祝圻封， 王德明， 徐 超， 戴偉嘯

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海200129)

0 引 言

薄膜型LNG船是一種能在常壓下裝載和運(yùn)輸-163 ℃液態(tài)天然氣的液貨船，是船舶行業(yè)公認(rèn)的“三高”船舶之一。滬東中華造船(集團(tuán))有限公司是全球少量能建造該船型的船廠之一。通常薄膜型LNG船全船共有4個(gè)液貨艙，每個(gè)貨艙由10個(gè)面組成，分別為A、B、C、D、E、F、G、H、J、K，呈八棱柱幾何形狀，其中：2、3、4艙位于船體平行中體位置，形狀規(guī)則；1艙在船首位置，因船體線型特殊性呈艉大艏小的楔形形狀。貨艙圍護(hù)系統(tǒng)由2層相互獨(dú)立的耐低溫絕緣層組成，絕緣層通過連接件基座與船體相連。連接件基座的精確定位是圍護(hù)系統(tǒng)建造的基礎(chǔ)，為保證其精度，專利公司GTT安裝手冊(cè)要求用激光跟蹤儀定位基座點(diǎn)。

激光跟蹤儀打點(diǎn)工作是LNG船次層絕緣箱安裝定位線(劃線)的基礎(chǔ)，打點(diǎn)的精準(zhǔn)與否直接影響劃線以及基座安裝的精準(zhǔn)度，基座的有效安裝才能保證次層絕緣箱順利安裝。因此，激光跟蹤儀的打點(diǎn)精度、效率以及質(zhì)量的提高對(duì)推動(dòng)LNG船建造具有十分重要的意義。

本文以激光跟蹤儀打點(diǎn)為重點(diǎn)，總結(jié)了在激光跟蹤儀打點(diǎn)過程中取得的一些經(jīng)驗(yàn)，希望在后續(xù)打點(diǎn)工作中起到借鑒作用，以提高激光跟蹤儀打點(diǎn)的精度來(lái)保證劃線和基座安裝的準(zhǔn)確性。同時(shí)，對(duì)實(shí)船建造過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，并給出解決方案，使液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)的建造質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

1 激光跟蹤儀概述及工作類型

在LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)建造過程中打點(diǎn)等工作所用的是FARO公司生產(chǎn)的激光跟蹤儀，如圖1所示。該激光跟蹤儀是一種便攜式高精度三維坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備，使用長(zhǎng)距離目標(biāo)，其測(cè)量范圍可達(dá) 55 m。該激光跟蹤儀ION系統(tǒng)使用2個(gè)旋轉(zhuǎn)角編碼器和1個(gè)基于激光的距離測(cè)量系統(tǒng)，以跟蹤和測(cè)量反射器目標(biāo)的位置。激光跟蹤儀ION 標(biāo)準(zhǔn)配置有1個(gè)完全配套的氣象站，可通過 AgileADM進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量，確保距離測(cè)量精確。該系統(tǒng)通過測(cè)量2個(gè)角度和1個(gè)距離來(lái)確定目標(biāo)的坐標(biāo)，這些角度是由安裝在頂點(diǎn)角軸和方位角軸上的編碼器來(lái)測(cè)量的，徑向距離是由條紋計(jì)數(shù)干涉儀或一種相位偏移絕對(duì)距離測(cè)量?jī)x(Absolute Distance Measurement, ADM) 來(lái)測(cè)量的。

圖1 激光跟蹤儀

在滬東中華造船(集團(tuán))有限公司承接的17.2 萬(wàn)m3LNG船中，次層絕緣箱總數(shù)為30 000只，基座定位線以及楔塊調(diào)整的數(shù)據(jù)DZ值等工作都必須利用激光跟蹤儀來(lái)完成。圖2是激光跟蹤儀工作種類統(tǒng)計(jì)餅狀圖，它統(tǒng)計(jì)了整個(gè)圍護(hù)系統(tǒng)工作中激光跟蹤儀的工作分布，可以看出：打點(diǎn)以及DZ值測(cè)量工作在整個(gè)圍護(hù)系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)激光跟蹤儀應(yīng)用中占60%。

