[发明专利]利用三维激光扫描技术对汽轮机组进行三维建模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮机组的三维建模方法，尤其是涉及一种利用三维激光扫描技术对汽轮机组进行三维建模的方法。

背景技术

汽轮机组是核电站、火电站内重要的组成部分，是能量转换的重要部件。准确分析其通流部分蒸汽的流动状态及机组的应力状态是电站安全、经济运行的保障。

对汽轮机组应力状态及其内的蒸汽流动状态准确分析前，需要建立汽轮机组准确的三维模型。目前，在建模的过程中，由于种种原因而使得图纸不全，建模过程中只能由常规的测量方法，由尺量取各处结构的尺寸，其工作量大，且精度难以保证，对于叶片、喷嘴等有复杂曲面的部分，常规测量不可能得到准确的三维模型，这在很大程度上影响了后续计算、分析结果的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，及时提供一种利用三维激光扫描技术对汽轮机组进行三维建模的方法，可准确、方便、快捷地建立汽轮机组三维模型。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用三维激光扫描技术对汽轮机组进行三维建模的方法，包括以下步骤：

S1在水平放置的汽轮机组两侧对应汽轮机组的头部、中部和尾部处，对称布置至少6个扫描站点，各站点距离汽轮机组轴线2米-6米，使每站点所得云数据量在550-600万范围内；

S2在各站点采用三维激光扫描仪对转子进行多站扫描;

S3对叶片、汽封、轴封处用手持式激光扫描仪进行精细扫描，使精度在35-45微米范围内；

S4得到转子整体及局部的点云后，对点云进行去噪、配准、精简、融合后得到最后的点云；

S5提取特征线、拟合曲面、实体化曲面，即得到最终的三维实体模型。

有益效果：本发明首先是为了解决不能准确建立大型超临界和超超临界机组通流部分三维模型的问题。如上述技术背景所述，传统的测量手段不能满足快速、准确建立汽轮机组通流部分三维模型的要求，而采用三维激光扫描技术则可以快速、准确地测得汽轮机组通流部分的几何尺寸。本发明对于汽轮机组其它结构的快速、准确地建模也是适用的。

目前，针对汽轮机组建立三维模型，采用三维激光扫描技术是首次尝试，根据汽轮机的特殊结构制定了多分辨率激光扫描仪相结合的方案，通过扫描实验，验证了该方法的可行性，并且得出了一套切实可行的扫描、建模方案。

附图说明

附图为转子扫描站点布置示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步的描述：

本发明的利用三维激光扫描技术对汽轮机组进行三维建模的方法实施例，包括以下步骤：

S1在水平放置的汽轮机组两侧对应汽轮机组的头部、中部和尾部处，对称布置至少6个扫描站点，各站点距离汽轮机组轴线2米-6米，使每站点所得云数据量在550-600万范围内；

S2在各站点采用三维激光扫描仪对转子进行多站扫描;

S3对叶片、汽封、轴封等细节处用手持式激光扫描仪进行精细扫描，使精度在35-45微米范围内；

S4得到转子整体及局部的点云后，采用现有技术对点云进行去噪、配准、精简、融合后得到最后的点云；

S5采用现有技术提取特征线、拟合曲面、实体化曲面，即得到最终的三维实体模型。

由于汽轮机转子体积大、结构复杂、各级之间有较严重的遮挡，需要采集的数据量非常大，数据采集流程遵循先整体后局部的原则。经过反复验证所制定的实验方案为：首先采用三维激光扫描仪对转子进行多站扫描，因为转子各级之间遮挡较严重，至少应分六站进行扫描。

为验证三维激光扫描技术在转子逆向建模中的适用性，本研究对一125MW亚临界汽轮机组转子部分进行了三维激光扫描和建模。本次扫描采取先对转子进行整体扫描，然后对叶片等细节处精细扫描的方案，整体扫描用三维激光扫描仪，其特点是扫描速度快、采集点云数据量大；对叶片等细节处的精细扫描用手持式激光扫描仪，其特点是扫描精度高。经过反复验证所制定的实验方案为：首先采用三维激光扫描仪对转子进行多站扫描，因为转子各级之间遮挡较严重，所以至少应分六站进行扫描。每站所得点云量大约为550万。对于叶片部分，必须采用更为精确的手持式激光扫描仪来完成点云的采集。

本次扫描实验分六站对转子进行整体扫描，六站分布示意如附图所示。为了得到更为准确的转子模型，对叶片部分采用手持式激光扫描仪，其精度达40微米。

得到了转子整体及局部的点云后，对点云进行去噪、配准、精简、融合后就得到了最后的点云；最后提取特征线、拟合曲面、实体化曲面，就得到了最终的三维实体模型。

综上所述，与传统建模相比，本发明具有准确、快速等优点，特别对于未知尺寸的结构进行建模是高效、准确、可行的。对于一些项目时间紧的研究也是一种很好的方法。