孫翀翔

【摘 要】通過(guò)掃描的方式獲取事物的三維信息，再將獲取的信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，最后將數(shù)字信號(hào)交由電子計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的技術(shù)被稱(chēng)為三維掃描技術(shù)，這種掃描方式不僅掃描精讀非常高，而且掃描速度也非?？?。本文主要介紹了三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍以及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)基于ATOS掃描儀的工作原理以及性能參數(shù)，對(duì)其在泵質(zhì)量控制中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析和對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】泵質(zhì)量；控制；三維掃描

三維掃描技術(shù)作為一種高新技術(shù)，是集電、光、機(jī)以及計(jì)算機(jī)等各領(lǐng)域技術(shù)于一體的，主要工作原理為對(duì)實(shí)物的色彩、結(jié)構(gòu)以及空間外形進(jìn)行三維激光掃描，以此來(lái)獲得事物表面的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)[1]。其通過(guò)對(duì)被測(cè)物體表面大量密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行有效記錄，再利用激光測(cè)距原理，可以將被檢測(cè)目標(biāo)的線(xiàn)、面、體各方面數(shù)據(jù)以及其三維模型快速的勾勒出來(lái)，具有非常明顯的掃描速度快、掃面準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣等諸多有點(diǎn)?，F(xiàn)如今，各行各業(yè)都開(kāi)始廣泛運(yùn)用三維掃描技術(shù)，包括航空航天、機(jī)械制造、歷史建筑、交通車(chē)輛、文物考古等等。

一、三維掃描技術(shù)在泵質(zhì)量控制中的重要性

在泵制造業(yè)中，需要對(duì)葉輪等零件進(jìn)行檢測(cè)，尤其是有些曲面比較復(fù)雜的零件，如果依然采用傳統(tǒng)的檢測(cè)方式則會(huì)具有一定的缺陷，比如測(cè)量周期長(zhǎng)、測(cè)量難度大以及檢測(cè)精度不高等，而這就無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)如今對(duì)于葉輪質(zhì)量的控制要求。如果對(duì)泵體以及葉輪等各零件以及模型采用三維掃描儀進(jìn)行掃描，就可以快速的掃描出高精度的零件尺寸數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)直接通過(guò)相關(guān)軟件就可以與原本的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行精確對(duì)比，以此來(lái)提高零件尺寸的精確度，最終提供出更加高性能、高精度的高品質(zhì)零件。

二、三維掃描儀的技術(shù)規(guī)格及工作原理

本文主要介紹ATOS Ⅱ Triple Scan光學(xué)三維掃描儀，該掃描儀采用的藍(lán)光技術(shù)以及雙立體相機(jī)，38mm×29mm～2000mm×1500mm且為360°的掃描范圍，500萬(wàn)像素的分辨率，490～2000mm的工作距離，可以很大程度的滿(mǎn)足各種要求的高精度掃描。

ATOS掃描儀首先需要對(duì)樣品零件進(jìn)行數(shù)字化的信息采集，之后在測(cè)量工件的表面投影特定的光柵條紋，通過(guò)兩個(gè)CCD數(shù)碼相機(jī)（即高分辨率電荷耦合原件數(shù)碼相機(jī)）拍攝光柵干涉條紋，再通過(guò)光柵測(cè)量原理以及光學(xué)拍攝定位技術(shù)在非常短的時(shí)間內(nèi)即可將復(fù)雜工件表面的完整點(diǎn)云采集完畢。不僅如此，ATOS掃描儀還有相配套的軟件，通過(guò)該軟件可以在短短幾秒鐘之內(nèi)，將多達(dá)400萬(wàn)個(gè)精確的三維坐標(biāo)計(jì)算出來(lái)。這種高質(zhì)量的掃描技術(shù)在快速成型、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、質(zhì)量控制、逆向工程以及虛擬裝配中被應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，其甚至可以實(shí)現(xiàn)將零件進(jìn)行直接加工。

在開(kāi)始進(jìn)行掃描前，在對(duì)掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上，除了需要注意將磁性數(shù)碼標(biāo)志點(diǎn)貼在每件樣品零件的表面，還需要在每件樣品零件的表面進(jìn)行白色亞光處理，如噴上顯像劑，這樣就可以作為掃描系統(tǒng)的坐標(biāo)參考。在進(jìn)行掃描時(shí)，藍(lán)色的光柵條紋就會(huì)直接投影到葉輪上，以方便對(duì)扭曲的葉片進(jìn)行掃描。為了使葉片充分暴露在外邊，必要時(shí)還需要對(duì)葉輪的前蓋板進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈?。在將葉輪數(shù)據(jù)掃描完成后，可將原本的三維模型與用專(zhuān)門(mén)的軟件構(gòu)建出的三維模型進(jìn)行對(duì)比和分析，即可檢查出葉片中每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)是否與設(shè)計(jì)要求相符[3]。