圖2 激光跟蹤儀工作內(nèi)容

2 劃線及連接件基座安裝對(duì)打點(diǎn)精度的要求

2.1 劃線要求

將激光跟蹤儀所打出的樣沖點(diǎn)用白色墨斗進(jìn)行連接形成大網(wǎng)格線(見圖3)。大網(wǎng)格線要求任意大網(wǎng)格長(zhǎng)寬尺寸誤差都在1 mm以內(nèi)，2條斜對(duì)角線長(zhǎng)度誤差在2 mm以內(nèi)；相鄰3個(gè)大網(wǎng)格長(zhǎng)寬總長(zhǎng)度(即9 m或10.8 m)誤差在2 mm以內(nèi)。

圖3 彈好的大網(wǎng)格線

將3.6 m×3.0 m的標(biāo)準(zhǔn)大網(wǎng)格線3等分后用鋼針劃點(diǎn)，之后用白色墨斗彈線得到1.2 m×1.0 m的小網(wǎng)格線(見圖4)。測(cè)量小網(wǎng)格線的尺寸，與理論值的最大誤差為1 mm，對(duì)于特殊尺寸的大網(wǎng)格根據(jù)圖紙要求劃分成相應(yīng)小網(wǎng)格，所有的小網(wǎng)格點(diǎn)即為連接件基座位置，根據(jù)圖紙?jiān)谄溆蚁陆菢?biāo)注連接件基座的位置號(hào)。(注：B、D面彈線時(shí)，需要將中間區(qū)域網(wǎng)格劃線結(jié)束后，再根據(jù)圖紙將4個(gè)角落區(qū)域的特殊基座點(diǎn)根據(jù)已劃的網(wǎng)格線測(cè)量并劃線)。

圖4 大網(wǎng)格線內(nèi)彈小網(wǎng)格線

2.2 連接件基座安裝

連接件基座安裝是根據(jù)劃線所得出的十字交叉線來(lái)進(jìn)行安裝的，如圖5和圖6所示。

圖5 基座安裝

圖6 點(diǎn)焊定位

在連接件基座安裝工作前，安裝人員必須進(jìn)行如下幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作：(1)劃線、提交結(jié)束(劃線清晰，不可雙線、線粗、劃錯(cuò)等)。(2)根據(jù)劃線，用砂輪打磨船體內(nèi)殼表面基座處Φ80 mm區(qū)域內(nèi)的油漆。打磨要求：油漆清除干凈，表面光潔平整，特別是船體大接縫處，一定要把焊縫磨平，且平緩過渡。(3)檢查當(dāng)天要裝的基座清潔是否符合要求。第1天工作結(jié)束后必須把第2天要裝的基座平鋪在清潔布上，目的是把油脂吸掉，第2天再用丙酮把油脂擦干凈。(4)橫向環(huán)區(qū)域安裝前確認(rèn)打磨的基座位置是否正確，必須參照?qǐng)D紙檢查。

連接件基座安裝完成后必須檢查連接件基座的直線度，三米尺靠在3個(gè)連接件基座上，如發(fā)現(xiàn)連接件基座與三米尺的間隙超差，則此連接件基座必須拆掉重新定位。非擋塊位置基座檢驗(yàn)如圖7所示，擋塊位置基座檢驗(yàn)如圖8所示。

圖7 非擋塊位置基座檢驗(yàn)

圖8 擋塊位置基座檢驗(yàn)

3 激光跟蹤儀打點(diǎn)的步驟要求

(1) 劃控制點(diǎn)。激光跟蹤儀在建立平面前首先需要做控制點(diǎn)，用角度模板在艙壁上劃出200 mm的2條線并做出交點(diǎn)，然后將靶座用熱熔槍配硅膠棒固定于2條線交點(diǎn)內(nèi)側(cè)，與交叉線相切(見圖9)。一般矩形面如A、C、E、H、F、J、G、K所做控制點(diǎn)數(shù)量為13個(gè)，B、D面則為19個(gè)(見圖10)，劃分控制點(diǎn)常用模板有90°和135°，1艙因船體結(jié)構(gòu)特殊性需使用對(duì)應(yīng)角度的特殊模板，81.62°適用于BE、BH、BG、BK角，101.77°適用于DF、DJ角，78.23°適用于BF、BJ角，98.38°適用于DE、DH、DG、DK角(BE、BH等均為相鄰貨艙面的夾角，即為BE指B面與E面夾角)。

