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可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量系统设计方案

范文

李江涛刘超许准

【摘要】 ? ?可逆式水轮发电机组作为区域调峰和紧急事故的备用电源，是电网稳定运作、满足人们电力使用需求的重要保障。基于此，本文对可逆式水轮发电机镜板这一关键零部件进行分析，立足于境板形貌视觉测量系统意义分析设计方案，以供参考。

【关键词】 ? ?可逆式水轮发电机组 ? ?境板形貌视觉测量系统 ? ?测量网

引言：

对于可逆式水轮发电机而言，镜板是关键零部件，通过实现镜板平面度的精准控制及检测能够为水轮机维修测量工作奠定良好基础，为电网运行提供保障。因此，分析可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量系统设计方案是十分必要的。

一、探讨设计可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量系统意义

抽水蓄能电厂作为区域调峰和紧急事故的备用电源，能够有效改善供电质量，降低煤耗，促进电力事业的可持续发展。可逆式水轮发电机是此类电厂的关键设备，而镜板作为该机组的关键零部件，其测量的准确性对机组维修等工作具有极强现实意义。但是，由于镜板平面度误差、采样布点方式缺乏合理性等问题，影响其测量精度及实效性。因此，应对可逆式水轮发电机组镜板形貌视觉测量系统进行设计，通过采取拼接像片、优化测量网设计等措施最大限度避免镜板平面度等参数误差的存在，保证水轮发电机组大轴摆动的平稳性以及油膜形成的稳定性，延长推力瓦使用寿命，实现提升其测量精度，保证整个机组的顺利运作，为电网稳定运作提供有效保障。

二、对设计可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量系统方案进行分析

2.1摄影测量技术

多余可逆式水轮发电机组镜板形貌视觉测量系统而言，由于镜板平面度对水轮机组维修测量具有直接影响作用，所以，应确定摄影测量中的各方程式，并对其精度及方位进行确定。具体而言，在对坐标转换进行设计时，将空间坐标系设为O-XYZ，再一次绕各轴进行旋转，角度为、、，最后对其进行缩放，并结合摄影几何知识得到向量方程，通过求解函数进而得到具体旋转角度。之后，利用单张相片摄影几何原理以及空间、像平面、像空间以及摄影测量坐标系对摄影测量中的共线条件方程式进行确定，进而明确一张像片和投影中心在空间坐标系中的方位。之后，利用十二个外方位元素进行相对定向和绝对定向，对两张像片方位进行确定，进而为绝对定向测量到的模型与实际模型保持一致奠定良好基础。

除此之外，数字近景摄影测量是对目标对象影像瞬间获取的测量技术，根据影像掌握运动状态及尺寸等信息，目前主要有单摄站和多摄站两种测量方式。对于前者，主要在共线方程基础上使用辅助测量班建立摄影测量与测棒坐标系的转换关系，进而掌握待测点位置;后者在对坐标进行测量时主要使用两个以上摄站，即双目和多目立体视觉测量，最后对测量结果进行整体解算。最后，计算外方位元素、外方位角元素、外方位线元素的近似值，以此为基础确定相对定向立体模型，实现可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量系统绝对定向的目的。

2.2标定相机

在可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量过程中极易因径向畸变、偏心畸变、像平面畸变、内方位元素误差原因出现像点系统偏差问题，为此，在对该系统进行设计时，应采用10参数模型对数字像机系的系统误差进行补偿。具体而言，根据实际的误差方程式确定待标定参数，以该方程式为例：，其中，V为像点坐标残差，X1，X2，X3分别为外方位元素、空间点坐标以及内部参数。在该参数中，存在10个未知数，在对其进行标定时，可以采用试验场法。该方法即使用待标定像机对试验场摄影，以单像片空间后方交会过程为基础对内部参数进行求解，进而实现未知参数的准确标定。首先，对内部参数标定结果进行确定，之后进行多片标定，根据上述方程式进行四组实验，结果如表1所示：

以该数据为基础减弱未知数间的相关性，并在拍摄测量过程中使用多站交会摄影、旋转相机拍摄等方式即可。除此之外，还可以使用光束法自标定，立足于一般误差方程式克服复共线性与过度参数化問题，通过增加控制点数量、像片数量、像数量等方式改善平差的几何条件。

