[發(fā)明專利]利用三維激光掃描技術(shù)對汽輪機組進行三維建模的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310416327.2
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103530441A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 闞偉民;胡念蘇;鄭李坤;熊揚恒;王建梅;肖小清;張春琳
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;武漢大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽輪機組的三維建模方法，尤其是涉及一種利用三維激光掃描技術(shù)對汽輪機組進行三維建模的方法。

背景技術(shù)

汽輪機組是核電站、火電站內(nèi)重要的組成部分，是能量轉(zhuǎn)換的重要部件。準(zhǔn)確分析其通流部分蒸汽的流動狀態(tài)及機組的應(yīng)力狀態(tài)是電站安全、經(jīng)濟運行的保障。

對汽輪機組應(yīng)力狀態(tài)及其內(nèi)的蒸汽流動狀態(tài)準(zhǔn)確分析前，需要建立汽輪機組準(zhǔn)確的三維模型。目前，在建模的過程中，由于種種原因而使得圖紙不全，建模過程中只能由常規(guī)的測量方法，由尺量取各處結(jié)構(gòu)的尺寸，其工作量大，且精度難以保證，對于葉片、噴嘴等有復(fù)雜曲面的部分，常規(guī)測量不可能得到準(zhǔn)確的三維模型，這在很大程度上影響了后續(xù)計算、分析結(jié)果的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，及時提供一種利用三維激光掃描技術(shù)對汽輪機組進行三維建模的方法，可準(zhǔn)確、方便、快捷地建立汽輪機組三維模型。

解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種利用三維激光掃描技術(shù)對汽輪機組進行三維建模的方法，包括以下步驟：

S1在水平放置的汽輪機組兩側(cè)對應(yīng)汽輪機組的頭部、中部和尾部處，對稱布置至少6個掃描站點，各站點距離汽輪機組軸線2米-6米，使每站點所得云數(shù)據(jù)量在550-600萬范圍內(nèi)；

S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉(zhuǎn)子進行多站掃描;

S3對葉片、汽封、軸封處用手持式激光掃描儀進行精細掃描，使精度在35-45微米范圍內(nèi)；

S4得到轉(zhuǎn)子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準(zhǔn)、精簡、融合后得到最后的點云；

S5提取特征線、擬合曲面、實體化曲面，即得到最終的三維實體模型。

有益效果：本發(fā)明首先是為了解決不能準(zhǔn)確建立大型超臨界和超超臨界機組通流部分三維模型的問題。如上述技術(shù)背景所述，傳統(tǒng)的測量手段不能滿足快速、準(zhǔn)確建立汽輪機組通流部分三維模型的要求，而采用三維激光掃描技術(shù)則可以快速、準(zhǔn)確地測得汽輪機組通流部分的幾何尺寸。本發(fā)明對于汽輪機組其它結(jié)構(gòu)的快速、準(zhǔn)確地建模也是適用的。

目前，針對汽輪機組建立三維模型，采用三維激光掃描技術(shù)是首次嘗試，根據(jù)汽輪機的特殊結(jié)構(gòu)制定了多分辨率激光掃描儀相結(jié)合的方案，通過掃描實驗，驗證了該方法的可行性，并且得出了一套切實可行的掃描、建模方案。

附圖說明

附圖為轉(zhuǎn)子掃描站點布置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步的描述：

本發(fā)明的利用三維激光掃描技術(shù)對汽輪機組進行三維建模的方法實施例，包括以下步驟：

S1在水平放置的汽輪機組兩側(cè)對應(yīng)汽輪機組的頭部、中部和尾部處，對稱布置至少6個掃描站點，各站點距離汽輪機組軸線2米-6米，使每站點所得云數(shù)據(jù)量在550-600萬范圍內(nèi)；

S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉(zhuǎn)子進行多站掃描;

S3對葉片、汽封、軸封等細節(jié)處用手持式激光掃描儀進行精細掃描，使精度在35-45微米范圍內(nèi)；

S4得到轉(zhuǎn)子整體及局部的點云后，采用現(xiàn)有技術(shù)對點云進行去噪、配準(zhǔn)、精簡、融合后得到最后的點云；

S5采用現(xiàn)有技術(shù)提取特征線、擬合曲面、實體化曲面，即得到最終的三維實體模型。

由于汽輪機轉(zhuǎn)子體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各級之間有較嚴重的遮擋，需要采集的數(shù)據(jù)量非常大，數(shù)據(jù)采集流程遵循先整體后局部的原則。經(jīng)過反復(fù)驗證所制定的實驗方案為：首先采用三維激光掃描儀對轉(zhuǎn)子進行多站掃描，因為轉(zhuǎn)子各級之間遮擋較嚴重，至少應(yīng)分六站進行掃描。

為驗證三維激光掃描技術(shù)在轉(zhuǎn)子逆向建模中的適用性，本研究對一125MW亞臨界汽輪機組轉(zhuǎn)子部分進行了三維激光掃描和建模。本次掃描采取先對轉(zhuǎn)子進行整體掃描，然后對葉片等細節(jié)處精細掃描的方案，整體掃描用三維激光掃描儀，其特點是掃描速度快、采集點云數(shù)據(jù)量大；對葉片等細節(jié)處的精細掃描用手持式激光掃描儀，其特點是掃描精度高。經(jīng)過反復(fù)驗證所制定的實驗方案為：首先采用三維激光掃描儀對轉(zhuǎn)子進行多站掃描，因為轉(zhuǎn)子各級之間遮擋較嚴重，所以至少應(yīng)分六站進行掃描。每站所得點云量大約為550萬。對于葉片部分，必須采用更為精確的手持式激光掃描儀來完成點云的采集。

本次掃描實驗分六站對轉(zhuǎn)子進行整體掃描，六站分布示意如附圖所示。為了得到更為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子模型，對葉片部分采用手持式激光掃描儀，其精度達40微米。

得到了轉(zhuǎn)子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準(zhǔn)、精簡、融合后就得到了最后的點云；最后提取特征線、擬合曲面、實體化曲面，就得到了最終的三維實體模型。

綜上所述，與傳統(tǒng)建模相比，本發(fā)明具有準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點，特別對于未知尺寸的結(jié)構(gòu)進行建模是高效、準(zhǔn)確、可行的。對于一些項目時間緊的研究也是一種很好的方法。