具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

电厂中电力设备的绝缘部件例如支撑绝缘子、盆式绝缘子、电缆接头等，起到绝缘、支撑、隔离电位等作用。所述绝缘部件损坏后需要及时使用所述绝缘部件的备用件对其进行更换，电厂中通常存有大量所述绝缘部件的备用件，管理成本高。并且所述绝缘部件型号众多，随着电力系统的发展，部分所述绝缘部件存在停产的问题。因此本实施例提供一种绝缘部件备用件快速建模制造的方法，利用激光三维扫描设备和工业计算机断层扫描设备以及计算机辅助制造系统建立所述绝缘部件的三维模型，在所述绝缘部件需要被替换时，将所述三维模型导入3D打印设备进行所述绝缘部件备用件的快速制造，所述3D打印设备根据所述绝缘部件备用件的实际应用环境在熔融堆积平台、立体光固化平台与粉末烧结平台中优选。

参见图1，为本实施例中一种绝缘部件备用件的快速建模方法的流程示意图。

本申请提供的一种绝缘部件备用件的快速建模方法，包括以下步骤：

S1：对绝缘部件进行扫描，获得所述绝缘部件的三维结构数据；

采用激光三维扫描和工业计算机断层扫描相结合的方法对所述绝缘部件进行扫描。首先通过激光三维扫描获取所述绝缘部件的外部轮廓数据，利用激光扫描设备所述绝缘部件发射扫描激光，获得所述扫描激光的发射角度。利用传感器接收所述扫描激光照射在所述绝缘部件表面发生反射后的反射光线，计算获得所述反射光线的反射角度。已知激光扫描设备和传感器之间的距离，根据所述发射角度和反射角度利用三角函数关系计算获得激光扫描设备与所述绝缘部件表面反射点的距离，进而获得所述绝缘部件表面反射点的坐标。

例如，参考图2，为激光三维扫描原理示意图。激光扫描设备1以水平方向向被测物体2发射扫描激光，激光扫描设备1与传感器3之间的距离为d,传感器3接收到的所述反射光线与所述扫描激光之间的角度为θ，根据三角函数关系可以计算得到激光扫描设备1与被测物体2表面反射点之间的距离L＝d/tanθ。建立坐标系，进而获得被测物体2表面反射点的坐标。

改变所述扫描激光的发射角度进行周向扫描，重复上述过程获得所述绝缘部件表面其中一条轮廓线上反射点的坐标集合，然后从所述绝缘部件的一端向另一端依次进行周向扫描，获得所述绝缘部件表面所有反射点的坐标集合，进而获得所述绝缘部件的外部轮廓数据。

分析所述绝缘部件的外部轮廓数据，若发生数据缺失，则判定所述绝缘部件存在自遮挡区域，所述绝缘部件的自遮挡区域参见图3虚线部分所围成的区域。此时通过移动激光扫描设备的位置，对所述绝缘部件的自遮挡区域进行补充扫描，进而获得完整的所述绝缘部件的外部轮廓数据。

然后对所述绝缘部件进行工业计算机断层扫描获得所述绝缘部件的内部构造数据。工业计算机断层扫描设备向所述绝缘部件发射扫描射线束，扫描射线束穿过所述绝缘部件后衰减的射线被探测器接收，将光信号转化为电信号，再将电信号进行模数转换获得衰减数据。根据所述衰减数据和图像重建算法，获得所述扫描射线穿过所述绝缘部件的断层扫描图像，所述断层扫描图像包括图像的尺寸数据。将所述扫描射线从所述绝缘部件的一端向另一端依次进行扫描，重复上述步骤，获得由所述绝缘部件的所有断层扫描图像组合而成的三维图像，进而获得所述绝缘部件的内部构造数据。

采用激光三维扫描获取所述绝缘部件的外部轮廓，成像速度快，激光无法穿透的内部结构采用工业计算机断层扫描。工业计算机断层扫描成像精度更高，但速度低于激光三维扫描，若获取所述绝缘部件的外部轮廓和内部结构都采用工业计算机断层扫描的方法，需要进行两次或多次扫描，时间成本较高。而将两者结合使用，保留测量精度的同时提升测量效率。

