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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,整個過程耗時約兩小時。這些小孔還有另一個作用,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,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個標(biāo)記物,所以一個閥體需要拍攝約200張照片。
在過去,借助卷尺、指南針和特制劃線臺等工具人工測量這樣的部件要耗費(fèi)長達(dá)24小時。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,軟件會借助西門子的專業(yè)知識進(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)部件時節(jié)省的時間和金錢也就越多。他補(bǔ)充道:“我們已朝大型部件的數(shù)字化邁出了一大步。”