风电叶片表面粗糙化方法与流程

1.本发明涉及一种风电叶片表面粗糙化方法，属于风电叶片表面处理技术领域。


背景技术：

[0002] 风电叶片大多采用难加工复合材料，表面为复杂的三维曲面，加工精度要求高，加工难度大，制造成本高、周期久。打磨加工是风电叶片减材加工的最后一道工序，其加工质量直接影响了风电叶片的产品质量。目前国内风电叶片打磨依然主要依靠人工，但是人工打磨受制于工人自身工作经验，用工需求量大，加工效率低，产线粉尘浓度大，污染严重，加工一致性差，并且复合材料打磨产生的粉尘对人体危害大。
[0003]
cn202010391166.6，《风电叶片多机器人协同打磨系统及方法》提供一种风电叶片多机器人协同打磨系统，包括：机器人移动单元、多个机器人打磨单元、机器人控制柜、叶片工装单元、系统控制柜；所述机器人移动单元包括两条平行设置的机器人水平导轨和设置在机器人水平导轨前后两端的agv运载平台；两条机器人水平导轨中间用于容置待打磨的叶片；所述机器人打磨单元成对设置在待打磨叶片左右两侧的两条机器人水平导轨上，且在机器人水平导轨前后两端的agv运载平台各设置一个机器人打磨单元；机器人打磨单元包括机器人、机器人控制柜、打磨头、视觉检测单元；叶片工装单元用于装载待打磨的叶片并能带动叶片以设定角度翻转。此方案采用多机器人协同打磨，打磨效率提高，但成本高、对叶片曲面适应性要求较高，且仍产生大量粉尘，对生产环境影响较大。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供的风电叶片表面粗糙化方法，采用扫描振镜对叶片表面进行粗糙化处理，保证叶片表面烧蚀的安全性和有效性，实现在叶片表面自动进行粗糙化加工，提高叶片表面粗糙化效率，避免机械打磨带来的扬尘影响，易于操作，有效降低风电叶片表面粗糙化工艺的生产成本，适应叶片表面的型面变化，保证叶片表面粗糙化的全面性和可靠性，扫描后在叶片表面形成均匀分布的微孔结构，满足叶片表面的粗糙化需求。
[0005]
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：风电叶片表面粗糙化方法，其特征在于：采用扫描振镜对叶片表面进行粗糙化处理，包括以下步骤：第一步：确定扫描振镜在叶片表面的扫描路径；第二步：将扫描振镜和叶片分别架设到位，使扫描振镜聚焦的光斑会落入叶片表面；第三步：先用有机溶剂对叶片表面进行湿润，再启动扫描振镜沿确定的扫描路径对叶片表面进行扫描使叶片表面被烧蚀形成均匀分布的微孔结构。
[0006]
优选的，步骤一具体是指：首先，根据扫描振镜中激光器型号确定单个粗糙化单元的面积，并将叶片表面分解为多个粗糙化单元；接着，在路径规化软件中规划出扫描振镜在每个粗糙化单元上的单
元扫描路径；然后，在仿真软件中结合各个粗糙化单元的单元扫描路径对叶片表面进行粗糙化扫描仿真，得到扫描振镜在叶片表面的扫描路径。
[0007]
优选的，在仿真软件中结合粗糙化单元的型面特点对每个粗糙化单元的单元扫描路径进行优化，优化后结合粗糙化单元的在叶片表面的分布位置计算出扫描振镜在叶片表面的扫描路径。
[0008]
优选的，第二步具体是指将叶片安装至可驱动叶片转动的电动支架上，将扫描振镜架设于叶片上方，通过电控计算器控制电动支架和扫描振镜的运行，使扫描振镜水平运动时电动支架驱动叶片同步转动以适应叶片表面的型面变化，形成扫描振镜在叶片表面的扫描路径。
[0009]
优选的，通过调节扫描振镜中激光束的功率密度和/或振镜的移动速度，来调节扫描振镜聚焦到叶片表面的光斑在叶片表面的烧蚀温度。
