CN113670237A - 一种适用于水轮机的三维扫描仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三维扫描装置，提供了一种适用于水轮机的三维扫描仪，包括架设于水轮机上端的支架，以及滑动设于所述支架的扫描装置；所述扫描装置包括套设于所述支架并与所述支架滑动连接的驱动筒，用以驱动所述驱动筒沿所述水轮机直径方向运动的第一驱动装置，套设于所述驱动筒外的转筒，与所述转筒连接的支撑板，一对滑动设于所述支撑板的扫描探头，用以驱动所述扫描探头沿所述支撑板的长度方向运动的第二驱动装置，以及用以驱动所述转筒转动的第三驱动装置。本发明的适用于水轮机的三维扫描仪，能够高效且准确地扫描水轮机叶片的具体形貌以及尺寸。

Description

一种适用于水轮机的三维扫描仪
技术领域
本发明涉及三维扫描的技术领域，具体而言，涉及一种适用于水轮机的三维扫描仪。
背景技术
电站上运行的水轮机，电站方想做一些针对水轮机的数值计算研究，第一步就是需要对水轮机进行建模。对于尺寸比较大的转轮，现目前市面上已有通过对物体表面进行扫描就能得到物体表面的具体形貌以及尺寸的扫描装置，扫描后的结果能够直接显示在三维软件中。但是对于水轮机来说，不管大型水轮机还是中型或小型水轮机，都不方便直接使用扫描设备进行扫描，因为水轮机的叶片表面是空间曲面，并且叶片相互之间的距离还会不断地变化对于狭窄区域，不方便直接将扫描装置伸入其中。并且根据安全考虑，也不建议人直接进入到水轮机叶片之间。即使人工进入叶片之间，也没办法扫描到弧度较大或者狭窄部位，并且使用人工手持扫描设备的方式来扫描，也会由于人体的抖动以及移动过程的不精确性，导致最终的数据并不完全准确。
综上，设计一个能够高效地且准确的扫描水轮机叶片形貌以及尺寸的装置能够在一定程度上提高数据的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于水轮机的三维扫描仪，其能够高效且准确地扫描水轮机叶片的具体形貌以及尺寸。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：本发明的适用于水轮机的三维扫描仪，包括架设于水轮机上端的支架，以及滑动设于所述支架的扫描装置；所述扫描装置包括套设于所述支架并与所述支架滑动连接的驱动筒，用以驱动所述驱动筒沿所述水轮机直径方向运动的第一驱动装置，套设于所述驱动筒外的转筒，与所述转筒连接的支撑板，一对滑动设于所述支撑板的扫描探头，用以驱动所述扫描探头沿所述支撑板的长度方向运动的第二驱动装置，以及用以驱动所述转筒转动的第三驱动装置。
进一步地，所述支架包括水平设于所述支架中心的固定盘，以及多件与所述固定盘连接的支撑组件；所述扫描装置设有多件，一所述支撑组件用以支撑一所述扫描装置。
进一步地，所述支撑组件包括与所述固定盘上表面铰接的支撑杆；所述支撑杆的运动面为水平面；所述支架还包括竖直设于所述固定盘上表面中部的第一螺杆，设于所述固定盘上表面的按压板以及与所述第一螺杆螺纹连接的螺帽；所述按压板开设有用以所述第一螺杆通过的让位孔；所述按压板靠近所述固定盘的一面与所述支撑杆抵接。
进一步地，所述支撑组件包括一对相互平行且与所述支撑杆远离所述固定盘一端固定连接的第二螺杆；所述第一驱动装置包括一对第一套筒，第一电机，以及用以连接所述第一套筒和所述第一电机输出轴的传动带；一所述第一套筒套设于一所述第二螺杆；所述第一套筒内壁设有与所述第二螺杆螺纹连接的第一内螺纹。
进一步地，所述支撑组件还包括设于所述第二螺杆远离所述支撑杆一端的固定板，以及用以支撑所述固定板的L形的滑板；所述滑板包括横板和竖板；所述横板和所述竖板均设有滑轮；所述滑板贴设于所述水轮机上端侧边；一对所述滑轮均滚动设于所述水轮机边缘。
进一步地，所述横板中的所述滑轮连接有第二电机。
进一步地，所述第二驱动装置包括设于所述支撑板的第三电机，与所述第三电机的输出轴固定连接且沿所述支撑板的长度方向分布的第三螺杆，以及套设于所述第三螺杆的滑块；所述滑块沿所述支撑板的长度方向与所述支撑板滑动连接；所述滑块开设有与所述第三螺杆螺纹连接的第二内螺纹；所述扫描探头与所述滑块固定连接。
进一步地，所述第三驱动装置包括设于所述转筒内壁的内齿轮，与所述内齿轮啮合的驱动齿轮，以及与所述驱动齿轮固定连接的第四电机。
进一步地，所述转筒外壁固定设有第五电机，所述第五电机的输出轴与所述支撑板垂直且固定连接。