2.3设计并优化测量网

对于可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量而言，其测量精度是测量重点，数字近景测量系统作为一种光学测量系统，其精度主要与四方面有关，主要有：像点中心坐标准确性、空间点的交会角或是摄站间的交会几何图形、多余的像片数目及重叠度以及被测物大小。因此，在对可逆式水轮发电机组境板形貌视觉测量进行设计时，应对像机分辨率以及图像处理算法进行合理选择，实现对测量网的优化，提升测量精度。为有效避免像点中心坐标对系统测量精度造成影响，应选择专业数字高分辨率像机，并采用亚像素精度的标志中心定位算法，从而为该系统的测量精度提供保障。在对测量网与网形进行设计时，由于在进行测量时每个物方点至少被两个摄站摄影，即两根摄影光线相交，进而形成网状结构，也就是测量网，其平面网与空间网如图1所示：

其中，左为平面网，右为空间网。对于影响精度的几何因素而言，由于影响测量精度的几何因素主要为交会图形、被测物体尺寸以及多余像片数，所以，可以在设计摄站位置时，拉近其与摄影物体的距离，通过拍摄部分内容和拼接的方式提高精度。在进行精度设计后，可以以此为基础设计测量网形，值得注意的是，在对其进行设计时，应遵循网形设计原则，即对摄站位置进行布置，在此过程中需要对相机性能、工作现场可用空间以及摄影标志对入射角限制等方面进行综合考虑。具体而言，最大限度的使标志点被四个不同位置的摄站拍摄，同时，将标志点交会角控制在60-120°之间，并将RRT标志点摄影入射角控制在45°以下，最后，保证所有像片间有100%重叠，使相邻像片具有尽可能多的重叠和公共点。

在对典型结构被测物进行网形设计时，若是面状结构被测物能够形成完全重叠测量网，但物体太大或是测量空间不足时，可以采用部分重叠摄影，进而保证系统的测量精度。若是被测物是具有多个表面的盒装结构时，由于所有表面不可能从各个摄站都能看见，为此，可以先对其进行部分重叠摄影，将表面进行有效拼接。之后，在盒子各个角后面增加摄站，进而使每个角的摄站能够看到测量点的相邻两表面，有效建立各表面联系。同时，为进一步提高测量精度，可以设计每个摄站拍摄两张像片，第一张为正常拍摄，第二张将相机旋转90°后进行拍摄，从而保证系统测量的全面性和精准性。在对大型天线膜胎测量网形进行设计时，应根据膜胎实际外形尺寸对数字近景摄影方法进行选择，若是膜胎整体尺寸较大且表面为长方形面状结构，可以对膜胎进行结构的划分，进而从不同位置对其进行摄影，在此过程中，保证相邻像片具有95%以上的重叠度，从而形成测量网形几何。或是在膜胎中间设计10个摄站对其进行摄影，通过将其设计在同一高度，能够保证相邻像片间重叠在50-60%之间，但相较于上一种的95%，该设计测量网形几何较弱，因此，应用第一种方案对大型天线膜胎测量网形进行设计。

2.4具体设计方案

第一，对可逆式水轮发电机组镜板的外形三围尺寸进行测量，主要测量镜板平面度、装配圆柱的圆柱度以及装配圆柱轴线与镜板平面垂直度。在开展实际测量工作前，相关工作人员应严格按照测量流程进行，即粘贴标志点、使用摄影测量建立控制网、将实际模型与理论模型对比并计算偏差。在对标志点进行粘贴时，主要使用圆形定向反光标志RRT在可逆式水轮发电机组镜板以及装配圆柱上进行粘贴，该过程中避免重复编码点，且对编码点数量进行控制，保证其满足测量要求。最后，布设基准尺，将其设置在可逆式水轮发电机组镜板上即可，从而为测量工作的顺利展开提供保障。

第二，进行现场测量工作。相关工作人员应使用单相机系统进行多角度拍摄，主要应在可逆式水轮发电机组镜板上部、中部以及四周，保证每个靶标如数拍到，从而保证照片拼接、数据结算工作的顺利进行。

第三，处理数据，分析数据。主要使用摄影测量软件处理照片，最终得到各测量点的三维坐标。根据具体坐标对可逆式水轮发电机组镜板形貌视觉测量项目进行分析，掌握装配圆柱轴线与境板平面垂直度、经办品面度以及装配圆柱度进行测量与分析。

三、结论

综上所述，对可逆式水轮发电机组镜板形貌视觉测量系统进行设计对电网稳定运作具有极强现实意义。因此，应从摄影测量、相机标定、测量网设计等方面进行设计，从而保证测量精度，便于可逆式水轮发电机组维修工作的顺利展开。

参 ?考 ?文 ?献

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