[0010]
优选的，扫描过程中采用温度探测激光实时测量粗糙化单元的多点温度，并将测量到的实时温度反馈到电控计算器中，当粗糙化单元的平均温度低于30度时控制扫描振镜提升激光束功率密度和/或降低振镜移动速度并重新扫描该粗糙化单元，当粗糙化单元的平均温度高于80度时则立即停止扫描。
[0011]
优选的，扫描振镜中采用低能量密度脉冲激光器，且低能量密度脉冲激光器产生的激光束的脉宽范围为0～800ns，波长为6000～16000nm，功率密度为0-0.6j/mm2，扫描振镜中的振镜移动速度1～60m/s，聚焦到叶片表面的光斑直径为50～2000μm。
[0012]
优选的，在电动支架上安装可随扫描振镜在叶片表面上扫描位置的变化而移动的空气净化机，通过空气净化机实时吸收叶片表面因烧蚀而产生的废气。
[0013]
采用以上所述的风电叶片表面粗糙化方法制得的风电叶片，其特征在于：所述的风电叶片表面的粗糙度为0.4～2.5μm。
[0014]
发明的有益效果是：本发明的风电叶片表面粗糙化方法，采用扫描振镜对叶片表面进行粗糙化处理，扫描振镜中由激光器发出激光束，由振镜控制激光束的扫描路径，由透镜进行聚焦，对叶片表面进行烧蚀形成微孔结构，通过调节扫描振镜的激光束功率密度及振镜的移动速度，来调节扫描时光斑在叶片表面的烧蚀温度，保证叶片表面烧蚀的安全性和有效性，实现在叶片表面自动进行粗糙化加工，提高叶片表面粗糙化效率，避免机械打磨带来的扬尘影响，易于操作，有效降低风电叶片表面粗糙化工艺的生产成本。
[0015]
根据扫描振镜中激光器型号确定单个粗糙化单元的面积，并将叶片表面分解为多个粗糙化单元，在路径规化软件中规划出每个粗糙单元的单元扫描路径，再在仿真软件中结合各个粗糙化单元的单元扫描路径对叶片表面进行粗糙扫描仿真，以得到扫描振镜在叶片表面的扫描路径，在粗糙化加工之前对扫描路径进行仿真设计，以合理确定扫描路径，采用先规划出单元扫描路径再结合多个单元扫描路径进行扫描仿真得到叶片表面的扫描路径，在仿真软件中结合粗糙化单元的型面特点对每个粗糙化单元的单元扫描路径进行优化，优化后结合粗糙化单元在叶片表面的分布位置计算出扫描振镜在叶片表面的扫描路径，适应叶片表面的型面变化，保证叶片表面粗糙化的全面性和可靠性，扫描后在叶片表面形成均匀分布的微孔结构，满足叶片表面的粗糙化需求。
具体实施方式
[0016]
下面对本发明的实施例做详细说明。
[0017]
风电叶片表面粗糙化方法，其特征在于：采用扫描振镜对叶片表面进行粗糙化处理，包括以下步骤：第一步：确定扫描振镜在叶片表面的扫描路径；第二步：将扫描振镜和叶片分别架设到位，使扫描振镜聚焦的光斑会落入叶片表面；第三步：先用有机溶剂对叶片表面进行湿润，再启动扫描振镜沿确定的扫描路径对叶片表面进行扫描使叶片表面被烧蚀形成均匀分布的微孔结构。
[0018]
以上所述的风电叶片表面粗糙化方法，采用扫描振镜对叶片表面进行粗糙化处理，扫描振镜中由激光器发出激光束，由振镜控制激光束的扫描路径，由透镜进行聚焦，对叶片表面进行烧蚀形成微孔结构，通过调节扫描振镜的激光束功率密度及振镜的移动速度，来调节扫描时光斑在叶片表面的烧蚀温度，保证叶片表面烧蚀的安全性和有效性，实现在叶片表面自动进行粗糙化加工，提高叶片表面粗糙化效率，避免机械打磨带来的扬尘影响，易于操作，有效降低风电叶片表面粗糙化工艺的生产成本。
[0019]
