孫翀翔

【摘 要】通過掃描的方式獲取事物的三維信息，再將獲取的信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，最后將數(shù)字信號交由電子計算機直接進行處理的技術(shù)被稱為三維掃描技術(shù)，這種掃描方式不僅掃描精讀非常高，而且掃描速度也非?？?。本文主要介紹了三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍以及優(yōu)勢，同時基于ATOS掃描儀的工作原理以及性能參數(shù)，對其在泵質(zhì)量控制中的具體應(yīng)用進行了分析和對比。

【關(guān)鍵詞】泵質(zhì)量；控制；三維掃描

三維掃描技術(shù)作為一種高新技術(shù)，是集電、光、機以及計算機等各領(lǐng)域技術(shù)于一體的，主要工作原理為對實物的色彩、結(jié)構(gòu)以及空間外形進行三維激光掃描，以此來獲得事物表面的空間坐標數(shù)據(jù)[1]。其通過對被測物體表面大量密集點的三維坐標進行有效記錄，再利用激光測距原理，可以將被檢測目標的線、面、體各方面數(shù)據(jù)以及其三維模型快速的勾勒出來，具有非常明顯的掃描速度快、掃面準確度高、應(yīng)用范圍廣等諸多有點?，F(xiàn)如今，各行各業(yè)都開始廣泛運用三維掃描技術(shù)，包括航空航天、機械制造、歷史建筑、交通車輛、文物考古等等。

一、三維掃描技術(shù)在泵質(zhì)量控制中的重要性

在泵制造業(yè)中，需要對葉輪等零件進行檢測，尤其是有些曲面比較復(fù)雜的零件，如果依然采用傳統(tǒng)的檢測方式則會具有一定的缺陷，比如測量周期長、測量難度大以及檢測精度不高等，而這就無法滿足現(xiàn)如今對于葉輪質(zhì)量的控制要求。如果對泵體以及葉輪等各零件以及模型采用三維掃描儀進行掃描，就可以快速的掃描出高精度的零件尺寸數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)直接通過相關(guān)軟件就可以與原本的設(shè)計模型進行精確對比，以此來提高零件尺寸的精確度，最終提供出更加高性能、高精度的高品質(zhì)零件。

二、三維掃描儀的技術(shù)規(guī)格及工作原理

本文主要介紹ATOS Ⅱ Triple Scan光學三維掃描儀，該掃描儀采用的藍光技術(shù)以及雙立體相機，38mm×29mm～2000mm×1500mm且為360°的掃描范圍，500萬像素的分辨率，490～2000mm的工作距離，可以很大程度的滿足各種要求的高精度掃描。

ATOS掃描儀首先需要對樣品零件進行數(shù)字化的信息采集，之后在測量工件的表面投影特定的光柵條紋，通過兩個CCD數(shù)碼相機（即高分辨率電荷耦合原件數(shù)碼相機）拍攝光柵干涉條紋，再通過光柵測量原理以及光學拍攝定位技術(shù)在非常短的時間內(nèi)即可將復(fù)雜工件表面的完整點云采集完畢。不僅如此，ATOS掃描儀還有相配套的軟件，通過該軟件可以在短短幾秒鐘之內(nèi)，將多達400萬個精確的三維坐標計算出來。這種高質(zhì)量的掃描技術(shù)在快速成型、產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量控制、逆向工程以及虛擬裝配中被應(yīng)用的越來越廣泛，其甚至可以實現(xiàn)將零件進行直接加工。

在開始進行掃描前，在對掃描儀進行數(shù)據(jù)配準和數(shù)據(jù)標定的基礎(chǔ)上，除了需要注意將磁性數(shù)碼標志點貼在每件樣品零件的表面，還需要在每件樣品零件的表面進行白色亞光處理，如噴上顯像劑，這樣就可以作為掃描系統(tǒng)的坐標參考。在進行掃描時，藍色的光柵條紋就會直接投影到葉輪上，以方便對扭曲的葉片進行掃描。為了使葉片充分暴露在外邊，必要時還需要對葉輪的前蓋板進行適當?shù)那懈睢Ｔ趯⑷~輪數(shù)據(jù)掃描完成后，可將原本的三維模型與用專門的軟件構(gòu)建出的三維模型進行對比和分析，即可檢查出葉片中每一個坐標點的三維坐標是否與設(shè)計要求相符[3]。

三、采用三維掃描測量軸流泵葉輪結(jié)果分析

以700mm的出口直徑、160kW的功率、5040m3/h的流量，7.4m的揚程、83.8%的效率的軸流泵為例，其電機型號為YE2-355M1-6。該軸流泵在出廠之前都進行過內(nèi)部的檢測試驗，測量結(jié)果為在相同的流量點下，其實測效率為70.2%，而這和技術(shù)實際需求的效率有著較大的差距。

