摘 要

面对日益严重的能源危机，风能以其可再生、绿色清洁的特点，引起了广泛的关注，日益走进人们的生活中。作为风能发电的关键组建，风电叶片的制造生产也显得尤为重要。但是，目前的风电叶片制造工艺中，还存在着许多不足，如自动化水平低、人工成本不高等。

激光切割拥有其非接触式加工的特点，没有了刀具的限制，极其适合于小批量、体积巨大、结构复杂的风电叶片加工生产过程中。本文针对风电叶片的激光切割工艺进行了详细分析，首先对比了激光切割相较于传统风电叶片加工手段，其优势和改进所在，再针对风电叶片的玻璃钢材质，做出了其激光切割工艺分析，最后通过选定以及装配所需装备，如激光头、工业机器人、机器人导轨等，完成对风电叶片激光加工工艺的分析。

关键词：激光切割；三维建模；风电叶片结构；工业机器人

Abstract

Facing the increasingly serious energy crisis, wind energy has attracted extensive attention due to its renewable, green and clean characteristics, and is increasingly entering into people's lives. As the key establishment of wind power generation, the manufacturing and production of wind turbine blades is also very important. However, there are still many deficiencies in the current wind turbine blade manufacturing process, such as low automation level and low labor cost.

Laser cutting has its characteristics of non-contact machining, without the limitation of cutting tools, and is extremely suitable for small batch, large volume, complex structure of wind power blade processing and production process. n this paper, the laser cutting technology of wind turbine blades is analyzed in detail. First, the advantages and improvements of laser cutting compared to the traditional wind turbine blade processing means are compared, and then the laser cutting technology is analyzed for the FRP material of wind power blade. Bare head, industrial robot, robot guide and so on, complete the analysis of laser processing technology of wind turbine blades.

Key Words：laser cutting；3D modeling；Wind turbine blade structure；Industrial robot

目 录

第1章 绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 课题的研究背景及意义………………………………………………………………1

1.1.1 课题的研究背景…………………………………………………………………1

1.1.2 课题的研究意义…………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状………………………………………………………………………2

1.2.1 国内研究现状……………………………………………………………………2

1.2.2 国外研究现状……………………………………………………………………2

1.3 课题的主要研究内容………………………………………………………………3

第2章 风电叶片的三维建模………………………………………………………………4

2.1 风电叶片的结构组成…………………………………………………………………4

2.1.1 风电叶片的形状…………………………………………………………………4

2.1.2 风电叶片参考坐标系……………………………………………………………5

2.1.3 风电叶片的几何参数……………………………………………………………5

2.2 基于solidworks的风电叶片三维建模……………………………………………6

2.2.1 soliworks软件介绍……………………………………………………………7

2.2.2 叶片原始翼型坐标生成…………………………………………………………7

2.2.3 叶片各界面实际空间坐标求解…………………………………………………8

2.2.4 基于solidworks的风电叶片三维模型的建立…………………………………8

第3章 风电叶片激光切割工艺分析………………………………………………………10

3.1 激光加工原理…………………………………………………………………………10

3.1.1 风电叶片激光切割器选择………………………………………………………10

3.1.2 激光切割方式……………………………………………………………………11

3.2 风电叶片激光切割参数………………………………………………………………12

3.2.1 激光功率的计算…………………………………………………………………12

3.2.2 激光切割时间计算………………………………………………………………13

第4章 风电叶片激光切割装备选型………………………………………………………15

4.1 激光切割及工业机器人选型…………………………………………………………15

4.1.1 激光切割头选型…………………………………………………………………15

4.1.2 工业机器人选型…………………………………………………………………15

4.1.3 激光头与机器人装配……………………………………………………………16

4.2 总装配图………………………………………………………………………………17

第5章 激光切割及检测方案………………………………………………………………19

5.1 风电叶片激光切割控制………………………………………………………………19

5.1.1 激光跟踪仪的系统组成及工作原理……………………………………………19

5.1.2 陀螺仪空间定位方法……………………………………………………………20

5.1.3 激光切割控制……………………………………………………………………21

5.2 风电叶片检测方案……………………………………………………………………21

5.2.1 经纬仪介绍………………………………………………………………………21

5.2.2 风电叶片型面检测项目…………………………………………………………32

5.2.3 检测方案…………………………………………………………………………22

5.2.4 叶片位姿的调整…………………………………………………………………22

5.2.5 测量站的布置……………………………………………………………………23

5.2.6 建立工件坐标系…………………………………………………………………23

5.2.7 叶片外形数据测量………………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………………………………………25

致谢……………………………………………………………………………………………26

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第1章 绪论

因为激光的高单色性、高相干性以及方向性好等特点，人们发现激光能够利用于切割方面。激光切割一般是指，将激光通过一定方式聚焦后，直射在所需切割的材料上，使之在一定极小范围内，熔化或汽化，随着激光在所切割材料沿特定路线上移动，在材料上形成切缝进而完成切割。

激光切割工艺相比较传统切割工艺的优点在于：

1、激光切割是一种非接触式加工，对于材料，它无损耗，无机械应力，无形变。

2、激光能量集中，因此它的热影响区小，对于非加工部分影响非常小，工件热变形也极小。

3、由于单位密度的激光内能量高，因此激光切割的加工速度快，生产效率高

4、激光的功能性强，能够导向、发散等，用于激光功率的不同，光斑尺寸也不同，且激光容易与相对应的控制系统配合，因此可以胜任很多复杂的加工，例如精密加工和局部选择性加工。

1.1课题的研究背景及意义