三、采用三維掃描測(cè)量軸流泵葉輪結(jié)果分析

以700mm的出口直徑、160kW的功率、5040m3/h的流量，7.4m的揚(yáng)程、83.8%的效率的軸流泵為例，其電機(jī)型號(hào)為YE2-355M1-6。該軸流泵在出廠(chǎng)之前都進(jìn)行過(guò)內(nèi)部的檢測(cè)試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果為在相同的流量點(diǎn)下，其實(shí)測(cè)效率為70.2%，而這和技術(shù)實(shí)際需求的效率有著較大的差距。

對(duì)軸流泵的效率影響最大的因素就是葉輪，其主要是由四個(gè)空間曲面的葉片組成的。由于葉輪是從外協(xié)單位采購(gòu)來(lái)的一種精密鑄件，因此其尺寸都是經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)的，一般沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題。但在對(duì)葉片的表面利用三維掃描進(jìn)行檢查，再通過(guò)掃描后創(chuàng)建的三維模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，葉片的尺寸嚴(yán)重偏離了原本的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)看，允許偏差在±1.4mm以?xún)?nèi)，而測(cè)量出的葉片背景其最大偏差達(dá)到了+8.84mm，而工作面的最大偏差達(dá)到了10.92mm。

制造葉輪的材料一般為不銹鋼，模具采用金屬模具進(jìn)行精密鑄造。在利用三維掃描技術(shù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量分析對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)葉輪質(zhì)量出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，鑄造一個(gè)模具或者一個(gè)零件，擁有一個(gè)高質(zhì)量且切合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案以及制造工藝是首要前提，但是對(duì)于熱處理、搬運(yùn)、機(jī)加工、鑄造等制作過(guò)程也需要嚴(yán)格進(jìn)行控制和把關(guān)。

四、采用三維掃描測(cè)量循環(huán)水泵葉輪結(jié)果分析

以2000mm的出口直徑、2700kW的功率、40608m3/h的流量，18.5m的揚(yáng)程、87.2%的效率的循環(huán)水泵為例，其電機(jī)型號(hào)為YLKS1000-16[4]。該循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)是采用混凝泵水力模型進(jìn)行的。由于其在電廠(chǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)性能參數(shù)嚴(yán)重下滑、振動(dòng)噪聲嚴(yán)重增大的情況，這時(shí)就無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際需求，只能停機(jī)并對(duì)其進(jìn)行檢修。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵進(jìn)行解體之后，將泵內(nèi)如葉輪等已損壞的零件進(jìn)行更新，將替換下來(lái)的零件帶回工廠(chǎng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)并分析。

對(duì)軸流泵的效率影響最大的因素就是葉輪，其主要是由三個(gè)空間曲面的葉片組成的。將葉片表面利用三維掃描技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)后的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型之后與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示出其出現(xiàn)了嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求的情況。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)看，允許偏差在±4mm以?xún)?nèi)，而測(cè)量出的葉輪室配合部位以及葉片的邊緣部位與實(shí)際數(shù)據(jù)偏差較大，最大偏差達(dá)到了+29.14mm。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行停機(jī)解體后對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)檢查，檢查結(jié)果顯示泵潤(rùn)滑受到了嚴(yán)重的磨損，已經(jīng)失去了其原有的定位功能。由于整個(gè)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了大幅度的晃動(dòng)，導(dǎo)致了葉輪室與葉輪外邊緣部位發(fā)生了很長(zhǎng)時(shí)間的摩擦，最后葉輪的直徑有一定程度的縮小，泵的功能性也有大幅度下降。由此可見(jiàn)，由于軸承等部位非常容易受損，因此需要對(duì)其進(jìn)行定期更換，并做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證其在不帶病的狀態(tài)下運(yùn)行，否則可能會(huì)造成更多不可控的損失。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在對(duì)泵的葉片曲面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，利用三維激光掃描技術(shù)具有數(shù)據(jù)點(diǎn)更加完整、測(cè)量精度更高等特點(diǎn)。不僅如此，還可以對(duì)零件的制造以及運(yùn)行后的誤差進(jìn)行詳細(xì)的分析，因此不僅可以有效提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量，還可以提高產(chǎn)品的售后服務(wù)質(zhì)量，相關(guān)工程人員可以將產(chǎn)品故障在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行精確的診斷，并針對(duì)性的改善產(chǎn)品的性能，是一種非常高效的測(cè)量方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]高君，霍瑞康.三維掃描技術(shù)在泵質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].裝備機(jī)械，2016，（3）：16-18，39.

[2]王冬梅，趙鋼，吳杰，等.三維激光掃描儀在泵站流道施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2010，36（10）：51-52.

[3]萇飛霸，潘克新，劉偉，等.輸注泵質(zhì)量檢測(cè)分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2018，39（11）：54-56.

[4]趙芳芳.基于克里格插值法的地鐵隧道三維地質(zhì)模型構(gòu)建[J].遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2018，20（02）：17-20.

（作者單位：遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校）