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《鍋爐制造雜志》2016年第6期

摘要:

本文介紹了空間中曲面工件的數字化測量方法。通過運用激光跟蹤儀、轉站等技術對水輪機轉輪葉片進行測量，方便修復與加工工作。旨在提高葉片等曲面工件修復效率和修復質量。

關鍵詞:

激光跟蹤儀;轉站;葉片

0引言

水輪機轉輪作為水輪發電機組的核心部件，它的質量好壞直接影響著整個機組運行的穩定和效率。此次我們接到了某電站水輪機轉輪維修工作，由于轉輪葉片在運行中碰撞損壞，葉片進水邊嚴重變形，與上冠、下環連接處均撕裂，如圖1所示，已經無法正常運行，急需返回制造廠修復。

1修復方案

此次轉輪的意外損壞造成電站停運，業主要求用最短的時間修復轉輪恢復運行。轉輪返廠后相關工藝人員和檢測人員對損壞情況進行了初步評估，認為要想在短時間內修復的難點在于檢測。首先要通過數字化測量對所有葉片位置進行全面檢測，檢測數據與三維模型比對計算出變形量，然后根據標準劃定超差區域，對這些區域采用等離子切割的方式切除掉，同時下料在數控設備上加工出與切除掉部位對應的理想模塊，初步掛裝鉚焊，然后再通過檢測對模塊位置進行精確調整定位，全部調整完后進行焊接退火等工序，然后交檢，對需要修磨的地方打磨處理，當然之前的模塊要適當留量。

2測量設備及工作原理

本次維修測量工作運用的是美國API公司生產的T3激光跟蹤儀，如圖2所示。T3激光跟蹤儀是一款具有高精度、可便攜的測量設備。可以根據測量要求，在空間內建立符合要求的坐標系，給出相關點、線、面、體的空間位置。運用圓光柵進行角度的測量，運用激光干涉儀測量距離。激光發出后，利用靶球內三面相互垂直的反射鏡將激光反射回跟蹤儀，進行測量。跟蹤儀可以進行靜態測量和動態掃描測量，掃描測量精度為0．01mm/m，滿足此次維修測量工作的精度要求。

3測量方法

測量時由于轉輪體要放置在平臺上，相對于地面有一定的高度，因此在必要時需要將跟蹤儀與三腳架配合使用，架起一定的高度。測量過程不僅需要使用硬件系統，還需要軟件系統進行處理，本次測量運用的是分析空間測量的軟件Spa-tialAnalyser，簡稱SA，這是一款第三方的測量軟件。為了方便處理數據，需要把坐標系建立在轉輪中心，保持與原始CAD模型坐標系一致。轉輪一共七個葉片，每個葉片上有三條型線，可以根據型線的位置進行掃面測量。測量過程如圖3所示。在測量幾個葉片之后，就出現了另一個問題，由于轉輪很大，受通視條件所限，跟蹤儀不可能只在一個位置就能測量到所有的葉片，這里就需要運用到轉站技術。可以從字面意思上理解什么是轉站，就是將跟蹤儀轉換到另一個位置繼續進行測量并且保持前后坐標系統一，由于跟蹤儀的工作原理是要在空間中建立坐標系，因此在開始測量后，跟蹤儀不能受到任何震動，否則測量工作將無意義。在SA軟件的窗口下，跟蹤儀可以通過四個轉站點，將空間中不同站位的坐標系擬合到一起，形成一個坐標系。這里需要注意一點，在轉站過程中四個轉站點測量的順序前后必須保持一致。在實際測量過程中，我們將四個轉站點布置在轉輪體周圍，使得跟蹤儀在轉站前后都可以測量到四個轉站點。在轉站過后，就可以接著測量另一側的葉片了。跟蹤儀測量頭有很大的活動范圍，水平轉角:640°(±320°)，垂直轉角:+77°～﹣66°。因此通過兩次轉站就可以實現整個轉輪體葉片的測量，這樣就減小了轉站帶來的測量誤差。測量結果如圖4所示。

4測量數據的處理與分析

結束測量工作后，需要對測量的數據進行處理與分析。將所測量的點用．IGS文件格式導出，將此文件與CAD數模一同導入GeomagicQualify軟件中，用GeomagicQualify軟件將兩組數據進行比較，通過軟件窗口可以看到，葉片的測量就是一個個的點，眾多的點形成了點云。先前我們在SA軟件測量時，將坐標系建立在了轉輪體中心，與CAD數模的中心相同，這樣只需進行旋轉微調就可以，盡量使所測點的位置靠向CAD數模。進行擬合之后，還需要對數據進行比較，調整公差帶，靶球半徑等相關因素，利用查詢選項，查看測量型線與理論模型的偏差，再利用計算選項得出變形量，數據處理如圖5所示。結果也可以根據需要生成相應的報告，變形量的大小可以根據色差帶顏色的分布查看。給出了葉片變形的位置就可以進行下一步的維修工作。修復后轉輪如圖6所示。從圖中我們可以看出，利用數字化測量方法精確地判斷出了損壞轉輪的變形量，經過修復后的轉輪葉片滿足了設計之初的各項參數及技術要求，可以說數字化測量極大地提高了轉輪葉片的修復效率和修復質量。

5結束語

隨著制造業的發展，對產品的質量要求也越來越高，對于一個企業來說，產品質量就是命脈。本文介紹的數字化測量不局限于曲面工件的維修，在新產品制造出來后也可以進行測量計算。相比較其他的測量方法，本文介紹的方法更便捷，精度更高，更有利于監督產品質量。

參考文獻：

［1］激光跟蹤儀使用手冊．

［2］朱蘭斌，等．水輪機轉輪葉片表面缺陷的檢測方法［J］．哈爾濱理工大學學報，2001(3):30－33．

作者:趙永健 田世穎 吳佳秀 單位:哈爾濱電機廠有限責任公司