CN105674904A - 一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法 - Google Patents

Abstract

一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，涉及汽轮机间隙测量领域。本发明是为了解决现有的汽轮机测通流的方法精度低，安全性差，测量过程复杂且劳动强度大的问题。本发明对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点，使用MaxSHOT摄影系统对步骤一中的贴点部套进行摄影，采集装配状态下定位点的位置信息，得到各个部套之间的装配位置关系；将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行再次贴应用标点，采用三维激光扫描仪器扫描获得三维点云数据；将各部套的点云数据按照装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体；测量步骤五中的点云装配体的间隙，获得实际通流间隙值。它用于测量汽轮机间隙。

Description

一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机间隙测量方法，具体涉及一种采用三维扫描技术测量测通流的方法。

背景技术

目前，工程上是按照传统的方式进行测量的，对于汽轮机轴向通流间隙采用直接测量的方式进行，比如用卡尺、塞尺等直接对目标位置进行测量读数。对于小型汽轮机径向通流间隙的测量是将转子落入汽轮机缸体内部，对于左右两侧的径向间隙的测量采用斜塞尺测量，而落入转子后的底部测量采用压胶带或压铅丝的方式进行。

根据现有设备和支撑方式进行工艺规程的编制，现阶段的小型汽轮机间隙的测量方法效率低下且测量精度不高。

随着我国军工装备制造业的迅猛发展，汽轮机间隙精准测量正在达到或赶超国际先进水平，特别是对汽轮机的装配工艺和装配精度提出了更高的要求，汽轮机装配精度的高低直接影响了汽轮机的输出功率和发电效率，它是衡量汽轮机好坏最重要的参数之一，而检测精度的高低直接影响了汽轮机的装配精度，如何提高汽轮机检测精度将决定汽轮机装配精度的高低，直接决定了汽轮机的性能，因此，提高汽轮机的装配精度并给出可行的精准的测量方法是新型汽轮机研制中亟待解决的关键问题。

现阶段我国汽轮机行业的检测方法相对落后，能否将先进的检测技术应用到整机装配中去将决定汽轮机制造水平。随着三维扫描技术等新一代检测技术的广泛应用，检测设备的测量范围、精度、柔性等性能日益提高，为小型汽轮机装配检测技术的发展提供了技术保障，为小型汽轮机实现精准装配奠定了基础。

发明内容

本发明是为了解决现有的汽轮机测通流的方法精度低，安全性差，测量过程复杂且劳动强度大的问题。现提供一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法。

一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，它包括以下步骤：

步骤一、对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点，且每种形状的定位点对应一种部套，然后在已贴有定位点的各个部套之间贴上带有磁性的编码目标，用于图像关联；

步骤二、使用MaxSHOT摄影系统对步骤一中的贴点部套进行摄影，采集装配状态下定位点的位置信息，得到各个部套之间的装配位置关系；

步骤三、将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行贴应用标点，采用三维激光扫描仪器对拆分状态下的汽轮机各部套进行数据点扫描获得三维点云数据；

步骤四、利用GeomagicStudio软件对步骤三中扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，用于去除体外弧点；

步骤五、将步骤四中的各部套的点云数据按照步骤二采集的装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体；

步骤六、测量步骤五中的点云装配体的间隙，获得实际通流间隙值。

本发明的有益效果为：通过对汽轮机各部套进行贴点，摄影测量定位设备进行扫描得到装配状态的整合的点云数据；将装配状态的汽轮机各部套进行拆分，然后对经过拆分的汽轮机各部套进行再次贴点，以摄影测量定位数据点为基准，进行拆分状态的汽轮机各部套数据点扫描，最后利用GeomagicStudio软件对扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，将各部套点云数据按照摄影测量得到的位置信息进行装配，形成完整点云装配体，通过对点云数据进行测量，能够测得汽轮机实际间隙值。采用三维扫描技术测量拆缸状态下测通流的方法，具有较大的灵活性和便捷性；测量方法过程简单，安全性高；智能化程度高，装配检测精度高，能够达到精准化程度；可以实现各关键件异地协同制造，实现异地制造异地修配后各部件的精准装配；缩短了整个检测通流间隙值的时间，进一步缩短了汽轮机产品的交货时间；节省了人力成本，可通过一次测量达到要求的测量精度。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的拆缸状态下的通流间隙测量流程图；

