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輪機(jī)上的“骰子”

西門子正在使用攝影測量技術(shù)來快速精確地測量輪機(jī)部件，從而加快部件處理過程并確保它們符合技術(shù)規(guī)格。

在位于德國米爾海姆的西門子蒸汽輪機(jī)工廠中，重達(dá)14噸的閥體靜靜地躺在木枕上，看起來就像巨人線條起伏的膝蓋。閥體表面布滿了外形與骰子類似的帶有白色斑點(diǎn)的黑色標(biāo)記物。借助攝影測量技術(shù)，工程師可以不使用卷尺或量角器，直接對這些龐大部件的三維尺寸進(jìn)行測量。這項(xiàng)技術(shù)已在米爾海姆的工廠內(nèi)使用，標(biāo)志著西門子首次將這種技術(shù)應(yīng)用于輪機(jī)測量。

節(jié)約時(shí)間

攝影測量技術(shù)并非新興技術(shù)。早在19世紀(jì)中葉，它就已經(jīng)被用于測量建筑物了。在過去20年間，它也曾被用于從空中測量地球表面。利用這種技術(shù)，用戶可以根據(jù)從多個(gè)不同角度拍攝的照片，計(jì)算出三維物體的外形尺寸。在此過程中，相關(guān)軟件將找出不同圖像中的匹配細(xì)節(jié)，再利用這些匹配點(diǎn)根據(jù)相機(jī)已知的成像屬性重構(gòu)物體的三維形狀。

借助這些特制組件，工程師可以快速精確地測量輪機(jī)部件。

為了測量輪機(jī)部件的三維尺寸，工程師需要在部件表面鉆出許多小孔，整個(gè)過程耗時(shí)約兩小時(shí)。這些小孔還有另一個(gè)作用，即作為數(shù)控銑削的參考點(diǎn)。當(dāng)攝影測量技術(shù)檢測出偏差時(shí)，它們可以作為數(shù)控銑削的參考點(diǎn)，幫助消除偏差。

攝影測量過程將采用配備無失真鏡頭的單反相機(jī)拍攝部件。由于每張照片都必須顯示至少4個(gè)標(biāo)記物，所以一個(gè)閥體需要拍攝約200張照片。

在過去，借助卷尺、指南針和特制劃線臺(tái)等工具人工測量這樣的部件要耗費(fèi)長達(dá)24小時(shí)。機(jī)械工程師Sven Illberger是米爾海姆工廠的3D測量技術(shù)專家。他表示：“測量大型組件是我們生產(chǎn)過程中遇到的主要瓶頸。”

首先，西門子專家將標(biāo)記物裝到部件上。

然后，從各個(gè)角度對部件拍照。

使用專門軟件，利用照片計(jì)算出所拍攝標(biāo)記物的位置及部件的外形尺寸。

最后，對比通過攝影測量得到的數(shù)值與CAD模型中的設(shè)定值，比較結(jié)果顯示二者偏差在毫米級。

對比實(shí)物部件與CAD模型

完成對輪機(jī)部件的拍照后，專門軟件將對圖像進(jìn)行處理，將標(biāo)記孔變成點(diǎn)云，計(jì)算出部件的三維形狀尺寸。

然后，軟件會(huì)借助西門子的專業(yè)知識(shí)進(jìn)一步處理這些信息。在此過程中，軟件將對比通過攝影測量得到的實(shí)際數(shù)據(jù)與CAD模型中的設(shè)定值。通常，二者的差距僅有幾毫米。對比完成后，多余的金屬須被銑削掉。

對部件完成攝影測量后，得到的數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)換成數(shù)控銑削的工序，以消除檢測得的偏差。

米爾海姆工廠的質(zhì)量保證團(tuán)隊(duì)已使用攝影測量技術(shù)約一年左右。此方法尤其適用于尺寸超過一米，且不要求加工公差小于半毫米的部件。從機(jī)車到風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，西門子有許多這樣的產(chǎn)品。但是，米爾海姆的工程師計(jì)劃將攝影測量技術(shù)應(yīng)用于測量其他輪機(jī)部件。Illberger表示，他們正在與柏林的西門子燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)工廠和萊比錫的壓縮機(jī)生產(chǎn)工廠探討實(shí)施的可能性。供應(yīng)商也可采用攝影測量技術(shù)來進(jìn)行最終檢查，提高精度并加速對輪機(jī)部件的處理過程。

此外，位于印度尼西亞芝勒貢的西門子工廠也將引入攝影測量技術(shù)。這座工廠主要為蒸汽輪機(jī)提供鋼制部件。Illberger稱，越早在制造過程中使用攝影測量技術(shù)，在處理輪機(jī)部件時(shí)節(jié)省的時(shí)間和金錢也就越多。他補(bǔ)充道：“我們已朝大型部件的數(shù)字化邁出了一大步。”