S2：根据所述绝缘部件的三维结构数据建立所述绝缘部件的三维模型；

所述绝缘部件的外部轮廓数据和内部构造数据包括几何尺寸数据、曲线数据和曲面点云数据等，将上述数据输入计算机辅助制造系统，生成三维模型，并将所述三维模型转化为立体光刻STL文件。

S3：将所述绝缘部件的三维模型导入3D打印平台快速成型制造，获得绝缘部件备用件；

当电力设备的绝缘部件损坏需要更换时，根据所述绝缘部件备用件实际应用环境所需要承受的最高电压选择3D打印设备。若所述绝缘部件的最高承受电压小于或等于12kV,采用熔融堆积平台或立体光固化平台或粉末烧结平台进行3D打印，若所述绝缘部件的最高承受电压大于12kV，采用立体光固化平台进行3D打印。采用立体光固化平台进行打印，获得的绝缘部件备用件成型精度高，内部缺陷少。将所述立体光刻STL文件导入所选择的3D打印平台，进行绝缘部件备用件的快速制造。

S4：对所述绝缘部件备用件进行质量检测；

质量检测依照DL/T404，DL/T593，GB11022以及GB/T7354等标准对绝缘部件进行绝缘水平测试和机械强度测试等。

对上述步骤S1-S4，以下为具体的实施案例。在电力设备中，以开关柜支撑绝缘子为例，支撑绝缘子容易损坏，用量大，需求高，随着电力系统规模的扩大，型号也越发多样，为了减轻仓储压力，降低管理成本，需要对支撑绝缘子进行快速制造。

本实施例中，支撑绝缘子的最高承受电压为10kV。对于所述支撑绝缘子的外部轮廓，采用中科院广州电子技术研究所HandySCAN BLACK型三维扫描仪，对所述支撑绝缘子进行激光三维扫描，得到所述支撑绝缘子的外部轮廓模型。扫描得到的所述支撑绝缘子的高度为129.86mm，外径为64.93mm，实际所述支撑绝缘子的高度为130mm，外径为65mm。可以得出扫描得到的所述支撑绝缘子的尺寸误差小于0.2mm，扫描精度较高，满足实际工程需求。

对于所述支撑绝缘子的内部构造，采用赛蜜材料技术(北京)有限公司的CT-MINI系统，对所述支撑绝缘子进行工业计算机断层扫描，得到断层扫描图像。扫描得到的所述支撑绝缘子的内嵌件孔径为9.89mm，实际内嵌件孔径为10mm。可以得出扫描得到的所述支撑绝缘子的内嵌件的尺寸误差小于0.2mm，扫描精度较高，满足实际工程需求。

将扫描获得的数据导入计算机辅助制造系统，经处理后获得所述绝缘子的三维模型。将所述三维模型导入3D打印设备，获得所述支撑绝缘子备用件。例如，对所述支撑绝缘子备用件进行质量检测，结果如下：

所述支撑绝缘子的工频交流、雷电冲击和局部放电均达到标准要求，可以投入实际工程应用。

本申请提供一种绝缘部件备用件的快速建模制造方法，采用激光三维扫描获得绝缘部件的外部轮廓数据，采用工业计算机断层扫描获得绝缘部件的内部结构数据，节省扫描时间和成本。在激光三维扫描中利用三角函数关系获得绝缘部件的外部轮廓数据，若绝缘部件表面存在自遮挡区域，通过移动激光扫描设备的位置可以对自遮挡区域进行补充扫描，进而获得完整的外部轮廓数据。根据绝缘部件备用件实际的应用环境选择相应的3D打印设备，若绝缘部件备用件的最高承受电压超过12kV采用立体光固化平台进行3D打印，获得的绝缘部件备用件成型精度高，内部缺陷少。本申请提供的绝缘部件备用件的快速建模制造方法采用三维扫描的方法建立模型，利用3D打印平台进行制造，流程简单，耗费时间少，提高了制造效率。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。