三维扫描技术在泵质量控制中的应用

孙翀翔

【摘 要】通过扫描的方式获取事物的三维信息，再将获取的信息转化成数字信号，最后将数字信号交由电子计算机直接进行处理的技术被称为三维扫描技术，这种扫描方式不仅扫描精读非常高，而且扫描速度也非常快。本文主要介绍了三维扫描技术的应用范围以及优势，同时基于ATOS扫描仪的工作原理以及性能参数，对其在泵质量控制中的具体应用进行了分析和对比。

【关键词】泵质量；控制；三维扫描

三维扫描技术作为一种高新技术，是集电、光、机以及计算机等各领域技术于一体的，主要工作原理为对实物的色彩、结构以及空间外形进行三维激光扫描，以此来获得事物表面的空间坐标数据[1]。其通过对被测物体表面大量密集点的三维坐标进行有效记录，再利用激光测距原理，可以将被检测目标的线、面、体各方面数据以及其三维模型快速的勾勒出来，具有非常明显的扫描速度快、扫面准确度高、应用范围广等诸多有点。现如今，各行各业都开始广泛运用三维扫描技术，包括航空航天、机械制造、历史建筑、交通车辆、文物考古等等。

一、三维扫描技术在泵质量控制中的重要性

在泵制造业中，需要对叶轮等零件进行检测，尤其是有些曲面比较复杂的零件，如果依然采用传统的检测方式则会具有一定的缺陷，比如测量周期长、测量难度大以及检测精度不高等，而这就无法满足现如今对于叶轮质量的控制要求。如果对泵体以及叶轮等各零件以及模型采用三維扫描仪进行扫描，就可以快速的扫描出高精度的零件尺寸数据，再将这些数据直接通过相关软件就可以与原本的设计模型进行精确对比，以此来提高零件尺寸的精确度，最终提供出更加高性能、高精度的高品质零件。

二、三维扫描仪的技术规格及工作原理

本文主要介绍ATOS Ⅱ Triple Scan光学三维扫描仪，该扫描仪采用的蓝光技术以及双立体相机，38mm×29mm～2000mm×1500mm且为360°的扫描范围，500万像素的分辨率，490～2000mm的工作距离，可以很大程度的满足各种要求的高精度扫描。

ATOS扫描仪首先需要对样品零件进行数字化的信息采集，之后在测量工件的表面投影特定的光栅条纹，通过两个CCD数码相机（即高分辨率电荷耦合原件数码相机）拍摄光栅干涉条纹，再通过光栅测量原理以及光学拍摄定位技术在非常短的时间内即可将复杂工件表面的完整点云采集完毕。不仅如此，ATOS扫描仪还有相配套的软件，通过该软件可以在短短几秒钟之内，将多达400万个精确的三维坐标计算出来。这种高质量的扫描技术在快速成型、产品开发、质量控制、逆向工程以及虚拟装配中被应用的越来越广泛，其甚至可以实现将零件进行直接加工。

在开始进行扫描前，在对扫描仪进行数据配准和数据标定的基础上，除了需要注意将磁性数码标志点贴在每件样品零件的表面，还需要在每件样品零件的表面进行白色亚光处理，如喷上显像剂，这样就可以作为扫描系统的坐标参考。在进行扫描时，蓝色的光栅条纹就会直接投影到叶轮上，以方便对扭曲的叶片进行扫描。为了使叶片充分暴露在外边，必要时还需要对叶轮的前盖板进行适当的切割。在将叶轮数据扫描完成后，可将原本的三维模型与用专门的软件构建出的三维模型进行对比和分析，即可检查出叶片中每一个坐标点的三维坐标是否与设计要求相符[3]。

三、采用三维扫描测量轴流泵叶轮结果分析

以700mm的出口直径、160kW的功率、5040m3/h的流量，7.4m的扬程、83.8%的效率的轴流泵为例，其电机型号为YE2-355M1-6。该轴流泵在出厂之前都进行过内部的检测试验，测量结果为在相同的流量点下，其实测效率为70.2%，而这和技术实际需求的效率有着较大的差距。