图2为三维激光扫描仪器的工作流程图；

图3为三维激光扫描仪器的扫描过程图；

图4为MaxSHOT摄影系统工作流图；

图5为MaxSHOT摄影系统摄影测量过程；

图6为汽轮机机通流间隙测量流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，它包括以下步骤：

步骤一、对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点，且每种形状的定位点对应一种部套，然后在已贴有定位点的各个部套之间贴上带有磁性的编码目标，用于图像关联；

步骤二、使用MaxSHOT摄影系统对步骤一中的贴点部套进行摄影，采集装配状态下定位点的位置信息，得到各个部套之间的装配位置关系；

步骤三、将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行贴应用标点，采用三维激光扫描仪器对拆分状态下的汽轮机各部套进行数据点扫描获得三维点云数据；

步骤四、利用GeomagicStudio软件对步骤三中扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，用于去除体外弧点；

步骤五、将步骤四中的各部套的点云数据按照步骤二采集的装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体；

步骤六、测量步骤五中的点云装配体的间隙，获得实际通流间隙值。

本实施方式中，步骤一中，为了采集各个部套的相对位置信息，需要对各部套进行位置信息的采集，应用摄影测量的原理，在采集位置信息之前，需要在要测定位置信息的部套上贴上特定形状的定位点，摄影定位得到的就是这些定位点的坐标信息，因此所贴定位点的位置要求无形变或者应变较小，每种形状的定位点对应一种部套，并作出相应的记录，在贴完定位点后，在扫描部件的的周围贴上带有磁性的编码目标，用于图像关联。

a)所有参加装配的单部套上贴上按照特定形状排列的定位点(梅花点或三角点等)；b)贴定位点部位要求形变最小的部位；c)点间距小于20CM。

步骤二中，在Vxshot软件中可以观测到采集到的定位点的位置信息，摄影过程中，摄像头的视野要尽可能观测到多的定位点，每个定位点要尽可能多的被摄像头从多个角度拍摄到，第一次摄影测量开始时需要添加参考系和刻度尺以便对设备进行校正，提高测量精度。

