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专利名称：一种小间隙内表面三维扫描装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411027593.0

专利申请（专利权）人：三峡金沙江云川水电开发有限公司
权利人地址：云南省昆明市盘龙区宝云路220号昆明三峡大厦18楼

专利发明（设计）人：徐宁,耿在明,成传诗,陈伟东,刘宁昭,肖安冬,杨杰,秦岩平,黄奎

专利摘要：本发明涉及水轮机组检修技术领域，特别是一种小间隙内表面三维扫描装置，包括，上冠、设于所述顶盖下方的上冠以及设于所述上冠外壁的叶轮；以及，扫描组件，包括设于所述顶盖内部的测量器、设于所述顶盖下方的反射器以及设于所述叶轮外壁的扫描器。本发明的有益效果为：通过扫描组件的测量器对顶盖上方的上冠空蚀部分进行扫描，进一步的通过移动安装箱扫描整个上冠空蚀表面，并通过反射器与扫描器的配合，记录各个位置的参考值，对整个顶盖空蚀表面进行扫描，进而确认此时顶盖内部空蚀面的状态，确认是否需要对水轮机转轮进行进一步的维修工作。

主权利要求：
1.一种小间隙内表面三维扫描装置，其特征在于：包括，
转换组件（100），包括顶盖（101）、设于所述顶盖（101）下方的上冠（102）以及设于所述上冠（102）外壁的叶轮（103）；以及，扫描组件（200），包括设于所述顶盖（101）内部的测量器（201）、设于所述顶盖（101）下方的反射器（202）以及设于所述叶轮（103）外壁的扫描器（203）；
所述测量器（201）下方设置有支撑板（201a），所述支撑板（201a）下方设置有连接杆（201b），所述支撑板（201a）内部设置有压敏电阻（201c）；
所述反射器（202）外壁设置有安装箱（204），所述安装箱（204）下方设置有支撑杆（204a），所述安装箱（204）下方设置油箱（205）；
所述油箱（205）内设置有密封垫（205a），所述密封垫（205a）上方设置有转子（206），所述转子（206）外部设置有定子（206a），所述转子（206）外部设置有电源（206b），所述电源（206b）上方设置有第一层板（206c）；
所述第一层板（206c）上方设置有第二层板（204e），所述第一层板（206c）与第二层板（204e）之间设置有位移传感器（207），所述第一层板（206c）所述第二层板（204e）之间还设置有电磁铁（208）；
所述安装箱（204）内活动设置有转杆（204b），所述转杆（204b）外壁设置有弹簧（204d），所述弹簧（204d）位于所述第一层板（206c）与所述第二层板（204e）之间，所述第二层板（204e）下方固定设置有金属块（204f）；
所述第二层板（204e）位置位于所述安装箱（204）内，所述第二层板（204e）与所述转杆（204b）滑动连接，所述安装箱（204）内固定设置有角度传感器（209）。
2.如权利要求1所述的小间隙内表面三维扫描装置，其特征在于：所述转杆（204b）外壁设置有桨叶（204c），所述桨叶（204c）位置位于所述油箱（205）内部。
3.如权利要求2所述的小间隙内表面三维扫描装置，其特征在于：所述转杆（204b）上方设置有安装块（204g），所述安装块（204g）内开设有安装槽（204h），所述安装槽（204h）与所述连接杆（201b）活动配合。
4.如权利要求3所述的小间隙内表面三维扫描装置，其特征在于：所述连接杆（201b）外壁开设有安装孔（201d），所述安装孔（201d）内设置有安装杆（201e）。 说明书 : 一种小间隙内表面三维扫描装置技术领域[0001] 本发明属于水轮机组检修技术领域，特别是一种小间隙内表面三维扫描装置。背景技术[0002] 水轮发电机组的过流部件在运行期间受到水流冲击作用，常常发生空化空蚀现象。这种现象是水流中空泡随液流进入压力较高的区域时，失去存在的条件而突然溃灭，原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。这种溃灭在固体壁面附近频频发生，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，形成空化剥蚀，简称空蚀。空蚀不仅会破坏液体的流动降低液体与旋转机械的能量转换，还可能导致设备的振动、噪音增加，更主要导致空蚀部位表面材料剥蚀速度越来越快，使得该处的变成强度薄弱点。水轮发电机组过流部件发生空蚀的部位有转轮叶片出水边、泄水锥、顶盖内侧面。顶盖内侧面发生空蚀部位位于转轮顶盖正上方，该区域被转轮顶盖挡。ジ怯胱中纬上感〉闹嵯蚣湎，无合适摄像头可以穿过小间隙对空蚀区域进行扫描检查。