圖9 靶座與線相切

圖10 B、D面控制點(diǎn)分布

(2) 安裝設(shè)備及預(yù)熱。當(dāng)設(shè)備安裝完畢后(見圖11)，打開CAM2軟件時(shí)必須有一段設(shè)備預(yù)熱的過程(約30 min)從而確保設(shè)備穩(wěn)定。預(yù)熱欄中的6個(gè)選項(xiàng)都顯示綠色并打勾表示預(yù)熱完畢(見圖12)，設(shè)備可正常運(yùn)作。

圖11 激光跟蹤儀安裝于艙壁上

圖12 軟件預(yù)熱完畢

(3) 角度精度確認(rèn)。在正式打點(diǎn)工作開始之前，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行角度精度確認(rèn)，角度精度確認(rèn)的好壞直接影響打點(diǎn)等后續(xù)工作的精度(見圖13)，工藝對(duì)于角度精度確認(rèn)這一環(huán)節(jié)還制定了嚴(yán)格的流程(見圖14)。

圖13 角度精度確認(rèn)工作

圖14 角度精度確認(rèn)工作流程

角度精度確認(rèn)通過與否產(chǎn)生的差別如表1所示。

表1 角度精度確認(rèn)通過與不通過的差別

(4) 建面及導(dǎo)入數(shù)據(jù)。LNG船單個(gè)液貨艙共10個(gè)面，基本分成矩形和八邊形2種形式，它們的建面方法截然不同，以矩形通過CAM2軟件操作來(lái)舉例 (見圖15)，操作步驟如下：①測(cè)量A、B、C、D、E、F、G、H、S、T、M、N、O控制點(diǎn)的坐標(biāo)值并記錄。②選擇A、B、C、D點(diǎn)建立虛擬平面。③作AD、BC邊的中點(diǎn)即C_AD、C_BC，作C_AD、C_BC的中點(diǎn)即C_ABCD，則C_ABCD為此虛擬平面的中點(diǎn)。④由中點(diǎn)建立坐標(biāo)，確定x軸的正方向向船首，y軸正方向向右舷(按圖紙為要求)，以此建立坐標(biāo)。⑤建面完成后導(dǎo)入GTT公司提供的原始數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAM2軟件后(如圖16和圖17所示)，便可按照?qǐng)D紙開始施工。

圖15 矩形控制點(diǎn)分布圖

圖16 GTT原始數(shù)據(jù)

圖17 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAM2軟件后及施工圖紙

(5) 遠(yuǎn)程連接進(jìn)行打點(diǎn)。由于打點(diǎn)數(shù)據(jù)是通過筆記本電腦呈現(xiàn)的，而工作區(qū)域則分成多層，因跨層工作會(huì)對(duì)查看數(shù)據(jù)造成不變，因此利用Touch對(duì)筆記本電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)方便打點(diǎn)，如圖18所示。由于船體分段建造及搭載精度的影響，可能會(huì)導(dǎo)致液貨艙面擴(kuò)大或縮小，開始打點(diǎn)前首先要做的是測(cè)量校驗(yàn)點(diǎn)，為校驗(yàn)液貨艙面校驗(yàn)點(diǎn)是否在理論值范圍內(nèi)(見圖19)。在打完校驗(yàn)點(diǎn)后需用卷尺測(cè)量出艙壁與樣沖點(diǎn)之間的距離，全部測(cè)量完畢后檢查測(cè)量值是否有超差，如有超差點(diǎn)則進(jìn)行坐標(biāo)偏移，如超差值過大而導(dǎo)致無(wú)法正常進(jìn)行坐標(biāo)偏移的須直接聯(lián)系船舶所有人和GTT公司進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，待出具更好的方案才可繼續(xù)工作。