a)MaxSHOT基准距和视野

i.最短距离为1,500mm，最长距离为3,500mm；

ii.要获得正确的基准，采集过程中拍摄照片后，屏幕左侧显示距离表；

iii.对于每个快照，确保编码目标在图像上适当分布。

b)MaxSHOT前三个图像

i.针对参考系(所有三个编码目标必须可见)；

ii.适当的基准距；

iii.最好的做法是针对参照系正常矢量提供足够的三角测量角度(45°)。

c)MaxSHOT摄像头位置

i.需要多个摄像头位置以确保精确度。应从多个视角(最少6个)捕获每个目标。

ii.图片采集中的会聚应优先于质量；

iii.最大程度减少三角测量的不确定性，以确保会聚。可通过从钝角而不是锐角拍摄目标来减少不确定性；

iv.确保图片之间的重叠(至少四个常用目标应出现在连续图像中)。该要求对于提高三角测量并最大程度减少图像对齐不确定性是必需的。

d)MaxSHOT摄像头方向

i.应以不同的摄像头方向拍摄同一位置的图片(围绕光轴旋转)。通过帮助进行最终调整，提高了精确度；

ii.应通过整个采集流程随机安排摄像头的角度。还应从同一位置拍摄不同角度的图像。注意事项：

(1)测量时优先使用高反射的目标，特别是当被测物体呈现机械加工表面反射较大时，应使测量物与测量的标的点有较高的对比度，提高测量点的捕捉精度。

(2)摄影测量的标的点的添加的间隔在0.3～0.5m的范围内，确保每张图片能够看到4-5个标的点，保证每张照片间数据的连续性。

(3)标的点的分布尽量均匀，使三角测量的三角形不产生大于170°的钝角和小于10°的锐角，标的点应避免直线分布。

(4)相邻的两个图片之间应该有至少4个重复的标的点，满足两摄影测量的图片间能够进行拼接的最小标的点数。

(5)标的点应放置平坦处，所标的点摄影测量后点的倾斜度较小，测量精度较高。

(6)摄影测量时须有长度标尺和角度标尺，以定义实际长度和角度基准。

(7)摄影测量时被测物体的距离应该在1.5～3.5m范围内。

(8)照相时确保编码目标在图像上适当分布。

(9)摄影测量的测头位置应该与法线呈正负60°的角度范围内为佳。

(10)对于薄壁件或者扫描过度较大的区域，摄影测量时过渡处扫描应保证图片的连续性，提高拼接后精度。

(11)摄影测量时两个镜头的夹角尽量为钝角，这样能保证扫描的交叉区域形状较为规范，获得更高的测量精度。

步骤三中，对汽轮机来说，首先需要采集的便是合缸状态下的位置信息，之后需要拆缸逐渐采集内部套的位置信息和点云三维信息，汽轮机是精密件，拆缸过程要保证安全平稳，各个单部套需要扫描而且扫描的点云数据需要根据位置信息组装起来，因此吊出来的部件放置时也要保证与他们装配时的状态一致，放在特定的部套支撑架上。拆分下来的各部套，需要进行三维信息的测量，通过激光三角法原理进行三维数据采集，在使用激光仪器扫描之前需要对要扫描的部件应用标点，标点的作用是使扫描的不同位置的点云能连接起来，为提高效率，需要适当合理的贴上应用标点，越是弯曲较大的区域，标点需要多贴，以保扫描的点云数据能完整的连接下来，得到想要的测量点云。

a)距离：在20mm到100mm之间；

b)平坦区域：需要的标点较少；

c)弯曲区域：需要的标点较多；

d)请勿添加过多的标点：添加容易，但移除难。

以摄影测量定位数据点为基准，进行拆分状态的汽轮机各部套数据点扫描。

部件贴完应用标点以后，开始准备应用扫描仪进行扫描，由于扫描仪的精度在不同测量环境下会产生偏差，因此开始扫描之前需要用校正版对手持式扫描仪进行扫描校正，以保证精度，利用VXelements软件，可以将扫描过程可视化，扫描过程扫描仪与部件之间需要保持合理的距离，以及合适的方向，对不同特征的部位可以选择不同的扫描模式，尽可能多的得到有用、精确、完整的扫描数据。

注意事项：

(1)使用前发生温度变化或发现表面质量不佳时，应对三维扫描仪进行校准，控制温飘。

(2)对于实际目标点的张贴上，目标点的张贴距离在20mm到100mm之间，过大的距离会导致扫描仪扫描过度时误差发散。

(3)对于相对平坦的区域，由于表面倾斜度低，扫描的特征少，固需要的标点较少；对于曲率变化大的区域，扫描的特征相对较多，表面倾斜度较高，未达到测量精度要求，其所需要的标点也较多。

(4)应避免在弯曲率较高的表面上添加标点，避免靠近被测件边缘添加目标点，造成贴点的扭曲，扫描数据识别时效果不好。

(5)当贴点无法标于部件时，应将目标点贴在环境中，确保在扫描过程中，环境中标点和部件的相对位置保持不变。环境中不能发生震动，影响扫描精度。

(6)在使用完好无油污的目标点进行测量，不佳的贴点会导致扫描光线发散。

(7)对于目标贴点应使得相邻三个点之间尽量成正三角形，分布尽量均匀，使得三维扫描区域的三角形区域不出现在大于170°和小于10°范围内。

(8)根据实际扫描表面的情况设定扫描分辨率，满足要求即可，扫描的分辨率低则扫描的表面越光顺，扫描的分布率高则扫描的特征越明显，

(9)扫描过程中，被扫描物体应该一直处于扫描仪器的基准距范围内。

(10)扫描仪器应尽量与物体表面垂直，这样扫描的贴点越接近圆形，三角测量法形成的三角形相对规范，扫描的精度相对较高。

步骤四中，将各个部件的点云信息进行数据处理，首先需要将各个部件的点云信息的体孤点去除，之后对点云进行降噪处理，去除噪点，增加运算精度和效率，框选无用点云，选中之后直接删除，将各部套点云数据按照摄影测量得到的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体，在装配的点云数据上进行测量，得到要测的实际间隙值，根据此方法得到的间隙值可以指导汽轮机内部套找中，通过有限元数据补偿处理可以得到汽轮机的通流间隙值。