发明内容[0003] 鉴于上述现有存在难以检查水轮发电机组内部空蚀的技术问题，提出了本发明。[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种小间隙内表面三维扫描装置，其包括转换组件，包括包括顶盖、设于所述顶盖下方的上冠以及设于所述上冠外壁的叶轮；以及，扫描组件，包括设于所述顶盖内部的测量器、设于所述顶盖下方的反射器以及设于所述叶轮外壁的扫描器。[0005] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述测量器下方设置有支撑板，所述支撑板下方设置有连接杆，所述支撑板内部设置有压敏电阻。[0006] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述反射器外壁设置有安装箱，所述安装箱下方设置有支撑杆，所述安装箱上方设置有与所述顶盖配合的顶块所述安装箱下方设置油箱。[0007] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：安装箱内活动设置有转杆，所述转杆外壁设置有桨叶，所述桨叶位置位于所述油箱内部，所述油箱内设置有密封垫。[0008] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述密封垫上方设置有转子，所述转子外部设置有定子，所述转子外部设置有电源，所述电源上方设置有第一层板。[0009] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述第一层板上方设置有第二层板，所述第一层板与第二层板之间设置有位移传感器，所述第一层板所述第二层板之间还设置有电磁铁。[0010] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述转杆外壁设置有弹簧，所述弹簧位于所述第一层板与所述第二层板之间，所述第二层板下方固定设置有金属块。[0011] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述第二层板与所述安装箱滑动连接，所述第二层板位置位于所述安装箱内，所述安装箱内固定设置有角度传感器。[0012] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述转杆上方设置有安装块，所述安装块内开设有安装槽，所述安装槽与所述连接杆活动配合。[0013] 作为本发明小间隙内表面三维扫描装置的一种优选方案，其中：所述连接杆外壁开设有安装孔，所述安装孔内设置有安装杆。[0014] 本发明的小间隙内表面三维扫描装置的有益效果为：通过扫描组件的测量器对顶盖上方的上冠空蚀部分进行扫描，进一步的通过移动安装箱扫描整个上冠空蚀表面，并通过反射器与扫描器的配合，记录各个位置的参考值，对整个顶盖空蚀表面进行扫描，进而确认此时顶盖内部空蚀面的状态，确认是否需要对水轮机转轮进行进一步的维修工作。附图说明[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0016] 图1为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置整体示意图。[0017] 图2为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置A处放大图。[0018] 图3为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置剖面图。[0019] 图4为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置C处放大图。[0020] 图5为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置B处放大图。[0021] 图6为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置D处放大图。[0022] 图7为本发明中的小间隙内表面三维扫描装置E处放大图。[0023] 图中：100、转换组件；101、顶盖；101a、通孔；102、上冠；103、叶轮；200、扫描组件；201、测量器；201a、支撑板；201b、连接杆；201c、压敏电阻；201d、安装孔；201e、安装杆；202、反射器；203、扫描器；204、安装箱；204a、支撑杆；204b、转杆；204c、桨叶；204d、弹簧；204e、第二层板；204f、金属块；204g、安装块；204h、安装槽；205、油箱；205a、密封垫；205b、阻尼油；206、转子；206a、定子；206b、电源；206c、第一层板；207、位移传感器；208、电磁铁；209、角度传感器；H、空蚀面；L、接触面。