水轮机叶片叶型的几种常规测量方法李觅【摘 要】水轮发电机组中,转轮是水轮机的核心,叶片就是核心的"心脏".叶片表面质 量及制造精度将直接影响整个水轮机组的水力性能、发电效率、运转稳定性及该水 轮机组的使用寿命.大型水轮机叶片的型面为复杂的特性曲面,其体积和重量庞大,因 此在制造和加工的过程中,对叶片外型尺寸及型面的全尺寸检测显得格外重要.将系 统的介绍大型水轮机叶片叶型的几种常规测量方法,并进行实际应用方面的对比.期刊名称】《黑龙江科技信息》年(卷),期】2011(000)013【总页数】1页(P13) 【关键词】 大型水轮机;叶片叶型;测量【作 者】 李觅【作者单位】 哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150000【正文语种】 中 文国内外大型机械制造业对大型水轮机叶片的叶型检测曾使用过很多方法，按使用设 备仪器不同有：样板法、经纬仪法、机械臂法、激光跟踪仪法、光笔三坐标测量法 照相机光学测量法等其中样板法所使用的组合样板多为线切割机床加工，虽然精 度有所提高使用材料在变形量上有所顾忌，但卡样板时操作人员身体姿势不稳定、 叶片刻线清晰程度的原因造成样板间隙时小时大很难对叶片叶型做出准确的判断， 现逐步淘汰。
经纬仪测量叶片转站点拟合公差一般为1mm左右，加上经纬仪本身 的公差范围0.5mm至1mm左右，测量大型水轮机叶片叶型公差范围为1.5mm 至2mm超出大多数叶片的加工精度要求并且经纬仪测量时要求环境中必须有 良好的采光及周围无较大震动经纬仪测量水轮机叶片叶型适用于：采光良好，震 动较少的环境中对精度要求不是很高的叶片毛坯进行叶型加工量的分析应用由于 测量精度低及实际测量中非常繁琐，这种方法正在逐步淘汰基于工业加工现状，本文对水轮机叶片叶型检测中应用最为广泛的几种常见方法进 行分析对比[1]2.1 系统组成2.1.1 计算机，用于控制系统的操作，数据处理及结果显示；2.1.2 关节臂（机身、三脚架等）；2.1.3测量软件；2.1.4 蛙跳球和校准锥2.2 关节臂测量过程的实施和控制2.2.1 叶片竖直立起在测量场地上，保证稳固2.2.2 按照叶片每面不少于8行12列均匀的用记号笔画出测量点的位置2.2.3设 备标定与核查关节臂可以采用不同形状的测头，在使用之前测头必须使用校准锥 标定，同时这一过程也是核查设备重复性的过程2.2.4 首先测量校准锥坐标，做 为校核点然后按顺序测量每个测量点的坐标，第一站位测量完后进行转站。
转站 使用3个蛙跳球，在第一站位测量3个球，然后设备转移到第二站位，即正面离 出水边1/3处，同时可测正面2/3和背面1/3点，再次测量3个球进行拟合测 量第二站位的测量点的坐标，完成后设备转移到第三站位，即背面离进水边1/3 处，转站方法同上，测量剩余点的坐标最后在第三站位再次测量校核点坐标2.2.5测量完成后，测量点的数据用TXT和IGS格式分别导出2.3 机械臂法测量水轮机叶片叶型的适用范围关节臂空间测量精度大致MPE二±0.073 mm,测量环境为：测量现场的温度应在20±10°C范围内，且每小 时变化不超过1°C,测量前关节臂和三脚架应在测量现场等温4h以上操作人员 应具备计量检定员证，经过关节臂操作培训，并能熟练掌握设备操作和测量软件 总结以上因素，机械臂测量水轮机叶片叶型适用于：精度要求高，测量场地温度变 化小的环境中测量在机械臂测量范围内的水轮机叶片叶型由于机械臂的精度高， 大多数水轮机叶片铸造、加工企业都配置该设备3.1 系统组成3.1.1 计算机，用于控制系统的操作，数据处理及结果显示；3.1.2 激光跟踪仪（跟踪头、控制箱、三脚架等）；3.1.3 测量分析软件；3.1.4 靶镜及 定位块。