a)打开GeomagicStudio；

b)点击新建任务；

c)点击导入，导入STL格式点云文件；

d)“【点】→【选择】→【体外孤点】”打开选择体外孤点对话框。设置合理的敏感性来选择体外孤点，并进行删除；

e)去噪之后，在选择窗口中，点击选择工具；

f)在视图中将明显多余的点云选中；

g)按delete键将选定区域的点云数据删除；

h)将各部套点云数据按照摄影测量得到的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体；

i)选择要测量的轴向间隙，拟合出两个平面，测出两平面间距即使所需的轴向间隙；

j)选择要测量径向间隙，垂直轴颈方向进行点云数据的截切，放大并拟合出两条直线，两条直线间的距离即是所需径向间隙。

本实施方式中，激光扫描仪器采用手持式3D扫描仪，其基本性能如下表1。

表1三维扫描设备的基本性能

现着对目前世界上3D扫描精度最优的仪器，加拿大Creaform公司生产的HandySCAN7003D扫描仪最为合适，该产品是同类产品中最优设备。HandySCAN7003D扫描仪配合摄影测量技术组合使用的最高精度为0.02mm比其他扫描设备都要高；其扫描范围为275mm×250mm为同类产品最大；扫描仪的尺寸为122mm×77mm×294mm，相对小巧。其性能如表2。

该系统具备以下先进的技术特点：

1)目标点自动定位，无须其他跟踪设备；

2)即插即用的系统，快速安装及使用；

3)自动生成STL三角网格面，STL格式可快速处理数据；

4)高分辨率的CCD系统，2个CCD及3个十字激光发射器，可同时发射15根激光线，扫描更清晰和精确；

5)点云无分层，自动生成三维实体图形(三角网格面)；

6)手持任意扫描，随身携带，只有850克；

7)十字交叉激光束扫描速度快；

8)可内、外扫描，无局限，可多台扫描头同时工作，所有的数据都在同一个坐标系中；

9)可控制扫描文件的大小，根据细节需求，组合扫描不同的部位；

10)非常容易操作；

11)可在狭窄的空间扫描，物体可以动，如飞机驾驶舱，汽车内部仪表板等；

12)快速校准，10秒钟即可完成。

表2扫描仪性能

采用的主要设备为handyscan700扫描系统，handyscan700扫描系统测量某型号小型汽轮机的工作流图如图2，扫描过程如图3。

MaxSHOT摄影测量系统测量某型号小型汽轮机的工作流图如图4，摄影测量过程如图5。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，激光扫描仪器采用型号为HandySCAN7003D的扫描仪实现。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一中对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点的具体内容为：

在所有部套形变最小的位置贴上形状特殊的定位点。

具体实施方式四：参照图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行再次贴应用标点，采用激光扫描仪器对拆分状态下的汽轮机各部套进行数据点扫描、步骤四中，利用GeomagicStudio软件对步骤三中扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，用于去除体外弧点和步骤五中，将步骤四中的各部套的点云数据按照步骤二采集的装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体的具体步骤为：

步骤A1、将上缸体放在支撑座上，进行内部套贴点定位扫描：吊出上汽缸体，对内部套贴点，使用MaxSHOT摄影系统对内部套的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对内部套进行数据点扫描得到三维点云数据，然后吊出五、六级上隔板和转子；

步骤A2、对吊出的转子进行贴点定位扫描：对转子进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对转子的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对转子进行数据点扫描得到三维点云数据；

步骤A3、对下缸体内部套进行贴点扫描定位：对所有的下隔板进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对所有的下隔板的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对所有的下隔板进行数据点扫描得到三维点云数据，然后吊出所有下隔板；

步骤A4、对剩下的下缸体内部进行贴点扫描定位：对下缸体内部进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对下缸体内部的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对下缸体内部进行数据点扫描得到三维点云数据；

步骤A5、对上缸体内部进行贴点扫描定位：对上缸体内的二、三、四级上隔板和上缸体进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对贴点部位进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对上缸体内的二、三、四级上隔板和上缸体进行扫描得到三维点云数据，然后吊出二、三、四级上隔板进行贴点，对贴点部位进行摄影测量定位点的位置信息，再进行扫描得到三维点云数据，然后对步骤A1中吊出的五、六级上隔板进行贴点，对贴点部位进行摄影测量定位点，再进行扫描得到三维点云数据；