具体实施方式[0024] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。[0025] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。[0026] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。[0027] 实施例1，参照图1 图6，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种小间隙内表~面三维扫描装置，包括转换组件100，包括顶盖101、设于顶盖101下方的上冠102以及设于上冠102外壁的叶轮103；[0028] 其中，顶盖101上表面阵列设置有多个通孔101a。[0029] 扫描组件200，包括设于顶盖101内部的测量器201、设于顶盖101下方的反射器202以及设于叶轮103外壁的扫描器203。[0030] 其中，测量器201为视觉测量镜头，反射器202为激光反射球，扫描器203为激光跟踪仪，激光跟踪阵列设置分布在水轮发电机组转轮与叶轮103之间适当部位，保证激光跟踪仪在工作范围内最大限度追踪到扫描器203的空间位置；[0031] 反射器202，外部还设置有驱动电机以及磁吸座，反射器202静止状态与磁吸座紧密贴合，保证相对位置关系，驱动电机用于改变反射器202方位，使之正对着扫描器203即激光跟踪器。[0032] 视觉测量镜头即测量器201的数据线缆通过镀膜方式镀在连接杆201b表面，连接杆201b表面镀耐磨图层。[0033] 测量器201下方设置有支撑板201a，支撑板201a下方设置有连接杆201b，支撑板201a内部设置有压敏电阻201c。[0034] 优选的，压敏电阻201c位置位于靠近上冠102上表面一侧，当支撑板201a下表面与上冠102上表面接触，即测量器201开始工作时，压敏电阻201c记录受力值；[0035] 支撑板201a为扇形，支撑板201a半径大小小于等于通孔101a半径大。痈201b半径小于顶盖101与上冠102之间间隙。[0036] 反射器202外壁设置有安装箱204，安装箱204下方设置有支撑杆204a，安装箱204下方设置油箱205。[0037] 优选的，安装箱204上表面与上冠102和顶盖101下表面相贴合，安装箱204顶部设置有便于定位的销柱和辅助移动的滚珠，当扫描装置沿着轴向移动时起到定位作用同时保护连接杆201b，且滚珠用于减少安装箱204与接触面之间的摩擦，销柱插入上冠102，和顶盖101轴向间隙中；反射器202采用磁吸式安装，且安装在安装箱204一侧，靠近叶轮103一侧，并且能够通过多个扫描器203扫描反射器202位置，将反射器202位置记作h1，作为基准参考。[0038] 安装箱204内活动设置有转杆204b，转杆204b外壁设置有桨叶204c，桨叶204c位置位于油箱205内部，油箱205内设置有密封垫205a。[0039] 优选的，油箱205内充斥有阻尼油205b，匹配驱动电机输出功率，使转杆204b缓慢稳定旋转；转杆204b由为不同直径组成的轴配合机构组成，第二层板204e及其上方位置的转杆204b为其中一段，与下方转杆204b活动连接，即当第二层板204e移动时，能够同时带动连接在第二层板204e上方的转杆204b进行轴向位移，同时第二层板204e上方转杆204b与第二层板204e下方转杆204b之间同步转动。[0040] 密封垫205a上方设置有转子206，转子206外部设置有定子206a，转子206外部设置有电源206b，电源206b上方设置有第一层板206c。[0041] 其中，电源206b为转子206上的线圈供电。[0042] 第一层板206c上方设置有第二层板204e，第一层板206c与第二层板204e之间设置有位移传感器207，第一层板206c第二层板204e之间还设置有电磁铁208。[0043] 其中，电磁铁208用于克服弹簧204d弹力，通过通入不同电流大小使得电磁铁克服的弹簧204d弹力不同，进而使得连接杆201b轴向位移不同距离，在初始状态下，第二层板204e距离电磁铁208有一定距离，位移传感器207精准测量轴向位移量，精确记录扫描器203的高度位置信息，弹簧204d一端与第一层板206c固定连接，转杆204b与安装箱204和第一层板206c间隙配合形成滑动轴承结构，配合间隙为0.05mm，轴瓦为铜材质。[0044] 转杆204b外壁设置有弹簧204d，弹簧204d位于第一层板206c与第二层板204e之间，第二层板204e下方固定设置有金属块204f。