利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法
【專利摘要】一種利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法：S1在水平放置的汽輪機組兩側對應汽輪機組的頭部、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，使每站點所得云數據量在550-600萬范圍內；S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描;S3對葉片、汽封、軸封處用手持式激光掃描儀進行精細掃描，精度在35-45微米范圍內；S4得到轉子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準、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，即得三維實體模型。采用本發明可以快速、準確地測得汽輪機組通流部分的幾何尺寸。
【專利說明】利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法
【技術領域】
[0001]本發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對汽輪機組進行三維建模的方法。
【背景技術】
[0002]汽輪機組是核電站、火電站內重要的組成部分，是能量轉換的重要部件。準確分析其通流部分蒸汽的流動狀態及機組的應力狀態是電站安全、經濟運行的保障。
[0003]對汽輪機組應力狀態及其內的蒸汽流動狀態準確分析前，需要建立汽輪機組準確的三維模型。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的測量方法，由尺量取各處結構的尺寸，其工作量大，且精度難以保證，對于葉片、噴嘴等有復雜曲面的部分，常規測量不可能得到準確的三維模型，這在很大程度上影響了后續計算、分析結果的精度。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題，及時提供一種利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法，可準確、方便、快捷地建立汽輪機組三維模型。
[0005]解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0006]一種利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法，包括以下步驟:
[0007]SI在水平放置的汽輪機組兩側對應汽輪機組的頭部、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，使每站點所得云數據量在550-600萬范圍內；
[0008]S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描；
[0009]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；
[0010]S4得到轉子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準、精簡、融合后得到最后的點云；
[0011]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。
[0012]有益效果:本發明首先是為了解決不能準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。如上述技術背景所述，傳統的測量手段不能滿足快速、準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則可以快速、準確地測得汽輪機組通流部分的幾何尺寸。本發明對于汽輪機組其它結構的快速、準確地建模也是適用的。
[0013]目前，針對汽輪機組建立三維模型，采用三維激光掃描技術是首次嘗試，根據汽輪機的特殊結構制定了多分辨率激光掃描儀相結合的方案，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。
【專利附圖】
【附圖說明】[0014]附圖為轉子掃描站點布置示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合說明書附圖對本發明作進一步的描述:
[0016]本發明的利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法實施例，包括以下步驟:
[0017]SI在水平放置的汽輪機組兩側對應汽輪機組的頭部、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，使每站點所得云數據量在550-600萬范圍內；
[0018]S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描；
[0019]S3對葉片、汽封、軸封等細節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；
[0020]S4得到轉子整體及局部的點云后，采用現有技術對點云進行去噪、配準、精簡、融合后得到最后的點云；
[0021]S5采用現有技術提取特征線、擬合曲面、實體化曲面，即得到最終的三維實體模型。
[0022]由于汽輪機轉子體積大、結構復雜、各級之間有較嚴重的遮擋，需要采集的數據量非常大，數據采集流程遵循先整體后局部的原則。經過反復驗證所制定的實驗方案為:首先采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描，因為轉子各級之間遮擋較嚴重，至少應分六站進行掃描。
[0023]為驗證三維激光掃描技術在轉子逆向建模中的適用性，本研究對一 125MW亞臨界汽輪機組轉子部分進行了三維激光掃描和建模。本次掃描采取先對轉子進行整體掃描，然后對葉片等細節處精細掃描的方案，整體掃描用三維激光掃描儀，其特點是掃描速度快、采集點云數據量大；對葉片等細節處的精細掃描用手持式激光掃描儀，其特點是掃描精度高。經過反復驗證所制定的實驗方案為:首先采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描，因為轉子各級之間遮擋較嚴重，所以至少應分六站進行掃描。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。
[0024]本次掃描實驗分六站對轉子進行整體掃描，六站分布示意如附圖所示。為了得到更為準確的轉子模型，對葉片部分采用手持式激光掃描儀，其精度達40微米。
[0025]得到了轉子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準、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。
[0026]綜上所述，與傳統建模相比，本發明具有準確、快速等優點，特別對于未知尺寸的結構進行建模是高效、準確、可行的。對于一些項目時間緊的研究也是一種很好的方法。
【權利要求】
1.一種利用三維激光掃描技術對汽輪機組進行三維建模的方法，包括以下步驟: SI在水平放置的汽輪機組兩側對應汽輪機組的頭部、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，使每站點所得云數據量在550-600萬范圍內； S2在各站點采用三維激光掃描儀對轉子進行多站掃描； 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； S4得到轉子整體及局部的點云后，對點云進行去噪、配準、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。
【文檔編號】G06T17/00GK103530441SQ201310416327
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】闞偉民, 胡念蘇, 鄭李坤, 熊揚恒, 王建梅, 肖小清, 張春琳 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 武漢大學