步骤A6、将步骤A1至步骤A5中扫描获得的三维点云数据根据装配状态下定位点的位置信息进行定位整合得到点云数据组合体，判断整合后的点云数据是否有轴向间隙，如果是，则执行步骤A7，如果否，则执行步骤A8；

步骤A7、选取有轴向间隙的点云数据拟合出两个平面，测出两个平面的轴向间距从而获得通流轴向间隙；

步骤A8、截切垂直轴颈方向的点云数据，放大并拟合出两条直线，根据两条直线间的径向距离获得通流径向间隙；

步骤A9、根据步骤A7和步骤A8，获得实际通流间隙值。

本实施方式中，测量通流间隙的操作要点如下：

根据汽轮机的装配工艺过程，汽轮机在拆缸状态下，配合摄影测量进行整体的定位和3D扫描仪局部的扫描，分别采集到整体和部件的位置信息，并扫描得到有装配间隙的部件的局部点云信息，之前内部套找中过程给部件贴过定位点，不再进行贴点，在此工艺中所有的贴点过程均为补充贴点。

(一)整体定位：(1)此合缸状态包含转子；(2)采集的信息为上下汽缸的相对位置信息，在此采用内部套找中过程的位置信息。

(二)各个部套整体定位扫描：

(1)上缸体吊出放在缸体支撑座上：

a)吊出过程安全平稳；b)落在特定的上缸体支撑平台(同在装配时的状态一致)。

(2)转子贴定位点以及编码目标：

a)此步骤是采集上半部套以及转子和下汽缸的相对位置信息；b)在内部套找中过程中在第二、三、四级下隔板、五、六级上隔板以及气缸水平中分面上形变位置比较小的地方贴上了特殊形状的定位点，并做出记录，现只对转子贴定位点并作记录；c)在所有部套周围应用编码目标。

(3)摄影定位记录贴各个部套的位置信息：

a)摄影测量过程与前述过程相同；b)在同一个坐标系下叠加记录相对位置信息。

(4)吊出五、六级上隔板：

a)平稳吊出五、六级上隔板保证贴点位置不变；b)安放在特定的隔板支架上(同在装配时的状态一致)。

(5)吊出转子：

a)平稳吊出转子保证贴点位置不变；b)尽量是转子在吊出的过程中不发生转动；c)安放在特定的转子支架上(同在装配时的状态一致)。

(三)下缸体内部套定位扫描：

(1)应用编码目标：

a)此步骤是采集下半部套的位置信息。

(2)摄影扫描定位下部套位置信息：

a)测量过程与前述过程相同；b)测量时是逐级吊出各级隔板，每吊出一级隔板，记录一次位置信息，保证位置信息的精度；c)吊出的下半部套放置在特定的隔板支撑架上(同实际装配装状态一致)。

(四)下汽缸内部扫描：

(1)此步骤应用的仍是内部套找中过程的下汽缸点云信息。

(五)上缸体内部套定位扫描：

(1)上汽缸应用编码目标

a)包含二、三、四级上隔板和上缸体

b)此步是采集上缸以及其余上隔板(除五、六级)与上缸体的相对的位置信息；

c)在内部套找中的过程中在第二、三、四级上隔板上汽缸水平中分面上形变位置比较小的地方贴上了特殊形状定位点，并做出记录；

d)在所有内部套周围应用编码目标。

(2)摄影定位记录贴点部套的位置信息：

a)摄影测量过程与前述过程相同；b)再同一个坐标系下叠加记录相对位置信息；c)测量时是逐级吊出各级上隔板，每吊出一级隔板，记录一次位置信息，保证位置信息的精度；d)吊出的三级上半部套放置在特定的隔板支撑架上(同实际装配装态一致)。

