超越肉眼所見,未來無人機、攀爬機器人將取代人工風機檢查

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 23 日 14:38 | 分類 機器人 , 無人機 , 能源科技 follow us in feedly


每架風機都是平均身高超過 90 公尺的巨人,因此對於渺小如塵埃的人們來說,風機維修與保養都是相當危險的工作,對此美國科學家決定以無人機、攀爬機器人來降低人工檢查頻率,避免風險的同時,也可透過超越肉眼的技術來提高維修效率。

在廣闊平地與險峻山脊上悠悠旋轉的風機,會不斷面對風吹雨打、冰雹襲擊,緯度更高的地區更會頻繁經歷雪水融解又結凍,隨著時間流逝,風機將愈來愈不耐疲勞與出現損壞,那麼壽命長達 20 年以上的風力發電機,要如何撐過這幾年?

目前風機維修與保養作業目前主要依靠人工進行,而且不像直升機或是飛機,我們無法將風機葉片拆下來放到地上檢查。通常得中止風機運作,運用起重機、吊籠跟繩索爬上巍巍聳立的風機加以檢查,或是在風機底部裝設高畫質相機,由下往上拍攝風機或是葉片的狀況,最後再逐一檢視每個照片,查找是否有裂縫或是受損。

只不過通常發現這些「傷口」時,狀況可能都已經很嚴重了,維修費難以想像,甚至要直接更換葉片。

在檢測與維修效率雙雙欠缺下,美國桑迪亞國家實驗室(SNL)便打算善加利用自動檢測技術,運用配有紅外攝影機的無人機、超聲波掃描的攀爬機器人取代人工技術,以高效率一一檢查風機跟葉片上的裂縫、腐蝕與受損。

在該研究中,團隊與挪威超音波照相機公司 dolphitech 合作,從水壩機器人獲得靈感,研發出能在風機爬上爬下、穿過葉片與風機塔的攀爬機器人,不僅配有高畫質相機,能拍下即時、高傳真圖像,還可以運用相位陣列超音波,查看風機是否受到內傷,透視風機葉片底下每一層的狀況。

(Source:SNL

SNL 團隊還有研發出搭載紅外線攝影機的無人機,可以透過陽光曝曬產生的熱來檢查風機。葉片經過陽光曝曬後,熱量會均勻擴散到葉片的每個角落,但受損與瑕疵會打亂與破壞熱流流動,團隊便能藉由紅外攝影機找出奇怪的熱點,並檢測葉片表層下一公分的狀況,或是用雷達感測器來拍下超高畫質表層相片。

透過上述這兩項「超越肉眼」的檢測技術,人們可以找出難以發現的傷口。

隨著技術更迭,新型風機主要採用碳纖維材料,其具備更優良的力學性能,耐蝕性也相當突出,能在提高剛度、減輕重量情況下,改善葉片的耐疲勞性、風機輸出功率,SNL 機械工程師和葉片可靠性專案負責人 Joshua Paquette 表示,風機葉片或許是世界上最大的複合結構,但如果沒有在出廠前發現瑕疵、趁早召回,這些瑕疵可能會在風機日復一日的疲勞下擴大。

不管是陸上風電還是離岸風電,未來這些綠電都會是我們的能源好夥伴,能幫風機與葉片的機器人將會愈來愈炙手可熱,畢竟風機人工檢查成本非常高,需要特殊技能與特別培訓,料想之後自動檢測技術會是重點研究,這是降低成本,提高營運與維護效率、延長風機壽命的關鍵。

現在已經有一些風機廠商開始運用無人機來拍攝與檢測風機健康狀態,維斯塔斯就是一例,但創新總是好事,團隊也認為「自動檢測」是第一步,希望未來能達成「自動維修」,Paquette 指出,未來團隊也希望能用機器人來進行維修,只要把機器人放到葉片上,就能自己分析葉片材料,再進行黏貼維修或是補丁。

(首圖來源:Flickr/Roman Boed CC BY 2.0)

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