3D掃描儀各行業解決方案-能源裝備篇

綜述
　能源工業是國民經濟與國防建設的重要基礎和支柱型產業，同時也是涉及多個領域高新技術的集成產業，如鍋爐、渦輪機、電廠熱能、風機、壓縮機、內燃機、水力機械以及核能工程等。


       能源轉化設備往往比較精密的，同時體積比較大，難以移動，如一些大型葉片、葉輪、安裝架以及一些複雜的曲面結構等，在測量檢測方面存在一些難題。如傳統的三坐標、測繪儀對於採集複雜結構的面體的海量點雲數據有困難，2D的光學照相則會產生數據轉化過程中的誤差，傳統測量手段難以滿足日漸提高的標準要求。能源設備的設計製造方面同樣有諸多挑戰，如效率低、成本高、穩定性不足、一些關鍵部件需要從國外進口等問題。
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　　歐美的能源設備製造公司，如通用電氣、西門子，無一不在尋求和逐步使用新的測量方式和先進製造技術。如風電製造領域，面對超大的葉片尺寸和嚴格的尺寸公差要求，先進的非接觸式3D掃描設備被廣泛採用。而美國圖希諾能源動力公司（Tushino Power Machine Tools）完成了超大型水電渦輪的失蠟鑄造，3D列印出來的蠟模重70kg，直徑150cm，且內部呈蜂窩狀結構，最終鑄造出來的成品重達1990KG。相比傳統分葉片鑄造或CNC的方式，3D列印+失蠟鑄造的方式，更加高效、成本更低、渦輪的整體品質更好。

方案重點
針對不同的能源動力裝備，先臨三維提供的綜合解決方案不盡相同，但是核心內容基本相通，以下部分針對風電裝備做個說明，可供參考：

        風電葉片的設計、選材和工藝，是決定風電裝置性能與功率的主要因素，影響到風力發電的單位成本，為了提高風機的效能和降低成本兩因素，葉片的製作正向大型化發展。一般來講，風電葉片的長度為數米，甚至十幾米，如此大的尺寸，以往幾乎沒有合適的測量設備可以對它進行3D測量檢測。而先臨的3D數字技術解決方案能夠很好的解決上述難題：
- 能夠快速獲取曲面信息，提供完整有效的葉片3D數據，與CAD設計數據對比進行檢測，能有效提升能源行業大型部件的測量和檢測效率，保證精度，為用戶在配件修復，提升安裝精度等方面帶來便利。
- 可用於逆向工程，優化葉片設計，。
-葉片通過彎曲試驗分析以測量葉片的穩定性，先臨三維拍照式3D掃描儀能夠輕鬆，靈活對葉片表面的變形程度進行準確分析，為企業提供有價值的形變數據；
- 獲取的3D數據可用於工程規劃、吊裝、裝配、管道佈線、方案評估、校驗、佈局仿真、三維可視化管理、... 等。
- 設計過程中可以3D列印等比例縮小模型，用於風洞試驗、環境模擬、碰撞試驗、結構仿真等測試。

方案價值
 先臨三維綜合解決方案給企業帶來的效益：

1.掃描時間少，減少工廠停工時間，工作效率得到極大提高
 -測量快速，操作時間短，相較於傳統的三坐標測量方式，測量效率大大提高；
 -使用便攜式的測量設備，能夠在各場所進行測量，適應大尺寸、難移動工件的   掃描條件；

2.測量全面，可獲取設備及現場完整、精確的3D數據。即使是複雜的葉輪和超大尺寸物件，也能夠輸出詳細全面的數據結果。
 -可以對曲面複雜的，大型的物件進行全面測量，數據完整清晰，如葉輪，葉片；
 -根據獲取的數據，可為用戶繪製PI&D、設備佈置等專業圖紙，為管理及設計人員提供完整、精確的現場3D模型； 
3.測量精度高，檢測報告具體，準確
- 擁有高精度3D掃描儀及測量設備，整體測量誤差小（控制在200mm×150mm範圍約為0.02mm），與物件CAD數據進行對比，能夠輸出詳細，具體，準確的誤差報告，保證產品質量，有效避免代價高昂的返工時間與費用；
- 對能源行業中重要設備和管線進行全面安全檢測。
- 可以進行施工和設計方案的比對
 