进一步地，所述支撑板远离所述扫描探头的一端端部设有滑杆，所述滑杆外壁滑动设有配重块；所述支撑板远离所述扫描探头的一端设有电动伸缩缸，所述电动伸缩缸的伸缩杆与所述配重块固定连接；所述滑杆平行于所述支撑板的长度方向。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本实施例的适用于水轮机的三维扫描仪，将支架架设在水轮机上，并使支撑板伸入到叶片之间，使得扫描探头设于叶片之间并开始对叶片表面形貌以及尺寸进行扫描，然后第二驱动装置驱动扫描探头沿支撑板的长度方向运动，使得扫描探头能够在叶片的竖直方向对其进行完整地扫描，第一驱动装置驱动驱动筒沿水轮机的直径方向运动，就相当于驱动扫描探头沿叶片的长度方向进行完整地扫描，对于狭窄部位，第三驱动装置驱动支撑板转动，使得一对扫描探头可以逐渐调整位置，尽量保证其中一个扫描探头能够扫描到有效数据。其中两个扫描探头相对设置，使得一次性可以扫描相邻的两个叶片的表面。并且扫描探头也可以进行适当的角度调节，以使扫描的范围更广。对于形状非常不规则并且尺寸非常大的叶片，能够有效地测得叶片的具体尺寸并对其进行完整地建模处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪使用时的一状态的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪使用时的二状态的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪的驱动筒内部的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪的固定盘部分的展开图；
图6为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪的扫描探头部分的展开图；
图7为本发明实施例提供的适用于水轮机的三维扫描仪的滑板部分的结构示意图；
图8为图3中A部分的放大图；
图9为图8中B部分的放大图。
图标：10-固定盘，11-第一螺杆，12-按压板，13-螺帽，14-支撑杆，15-支柱，16-第二螺杆，20-竖板，21-横板，22-滑轮，23-第二电机，24-固定板，25-紧固螺栓，31-驱动筒，32-转筒，33-第五电机，34-内齿轮，35-驱动齿轮，36-第四电机，37-第一套筒，38-第一电机，39-传动带，41-支撑板，42-第三螺杆，43-滑块，44-扫描探头，45-滑杆，46-配重块，47-电动伸缩缸，50-水轮机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
以下结合具体实施例进一步说明，如附图1-附图9所示，本实施例的适用于水轮机的三维扫描仪，包括架设于水轮机50上端的支架，以及滑动设于支架的扫描装置；扫描装置包括套设于支架并与支架滑动连接的驱动筒31，用以驱动驱动筒31沿水轮机50直径方向运动的第一驱动装置，套设于驱动筒31外的转筒32，与转筒32连接的支撑板41，一对滑动设于支撑板41的扫描探头44，用以驱动扫描探头44沿支撑板41的长度方向运动的第二驱动装置，以及用以驱动转筒32转动的第三驱动装置。具体的，将支架架设在水轮机50上，并使支撑板41伸入到叶片之间，使得扫描探头44设于叶片之间并开始对叶片表面形貌以及尺寸进行扫描，然后第二驱动装置驱动扫描探头44沿支撑板41的长度方向运动，使得扫描探头44能够在叶片的竖直方向对其进行完整地扫描，第一驱动装置驱动驱动筒31沿水轮机50的直径方向运动，就相当于驱动扫描探头44沿叶片的长度方向进行完整地扫描，对于狭窄部位，第三驱动装置驱动支撑板41转动，使得一对扫描探头44可以逐渐调整位置，尽量保证其中一个扫描探头44能够扫描到有效数据。其中两个扫描探头44相对设置，使得一次性可以扫描相邻的两个叶片的表面。并且扫描探头44也可以进行适当的角度调节，以使扫描的范围更广。对于形状非常不规则并且尺寸非常大的叶片，能够有效地测得叶片的具体尺寸并对其进行完整地建模处理。其中，扫描探头44为市面可购买到的三维扫描设备，扫描探头44的运动轨迹可以由人为控制或者自动进行。
本实施例中的支架包括水平设于支架中心的固定盘10，以及多件与固定盘10连接的支撑组件；扫描装置设有多件，一支撑组件用以支撑一扫描装置。具体的，以固定盘10为圆心，圆周分布多个支撑组件以及多个扫描装置，可以一次性对水轮机50中的多个叶片进行扫描，能够显著提高叶片的扫描速率。此外，还可以在固定盘10下设置可以调节高度的支柱15，以使固定盘10能够稳定地放置在水轮机50的中心部位。
