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Ice measurement on the wind turbines' blades by close-range photogrammetry methods

Majlesi, Mohammadreza (2015). Ice measurement on the wind turbines' blades by close-range photogrammetry methods. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Photogrammetric scanning for measuring the thickness of ice is quite new in the wind energy field. When the rotor blades were mounted on the wind turbine tower, ice thickness inspections became nearly impossible to be performed in the past but by image base modeling methods, geometry extraction of ice of frosted blades are possible in the form of mesh models.

In this research thesis, 3D model of wind turbine blades without ice is designed as reference Master CAD data. A prototype of this CAD model is made by a 3D printer machine which after painting, a pattern of retro targets is added to blades surfaces. Digital Single-Lens Reflex (SLR) camera is used to capture several images of objects with different modes of lighting and illumination. A series of point clouds is produced by using the Structure from Motion (SfM) method and VisualSfM software. Each point cloud has an arbitrary coordinate system that is scaled and transferred to Global Coordinate System by 3D transform on CATIA software based on similar features between 3D point cloud and master CAD data. When the ice has sufficient texture, such as rime ice and the texture is captured in the images, a point cloud corresponding to the captured region will also be detected. The position of ice on the blades is detected by coded retro targets on blade’s surface and the order of image acquisition. The generated point cloud and its mesh are compared with the Master CAD or reference geometric model and finally shows in 3D format, the shape, thickness and approximate mass of ice on the blades.

This study focused on the feasibility of reconstruction of 3D polygonal mesh models by images captured from a wind turbine blade with a configuration of digital SLR cameras. The main objective of this reconstruction is to identify the volume and shape of ice-accumulated areas on the wind turbine blades in arctic regions. Geometrical comparison of these triangular mesh models with the non-iced blade CAD data could reveal the geometry of accumulated ice.

Titre traduit

Mesure de la glace sur les pales des éoliennes par des méthodes de photogrammétrie à courte portée

Résumé traduit

La numérisation photogrammétrie pour mesurer l'épaisseur de glace est tout à fait nouvelle dans le domaine de l’énergie éolien. Lorsque les pales du rotor ont été montées sur la tour de l'éolienne, effectuer les inspections de l'épaisseur de la glace était presque impossible dans le passé, mais par les méthodes de modélisation à base de l'image, l'extraction de la géométrie des pales givrées sous la forme de modèles en maille est possible.

Dans ce mémoire de recherche, une maquette 3D des pales d'éoliennes sans glace est conçue dans le logiciel CATIA et considéré comme les données de référence de CAO. Un prototype de ce modèle CAO est construit par une machine d'impression 3D. Après la peinture, nous avons ajouté 3 modèles des cibles (retro targets) sur les surfaces des pales. Un appareil photo reflex numérique est utilisé pour capter plusieurs images des objets avec différents modes d'éclairages et d'illuminations. Une série de nuages de points est produite en utilisant la méthode de structure de mouvement (SfM) et le logiciel VisualSfM. Chaque nuage de points a un système arbitraire de coordonnées qui est mis à l'échelle et transféré au système de coordonnées global par transformation à l’aide du logiciel CATIA en se basant sur les caractéristiques similaires entre le nuage de points 3D et les données de référence de CAO. Lorsque la glace a une texture suffisante, comme du givre blanc, cette texture peut être captée dans les images et un nuage de points correspondant à la région captée sera également détecté. La position de la glace sur les pales est détectée par cibles (retro targets) codé sur la surface de la pale et à l'ordre d'acquisition des images. Le nuage de points générés et son maillage sont comparés avec les données de référence de CAO et le résultat est montré en format 3D, qui détermine la forme, l'épaisseur et la masse approximative de glace sur les pales.

Cette étude a porté sur la faisabilité de la reconstruction de modèles de maillage polygonal 3D par l'image captée d'une pale d’éolienne avec un ensemble d’appareils photo reflex numériques. L'objectif principal de cette modélisation est identifié le volume et la forme des zones de glace accumulée sur les pales de l'éolienne dans les régions arctiques. Une comparaison géométrique de ces modèles de maillage triangulaires avec les données CAO de pale non-glacé pourrait révéler la géométrie de la glace accumulée.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Master thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree in mechanical engineering". Bibliographie : pages 129-133.
Mots-clés libres: Glace Prévention. Éoliennes. Turbines Aubes. Photogrammétrie numérique. Turbines Aubes Modèles mathématiques. Analyse géométrique. photogrammétrie à courte portée, photogrammétrie rapprochée, méthode de détection de glace, modélisation 3D à base d'images, structure du mouvement, transformation de similarité en 3D
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masson, Christian
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Tahan, Souheil-Antoine
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 05 nov. 2015 16:07
Dernière modification: 10 déc. 2016 16:56
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1542

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