Metoda szerografii do testowania łopat turbin wiatrowych

Energia pozyskiwana z wiatru w coraz większym zakresie pokrywa zapotrzebowanie energetyczne Europy. Boom na energetykę wiatrową doprowadził do stworzenia wielu rozwiązań w zakresie wykorzystania energii wiatru, takich jak m.in. różne rozmiary łopat, które stawiają wysokie wymagania w zakresie zachowania wolności od wad i niezawodności turbin wiatrowych. Jednak większość dotychczas używanych nieniszczących metod badań okazała się trudna w zastosowaniu podczas przeprowadzanych na miejscu kontroli turbin wiatrowych wykorzystujących wiatry o dużych prędkościach.

W ramach finansowanego przez UE projektu PHASEMASTER (Advanced spatial phase shifting techniques and applications to non-destructive testing of large engineering components on-site) opracowano zaawansowany system oparty na szerografii oraz technikach i algorytmach przestrzennego przesunięcia fazy w celu niezawodnego wykrywania wad podczas badania na miejscu dużych turbin wiatrowych.

Szerografia wykorzystuje światło spójne lasera do oświetlenia powierzchni łopaty. Odbite światło układa się we wzór plamek rejestrowany przez kamerę cyfrową. Inne komponenty systemu szerografii z przestrzennym przesunięciem fazy to przysłona szczelinowa, dyfuzor, soczewki obrazujące oraz pryzmat zintegrowany z polaryzatorem liniowym. Lampa rozgrzewająca powoduje wzbudzenie badanych łopat.

Naukowcy pomyślnie opracowali szereg metod i algorytmów służących do usuwania szumu z szerograficznego wzoru plamek. Ponadto opracowali również algorytmy ekstrakcji fazy z pojedynczych oraz wielokrotnych wzorów brzegowych.

W pierwszym przypadku zespołu obliczył orientację brzegu z optycznego przepływu między dwoma kolejnymi szerogramami, a następnie ustalił fazę szerogramu na podstawie jej spiralnej transformacji. Opracowane zostały algorytmy oparte na iteracyjnej metodzie najmniejszych kwadratów, a także techniki post-processingu oparte na analizie głównych składowych w celu wydobycia fazy z brzegów o losowo przesuniętej fazie. Ponadto zespół pomyślnie zademonstrował nowe algorytmy kompensacji fazowej pozwalające uwzględnić ruch w dużych sztywnych ciałach.

Innowacyjny system szerografii z przesunięciem fazy pozwolił skutecznie identyfikować podpowierzchniowe wady w strukturach kompozytowych. Ponadto pomyślnie wykrywał słabe sygnały wad w trakcie analizy dynamicznych wzorów brzegowych nagrań wideo wydobytych z szerogramów. Stwierdzono, że w przypadku mniejszych wad system czasowego przesunięcia fazy zapewniał bardziej niezawodne wyniki, wykorzystując analizę obrazów wideo plamek.

Innowacyjne techniki optyczne opracowane w projekcie PHASEMASTER powinny pozwolić innym sektorom przemysłowym zwiększyć niezawodność i integralność projektowanych komponentów.