其中，步骤一具体是指：首先，根据扫描振镜中激光器型号确定单个粗糙化单元的面积，并将叶片表面分解为多个粗糙化单元；接着，在路径规化软件中规划出扫描振镜在每个粗糙化单元上的单元扫描路径；然后，在仿真软件中结合各个粗糙化单元的单元扫描路径对叶片表面进行粗糙化扫描仿真，得到扫描振镜在叶片表面的扫描路径。采用先规划出单元扫描路径再结合多个单元扫描路径进行扫描仿真得到叶片表面的扫描路径，根据扫描路径对多个粗糙化单元进行依次扫描，在仿真扫描过程中对粗糙化单元在叶片表面的分布情况进行扫描路径的合理规化，以合理确定扫描路径，在使叶片表面被完全扫描均匀粗糙化的基础上使扫描振镜的移动位移最短，扫描效率高。
[0020]
其中，在仿真软件中结合粗糙化单元的型面特点对每个粗糙化单元的单元扫描路径进行优化，优化后结合粗糙化单元的在叶片表面的分布位置计算出扫描振镜在叶片表面的扫描路径。在仿真软件中结合粗糙化单元的型面特点对每个粗糙化单元的单元扫描路径进行优化，优化后结合粗糙化单元在叶片表面的分布位置计算出扫描振镜在叶片表面的扫描路径，适应叶片表面的型面变化，保证叶片表面粗糙化的全面性和可靠性，扫描后在叶片表面形成均匀分布的微孔结构，满足叶片表面的粗糙化需求。
[0021]
其中，第二步具体是指将叶片安装至可驱动叶片转动的电动支架上，将扫描振镜架设于叶片上方，通过电控计算器控制电动支架和扫描振镜的运行，使扫描振镜水平运动时电动支架驱动叶片同步转动以适应叶片表面的型面变化，形成扫描振镜在叶片表面的扫描路径。由于风电叶片的外表面并非平面，在扫描过程中扫描振镜为水平移动，为保证扫描振镜形成的光斑在叶片表面沿扫描路径运动，需将扫描振镜的光斑移动路径与叶片的转动相结合，得到扫描振镜聚焦的光斑在叶片表面的扫描路径，保证叶片外表面被均匀粗糙化。
[0022]
其中，通过调节扫描振镜中激光束的功率密度和/或振镜的移动速度，来调节扫描振镜聚焦到叶片表面的光斑在叶片表面的烧蚀温度。保证扫描振镜聚焦到叶片表面的光斑将叶片表面有效烧蚀形成微孔结构，且不会烧伤叶片。
[0023]
具体的，扫描过程中采用温度探测激光实时测量粗糙化单元的多点温度，并将测量到的实时温度反馈到电控计算器中，当粗糙化单元的平均温度低于30度时控制扫描振镜提升激光束功率密度和/或降低振镜移动速度并重新扫描该粗糙化单元，当粗糙化单元的平均温度高于80度时则立即停止扫描。粗糙化单元被扫描时平均温度低于30度无法产生烧蚀，应调整激光束功率密度和/或振镜移动速度后对该粗糙化单元重新进行扫描，平均温度高于80度可行会对叶片表面形成烧伤应立即停止扫描，检测温度过高的原因。
[0024]
其中，扫描振镜中采用低能量密度脉冲激光器，且低能量密度脉冲激光器产生的激光束的脉宽范围为0～800ns，波长为6000～16000nm，功率密度为0-0.6j/mm2，扫描振镜中的振镜移动速度1～60m/s，聚焦到叶片表面的光斑直径为50～2000μm，保证聚焦到叶片表面的光斑能对叶片表面进行烧蚀形成微孔结构，叶片表面的粗糙化可靠性和有效性高。
[0025]
其中，在电动支架上安装可随扫描振镜在叶片表面上扫描位置的变化而移动的空气净化机，通过空气净化机实时吸收叶片表面因烧蚀而产生的废气，降低叶片表面粗糙化加工对加工现场环境的影响。
[0026]
本发明还采用以上所述的风电叶片表面粗糙化方法制得的风电叶片，其特征在于：所述的风电叶片表面的粗糙度为0.4～2.5μm，满足风电叶片表面的粗糙化需求。
[0027]
以上对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。