姜國棟

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了船舶制造行業(yè)的發(fā)展。就現(xiàn)階段而言，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，船舶制造業(yè)企業(yè)要想增強(qiáng)自身的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，必須要不斷提高自身的技術(shù)水平，提高船舶制造精度。一般船舶制造精度的提高與改善主要依賴于3D激光測(cè)量的方法，因此在3D激光測(cè)量技術(shù)在船舶制造精度中應(yīng)用較為廣泛。本文就對(duì)船舶制精度中3D激光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析與探討。

關(guān)鍵詞：船舶制造精度；3D激光測(cè)量技術(shù)；應(yīng)用

自改革開放以來，我國的數(shù)字化制造技術(shù)得到了很大發(fā)展。在船舶制造行業(yè)中，數(shù)字化造船的應(yīng)用較為廣泛，其集數(shù)字化制造船舶、數(shù)字化管理造船以及數(shù)字化設(shè)計(jì)船舶于一體，在船舶制造過程中，充分利用三維造船軟件，在網(wǎng)上進(jìn)行模擬制造，從而為船舶制造所需要的參數(shù)提供依據(jù)。一般在船舶制造精度中應(yīng)用3D激光測(cè)量技術(shù)，能夠使企業(yè)的資源數(shù)據(jù)庫與船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息共享，提高船舶制造的精度，并且能夠利用計(jì)算機(jī)處理采集的船體分段精度，實(shí)現(xiàn)船舶制造無余量化。但是就現(xiàn)階段而言，將激光測(cè)量技術(shù)與3D技術(shù)結(jié)合，并將其應(yīng)用在船舶制造過程中，船舶制造精度與傳統(tǒng)的鋼尺量距的精度相比，兩者的差別大小沒明確的界定。本文通過建立船舶3D模型，對(duì)比鋼尺量距精度與激光測(cè)量數(shù)據(jù)精度，從而可以知道采用3D激光測(cè)量的方法，能有效提高船舶測(cè)量過程中的精度，確保其精度能夠在亞毫米級(jí)別，促進(jìn)船舶制造業(yè)的發(fā)展。

1 船舶制造精度中3D激光測(cè)量技術(shù)的基本原理分析

1.1 激光測(cè)角測(cè)距的原理分析

一般而言，激光測(cè)量主要是充分利用激光波速的穩(wěn)定以及直線傳播的特點(diǎn)，對(duì)兩點(diǎn)間激光傳播所延遲的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，并在此基礎(chǔ)上分析出直線的距離。一般儀器中的讀數(shù)裝置、豎直度盤以及水平度盤在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其主要是利用讀數(shù)傳感器以及編碼盤進(jìn)行角度測(cè)量。

1.2 船舶3D模型的建立

一般船舶在制造過程中，必須要設(shè)計(jì)出虛擬的三維模型，其主要就是以CAD等相關(guān)軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)行船舶的設(shè)計(jì)。船舶在實(shí)際的制造過程中，首先就是對(duì)船體結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)，其必須要對(duì)船體結(jié)構(gòu)上點(diǎn)的位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并利用CAD軟件，將空間各個(gè)不同的點(diǎn)做成三維模型，從而形成3D模型。在實(shí)際制造以及虛擬設(shè)計(jì)過程中，船體結(jié)構(gòu)的一致性是對(duì)船舶制造精度的具體反映，一般要想有效控制船舶結(jié)構(gòu)的精度，必須要控制好實(shí)際測(cè)量模型與設(shè)計(jì)模型之間的對(duì)比。3D模型的設(shè)計(jì)作為船舶精度制造的前提，因此在設(shè)計(jì)過程中，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)是船體基線船中心，X軸方向是船體基線向船首方向，Z軸方向是垂直于船體基平面豎直向上方向，Y軸的確定可以采用以右手系法。

一艘船舶的形成使用許多分段拼裝而成，一般船廠在分段制造船體時(shí)，一般在放置制造時(shí)，往往采用分段傾倒的方式，這樣能夠?qū)⒎侄蔚闹圃旄叨扔行Ы档?。因此在?shí)際測(cè)量船體的分段時(shí)，必須要結(jié)合實(shí)際的情況建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。一般可以單獨(dú)建立各分段的坐標(biāo)系，并充分利用坐標(biāo)變換軟件，從而形成相應(yīng)地坐標(biāo)系。具體來說，常使用的坐標(biāo)系有兩種：一是船體分段2點(diǎn)式（O-X）坐標(biāo)系；二是船體分段3點(diǎn)式（O-XZ）坐標(biāo)系。

（1）船體分段2點(diǎn)式（O-X）坐標(biāo)系。其坐標(biāo)系中的原點(diǎn)就是測(cè)量的第1點(diǎn)，X軸方向是第1點(diǎn)指向的第2點(diǎn)，Z軸方向?yàn)槿緝x豎直方向，Y軸可以采用右手系法，如圖1所示。

（2）船體分段3點(diǎn)式（O-XZ）坐標(biāo)系。其坐標(biāo)系中的原點(diǎn)就是測(cè)量的第1點(diǎn)，X軸方向是第1點(diǎn)指向的第2點(diǎn)，Z 軸方向（XOZ 平面）為第3點(diǎn)，Y軸可以采用右手系法，如圖2所示。

將船體的分段坐標(biāo)系結(jié)合船體3D坐標(biāo)系，其能夠建立船舶的整體設(shè)計(jì)模型。此外，在船舶制造精度中充分利用激光測(cè)量技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)模型與船舶模型3D建模。由于使用的儀器設(shè)備不相同，因此實(shí)測(cè)模型與設(shè)計(jì)模型會(huì)存在精度誤差。

2 船舶結(jié)構(gòu)激光測(cè)量精度的分析

一般激光測(cè)量?jī)x器在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須要考慮到如觀察時(shí)所產(chǎn)生的誤差，并估算誤差的大小。這樣能夠在實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)量出船舶結(jié)構(gòu)上坐標(biāo)點(diǎn)各類誤差的大小。一般而言，船舶結(jié)構(gòu)在測(cè)量時(shí)主要采用O-XYZ坐標(biāo)系，在估算其實(shí)際測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)各方向誤差，有以下公式：

其中距離測(cè)量中的誤差用mD表示，豎直角測(cè)量中的誤差用mV表示，水平角測(cè)量中的誤差用mH表示，儀器改正常數(shù)為ρ=206 265。此外，在現(xiàn)場(chǎng)儀器測(cè)量中誤差mD=±0.2"，mV=±0.4"，mH=±0.4"，由于豎直角V與水平角H相同時(shí)，其誤差最大，因此可以采用激光全站儀測(cè)量來計(jì)算誤差。

3 結(jié)束語

一般在建立船舶模型時(shí)，充分利用3D激光測(cè)量技術(shù)，并對(duì)其制造過程中所涉出現(xiàn)的分段制造問題加以分段船舶坐標(biāo)模型。在船舶制造精度中應(yīng)用3D激光測(cè)量技術(shù)，并與3D實(shí)測(cè)模型和設(shè)計(jì)模型相互結(jié)合，能夠有效控制船舶制造過程中的精度。傳統(tǒng)的鋼尺量距相較于激光測(cè)量技術(shù)而言，其存在著較大的誤差，因此為了有效提高船舶制造中的精度，可以采用3D激光測(cè)量技術(shù)，這樣能有效促進(jìn)我國船舶制造業(yè)的高精度制造，促進(jìn)船舶制造業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。endprint