连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统与流程

技术特征：
1.一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，包括：冰雪形态识别单元(1)、激光发生单元(2)、双激光控制单元(3)及激光瞄准与扫描单元(4)；所述冰雪形态识别单元(1)用于对对风力机叶片(9)表面的冰雪附着部位进行定位、拍照与图像存储，于对冰雪形态进行判别；所述激光发生单元(2)包含连续激光发生器(2-1)与脉冲激光发生器(2-2)，其中连续激光发生器(2-1)用于提供连续激光光束对叶片上湿雪附着或冰层部位进行照射；脉冲激光发生器(2-2)用于提供瞬态周期性峰值的激光光束；所述双激光控制单元(3)通过接收所述冰雪形态识别单元(1)输出的判别结果，决定激光发生单元(2)中各激光器的启停状态；所述激光瞄准与扫描单元(4)用于通过度转动实现激光光束对覆冰层受体的瞄准与扫描动作。2.根据权利要求1所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，所述冰雪形态识别单元(1)包括高倍电子望远镜(1-1)、望远镜支架平台(1-2)和便携式计算机(1-3)；所述高倍电子望远镜(1-1)安装于可调节的望远镜支架平台(1-2)上，高倍电子望远镜(1-1)与便携式计算机脑(1-3)电连接；所述便携式计算机(1-3)具有除冰控制单元(8)，除冰控制单元(8)内的图像采集模块(8a)控制望远镜支架平台(1-2)转动，调整望远镜对风力机叶片(9)表面的冰雪附着部位进行定位、拍照与图像存储。3.根据权利要求2所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，所述除冰控制单元(8)具有图像识别模块(8b)用于根据采集到的图片导入至叶片结冰附雪图像数据库，采用机器学习方法对当前图片中的冰雪附着形态进行比对分析，判别结果分为：湿雪附着、冰/晶体覆盖和冰雪混合。4.根据权利要求2所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，所述双激光控制单元(3)包含启停控制元件(3-1)、能谱控制元件(3-2)；所述启停控制元件(3-1)用于通过接收冰雪形态识别单元(1)输出的判别结果，决定激光发生单元(2)中各激光器的启停状态；所述能谱控制元件(3-2)与激光发生单元(2)电连接，除冰控制单元中的能谱设置模块(8c)用于调整不同激光发生器的能量输出关键参数。5.根据权利要求2所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，所述激光瞄准与扫描单元(4)包含激光发生器转动机构(4-1)、光路腔(4-2)、光学反射镜(4-3)、聚焦镜(4-4)；所述光学反射镜(4-3)和聚焦镜(4-4)安装于光路腔(4-2)中；光路腔(4-2)安装在激光发生单元(2)中两种激光发生器的出口位置；除冰控制单元中的光束瞄准模块(8d)，用于对激光发生器转动机构(4-1)进行控制，通过转动实现激光光束对覆冰层受体的瞄准动作；所述聚焦镜(4-4)用于可根据叶片覆冰面积大小进行不用规格的选装，进而获得不同直径的作业光斑。6.根据权利要求2所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统，其特征在于，还包括散热单元(5)，所述散热单元(5)采用便携式空气冷系统，用于对激光发生单元(2)进行温度控制；还包括能量供应单元(6)，所述能量供应单元(6)从风力机塔筒(10)底部的变电柜取
电，为冰雪形态识别单元(1)、激光发生单元(2)、双激光控制单元(3)、激光瞄准与扫描单元(4)、散热单元(5)提供电能；还包括工程收纳箱(7)；所述工程收纳箱(7)用于装载所涉及的各种集成设备以及连接线缆。7.权利要求1至6任一项所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统的清除方法，其特征在于，包括以下步骤：通过运行便携式计算机(1-3)内除冰控制单元中的图像采集模块(8a)调整支架平台(1-2)的旋转与俯仰角度，控制高倍电子望远镜(1-1)对风力机叶片(9)表面的冰雪附着部位进行对焦、定位与拍照采集；将采集到的叶片覆冰/雪图片导入至除冰控制单元中的图像识别模块(8b)，基于叶片结冰覆盖雪图像库，采用机器学习分析比对的方法，对当前图片中冰雪附着形态的进行类别判断，并将判别结果输出至双激光控制单元(3)；激光发生单元(2)的发出的各激光光束，通过光路腔(4-2)内的光学反射镜(4-3)和聚焦镜(4-4)后，指向叶片方向，借助高倍电子望远镜(1-1)与图像采集模块(8a)对光斑位置进行反馈后，运行除冰控制单元中的光束瞄准模块(8d)，对激光发生器转动机构(4-1)进行控制，通过转动实现激光光束对覆冰层受体的瞄准动作；根据叶片覆冰面积大小，对聚焦镜(4-4)进行不用规格的选装，从而获得不同直径的作业光斑；运行除冰控制单元中的光束扫描模块(8e)，通过扫描路径程序对光学反射镜(4-3)进行往复转动控制使得各激光光束在相应叶片覆冰区域的局部扫描除冰。8.根据利要求7所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统的清除方法，其特征在于，所述双激光控制单元(3)中的启停控制元件(3-1)通过接收冰雪形态识别单元(1)输出的覆冰判别结果，决定激光发生单元(2)中相应激光器的启停状态：若叶片表面为湿雪附着状态，则仅开启连续激光发生器(2-1)，脉冲激光发生器(2-2)保持关闭；若叶片表面为冰/晶体覆盖或冰雪混合状态，则同时开启连续激光发生器(2-1)与脉冲激光发生器(2-2)。9.根据利要求7所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统的清除方法，其特征在于，双激光控制单元(3)中的能谱控制元件(3-2)根据图像识别模块(8b)判别出的冰雪层覆盖厚度与长宽尺寸，通过除冰控制单元中的能谱设置模块(8c)，调整不同激光发生器的能量输出关键参数。10.根据利要求7所述的一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除系统的清除方法，其特征在于，各激光光束在相应叶片覆冰区域的局部扫描，具体包括：对于连续激光发生器(2-1)发出的稳态连续激光光束，经过多个光学反射镜(4-3)的光路适配后，使其从聚焦镜(4-4)输出的光束对叶片的湿雪附着区域或薄冰层区域进行逐行、持续扫描照射，稳态的激光能量被冰层和叶片表面吸收后，使得冰雪的融化成液态或直接汽化；对于脉冲激光发生器(2-2)发出的瞬态周期性激光光束，经过多个光学反射镜(4-3)的
光路适配后，使其从聚焦镜(4-4)输出的光束对叶片的厚冰层区域的关键离散点位进行照射，间歇性瞬态激光脉冲使得冰层和设备界面处的覆冰瞬态吸热汽化，使得冰层破碎并在重力作用下自行脱落。

技术总结
本发明公开一种连续与脉冲激光相结合的风电叶片冰雪清除方法及系统，包括：冰雪形态识别单元、激光发生单元、双激光控制单元及激光瞄准与扫描单元；通过高倍望远镜对风力机叶片结冰进行图像采集，结合人工智能的方法识别叶片表面冰雪附着的形态。根据冰雪附着状态，采用最优适用性的激光类型并调整相应的激光特征参数，在基于热融效应的连续激光与基于激波效应的脉冲激光的互相配合下，采用相应的光束扫描控制方法，可对叶片上不同类型的冰雪附着区域进行同步清除，本发明可显著提高除冰效率，该除冰系统可根据风电场区野外作业的实地需求。需求。需求。


技术研发人员：韩毅 王冰佳 高晨 宋子琛 童博 张宝锋 赵勇
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/5/20