本实施例中的支撑组件包括与固定盘10上表面铰接的支撑杆14；支撑杆14的运动面为水平面；支架还包括竖直设于固定盘10上表面中部的第一螺杆11，设于固定盘10上表面的按压板12以及与第一螺杆11螺纹连接的螺帽13；按压板12开设有用以第一螺杆11通过的让位孔；按压板12靠近固定盘10的一面与支撑杆14抵接。具体的，由于不同的水轮机50的叶片不仅尺寸不同，在数量上也可能不同，因此需要调节支撑组件之间的夹角，以使每个扫描探头44都能够正常地进入到叶片之间，其中支撑杆14与固定盘10铰接，当调整好支撑杆14的角度后，将按压板12抵在支撑杆14上，并将螺帽13拧进第一螺杆11中，使螺帽13充分将按压板12固定住，即可固定好支撑杆14的角度。
本实施例中的支撑组件包括一对相互平行且与支撑杆14远离固定盘10一端固定连接的第二螺杆16；第一驱动装置包括一对第一套筒37，第一电机38，以及用以连接第一套筒37和第一电机38输出轴的传动带39；一第一套筒37套设于一第二螺杆16；第一套筒37内壁设有与第二螺杆16螺纹连接的第一内螺纹。具体的，当驱动筒31需要沿第二螺杆16移动，以变换扫描探头44的扫描区域时，可以使用第一电机38带动第一套筒37转动，进而使第一套筒37沿第二螺杆16的长度方向运动，这样通过精确地控制第一电机38的转动圈数，就能精确地调控扫描探头44的移动距离，并且比人工手持更稳，建模后的数据更加精确。其中第一套筒37，第一电机38以及传动带39均设置在驱动筒31内部。
本实施例中的支撑组件还包括设于第二螺杆16远离支撑杆14一端的固定板24，以及用以支撑固定板24的L形的滑板；滑板包括横板21和竖板20；横板21和竖板20均设有滑轮22；滑板贴设于水轮机50上端侧边；一对滑轮22均滚动设于水轮机50边缘。具体的，当将支架的固定盘10放置在水轮机50的中心并通过支柱15支撑稳定后，将支撑组件中的滑板卡设在水轮机50的边缘，是滑轮22紧密贴合在水轮机50边缘上，并通过调整高度使得第二螺杆16保持水平的状态，然后将固定板24的紧固螺栓25拧紧，使紧固螺栓25充分抵住第二螺杆16，将第二螺杆16和固定板24固定在一起。这样当扫描探头44扫描完一对叶片时，就可以通过转动支架整体，使扫描探头44伸入到还未扫描的叶片之间。
本实施例中的横板21中的滑轮22连接有第二电机23。具体的，通过第二电机23来驱动其中一滑轮22转动，这样就能自动地控制支架旋转，并且通过设置第二电机23的转速以及运行时间，就能够更加精确地使支架旋转一定的角度。
本实施例中的第二驱动装置包括设于支撑板41的第三电机，与第三电机的输出轴固定连接且沿支撑板41的长度方向分布的第三螺杆42，以及套设于第三螺杆42的滑块43；滑块43沿支撑板41的长度方向与支撑板41滑动连接；滑块43开设有与第三螺杆42螺纹连接的第二内螺纹；扫描探头44与滑块43固定连接。具体的，本实施例中可以在支撑板41的长度方向上开设滑槽，并将第三螺杆42以及滑块43都设置在滑槽中，这样当第三电机转动时，就能够通过第三螺杆42的转动来驱动滑块43以及扫描探头44沿支撑板41的长度方向运动。
本实施例中的第三驱动装置包括设于转筒32内壁的内齿轮34，与内齿轮34啮合的驱动齿轮35，以及与驱动齿轮35固定连接的第四电机36。转筒32外壁固定设有第五电机33，第五电机33的输出轴与支撑板41垂直且固定连接。具体的，第五电机33转动，能够带动支撑板41沿第五电机33的输出轴转动，这样就能够快速且直接地将扫描组件从叶片之间旋出。其中内齿轮34也可以替换为外齿轮，相应的第四电机36就需要设置在驱动筒31外部。此处也可以使用气缸来推动支撑板41转动。
本实施例中的支撑板41远离扫描探头44的一端端部设有滑杆45，滑杆45外壁滑动设有配重块46；支撑板41远离扫描探头44的一端设有电动伸缩缸47，电动伸缩缸47的伸缩杆与配重块46固定连接；滑杆45平行于支撑板41的长度方向。具体的，由于支撑板41长度较长，并且在端部还设有扫描探头44，因此需要在支撑板41的另一端设置配重块46来平衡两端的重量。
