船舶制造精度中3D激光测量技术的应用分析

姜国栋

摘 要：社会经济的发展以及科学技术的进步，促进了船舶制造行业的发展。就现阶段而言，随着工业化进程的加快，船舶制造业企业要想增强自身的综合竞争实力，必须要不断提高自身的技术水平，提高船舶制造精度。一般船舶制造精度的提高与改善主要依赖于3D激光测量的方法，因此在3D激光测量技术在船舶制造精度中应用较为广泛。本文就对船舶制精度中3D激光测量技术的应用进行深入分析与探讨。

关键词：船舶制造精度；3D激光测量技术；应用

自改革开放以来，我国的数字化制造技术得到了很大发展。在船舶制造行业中，数字化造船的应用较为广泛，其集数字化制造船舶、数字化管理造船以及数字化设计船舶于一体，在船舶制造过程中，充分利用三维造船软件，在网上进行模拟制造，从而为船舶制造所需要的参数提供依据。一般在船舶制造精度中应用3D激光测量技术，能够使企业的资源数据库与船舶产品数据库进行信息共享，提高船舶制造的精度，并且能够利用计算机处理采集的船体分段精度，实现船舶制造无余量化。但是就现阶段而言，将激光测量技术与3D技术结合，并将其应用在船舶制造过程中，船舶制造精度与传统的钢尺量距的精度相比，两者的差别大小没明确的界定。本文通过建立船舶3D模型，对比钢尺量距精度与激光测量数据精度，从而可以知道采用3D激光测量的方法，能有效提高船舶测量过程中的精度，确保其精度能够在亚毫米级别，促进船舶制造业的发展。

1 船舶制造精度中3D激光测量技术的基本原理分析

1.1 激光测角测距的原理分析

一般而言，激光测量主要是充分利用激光波速的稳定以及直线传播的特点，对两点间激光传播所延迟的时间进行测量，并在此基础上分析出直线的距离。一般仪器中的读数装置、竖直度盘以及水平度盘在进行测量时，其主要是利用读数传感器以及编码盘进行角度测量。

1.2 船舶3D模型的建立

一般船舶在制造过程中，必须要设计出虚拟的三维模型，其主要就是以CAD等相关软件为基础，进行船舶的设计。船舶在实际的制造过程中，首先就是对船体结构形状的设计，其必须要对船体结构上点的位置进行现场测量，并利用CAD软件，将空间各个不同的点做成三维模型，从而形成3D模型。在实际制造以及虚拟设计过程中，船体结构的一致性是对船舶制造精度的具体反映，一般要想有效控制船舶结构的精度，必须要控制好实际测量模型与设计模型之间的对比。3D模型的设计作为船舶精度制造的前提，因此在设计过程中，坐标原点应是船体基线船中心，X轴方向是船体基线向船首方向，Z轴方向是垂直于船体基平面竖直向上方向，Y轴的确定可以采用以右手系法。

一艘船舶的形成使用许多分段拼装而成，一般船厂在分段制造船体时，一般在放置制造时，往往采用分段倾倒的方式，这样能够将分段的制造高度有效降低。因此在实际测量船体的分段时，必须要结合实际的情况建立适当的坐标系。一般可以单独建立各分段的坐标系，并充分利用坐标变换软件，从而形成相应地坐标系。具体来说，常使用的坐标系有两种：一是船体分段2点式（O-X）坐标系；二是船体分段3点式（O-XZ）坐标系。

（1）船体分段2点式（O-X）坐标系。其坐标系中的原点就是测量的第1点，X轴方向是第1点指向的第2点，Z轴方向为全站仪竖直方向，Y轴可以采用右手系法，如图1所示。

（2）船体分段3点式（O-XZ）坐标系。其坐标系中的原点就是测量的第1点，X轴方向是第1点指向的第2点，Z 轴方向（XOZ 平面）为第3点，Y轴可以采用右手系法，如图2所示。

将船体的分段坐标系结合船体3D坐标系，其能够建立船舶的整体设计模型。此外，在船舶制造精度中充分利用激光测量技术，能够有效实现实测模型与船舶模型3D建模。由于使用的仪器设备不相同，因此实测模型与设计模型会存在精度误差。

2 船舶结构激光测量精度的分析

一般激光测量仪器在进行测量时，必须要考虑到如观察时所产生的误差，并估算误差的大小。这样能够在实际测量时，测量出船舶结构上坐标点各类误差的大小。一般而言，船舶结构在测量时主要采用O-XYZ坐标系，在估算其实际测量坐标点各方向误差，有以下公式：

其中距离测量中的误差用mD表示，竖直角测量中的误差用mV表示，水平角测量中的误差用mH表示，仪器改正常数为ρ=206 265。此外，在现场仪器测量中误差mD=±0.2"，mV=±0.4"，mH=±0.4"，由于竖直角V与水平角H相同时，其误差最大，因此可以采用激光全站仪测量来计算误差。

3 结束语

一般在建立船舶模型时，充分利用3D激光测量技术，并对其制造过程中所涉出现的分段制造问题加以分段船舶坐标模型。在船舶制造精度中应用3D激光测量技术，并与3D实测模型和设计模型相互结合，能够有效控制船舶制造过程中的精度。传统的钢尺量距相较于激光测量技术而言，其存在着较大的误差，因此为了有效提高船舶制造中的精度，可以采用3D激光测量技术，这样能有效促进我国船舶制造业的高精度制造，促进船舶制造业的健康稳定发展。endprint