Les robots, les drones et les capteurs aident à inspection maintenant et pourraient être entièrement automatisés dans un avenir pas trop lointain.

Les drones et les robots rampants équipés de scanners spéciaux pourraient aider les lames enroulées à rester en service plus longtemps, ce qui pourrait réduire le coût de l'énergie éolienne à un moment où les lames deviennent plus grandes, plus chères et plus difficiles à transporter. À cette fin, les chercheurs du DOE's Blade Reliability Collaborative and Sandia National Laboratory ont travaillé sur des moyens d'inspecter de manière non invasive les lames de vent pour des dégâts cachés tout en étant plus rapide et plus détaillé que les inspections humaines traditionnelles avec des caméras.

Les lames éoliennes sont les plus grandes structures composites monoblocs construites dans le monde, encore plus grandes que n'importe quel avion, et elles sont souvent placées sur des machines dans des endroits éloignés. Une lame est soumise à la foudre, à la grêle, à la pluie, à l'humidité et à d'autres forces tout en parcourant un milliard de cycles de charge au cours de sa vie, mais vous ne pouvez pas simplement l'atterrir dans un cintre pour l'entretien.

L'inspection et la réparation de routine, cependant, sont essentielles pour garder les lames de turbine en service, dit Paquette. Cependant, les méthodes d'inspection actuelles ne prennent pas toujours les dégâts assez tôt. Sandia s'appuie sur l'expertise de la recherche avionique et robotique pour changer cela. En prenant des dégâts avant qu'il ne devienne visible, des réparations plus petites et moins chères peuvent réparer la lame et prolonger sa durée de vie, dit-il.

Dans un projet, Sandia a équipé un robot rampant avec un scanner qui recherche des dommages à l'intérieur des lames de vent. Dans une deuxième série de projets, Sandia a jumelé des drones avec des capteurs qui utilisent la chaleur du soleil pour détecter les dommages.

Traditionnellement, l'industrie éolienne a eu deux approches principales pour inspecter les lames éoliennes, dit Paquette. La première option consiste à envoyer quelqu'un avec un appareil photo et un téléobjectif. L'inspecteur passe d'une lame à l'autre en claquant des photos et à la recherche de dommages visibles, tels que des fissures et de l'érosion. La deuxième option est similaire, mais au lieu de se tenir au sol, l'inspecteur rappelle une tour de lame à vent ou de manœuvrer une plate-forme sur une grue de haut en bas de la lame.

Dans ces inspections visuelles, vous ne voyez que des dommages de surface. Souvent, cependant, au moment où vous pouvez voir une fissure à l'extérieur d'une lame, les dommages sont déjà assez graves. Vous regardez une réparation coûteuse ou vous devrez peut-être même remplacer la lame.

Ces inspections ont été populaires parce qu'elles sont abordables, mais elles ne peuvent pas subir de dégâts avant de devenir un problème plus important, dit Paquette. Les robots et les drones rampants de Sandia visent à faire de l'inspection interne non invasive des lames éoliennes une option viable pour l'industrie.

Sandia and Partners International Climbing Machines et Dophitech ont construit un robot rampant inspiré par les machines qui inspectent les barrages. Le robot peut se déplacer d'un côté à l'autre et de haut en bas d'une lame de vent, comme quelqu'un qui peint un panneau d'affichage. Les caméras embarquées suivent des images haute fidélité pour détecter les dommages de surface, ainsi que de petites démarcations qui peuvent signaler des dommages plus importants et souterrains. En se déplaçant, le robot utilise également une baguette pour scanner la lame pour les dommages en utilisant l'imagerie à ultrasons à réseau phasé.

Le scanner fonctionne un peu comme les machines à ultrasons utilisées par les médecins pour voir les corps à l'intérieur, sauf dans ce cas, il détecte les dommages internes aux lames. Les changements dans ces signatures à ultrasons sont automatiquement analysés pour indiquer les dommages.

Dennis Roach, scientifique senior de Sandia et robotique, a déclaré qu'une inspection à ultrasons par réseau progressive peut détecter les dommages à n'importe quelle couche à l'intérieur des lames composites épaisses.

L'impact ou la survenue de la turbulence crée des dommages souterrains qui ne sont pas visibles. L'idée est de trouver des dégâts avant de passer à la taille critique et peut être fixée avec des réparations moins coûteuses qui diminuent également les temps d'arrêt de la lame. Nous voulons éviter les échecs ou la nécessité de retirer une lame.