对轴流泵的效率影响最大的因素就是叶轮，其主要是由四个空间曲面的叶片组成的。由于叶轮是从外协单位采购来的一种精密铸件，因此其尺寸都是经过专业检验的，一般没有质量问题。但在对叶片的表面利用三维扫描进行检查，再通过扫描后创建的三维模型与设计模型进行对比后发现，叶片的尺寸严重偏离了原本的设计要求。根据国家标准要求来看，允许偏差在±1.4mm以内，而测量出的叶片背景其最大偏差达到了+8.84mm，而工作面的最大偏差达到了10.92mm。

制造叶轮的材料一般为不锈钢，模具采用金属模具进行精密铸造。在利用三维扫描技术对其进行测量分析对比后，发现叶轮质量出现了较为严重的问题。因此，铸造一个模具或者一个零件，拥有一个高质量且切合实际的设计方案以及制造工艺是首要前提，但是对于热处理、搬运、机加工、铸造等制作过程也需要严格进行控制和把关。

四、采用三维扫描测量循环水泵叶轮结果分析

以2000mm的出口直径、2700kW的功率、40608m3/h的流量，18.5m的扬程、87.2%的效率的循环水泵为例，其电机型号为YLKS1000-16[4]。该循环水泵的设计是采用混凝泵水力模型进行的。由于其在电厂运行一段时间后，会出现性能参数严重下滑、振动噪声严重增大的情况，这时就无法满足用户的实际需求，只能停机并对其进行检修。在现场对泵进行解体之后，将泵内如叶轮等已损坏的零件进行更新，将替换下来的零件带回工厂对其进行详细的检测并分析。

对轴流泵的效率影响最大的因素就是叶轮，其主要是由三个空间曲面的叶片组成的。将叶片表面利用三维扫描技术进行检测，将检测后的数据构建三维模型之后与设计模型进行对比，对比结果显示出其出现了严重偏离设计要求的情况。根据国家标准要求来看，允许偏差在±4mm以内，而测量出的叶轮室配合部位以及叶片的边缘部位与实际数据偏差较大，最大偏差达到了+29.14mm。

在现场进行停机解体后对其进行了相关检查，检查结果显示泵润滑受到了严重的磨损，已经失去了其原有的定位功能。由于整个转子出现了大幅度的晃动，导致了叶轮室与叶轮外边缘部位发生了很长时间的摩擦，最后叶轮的直径有一定程度的缩小，泵的功能性也有大幅度下降。由此可见，由于轴承等部位非常容易受损，因此需要对其进行定期更换，并做到实时监控，保证其在不带病的状态下运行，否则可能会造成更多不可控的损失。

结语：

综上所述，在对泵的叶片曲面进行检测时，利用三维激光扫描技术具有数据点更加完整、测量精度更高等特点。不仅如此，还可以对零件的制造以及运行后的误差进行详细的分析，因此不仅可以有效提高产品制造的质量，还可以提高产品的售后服务质量，相关工程人员可以将产品故障在短时间内进行精确的诊断，并针对性的改善产品的性能，是一种非常高效的测量方式。

参考文献：

[1]高君，霍瑞康.三维扫描技术在泵质量控制中的应用[J].装备机械，2016，（3）：16-18，39.

[2]王冬梅，赵钢，吴杰，等.三维激光扫描仪在泵站流道施工质量控制中的应用[J].水力发电，2010，36（10）：51-52.

[3]苌飞霸，潘克新，刘伟，等.输注泵质量检测分析[J].医疗卫生装备，2018，39（11）：54-56.

[4]赵芳芳.基于克里格插值法的地铁隧道三维地质模型构建[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2018，20（02）：17-20.

（作者单位：辽宁省交通高等专科学校）