4.大尺寸工件3D列印，可實現複雜構件的一體化精密鑄造
- 3D列印尺寸可達150cm*75cm*55cm，滿足大部分能源裝備精密部件的成型需要；
- 3D列印出來的模型，還可以用於失蠟鑄造；
- 等比例縮小的3D列印模型，則可以用於前期設計過程中的各種測試，既提高效率，還能降低成本。
 
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客戶案例
火力發電機渦輪葉片的逆向設計與氣孔法向量的高精度檢測:
A. 面臨的問題：
    該研究所對項目技術指標非常嚴苛：
●非常高的精度要求，整體誤差需要控制在0.01mm以下，以確保轉子的正常運轉；如果葉片的質量無法得到嚴格的控制，不僅影響工作，即使運轉起來，對汽輪機的損害也非常大，會產生強大的震動，甚至會影響廠房安全
●對葉片上的散熱通氣孔進行精確定位
●準確地確定氣孔的法向量
B. 先臨三維的解決方案：
    葉片曲面構造質量直接影響到轉子轉動的效率，因此逆向設計工程師必須使用強大的設計曲面工程——根據實際情況，先臨三維提供的解決方案中使用： OpticScan-D雙目系列3D掃描儀+逆向設計軟件（如Shiningform XOR）+3D檢測軟件（如Shiningform XOV）協助該研究所進行高端技術的研究和突破。
    使用OpticScan-D雙目系列3D掃描儀獲取渦輪葉片精確的3D測量數據。將3D模型導入逆向建模軟件（如Shiningform XOR）進行曲面造型。
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在使用ShiningformXOR進行逆向設計之後，需要及時得到偏差結果。SHININGFORM XOV檢測軟件能夠對物體特徵進行細緻分析，如孔位、輪廓、曲率等等，同時還能捕捉並體現剖面的形位偏差，如平行度和圓度等。而傳統檢測軟件只能對CAD數據和掃描數據進行簡單的偏差對比。
    XOV軟件能自動完成測量數據與CAD數據的坐標係對齊，從而實現快速比對檢測和質量控制。通過SHININGFORM XOR軟件進行逆向設計可以得到仿形渦輪葉片的CAD數據，利用3D掃描儀掃描得到工件的3D測量數據。

        3D色譜偏差分析、單點誤差註釋分析與二維界面扭曲分析

大型風力發電機輪轂使用3D掃描儀高精度檢測:
A. 面臨的問題：
    佳力風能需要對是輪轂上的上百個尺寸，如高度、直徑、深度等進行詳細檢測，以保證輪轂質量的合格。如果輪轂尺寸不合格，就不能和其他部件有效進行裝配。但風電發電機輪轂體積大，重量重，難以移動，受空間限制的影響較大，尤其是內腔的3D數據獲取，需要便攜式的測量方式才能快速地進行全面3D測量並進行檢測。
 
B. 先臨三維的解決方案：
 
    針對佳力風能的情況，先臨三維提供的解決方案使用： Shining3D-Metric攝影測量系統+ZScanner激光掃描儀+3D檢測軟件（如Shiningform XOV）。
    攝影測量系統軟件可準確計算提取物體空間框架坐標，特別對大型工件有較為明顯的優勢。將Shining3D-Metric攝影測量系統運算所得框架坐標信息與Z-Scan手持式掃描儀結合，使工件的整體精度得到了良好的控制。
    使用ZScanner3D激光掃描儀獲取工件表面信息，能夠對內腔等部位進行輕鬆的掃描，以達到細節全面，精度良好的理想需求。
    最後將將該工件的stl數據導入Shiningform XOV軟件中，與原始的CAD模型進行針對性數據比對，即可得出非常直觀的三維檢測色譜圖，根據比對報告，佳力風能可以很清晰地看到實際工件與CAD圖紙的整體偏差，清晰知曉工件的質量，如哪個位置有突起或者凹進；也可以通過Shiningform XOV軟件分析各孔位及裝配位的相對位置信息，以使佳力風能及時對工件進行改進，持續一向秉承的品質要求。