3.2 激光跟踪仪测量过程的实施和控制考虑到靶镜存在球半径偏差方向问题，激 光跟踪仪测量水轮机叶片叶型过程中一般都会配备相应的叶片理论模型参与计算3.2.1 布站：水轮机叶片正、背两面测量，须采用多站测量方式根据叶片的形状 和摆放的位置，确定测量的站数，并设置公共基准点3.2.2 定位方式，直接在理 论模型上用3-2-1 方式定义若干点，得到其理论值，再在叶片上粗略找到相对应 的位置测量出实际值，利用面、线、点特征来粗略确定坐标轴和原点，即把系统默 认的机器坐标系粗略转移到叶片上，通过叶片坐标系来将叶片找正3.2.3 用靶镜 SMR 在被测量叶片工件表面移动，直接检测叶片的实际外形和轮廓，从曲面上获 得密集的点云数据通过软件直接将被测数据与理论模型进行比较和最优化以确定 偏差3.3 激光跟踪仪法测量水轮机叶片叶型的适用范围激光跟踪仪的测量精度主要取 决于它的跟踪角度和距离测量精度及测量环境影响测量范围及参数完全满足大型 水轮机叶片叶型检测的要求近年来，激光跟踪仪以其测量精度高、测量距离大等 优点得到了迅速的发展，不仅在水轮机叶片叶型测量上，在航空航天、汽车制造、 造船、等各种检测及通用精密加工等大尺寸精密测量行业中得到了广泛的应用，可 以说激光跟踪仪是“万能的检测设备”。
4.1 系统组成4.1.1 计算机，用于控制系统的操作，数据处理及结果显示；4.1.2 度专业相机；4.1.3 摄影测量软件；4.1.4 编码点；4.1.5 高精度测量标尺；4.1.6 标志点4.2 三维摄影测量系统测量过程的实施和控制该方法以摄影测量原理为理论基础， 在物件表面待测位置粘贴标识点，然后从不用的角度拍摄一组照片，作为测量的原 始数据输入计算机中进行解析处理在测量软件中通过对照片组进行图像检测，识 别出各张照片中标志点并定位其中心，匹配同名标志点，最后根据标志点的多个二 维坐标重建出对用物体点的三维坐标，从而实现对被测对象的数字化建模和测量 [1]4.2.1 叶片竖直立起在测量场地上，保证稳固4.2.2 布点，在需要测量的部位 贴上标识点，如果测量部位比较大尽量多贴几个标志点，确保被测量的部位能够计 算出标志点的三维坐标编码点的间距最好在400 - 600 mm左右在叶片进、 出水边处多布置一些编码点，以便容易过度4.2.3 照片的拍摄方式拍摄照片时， 最后一张要和前面的有公共的编码点根据叶片的大小，在不同的侧面角度拍摄一 周照片最好不要超过120张4.2.4点云的导出，通过分析软件计算所拍摄的照 片数据。
得到在标尺标定下实际叶片的点云数据并用IGS格式导出4.3 照相机光学测量法测量水轮机叶片叶型的适用范围照相机光学测量法测量水 轮机叶片叶型，具有速度快，成本低，可实现监测，精度高（精度值 0.05mm~0.12mm）、便携等特点此外，该测量法还具有其他方法无法比拟的 优点：测量现场工作量小、高效、不易受灰尘、震动、湿度和温度变化等外界因素 的干扰纵观现代工业测量中关于水轮机叶片的测量方法，总体解决方案不外乎：根据使用 设备的不同，分别测量叶片的几个部分，再用公共部分拟合整个叶片实际测量点云， 实际测量点云与叶片理论模型进行数字化对比，得出测量结论本文对比介绍水轮机叶片叶型的几种常规测量方法，意在林列出每种方法在实际机 械工业加工生产中的特点以便在不同条件下合理的选用相关文献】［1］ 刘建伟，梁晋，梁新合，刘强•大型水轮机叶片快速检测的新方法［几光电工程，2009 ( 8):50-55.［2］ 郑毅.哈电叶片叶型检查规范 JG01.039-2008.［3］ 胡红伟，邱怀平，裴辉，李浩峰•激光跟踪仪测量系统在导叶测量中的运用［J］.东方电机，2007 (3)：16-21.。