综上，本实施例的适用于水轮机的三维扫描仪，将支架架设在水轮机50上，并使支撑板41伸入到叶片之间，使得扫描探头44设于叶片之间并开始对叶片表面形貌以及尺寸进行扫描，然后第二驱动装置驱动扫描探头44沿支撑板41的长度方向运动，使得扫描探头44能够在叶片的竖直方向对其进行完整地扫描，第一驱动装置驱动驱动筒31沿水轮机50的直径方向运动，就相当于驱动扫描探头44沿叶片的长度方向进行完整地扫描，对于狭窄部位，第三驱动装置驱动支撑板41转动，使得一对扫描探头44可以逐渐调整位置，尽量保证其中一个扫描探头44能够扫描到有效数据。其中两个扫描探头44相对设置，使得一次性可以扫描相邻的两个叶片的表面。并且扫描探头44也可以进行适当的角度调节，以使扫描的范围更广。对于形状非常不规则并且尺寸非常大的叶片，能够有效地测得叶片的具体尺寸并对其进行完整地建模处理。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：包括架设于水轮机上端的支架，以及滑动设于所述支架的扫描装置；
所述扫描装置包括套设于所述支架并与所述支架滑动连接的驱动筒，用以驱动所述驱动筒沿所述水轮机直径方向运动的第一驱动装置，套设于所述驱动筒外的转筒，与所述转筒连接的支撑板，一对滑动设于所述支撑板的扫描探头，用以驱动所述扫描探头沿所述支撑板的长度方向运动的第二驱动装置，以及用以驱动所述转筒转动的第三驱动装置。
2.根据权利要求1所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述支架包括水平设于所述支架中心的固定盘，以及多件与所述固定盘连接的支撑组件；
所述扫描装置设有多件，一所述支撑组件用以支撑一所述扫描装置。
3.根据权利要求2所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述支撑组件包括与所述固定盘上表面铰接的支撑杆；所述支撑杆的运动面为水平面；
所述支架还包括竖直设于所述固定盘上表面中部的第一螺杆，设于所述固定盘上表面的按压板以及与所述第一螺杆螺纹连接的螺帽；所述按压板开设有用以所述第一螺杆通过的让位孔；所述按压板靠近所述固定盘的一面与所述支撑杆抵接。
4.根据权利要求3所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述支撑组件包括一对相互平行且与所述支撑杆远离所述固定盘一端固定连接的第二螺杆；
所述第一驱动装置包括一对第一套筒，第一电机，以及用以连接所述第一套筒和所述第一电机输出轴的传动带；一所述第一套筒套设于一所述第二螺杆；所述第一套筒内壁设有与所述第二螺杆螺纹连接的第一内螺纹。
5.根据权利要求4所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述支撑组件还包括设于所述第二螺杆远离所述支撑杆一端的固定板，以及用以支撑所述固定板的L形的滑板；所述滑板包括横板和竖板；所述横板和所述竖板均设有滑轮；所述滑板贴设于所述水轮机上端侧边；一对所述滑轮均滚动设于所述水轮机边缘。
6.根据权利要求5所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述横板中的所述滑轮连接有第二电机。
7.根据权利要求1所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述第二驱动装置包括设于所述支撑板的第三电机，与所述第三电机的输出轴固定连接且沿所述支撑板的长度方向分布的第三螺杆，以及套设于所述第三螺杆的滑块；所述滑块沿所述支撑板的长度方向与所述支撑板滑动连接；所述滑块开设有与所述第三螺杆螺纹连接的第二内螺纹；
所述扫描探头与所述滑块固定连接。
8.根据权利要求1所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述第三驱动装置包括设于所述转筒内壁的内齿轮，与所述内齿轮啮合的驱动齿轮，以及与所述驱动齿轮固定连接的第四电机。
9.根据权利要求8所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述转筒外壁固定设有第五电机，所述第五电机的输出轴与所述支撑板垂直且固定连接。
10.根据权利要求9所述的适用于水轮机的三维扫描仪，其特征在于：所述支撑板远离所述扫描探头的一端端部设有滑杆，所述滑杆外壁滑动设有配重块；所述支撑板远离所述扫描探头的一端设有电动伸缩缸，所述电动伸缩缸的伸缩杆与所述配重块固定连接；所述滑杆平行于所述支撑板的长度方向。
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