CN111539082A - 一种水轮机叶片三维模型快速重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮机叶片三维模型快速重建方法，所述方法包括如下步骤：1）叶片点数据获取；2）三维建模软件NX中叶片型线拟合；3）叶片三维模型重建。本发明具有快速、高效及精度可调的优点，采用它对叶片三维模型的快速重建能够进行实时数据处理，受外部影响低，保证了叶片三维模型的可靠性和稳定性，降低了成本，提高了工作效率。

Description

一种水轮机叶片三维模型快速重建方法

技术领域

本发明涉及一种水轮机叶片，特别是一种水轮机叶片三维模型快速重建方法。

背景技术

目前，叶片是水轮机的核心部件，对水轮机的转换效率及稳定性具有十分重要影响。叶片工作过程中受到泥沙磨损以及汽蚀等影响，工作一段时间后会出现不同程度的局部损伤甚至断裂。由于水轮机叶片型面多为复杂的自由曲面，形状复杂、体积庞大，传统的焊接及打磨等废旧零件修复方法很难对叶片进行修复；叶片损伤后一般要重新更换叶片，因此叶片三维模型重建十分重要。

目前，工程中常用的叶片重建法主要通过逆向成型法实现，激光扫描获得叶片点数据后再对其进行建模后处理，但激光传感器测得的是大量散乱的点数据，无法实时数据处理，同时激光传感器的测量精度不高，测量结果容易受到机械振动、噪声、光照和待测量零件表面粗糙度等环境因素的影响，且测量设备价格昂贵，日常维护成本较高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种快速、高效及精度可调的水轮机叶片三维模型快速重建方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种水轮机叶片三维模型快速重建方法，所述方法包括如下步骤：1）叶片点数据获取；2）三维建模软件NX中叶片型线拟合；3）叶片三维模型重建。

其中，在所述步骤1）中，通过三坐标测量机直接测量叶片获得叶片表面点数据，再对其进行噪声点清除、点坐标校对及点完整性检测精细处理。

其中，在所述步骤2）中，在三维建模软件NX中对叶片进行拟合，步骤如下：

（1）建立叶片型线辅助面：将叶片点数据导入三维建模软件NX中，用三维建模软件NX中点构造面命令直接生成正面、背面和头部三个面；

（2）建立花篮辅助面：以正面为基准面，通过三维建模软件NX中点构造命令在此基准面上生成若干有规律的点，通过样条曲线命令生成若干光滑的流道线，再以流道线为截面，以转轮中心线为轴线，通过旋转命令生成若干花篮辅助面；

（3）建立型线辅助线：由相交曲线命令，建立花篮面与头部和背面的相交线；

（4）建立叶片网格线：通过点构造命令在相交线上生成若干点，再通过样条曲线命令并结合基准面上生成的若干规律点生成叶片的网格线。

其中，在所述步骤3）中，通过叶片网格线重构其三维模型，步骤如下：

（1）建立叶片曲面：通过三维建模软件NX中曲线构造曲面命令，由生成的叶片网格线拟合叶片曲面；

（2）建立叶片三维模型：由曲线构造曲面命令生成三维叶片所需的其它表面，通过缝合命令缝合叶片全部表面即可生成叶片三维模型；

（3）三维模型精细化处理：在三维建模软件NX中建立了叶片三维模型后，通过曲率分析及对比分析，分析叶片重建三维模型与叶片点数据间的误差，进一步精细化处理叶片三维模型。

由于采用了上述技术方案，本发明具有快速、高效及精度可调的优点，采用它对叶片三维模型的快速重建能够进行实时数据处理，受外部影响低，保证了叶片三维模型的可靠性和稳定性，降低了成本，提高了工作效率。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1是叶片点数据示意图；

图2是型线辅助面示意图；

图3是花篮辅助面示意图；

图4是相交辅助线示意图；

图5是叶片网格线示意图；

图6是叶片曲面示意图；

图7是叶片重构三维模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1所示，一种水轮机叶片三维模型快速重建方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：1）叶片点数据获取；2）三维建模软件NX中叶片型线拟合；3）叶片三维模型重建。

