三維攝影測量技術(shù)在船舶軸系對(duì)中檢測中的應(yīng)用研究

肖航 方成杰 張東鵬 徐文彬

摘 要：船舶軸系對(duì)中工藝是船舶軸系安裝調(diào)試的關(guān)鍵技術(shù)，軸系對(duì)中質(zhì)量的好壞直接影響著船舶的航行性能。本文以船舶尾軸管對(duì)中檢測為例，探討三維攝影測量技術(shù)在船舶軸系對(duì)中檢測中的應(yīng)用。將數(shù)字化三維精密檢測手段取代傳統(tǒng)的手工和二維檢測技術(shù)，開發(fā)高精度、高效率軸系對(duì)中檢測新技術(shù)以及現(xiàn)場解決方案，以提高軸系安裝調(diào)試質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：三維測量技術(shù) 攝影測量技術(shù) 船舶軸系對(duì)中

中圖分類號(hào)：P25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（b）-0095-02

船舶軸系的安裝調(diào)試是船舶制造過程中的關(guān)鍵工序，軸系對(duì)中工藝是船舶軸系安裝調(diào)試的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)中質(zhì)量的好壞直接影響著船舶的航行性能[1]。隨著我國大型高技術(shù)船舶的開發(fā)和研究，軸系對(duì)中要求也越來越高，其精度問題日益突出，成為目前船舶行業(yè)的一大難題。開發(fā)研制精密軸系對(duì)中檢測新技術(shù)成為目前國內(nèi)船舶界一直密切關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前常用的軸孔對(duì)中方法有直尺、塞尺法、百分表法、拉鋼絲法、望遠(yuǎn)鏡法、上假軸法等。這幾種方法都有一定的局限性，或測量精度有限，或操作起來不方便，耗時(shí)較長，或要求專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行測量[2]。隨著圖像處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以相機(jī)為主要采集設(shè)備的新型智能化三維測量技術(shù)，逐漸引起航空、汽車制造等行業(yè)的關(guān)注和重視。本文將探討三維攝影測量技術(shù)在船舶軸系對(duì)中檢測中的應(yīng)用。

1 三維攝影測量技術(shù)原理

三維精度測量是對(duì)被測物進(jìn)行全方位測量，通過測距、角位移、掃描、定向確定被測物的三維坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)，對(duì)被測物尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度進(jìn)行測量分析。基于近景攝影的新型三維測量技術(shù)，作為一種非接觸測量方式，通過在不同的位置和方向獲取同一物體的兩幅以上的數(shù)字圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像匹配等處理及相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算后得到自動(dòng)計(jì)算出待測點(diǎn)精確的三維坐標(biāo)[3]，如圖1所示。三維攝影測量系統(tǒng)由高分辨率攝影測量相機(jī)，長度基準(zhǔn)尺，回光攝影標(biāo)志及系統(tǒng)軟件等組成。具有速度快、大范圍、高動(dòng)態(tài)等其他系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，由于獲取單幅圖像所需時(shí)間極短，即使待測工件處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，仍然可以進(jìn)行精確的測量，可用于震動(dòng)檢測、運(yùn)動(dòng)體測量、變形測量等。可見，將三維近景攝影精密測量技術(shù)應(yīng)用于船舶軸系的定位檢測中，可以使軸系定位精度更實(shí)時(shí)、快捷地得以控制，克服傳統(tǒng)方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、易受外界環(huán)境影響的缺點(diǎn)。

2 三維攝影測量系統(tǒng)在船舶軸系對(duì)中檢測的應(yīng)用

我們以船舶尾軸管為檢測對(duì)象，首先利用激光對(duì)中器確定軸系對(duì)中定位檢測的基準(zhǔn)線即艏艉基準(zhǔn)法蘭中心連線，激光光軸在整個(gè)測量系統(tǒng)中提供了一條精度很高，直線性好，又能便于自動(dòng)識(shí)別的輔助基準(zhǔn)線。然后通過高分辨率攝影測量專用相機(jī)，在不同位置和方向獲取被測尾軸管多幅數(shù)字圖像，經(jīng)圖像預(yù)處理，標(biāo)志識(shí)別與定位，圖像匹配，空間三角交會(huì)及光束法平差后得到尾軸管前后軸徑中心三維坐標(biāo)，如圖2所示。

利用攝影測量技術(shù)對(duì)軸系進(jìn)行同軸度檢測工作的實(shí)施中，需要攝影測量工裝輔助進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集，該技術(shù)在軸孔類構(gòu)件的待測位置布設(shè)人工標(biāo)志點(diǎn)，通過攝影測量相機(jī)拍攝物體的多幅圖像，計(jì)算出物體標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)一步分析獲得構(gòu)件在空間位置中的變形量。現(xiàn)有的攝影測量工裝，大多都是適用于構(gòu)件角點(diǎn)、交點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)位的測量，對(duì)于軸孔類構(gòu)件中心無法直接定位，需要人工通過測量軸孔壁圓周上的點(diǎn)位坐標(biāo)，間接計(jì)算出軸孔的圓心，導(dǎo)致軸孔類構(gòu)件同軸度檢測困難，適用性差，從而影響軸系的定位效率及建造質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)出一種適用于軸孔類構(gòu)件的中心定位裝置，可用于軸孔類構(gòu)件中心直接定位，為軸孔類構(gòu)件同軸度檢測提供方便。

最后由電腦根據(jù)測量軟件計(jì)算出被檢艉軸管前，后軸頸中心相對(duì)于艏艉基準(zhǔn)法蘭中心連線的偏差值。通過分析檢艉軸管前，后軸頸中心和激光光軸的位置關(guān)系，給出尾軸管對(duì)中檢測結(jié)果和調(diào)整方案，如圖3所示。

3 結(jié)論

基于近景攝影的新型三維測量技術(shù)，作為一種非接觸測量方式，通過在不同的位置和方向獲取同一物體的兩幅以上的數(shù)字圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像匹配等處理及相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算后得到自動(dòng)計(jì)算出待測點(diǎn)精確的三維坐標(biāo)，具有精度高、便攜等特點(diǎn)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空，航天，通信造船重工業(yè) 水利水電， 汽車制造等諸多工業(yè)領(lǐng)域。本項(xiàng)目針對(duì)大型船舶軸系對(duì)中檢測難度大及精度低的問題，通過數(shù)字化三維測量技術(shù)和現(xiàn)代信息數(shù)據(jù)處理手段，結(jié)合船舶軸系設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，創(chuàng)新開發(fā)一種高精度、智能化適用于船舶軸系對(duì)中檢測的工藝技術(shù)。改變了傳統(tǒng)手工測量工藝和二維測量工藝，促進(jìn)船舶建造新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)智能化精度建造、數(shù)字化建造和快速建造提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 王彪.船舶軸系的安裝工藝探討[J].科技與企業(yè)，2014（11）：197.

[2] 唐晨，張茂云，賈冰，曹國華.大型機(jī)組軸系對(duì)中方法探討[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，34（6）：616-621.

[3] 黃桂平，欽桂勤，盧成靜.數(shù)字近景攝影大尺寸三坐標(biāo)測量系統(tǒng)V-STARS的測試與應(yīng)用[J].宇航計(jì)測技術(shù)，2009，29（2）：5-9，22.