Roach envisage les robotes des robotes dans le cadre d'une méthode d'inspection et de réparation à guichet unique pour les lames de vent.

Imaginez une équipe de réparation sur une plate-forme montant une lame à vent avec le robot rampant devant. Lorsque le robot trouve quelque chose, les inspecteurs peuvent avoir le robot marquer l'endroit afin que l'emplacement des dommages souterrains soit évident. L'équipe de réparation accroche les dégâts et répare le matériau composite. Ce guichet unique d'inspection et de réparation permet à la lame de revenir rapidement en service.

Sandia a également travaillé avec plusieurs petites entreprises dans une série de projets pour équiper des drones avec des caméras infrarouges qui utilisent la chaleur du soleil pour détecter les dommages cachés à la lame de vent. Cette méthode, appelée thermographie, détecte des dommages jusqu'à un demi-pouce profondément à l'intérieur de la lame.

Nous avons développé une méthode qui chauffe la lame au soleil, puis roule ou lance la lame jusqu'à ce qu'elle soit à l'ombre. La lumière du soleil se diffuse dans la lame et égalise. Au fur et à mesure que cette chaleur diffuse, vous vous attendez à ce que la surface de la lame refroidisse. Mais les défauts ont tendance à perturber le flux de chaleur, laissant la surface au-dessus et les défauts chauds. La caméra infrarouge détecte ces points chauds et les étiquette comme des dommages détectés.

Il existe des dispositifs de thermographie au sol actuellement utilisés pour d'autres industries, tels que la maintenance des avions. Parce que les caméras sont montées sur des drones pour cette application, des concessions doivent être faites, dit Ely.

Vous ne voulez pas quelque chose de cher sur un drone qui pourrait s'écraser, et vous ne voulez pas de porc. Ainsi, nous utilisons de très petites caméras IR qui correspondent à nos critères, puis nous utilisons des images optiques et du lidar pour fournir des informations supplémentaires.

Le lidar, qui est comme un radar mais utilise une lumière visible au lieu des ondes radiofréquences, mesure combien de temps il faut de la lumière pour se déplacer vers un point pour déterminer la distance entre les objets. S'inspirant du programme Mars Landener de la NASA, les chercheurs ont utilisé un capteur LiDAR et ont profité du mouvement des drones pour rassembler des images de super-résolution. Un drone inspectant une lame de vent se déplace pendant qu'il prend des images, et ce mouvement permet de rassembler des images de super résolution.

Vous utilisez le mouvement pour remplir des pixels supplémentaires. Si vous avez une caméra ou un lidar de 100 à 100 pixels et prendre une photo, cette résolution est tout ce que vous aurez. Mais si vous vous déplacez tout en prenant des photos, par une quantité de sous-pixels, vous pouvez combler ces lacunes et créer un maillage plus fin. Les données de plusieurs images peuvent être reconstituées pour une image de super résolution.

L'utilisation d'imagerie lidar et super-résolution permet également aux chercheurs de suivre précisément là où la lame est endommagée, et le lidar peut également mesurer l'érosion sur les bords de la lame.

Les inspections autonomes des ponts et des lignes électriques sont déjà des réalités, et Paquette estime qu'elles deviendront également importantes pour assurer la fiabilité de la lame éolienne.

L'inspection autonome va être une zone énorme, et cela a vraiment du sens dans l'industrie éolienne, étant donné la taille et l'emplacement des lames.

Paquette dit qu'il y a de la place pour une variété de méthodes d'inspection, des simples inspections de caméras au sol aux drones et des robots de robots travaillant ensemble pour déterminer la santé d'une lame.

Je peux envisager chaque usine de vent ayant un drone ou une flotte de drones qui décollent tous les jours, volent autour des éoliennes, font toutes leurs inspections, puis reviennent et téléchargent leurs données. Ensuite, l'opérateur de l'usine de vent interviendra et examinera les données, qui auront déjà été lues par l'intelligence artificielle qui recherche des différences dans les lames des inspections précédentes et note les problèmes potentiels. L'opérateur déploiera ensuite un robot robot sur la lame avec des dommages suspects pour obtenir un look plus détaillé et des réparations de plan. Ce serait une avance importante pour l'industrie.