(六)上缸体内部扫描

(1)此步应用的是内部套找中过程的上汽缸点云信息。

(七)所有部套进行三维扫描：

(1)隔板的点云数据应用内部套找中过程的点云信息不变(2)对转子进行三维扫描：

a)转子上应用三维扫描的标点；

i.距离：在20mm到100mm之间；ii.平坦区域：需要的标点较少；iii.弯曲区域：需要的标点较多；iv.请勿添加过多的标点：添加容易，但移除难。

b)以摄影测量定位数据点为基准，进行转子的局部扫描。

c)扫描仪距离：i.汽轮机部件扫描时保持中等扫描距离，以便轻松快速地采集数据；ii.如果扫描仪距待扫描部件太近或太远，它将无法采集数据；iii.当跟踪丢失时，在已扫描表面前重新定位扫描仪或添加标点。

d)扫描仪方向：i.扫描仪必须尽量与表面垂直；ii.可以倾斜扫描。但是，入射角越大，定位模型的精确度越高；iii.对齐摄像头，使这两个摄像头都能够拍摄到同一束激光线。e)单激光线模式：i.扫描按钮在7束激光十字线和单线之间进行切换；ii.扫描按钮在扫描过程中双击即可切换激光模式。

(3)转子围带、轴颈部位以及调节级处重点扫略

(八)数据处理

(1)对每个部套的点云数据利用GeomagicStudio软件进行初步处理

a)打开GeomagicStudio；b)点击新建任务；c)点击导入，导入STL格式点云文件；d)“【点】→【选择】→【体外孤点】”打开选择体外孤点对话框；e)设置合理的的敏感性来选择体外孤点，并进行删除；f)去噪之后，在选择窗口中，点击选择工具；g)在视图中将明显多于的点云选中；h)按delete键将选定区域的点云数据删除

(2)将所有扫描的单部套点云数据，根据摄影测量信息进行定位，得到点云数据组合体

a)选择要测量的轴向间隙，拟合出两个平面，测出两平面间距即使所需的轴向间隙；

b)选择要测量径向间隙，垂直轴颈方向进行点云数据的截切，放大并拟合出两条直线，两条直线间的距离即是所需径向间隙。

实施例：

首先，在现有装配好的小型汽轮机组合缸状态，进行摄影测量的贴点和整体定位，在合缸状态下事先布置有规则的贴点，如梅花点，方便定位时查找标记点；然后，将上缸体从装配体中吊出，对下缸体及下部套进行整体的摄影测量定位，

完成摄影测量定位后，将5、6级上隔板及转子从下缸体中取出，并且取出三、五级下隔板，对含二、四、六级下隔板的下缸体进行三维扫描，扫描后的点云数据。扫描过程主要针对下气缸中含有通流间隙相关的部分，其余轮廓可以不用扫描。吊出二、四、六级下隔板，装入三、五级下隔板，进行三维扫描，获得点云数据。将下缸体数据和三、五级下隔板扫描数据进行对齐，获得整个下缸体的数据，对转子进行摄影测量定位，通过对转子的扫描，获得转子的摄影测量定位点。然后，对整个转子进行三维扫描，获得的点云数据。将点云数据和下缸体数据按照定位点进行坐标对齐，获得的完整的点云。对取下的五、六级上隔板进行摄影测量定位和三维扫描，获得的扫描数据。利用摄影测量的点数据，将五、六级上隔板数据和下缸体进行对齐，完成五、六级隔板的虚拟装配，获得装配后的扫描数据。对上缸体进行摄影测量定位，然后进行三维扫描，获得扫描的数据。

根据摄影测量定位点将上缸体进行坐标对齐，获得装配后的装配体。最终完成整个汽轮机组的扫描和数据拼合工作，形成完整的合缸状态下的三维数据。

可行性验证：

以某型号小型汽轮机为例，采用新型测量设备进行实体测量，编制测量该汽轮机通流间隙的具体的测量工艺。

针对某型号小型汽轮机的检测主要考虑的因素如下：

(1)汽轮机需要检测的部件。

(2)测量仪器的测量方式需适应汽轮机的结构。

(3)将汽轮机变形带来的精度影响降到最小(定位标点贴点位置的选择)。

(4)汽轮机部件测量的先后顺序。

(5)汽轮机部件MAXshot摄影测量的初始状态。

(6)测量时汽轮机部件的支撑方式。

(7)扫描仪器要全面精准的反映出汽轮机部件结构。

数据采集：为加快汽轮机的扫描速度和扫描效果，整个小型汽轮机机组的数据采集方式采用局部扫描的方式，根据该小型汽轮机质量检测报告上需要测量的数据要求，标记汽轮机装配体需要扫描的部位，再将这些部位具体到每个零部件上，标记出各个零部件上的局部扫描点，某型号小型汽轮机质量检测报告中汽轮机需检测部位要求如下：