[0045] 第二层板204e与安装箱204滑动连接，第二层板204e位置位于安装箱204内，安装箱204内固定设置有角度传感器209。[0046] 其中，角度传感器209用于记录转杆204b旋转角度，即视觉测量镜头反射器202的扫描范围。[0047] 综上，工作人员通过支撑杆204a将安装箱204及其内部构件顶起，将连接杆201b通过通孔101a插入并连接至转杆204b上端，并将其连接紧固，此时安装箱204顶面与上冠102下表面紧密接触，启动电磁铁208使支撑板201a下表面与上冠102接触面L接触，支撑板201a下部压敏电阻201c记录受力值，电磁铁208记录电流值，两个数值作为下一次操作的阈值，位移传感器207精准测量上端转杆204b的位置即第二层板204e以上的转杆204b位置，作为下一次操作轴向移动的参考值。扫描器203测量该位置的反射器202位置数据为h1并记录，作为基准参考。电子水平仪测量安装箱204的水平数据P并记录，作为基准参考值。[0048] 启动测量器201对其顶盖101的空蚀面H进行光学扫描，同时将扫描数据传输到数据处理器。再次操作电磁铁208，使得支撑板201a下部离开上冠102的接触面L0.5mm，操作驱动电机使连接杆201b旋转一定角度，然后操作吸附电磁铁208使支撑板201a的下平面接触转轮上冠102的接触面L，扩大扫描镜头的扫描范围，压敏电阻201c反馈接触情况，位移传感器207反映位移值S1。多次旋转一定角度后，完成一个位置的扫描。测量器201可以完成180°范围扫描，即能对已扫描位置从不同角度完成复扫。[0049] 操作电磁铁208让支撑板201a的下平面离开上冠102的接触面L0.5mm，操作人员使用支撑杆204a移动测量器201沿着上冠102周向移动一定距离，该距离在扫描器203测距系统中完成设定，到达目标距离后有信号提示。[0050] 重复上述操作可以完成顶盖101空蚀面H的整圈扫描，并通过图像拼接公式将各个位置扫描到的空蚀面H的信息进行拼接，图像拼接坐标高度计算公式：图像拼接坐标高度=h1+（h2+▲h2）*▲P，其中h2为连接杆201b的初始安装长度，▲h2为连接杆201b的浮动距离，▲P为安装箱204在电子水平仪测量后的到的水平数据差值。[0051] 实施例2，参照图6 图7，为本发明第二个实施例，该实施例进一步提供了一种小间~隙内表面三维扫描装置。包括转杆204b上方设置有安装块204g，安装块204g内开设有安装槽204h，安装槽204h与连接杆201b活动配合。[0052] 优选的，安装块204g与转杆204b上部分固定连接，即第二层板204e上方的转杆204b，能够与第二层板204e上方转杆204b同步转动、同步滑动上升、下降；[0053] 安装块204g外壁还开设有与安装槽204h连通的定位孔，该定位孔与安装杆201e活动配合，通过安装杆201e与安装孔201d的配合共同将连接杆201b固定到转杆204b上部分，与转杆204b进行同步运动。[0054] 连接杆201b外壁开设有安装孔201d，安装孔201d内设置有安装杆201e。[0055] 优选的，安装孔201d与安装杆201e活动配合，安装杆201e外壁前段设置有螺纹，后段为销钉段。[0056] 综上，首先将安装箱204安置到恰当位置后，通过将连接杆201b通过通孔101a插入，保持连接杆201b与转杆204b同心位置，沿转杆204b轴向方向进行移动，使得连接杆201b完全插入至转杆204b上方的安装块204g内开设的安装槽204h中，并且将安装孔201d与安装槽204h的定位孔对齐，安装出现偏差时，转动安装箱204使得两孔对齐后，将安装杆201e穿过定位孔和安装孔201d后，通过安装杆201与安装孔201d螺纹配合后，实现转杆204b与连接杆201b的安装，完成连接杆201b的对接工作，便于测量器201的后续扫描。[0057] 重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。[0058] 此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本发明不相关的那些特征）。[0059] 应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。[0060] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

专利地区：云南

专利申请日期：2024-07-30

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118549461B