船舶制造精度中3D激光測量技術的應用分析

姜國棟

摘 要：社會經濟的發展以及科學技術的進步，促進了船舶制造行業的發展。就現階段而言，隨著工業化進程的加快，船舶制造業企業要想增強自身的綜合競爭實力，必須要不斷提高自身的技術水平，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激光測量的方法，因此在3D激光測量技術在船舶制造精度中應用較為廣泛。本文就對船舶制精度中3D激光測量技術的應用進行深入分析與探討。

關鍵詞：船舶制造精度；3D激光測量技術；應用

自改革開放以來，我國的數字化制造技術得到了很大發展。在船舶制造行業中，數字化造船的應用較為廣泛，其集數字化制造船舶、數字化管理造船以及數字化設計船舶于一體，在船舶制造過程中，充分利用三維造船軟件，在網上進行模擬制造，從而為船舶制造所需要的參數提供依據。一般在船舶制造精度中應用3D激光測量技術，能夠使企業的資源數據庫與船舶產品數據庫進行信息共享，提高船舶制造的精度，并且能夠利用計算機處理采集的船體分段精度，實現船舶制造無余量化。但是就現階段而言，將激光測量技術與3D技術結合，并將其應用在船舶制造過程中，船舶制造精度與傳統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，對比鋼尺量距精度與激光測量數據精度，從而可以知道采用3D激光測量的方法，能有效提高船舶測量過程中的精度，確保其精度能夠在亞毫米級別，促進船舶制造業的發展。

1 船舶制造精度中3D激光測量技術的基本原理分析

1.1 激光測角測距的原理分析

一般而言，激光測量主要是充分利用激光波速的穩定以及直線傳播的特點，對兩點間激光傳播所延遲的時間進行測量，并在此基礎上分析出直線的距離。一般儀器中的讀數裝置、豎直度盤以及水平度盤在進行測量時，其主要是利用讀數傳感器以及編碼盤進行角度測量。

1.2 船舶3D模型的建立

一般船舶在制造過程中，必須要設計出虛擬的三維模型，其主要就是以CAD等相關軟件為基礎，進行船舶的設計。船舶在實際的制造過程中，首先就是對船體結構形狀的設計，其必須要對船體結構上點的位置進行現場測量，并利用CAD軟件，將空間各個不同的點做成三維模型，從而形成3D模型。在實際制造以及虛擬設計過程中，船體結構的一致性是對船舶制造精度的具體反映，一般要想有效控制船舶結構的精度，必須要控制好實際測量模型與設計模型之間的對比。3D模型的設計作為船舶精度制造的前提，因此在設計過程中，坐標原點應是船體基線船中心，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，一般在放置制造時，往往采用分段傾倒的方式，這樣能夠將分段的制造高度有效降低。因此在實際測量船體的分段時，必須要結合實際的情況建立適當的坐標系。一般可以單獨建立各分段的坐標系，并充分利用坐標變換軟件，從而形成相應地坐標系。具體來說，常使用的坐標系有兩種：一是船體分段2點式（O-X）坐標系；二是船體分段3點式（O-XZ）坐標系。

（1）船體分段2點式（O-X）坐標系。其坐標系中的原點就是測量的第1點，X軸方向是第1點指向的第2點，Z軸方向為全站儀豎直方向，Y軸可以采用右手系法，如圖1所示。

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

將船體的分段坐標系結合船體3D坐標系，其能夠建立船舶的整體設計模型。此外，在船舶制造精度中充分利用激光測量技術，能夠有效實現實測模型與船舶模型3D建模。由于使用的儀器設備不相同，因此實測模型與設計模型會存在精度誤差。

2 船舶結構激光測量精度的分析

一般激光測量儀器在進行測量時，必須要考慮到如觀察時所產生的誤差，并估算誤差的大小。這樣能夠在實際測量時，測量出船舶結構上坐標點各類誤差的大小。一般而言，船舶結構在測量時主要采用O-XYZ坐標系，在估算其實際測量坐標點各方向誤差，有以下公式：

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

3 結束語

一般在建立船舶模型時，充分利用3D激光測量技術，并對其制造過程中所涉出現的分段制造問題加以分段船舶坐標模型。在船舶制造精度中應用3D激光測量技術，并與3D實測模型和設計模型相互結合，能夠有效控制船舶制造過程中的精度。傳統的鋼尺量距相較于激光測量技術而言，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激光測量技術，這樣能有效促進我國船舶制造業的高精度制造，促進船舶制造業的健康穩定發展。endprint