三维摄影测量技术在混流式水轮机叶片尺寸检测中的应用分析

宋立平

摘要：为使得数控编程更方便，通常需要在制作水轮机叶片过程中精密测量叶片铸件的三维坐标。混流式水轮机自身形状复杂，体型巨大，使用普通的检测方式效率比较低。而利用三维摄影测量技术能够快速获得物体定点的空间坐标，迅速将物体的空间信息处理转化成数字信息。本文将基于三维摄影测量技术原理、特点和设备，结合混流式水轮机叶片结构特征，重点叙述该项应用的关键技术问题。

关键词：三维摄影测量技术；混流式水轮机叶片；尺寸检测；应用分析

一、三维摄影测量技术

（一）三维摄影技术测量设备

三维摄影技术的测量设备最主要就MPS/S单相机工业测量系统。该系统适用于工业产品中体型较大的产品的外形尺寸测量，最高的测量值可以达到30m，最低测量值为30cm，能够一次性确认多个定点的三维坐标。除了该测量系统三维摄影测量技术的设备，还有高倍数码相机、编码点、反光贴点、测量标尺等等。整套装备适用环境广泛并且方便携带，测量的精度高。

（二）三维摄像技术的原理及过程

三维摄影技术的操作原理是：在空间上获得多个不同位置拍摄到的同一定点，再通过计算机的计算功能计算该点的三维坐标。

具体过程如下：首先规划好待测产品的特征部位，将反光贴点贴在这些部位上，并在贴有反光贴点的特征部位设置编码点，放置比例尺。首先规划好待测产品的特征部位，将反光贴点贴在这些部位上，并在贴有反光贴点的特征部位设置编码点，放置比例尺。按照现场距离放置高倍数码相机，选择科学的角度和距离拍摄照片。最后利用MPS/S系统将空间信息转化成坐标信息。

（三）三维摄影测量技术的特点

三维摄影测量技术又称为近景摄影。目前该技术研究相对成熟，逐步应用在特殊文物保护和城市规划相关领域。三维摄影测量技术对环境的要求不严格，除了真空环境无法利用三维摄影测量技术，其他的大多都可使用。在测量过程中能够快速、高效的定位特征点并处理空间信息，测量结果也十分精确，方便便携，不会受到外界的温度或者湿度影响。

二、混流式水轮机叶片结构特征

混流式水轮机里最关键的工作部件是转轮，由上冠、叶片和下环组成。而转轮中叶片是最核心的组成元件，构造面通常为光滑曲面。叶片通过轮转能够将势能转化成机械能，带动整个水轮机运作。断面形状类似于羽翼。转轮中叶片数目越多，那么整个水轮机的运转强度和性能越强。

三、该项技术在应用方面的关键技术

（一）支垫

首先待测产品需要在测量前支垫。需要根据产品大致结构和叶片结构找，到最佳的指点位置，使得产品能够表露出特殊的待测面。

（二）贴点

不同型号的叶片之间差异性大，主要表现在叶片的结构和体积上，要根据产品的类型和特点选择合适的贴点位置和数量，注意对叶片特殊结构的处理。

（三）布置编码点

在布置完贴点之后，在合适的结构面上布置编码点，尤其是在特殊的结构面上，要增加对应的编码点，例如叶片转角等部位。技术人员务必确保在拍摄照片时，照片范围内编码点数量≥4。

（四）设置相机

根据现场环境设置相机和待测产品之间的距离，注意提前检查相机的电量和容量，设置闪光灯的同步时间和相机的曝光时间，保证相机拍摄的部件照片的涵盖范围要大全面，尽量确保拍摄的照片能够完全利用。

（五）照片拍摄

维持相机和待测产品之间的距离≥1米并且≤5米，规划好拍摄角度，从而保证拍摄出照片的清晰度，注意从多角度拍摄待测工件的照片。

（六）数据处理

通常，技术会运用MPS/S系统来处理数据。首先，打开MPS/S软件，再将拍摄的照片和基准尺参数导入，处理数据信息，将测定的三维模型坐标转变成更为详细的数字信息，供后期的计算机计算过程。

（七）模型拟合

为找到最佳表示叶片的结构和形状信息，通常需要对叶片模型拟合，以实现对叶片结构的信息再处理。在三维拍摄技术中，通常运用Polyworks软件实现模型拟合，能够保证拍照测量结果的准确性，减少标准尺的误差。

（八）得出报告

对收集到的数据信息数据进行整合，按照要求和规范填写报告，并留存记录，注意标注好标准尺的详细参数和误差分析，方便客户查看与后期核对。

由于叶片的形状非常特殊，使用普通的测量方式不够全面，并且误差比较大。因此，通常我们选择无接触的近景拍摄，包括激光追踪技术，还有三维拍照测量技术等等。三维拍照测量技术的成本相对合理，更加便利，并且对待测工件的检测效率更高。在检测过程中，要选择具有特殊性征的结构面以及适合的标尺，对于一些结构不明早的部分增加编码点或者标注符号，按照科学计算的距离和角度进行拍摄，拍照范围要覆盖全面，不要遗漏类似叶片转角这样的部位。

总结

目前，三维摄影测量技术是我国在工业产品测量方面研究程度最深、应用范围最广的技术，是将待测工件转化为云模型。相比于激光追踪技术，三维摄影测量技术的工作效率和测量结果非常可靠，也能够保证测量精度。本文主要基于三维摄影测量技术的所需设备、原理和特点，简要说明了混流式水轮机的叶片特征，并且详细阐述了该项技术的重要技术要点，希望能够对三维摄影测量技术有所贡献。