟踪仪

    2.1 测量原理

    激光跟踪仪对空间目标点的坐标测量是通过测量出水平角、垂直角和斜距，然后按球坐标原理得到空间点的三维坐标 X，Y，Z。如图 1 所示，在球坐标测量系统中，设跟踪器的旋转中心为 O 点，被测靶镜的中心为 P 点。

    用两个角度编码器分别测量出 P 点的垂直角β和水平角α，用激光干涉仪测量 O 点到 P 点的距离d，则 P 点坐标(X，Y，Z)很容易由β，α和 d 计算得出，公式为

    通过空间齐次坐标变换，可将 P 点的坐标转换到用户自定义的坐标系中^[2]。

    2.2 测量精度

    激光跟踪仪的测量精度主要取决于它的跟踪角度和距离测量精度及测量环境的影响。Leica AT901的测量范围半径为 80m，IFM（激光干涉仪）距离精度 0.5μm/m，ADM（绝对测距仪）距离精度 10μm，完全满足风机叶片的测量要求。

    3 风力机叶片的测量方法

    对风机叶片进行测量时，首先以叶片根部机加工圆环平面为基准面，建立合理的叶片测量坐标系；之后按要求沿叶片长度方向每隔一定距离取一个与基准平面平行的截面，测量各个截面的叶片外轮廓点；最后测量叶片的头部点云、参考脊线、叶片自身坐标的轴线等。

    3.1 多站式测量

    待测风力机叶片由于其尺寸比较大（全长48.8m、端面直径 2.4m），而且没有对称面，利用激光跟踪仪对其进行型面测量时，需进行多站式测量才能得到整体数据。