其中，如图1所示，在所述步骤1）中，通过三坐标测量机直接测量叶片获得叶片表面点数据，再对其进行噪声点清除、点坐标校对及点完整性检测精细处理。

由于水轮机叶片型面多为复杂的自由曲面，叶片体积较大，重量较重，因此三坐标测量机测量叶片各表面点数据时，应注意叶片在三坐标测量台上的摆放位置，尽可能同时兼顾叶片摆放的稳定性及其表面的可测绘性，如有冲突，应首先保证叶片摆放的稳定性，避免叶片在测量过程中出现侧翻，滑冲等安全隐患，必要时可增加叶片固定基座。测绘点的疏密程度根据叶片表面的曲率而定，曲率大的地方测绘点可适当加密，如叶片头部；曲率小的地方可适当稀疏，如叶片尾部。初步获得表面点数据后，再对其进行噪声点清除、点坐标校对及点完整性检测等精细处理，进一步保证点的测量精度，

如图2、3、4、5所示，在所述步骤2）中，在三维建模软件NX中对叶片进行拟合，步骤如下：

（1）建立叶片型线辅助面：将叶片点数据导入三维建模软件NX中，用三维建模软件NX中点构造面命令直接生成正面、背面和头部三个面；

（2）建立花篮辅助面：以正面为基准面，通过三维建模软件NX中点构造命令在此基准面上生成若干有规律的点，通过样条曲线命令生成若干光滑的流道线，再以流道线为截面，以转轮中心线为轴线，通过旋转命令生成若干花篮辅助面；

（3）建立型线辅助线：由相交曲线命令，建立花篮面与头部和背面的相交线；

（4）建立叶片网格线：通过点构造命令在相交线上生成若干点，再通过样条曲线命令并结合基准面上生成的若干规律点生成叶片的网格线。

如图6、7所示，在所述步骤3）中，通过叶片网格线重构其三维模型，步骤如下：

（1）建立叶片曲面：通过三维建模软件NX中曲线构造曲面命令，由生成的叶片网格线拟合叶片曲面；

（2）建立叶片三维模型：由曲线构造曲面命令生成三维叶片所需的其它表面，通过缝合命令缝合叶片全部表面即可生成叶片三维模型；

（3）三维模型精细化处理：在三维建模软件NX中建立了叶片三维模型后，通过曲率分析及对比分析，分析叶片重建三维模型与叶片点数据间的误差，进一步精细化处理叶片三维模型。

在本发明中，可利用计算机辅助工程等分析软件对重建叶片模型进行力学分析、模态分析、疲劳分析及可靠性分析，优化重构叶片的性能，通过对重构叶片的优化，快速开发出满足特定性能的新叶片。

Claims (4)

1.一种水轮机叶片三维模型快速重建方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：1）叶片点数据获取；2）三维建模软件NX中叶片型线拟合；3）叶片三维模型重建。

2.如权利要求1所述的水轮机叶片三维模型快速重建方法，其特征是：在所述步骤1）中，通过三坐标测量机直接测量叶片获得叶片表面点数据，再对其进行噪声点清除、点坐标校对及点完整性检测精细处理。

3.如权利要求2所述的水轮机叶片三维模型快速重建方法，其特征是，在所述步骤2）中，在三维建模软件NX中对叶片进行拟合，步骤如下：

（1）建立叶片型线辅助面：将叶片点数据导入三维建模软件NX中，用三维建模软件NX中点构造面命令直接生成正面、背面和头部三个面；

（2）建立花篮辅助面：以正面为基准面，通过三维建模软件NX中点构造命令在此基准面上生成若干有规律的点，通过样条曲线命令生成若干光滑的流道线，再以流道线为截面，以转轮中心线为轴线，通过旋转命令生成若干花篮辅助面；

（3）建立型线辅助线：由相交曲线命令，建立花篮面与头部和背面的相交线；

（4）建立叶片网格线：通过点构造命令在相交线上生成若干点，再通过样条曲线命令并结合基准面上生成的若干规律点生成叶片的网格线。

4.如权利要求3所述的水轮机叶片三维模型快速重建方法，其特征是，在所述步骤3）中，通过叶片网格线重构其三维模型，步骤如下：

（1）建立叶片曲面：通过三维建模软件NX中曲线构造曲面命令，由生成的叶片网格线拟合叶片曲面；

（2）建立叶片三维模型：由曲线构造曲面命令生成三维叶片所需的其它表面，通过缝合命令缝合叶片全部表面即可生成叶片三维模型；

（3）三维模型精细化处理：在三维建模软件NX中建立了叶片三维模型后，通过曲率分析及对比分析，分析叶片重建三维模型与叶片点数据间的误差，进一步精细化处理叶片三维模型。

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