三維掃描技術在泵質量控制中的應用

孫翀翔

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

【關鍵詞】泵質量；控制；三維掃描

三維掃描技術作為一種高新技術，是集電、光、機以及計算機等各領域技術于一體的，主要工作原理為對實物的色彩、結構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據[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、體各方面數據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、應用范圍廣等諸多有點。現如今，各行各業都開始廣泛運用三維掃描技術，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、三維掃描技術在泵質量控制中的重要性

在泵制造業中，需要對葉輪等零件進行檢測，尤其是有些曲面比較復雜的零件，如果依然采用傳統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，而這就無法滿足現如今對于葉輪質量的控制要求。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據，再將這些數據直接通過相關軟件就可以與原本的設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、高精度的高品質零件。

二、三維掃描儀的技術規格及工作原理

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數碼相機（即高分辨率電荷耦合原件數碼相機）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在非常短的時間內即可將復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，將多達400萬個精確的三維坐標計算出來。這種高質量的掃描技術在快速成型、產品開發、質量控制、逆向工程以及虛擬裝配中被應用的越來越廣泛，其甚至可以實現將零件進行直接加工。

在開始進行掃描前，在對掃描儀進行數據配準和數據標定的基礎上，除了需要注意將磁性數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的切割。在將葉輪數據掃描完成后，可將原本的三維模型與用專門的軟件構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計要求相符[3]。

三、采用三維掃描測量軸流泵葉輪結果分析

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部的檢測試驗，測量結果為在相同的流量點下，其實測效率為70.2%，而這和技術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。由于葉輪是從外協單位采購來的一種精密鑄件，因此其尺寸都是經過專業檢驗的，一般沒有質量問題。但在對葉片的表面利用三維掃描進行檢查，再通過掃描后創建的三維模型與設計模型進行對比后發現，葉片的尺寸嚴重偏離了原本的設計要求。根據國家標準要求來看，允許偏差在±1.4mm以內，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對其進行測量分析對比后，發現葉輪質量出現了較為嚴重的問題。因此，鑄造一個模具或者一個零件，擁有一個高質量且切合實際的設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。

四、采用三維掃描測量循環水泵葉輪結果分析

以2000mm的出口直徑、2700kW的功率、40608m3/h的流量，18.5m的揚程、87.2%的效率的循環水泵為例，其電機型號為YLKS1000-16[4]。該循環水泵的設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，會出現性能參數嚴重下滑、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。在現場對泵進行解體之后，將泵內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進行檢測，將檢測后的數據構建三維模型之后與設計模型進行對比，對比結果顯示出其出現了嚴重偏離設計要求的情況。根據國家標準要求來看，允許偏差在±4mm以內，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據偏差較大，最大偏差達到了+29.14mm。

在現場進行停機解體后對其進行了相關檢查，檢查結果顯示泵潤滑受到了嚴重的磨損，已經失去了其原有的定位功能。由于整個轉子出現了大幅度的晃動，導致了葉輪室與葉輪外邊緣部位發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，并做到實時監控，保證其在不帶病的狀態下運行，否則可能會造成更多不可控的損失。

結語：

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具有數據點更加完整、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品制造的質量，還可以提高產品的售后服務質量，相關工程人員可以將產品故障在短時間內進行精確的診斷，并針對性的改善產品的性能，是一種非常高效的測量方式。

參考文獻：

[1]高君，霍瑞康.三維掃描技術在泵質量控制中的應用[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量控制中的應用[J].水力發電，2010，36（10）：51-52.

[3]萇飛霸，潘克新，劉偉，等.輸注泵質量檢測分析[J].醫療衛生裝備，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模型構建[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2018，20（02）：17-20.

（作者單位：遼寧省交通高等專科學校）