對軸流泵的效率影響最大的因素就是葉輪，其主要是由四個空間曲面的葉片組成的。由于葉輪是從外協(xié)單位采購來的一種精密鑄件，因此其尺寸都是經(jīng)過專業(yè)檢驗的，一般沒有質(zhì)量問題。但在對葉片的表面利用三維掃描進行檢查，再通過掃描后創(chuàng)建的三維模型與設(shè)計模型進行對比后發(fā)現(xiàn)，葉片的尺寸嚴重偏離了原本的設(shè)計要求。根據(jù)國家標準要求來看，允許偏差在±1.4mm以內(nèi)，而測量出的葉片背景其最大偏差達到了+8.84mm，而工作面的最大偏差達到了10.92mm。

制造葉輪的材料一般為不銹鋼，模具采用金屬模具進行精密鑄造。在利用三維掃描技術(shù)對其進行測量分析對比后，發(fā)現(xiàn)葉輪質(zhì)量出現(xiàn)了較為嚴重的問題。因此，鑄造一個模具或者一個零件，擁有一個高質(zhì)量且切合實際的設(shè)計方案以及制造工藝是首要前提，但是對于熱處理、搬運、機加工、鑄造等制作過程也需要嚴格進行控制和把關(guān)。

四、采用三維掃描測量循環(huán)水泵葉輪結(jié)果分析

以2000mm的出口直徑、2700kW的功率、40608m3/h的流量，18.5m的揚程、87.2%的效率的循環(huán)水泵為例，其電機型號為YLKS1000-16[4]。該循環(huán)水泵的設(shè)計是采用混凝泵水力模型進行的。由于其在電廠運行一段時間后，會出現(xiàn)性能參數(shù)嚴重下滑、振動噪聲嚴重增大的情況，這時就無法滿足用戶的實際需求，只能停機并對其進行檢修。在現(xiàn)場對泵進行解體之后，將泵內(nèi)如葉輪等已損壞的零件進行更新，將替換下來的零件帶回工廠對其進行詳細的檢測并分析。

對軸流泵的效率影響最大的因素就是葉輪，其主要是由三個空間曲面的葉片組成的。將葉片表面利用三維掃描技術(shù)進行檢測，將檢測后的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型之后與設(shè)計模型進行對比，對比結(jié)果顯示出其出現(xiàn)了嚴重偏離設(shè)計要求的情況。根據(jù)國家標準要求來看，允許偏差在±4mm以內(nèi)，而測量出的葉輪室配合部位以及葉片的邊緣部位與實際數(shù)據(jù)偏差較大，最大偏差達到了+29.14mm。

在現(xiàn)場進行停機解體后對其進行了相關(guān)檢查，檢查結(jié)果顯示泵潤滑受到了嚴重的磨損，已經(jīng)失去了其原有的定位功能。由于整個轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了大幅度的晃動，導致了葉輪室與葉輪外邊緣部位發(fā)生了很長時間的摩擦，最后葉輪的直徑有一定程度的縮小，泵的功能性也有大幅度下降。由此可見，由于軸承等部位非常容易受損，因此需要對其進行定期更換，并做到實時監(jiān)控，保證其在不帶病的狀態(tài)下運行，否則可能會造成更多不可控的損失。

結(jié)語：

綜上所述，在對泵的葉片曲面進行檢測時，利用三維激光掃描技術(shù)具有數(shù)據(jù)點更加完整、測量精度更高等特點。不僅如此，還可以對零件的制造以及運行后的誤差進行詳細的分析，因此不僅可以有效提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量，還可以提高產(chǎn)品的售后服務(wù)質(zhì)量，相關(guān)工程人員可以將產(chǎn)品故障在短時間內(nèi)進行精確的診斷，并針對性的改善產(chǎn)品的性能，是一種非常高效的測量方式。

參考文獻：

[1]高君，霍瑞康.三維掃描技術(shù)在泵質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].裝備機械，2016，（3）：16-18，39.

[2]王冬梅，趙鋼，吳杰，等.三維激光掃描儀在泵站流道施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2010，36（10）：51-52.

[3]萇飛霸，潘克新，劉偉，等.輸注泵質(zhì)量檢測分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2018，39（11）：54-56.

[4]趙芳芳.基于克里格插值法的地鐵隧道三維地質(zhì)模型構(gòu)建[J].遼寧省交通高等?？茖W校學報，2018，20（02）：17-20.

（作者單位：遼寧省交通高等?？茖W校）