喷嘴动静间隙(左、右)、第二级动静间隙(上、下、左、右)、第三级动静间隙(上、下、左、右)、第四级动静间隙(上、下、左、右)、第五级动静间隙(上、下、左、右)、2至6级隔板汽封(上、下、左、右)、前汽封(左、右)、后汽封(左、右)、前箱调端挡油环间隙(左、右)、后箱调端挡油环间隙(左、右)、前箱电端挡油环间隙(左、右)、后箱电端挡油环间隙(左、右)和个隔板与气缸间通流间隙(上、下)。

根据需检测部位圈定小型汽轮机需扫描的部位，再根据汽轮机需扫描部位确定每个部件的扫描点，零部件具体的扫描点个数如下表4所示。

表4小型汽轮机部件需扫描点的个数

实例分析：

将某型号小型汽轮机机组转子、隔板、气缸的点云数据用最佳拟合的方式进行整合，然后选取上下缸配合的中分面作为端面截取整个点云数据，得出各个轴向间隙。将获得的各个轴向间隙的检测结果和某厂出厂检测报告的轴向间隙进行比对，发现所有轴向间隙均在测量范围内，满足精度要求。

(1)前箱电端挡油环轴向间隙

某厂某型号小型汽轮机机组关于前箱电端与挡油环轴向间隙的要求与扫描仪器进行扫描测量的结果进行对比，

如某厂该机组检测前箱电端挡油环轴向间隙所示，前箱电端挡油环轴向间隙值要求为11.7～12.0mm之间，而扫描数据截切的结果为11.9356mm，故用扫描仪器扫检测的前箱电端与挡油环轴向间隙检测值有效。

(2)后箱电端挡油环轴向间隙

某厂某型号小型汽轮机机组关于后箱电端挡油环轴向间隙的要求与扫描仪器进行对比，如某厂该机组检测前箱电端挡油环轴向间隙要求所示，后箱电端挡油环轴向间隙值为28mm～30mm而扫描数据截切的结果为28.4847mm，结果在误差范围之内，故用扫描仪器测得的后箱电端挡油环轴向间隙检测值有效。

(3)喷嘴的动静轴向间隙

某厂某型号小型汽轮机机组关于喷嘴的动静轴向间隙的要求与扫描仪器扫描值进行对比，如某厂该机组检测喷嘴的动静轴向间隙要求所示，喷嘴的动静轴向间隙38.45～39.35mm，而扫描数据截切的结果为39.1734mm，结果在误差范围之内，故用扫描仪器测得的喷嘴的动静轴向间隙检测值有效。

(4)第二级动静轴向间隙

某厂某型号小型汽轮机机组关于第二级动静轴向间隙的要求与扫描仪器扫描值进行对比，如某厂该机组检测第二级动静轴向间隙结果所示，第二级动静轴向间隙3～3.5mm，而扫描数据截切的结果为3.2mm，结果在误差范围之内，故用扫描仪器测得的第二级动静轴向间隙检测值有效。

综上所述，用扫描仪器对轴向通流间隙的检测可行。

径向测量间隙对比分析：

将某型号小型汽轮机机组转子、隔板、气缸的点云数据用最佳拟合的方式进行整合，然后选取上下缸配合的中分面作为端面截取整个点云数据，得出各个径向间隙。将获得的各个径向间隙的检测结果和某厂出厂检测报告的径向间隙进行比对。

(1)隔板汽封径向间隙

某厂某型号小型汽轮机机组关于隔板汽封径向间隙的要求与扫描仪器扫描测量值进行对比，如某厂该机组检测第二级隔板汽封径向间隙要求所示，第二级隔板汽封径向间隙0.3～0.55mm，而扫描数据截切的结果为0.4389mm，结果在误差范围之内，故用扫描仪器测得的第二级隔板汽封径向间隙检测值有效。