圖18 Touch與筆記本電腦同步狀態(tài)

圖19 以A面為例的校驗(yàn)點(diǎn)分布圖及校驗(yàn)點(diǎn)理論數(shù)據(jù)

4 實(shí)船建造原有設(shè)備、工藝對(duì)比

實(shí)船建造原有的老式打點(diǎn)器(見圖20)，打點(diǎn)時(shí)需要拖動(dòng)前方的傳動(dòng)軸，有較大可能由于人為操作產(chǎn)生打點(diǎn)精度誤差，且連接傳動(dòng)軸的部分和傳動(dòng)軸部位的零件較容易在長(zhǎng)期工作過程中造成松動(dòng)。因此，用老式打點(diǎn)器打出的樣沖點(diǎn)存在的偏差數(shù)量偏多，精度較差易造成劃線工作返工，既影響工作效率又影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖20 老式打點(diǎn)器操作

根據(jù)實(shí)船經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和改良的全新同軸式打點(diǎn)器(見圖21)為一體式加工所制，工作原理是通過激光靶球反射球心與打點(diǎn)樣沖同軸的方式進(jìn)行工作，簡(jiǎn)化了老式打點(diǎn)器的打點(diǎn)步驟，避免了老式打點(diǎn)器需要拖動(dòng)傳動(dòng)軸打點(diǎn)產(chǎn)生的人為誤差，有效地控制激光打點(diǎn)定位的精度，且同軸式打點(diǎn)器與老式打點(diǎn)器相比體積更小、更輕便、更方便操作，進(jìn)一步提高了打點(diǎn)的工作效率和質(zhì)量。

一般每打1個(gè)樣沖點(diǎn)，老式打點(diǎn)器需時(shí)5 min，同軸式打點(diǎn)器需時(shí)3 min；單個(gè)工作面約100個(gè)點(diǎn)內(nèi)老式打點(diǎn)器誤差量約為20個(gè)，同軸式打點(diǎn)器誤差量約為5個(gè)。即為單個(gè)工作面內(nèi)老式打點(diǎn)器修改誤差點(diǎn)需時(shí)100 min，同軸式打點(diǎn)器需時(shí)15 min。從總體上來(lái)看，完成單個(gè)工作面打點(diǎn)工作老式打點(diǎn)器需時(shí)(500+100) min，同軸式打點(diǎn)器需時(shí)(300+15) min，整體效率提升約47.5 %。2種打點(diǎn)器性能對(duì)比如表2所示。

表2 2種打點(diǎn)器性能對(duì)照表

5 結(jié) 論

對(duì)GTT公司打點(diǎn)劃線精度要求分析、激光跟蹤儀的性能描述，利用激光跟蹤儀進(jìn)行貨艙打點(diǎn)劃線工作以及更好地提高打點(diǎn)精度，能更有效地提高一線生產(chǎn)管理、施工人員對(duì)該項(xiàng)工作技術(shù)要點(diǎn)的掌握，提升打點(diǎn)劃線精度，減少返工，提高生產(chǎn)效率，降低成本，在提升LNG船圍護(hù)系統(tǒng)建造質(zhì)量和水平的同時(shí)，也希望為其他業(yè)內(nèi)同行提供參考的依據(jù)，推動(dòng)LNG行業(yè)的進(jìn)步與革新。

[1] GTT. GTT external document NO1010-1 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 1 inner hull conditioning & marking-out operation [S].2007.

[2] GTT. GTT external document NO1010-2 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 2 determination of the reference surface for secondary insulation [S]. 2007.

[3] GTT. GTT external document NO1010-3 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 3 installation of the secondary fittings [S]. 2007.

[4] GTT. GTT external document NO-DG-33 Rve.N Cargo tanks arrangements & hull scantling requirements[S].2007.

[5] 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司.LNG船圍護(hù)系統(tǒng) 劃線工藝(H&Z465002-2014) [S].2014.

[6] 滬東中華造船(集團(tuán))有限公司.LNG船圍護(hù)系統(tǒng) 連接件基座定位與安裝工藝(H&Z465003-2008) [S].2008.