(2)后箱电端挡油环径向间隙

后箱电端挡油环处依然采用塑性填充法，将挡油环梳齿处用塑性拆料填充并刮平，之后进行扫描测量。某厂某型号小型汽轮机机组关于后箱电端挡油环径向间隙的要求与扫描仪器扫描测量值进行对比，如某厂该机组检测后箱电端挡油环间隙结果所示，后箱电端挡油环径向间隙0.415～0.465mm，而扫描数据截切的结果为0.4213mm，结果在误差范围之内，故用扫描仪器测得的后箱电端挡油环径向间隙检测值有效。

Claims (4)

1.一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点，且每种形状的定位点对应一种部套，然后在已贴有定位点的各个部套之间贴上带有磁性的编码目标，用于图像关联；

步骤二、使用MaxSHOT摄影系统对步骤一中的贴点部套进行摄影，采集装配状态下定位点的位置信息，得到各个部套之间的装配位置关系；

步骤三、将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行贴应用标点，采用三维激光扫描仪器对拆分状态下的汽轮机各部套进行数据点扫描获得三维点云数据；

步骤四、利用GeomagicStudio软件对步骤三中扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，用于去除体外弧点；

步骤五、将步骤四中的各部套的点云数据按照步骤二采集的装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体；

步骤六、测量步骤五中的点云装配体的间隙，获得实际通流间隙值。

2.根据权利要求1所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，其特征在于，步骤三中，激光扫描仪器采用型号为HandySCAN7003D的扫描仪实现。

3.根据权利要求1所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，其特征在于，步骤一中对经过初步装配的汽轮机的各个部套贴上定位点的具体内容为：

在所有部套形变最小的位置贴上形状特殊的定位点。

4.根据权利要求1所述的一种具有智能化装配特点的新型汽轮机通流间隙检测方法，其特征在于，步骤三中，将汽轮机的各部套进行拆分，对拆分的汽轮机各部套进行再次贴应用标点，采用三维激光扫描仪器对拆分状态下的汽轮机各部套进行数据点扫描、步骤四中，利用GeomagicStudio软件对步骤三中扫描得到的三维点云数据进行降噪处理，用于去除体外弧点和步骤五中，将步骤四中的各部套的点云数据按照步骤二采集的装配状态下定位点的位置信息进行装配，形成完整的点云装配体的具体步骤为：

步骤A1、将上缸体放在支撑座上，进行内部套贴点定位扫描：吊出上汽缸体，对内部套贴点，使用MaxSHOT摄影系统对内部套的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对内部套进行数据点扫描得到三维点云数据，然后吊出五、六级上隔板和转子；

步骤A2、对吊出的转子进行贴点定位扫描：对转子进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对转子的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对转子进行数据点扫描得到三维点云数据；

步骤A3、对下缸体内部套进行贴点扫描定位：对所有的下隔板进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对所有的下隔板的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对所有的下隔板进行数据点扫描得到三维点云数据，然后吊出所有下隔板；

步骤A4、对剩下的下缸体内部进行贴点扫描定位：对下缸体内部进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对下缸体内部的贴点进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对下缸体内部进行数据点扫描得到三维点云数据；

步骤A5、对上缸体内部进行贴点扫描定位：对上缸体内的二、三、四级上隔板和上缸体进行贴点，然后使用MaxSHOT摄影系统对贴点部位进行摄影，采集定位点的位置信息，再采用三维激光扫描仪器对上缸体内的二、三、四级上隔板和上缸体进行扫描得到三维点云数据，然后吊出二、三、四级上隔板进行贴点，对贴点部位进行摄影测量定位点的位置信息，再进行扫描得到三维点云数据，然后对步骤A1中吊出的五、六级上隔板进行贴点，对贴点部位进行摄影测量定位点，再进行扫描得到三维点云数据；

步骤A6、将步骤A1至步骤A5中扫描获得的三维点云数据根据装配状态下定位点的位置信息进行定位整合得到点云数据组合体，判断整合后的点云数据是否有轴向间隙，如果是，则执行步骤A7，如果否，则执行步骤A8；

步骤A7、选取有轴向间隙的点云数据拟合出两个平面，测出两个平面的轴向间距从而获得通流轴向间隙；

步骤A8、截切垂直轴颈方向的点云数据，放大并拟合出两条直线，根据两条直线间的径向距离获得通流径向间隙；

步骤A9、根据步骤A7和步骤A8，获得实际通流间隙值。