熟悉船舶工程和制造工藝的業(yè)內(nèi)人士肯定知道,船舶建造多采用分段建造法,即將零件、預(yù)裝好的部件在胎架上組合焊接成分段或總段,然后由船臺(tái)裝配成整船的建造方法。而當(dāng)船體合攏組裝時(shí),在船體上遍布著各種各樣的管道,這些管道都需要互相*適配以確保船體安裝的完整。由于船體在生產(chǎn)過(guò)程中存在焊接和生產(chǎn)加工的偏差,并不能保證每部份船體都保持一致,這也導(dǎo)致后期在船體上很難布置管道。為了確保管道可以正確無(wú)誤的安裝在船體上,客戶通常不會(huì)進(jìn)行整根管道的安裝方式,而是采取管道中間斷開(kāi)一段距離,然后通過(guò)測(cè)量手段將兩管道法蘭盤(pán)的相對(duì)距離測(cè)出,最后重新生產(chǎn)及安裝一根管道將斷開(kāi)的管道連接起來(lái)。這就是合攏管的測(cè)量和制作過(guò)程。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分造船廠合攏管的制作方法基本仍停留在人工靠模取樣,在船臺(tái)、船務(wù)現(xiàn)場(chǎng)制作模板或修割管子的方式,*依賴工人經(jīng)驗(yàn)和技能水平,工藝落后、勞動(dòng)強(qiáng)度大卻效率低、浪費(fèi)材料且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境存在不安全因素;一些走在技術(shù)前沿的造船廠商則會(huì)采用較為先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)拉線測(cè)量合攏管的方式,雖有所改良,但受限于狹小的操作空間和障礙物的干擾,精度不高不說(shuō),還特別影響測(cè)量效率。
客戶現(xiàn)有的測(cè)量解決方案
使用拉繩傳感器測(cè)量一對(duì)法蘭的相對(duì)空間位置。在一端法蘭安裝拉繩測(cè)量機(jī),另一端法蘭3個(gè)螺栓孔安裝輔助定中裝置,測(cè)量機(jī)從3個(gè)位置測(cè)量與另一端3個(gè)螺栓孔的距離,3組數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得到兩個(gè)法蘭的相對(duì)位置。這是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的測(cè)量方法。
兩端法蘭各選3個(gè)螺栓孔安裝輔助定中反射靶點(diǎn),測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)也布置若干反光靶點(diǎn),采用照相機(jī)多角度拍攝多張圖片,經(jīng)軟件進(jìn)行圖片處理獲得一對(duì)法蘭的空間位置。
使用光筆測(cè)量機(jī)測(cè)量一對(duì)法蘭的相對(duì)位置,兩端法蘭各選3個(gè)螺栓孔安裝輔助定中裝置,通過(guò)光筆測(cè)量機(jī)測(cè)量獲得這6個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo),經(jīng)計(jì)算獲得一對(duì)法蘭的相對(duì)位置。
以上方法都要在螺栓孔裝拆輔助定中裝置,需拆裝管端保護(hù),現(xiàn)場(chǎng)安裝架設(shè)測(cè)量設(shè)備,測(cè)量前的準(zhǔn)備工作耗時(shí)較多。測(cè)量工作效率仍有很大提升空間。管子密集、空間狹小的情況下會(huì)導(dǎo)致測(cè)量受限,拉繩測(cè)量受限較多,且這種測(cè)量手段并不精確,測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng),通??蛻魷y(cè)量一個(gè)船體部分12根管道需要一天的時(shí)間,另外由于在船艙里進(jìn)行測(cè)量時(shí)施工噪音、測(cè)量環(huán)境、安全等因素干擾,整體對(duì)操作人員的體能挑戰(zhàn)非常之大。
而攝影測(cè)量、光筆測(cè)量雖然相對(duì)受限較少,但也都是需要通過(guò)逐對(duì)法蘭測(cè)量,逐根合攏管數(shù)據(jù)處理和設(shè)計(jì)。下圖這樣的多管場(chǎng)景下,設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行多管走線和空間位置協(xié)調(diào)。因其走線有時(shí)并不協(xié)調(diào),甚至發(fā)生干涉,且在設(shè)計(jì)階段無(wú)從檢查驗(yàn)證,要等到合攏時(shí)才發(fā)現(xiàn)。
CREAFORM 形創(chuàng)推薦的手持式三維掃描測(cè)量解決方案
在仔細(xì)聆聽(tīng)了客戶的底層訴求,即客戶需要快速采集兩端法蘭盤(pán)數(shù)據(jù),兩端間隔法蘭盤(pán)通過(guò)底面和墻面公共數(shù)據(jù)連接,掃描完成后直接保存.STL格式數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)討論之后,我們向客戶推薦了其旗艦款計(jì)量級(jí)便攜式激光三維掃描儀 HandySCAN BLACK 系列,該系列的三維掃描儀精度達(dá) 0.025mm,掃描區(qū)域廣,由 11 條藍(lán)色激光十字線覆蓋,每秒測(cè)量次數(shù)高達(dá) 130 萬(wàn)次,可快速實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到文件待用的工作流程。
2021年剛過(guò)完元旦新年,客戶就邀請(qǐng)我們上門(mén)了,當(dāng)我們帶著設(shè)備進(jìn)到船體內(nèi)部進(jìn)行掃描時(shí),盡管此前已經(jīng)做足了心理準(zhǔn)備,但當(dāng)看到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的那一刻,還是倒吸了一口涼氣。船體內(nèi)空間非常有限,狹窄處僅容一人通過(guò),周圍環(huán)境也非常糟糕,所以客戶要求快速又高精度的設(shè)備的用意一望而知,我們僅花了10 分鐘左右的時(shí)間就完成了掃描,當(dāng)然加上現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清理和貼點(diǎn)等準(zhǔn)備工作,共計(jì)40分鐘,與客戶以往一整天的測(cè)量時(shí)間相比,確實(shí)有了質(zhì)的飛躍!另外,為進(jìn)一步完善該解決方案,CREAFORM 形創(chuàng)團(tuán)隊(duì)和客戶一起潛心研究盡可能縮短準(zhǔn)備時(shí)間的方案,經(jīng)過(guò)深度討論,終于總結(jié)出一個(gè)可行的方案:通過(guò)在磁性膠片或卡片上預(yù)設(shè)目標(biāo)點(diǎn),然后將其吸附在法蘭、管子、支架、艙壁等位置,可快速完成目標(biāo)點(diǎn)的布置和拆除,且重復(fù)利用率高;而對(duì)于非磁性材質(zhì)的法蘭,則可通過(guò)夾子、彈性卡扣快速固定。通過(guò)這個(gè)方案,準(zhǔn)備時(shí)間隨即縮短至 10 分鐘。也就是說(shuō),從進(jìn)入船體到離開(kāi),整個(gè)測(cè)量工作可控制在 20 分鐘內(nèi)完成。這無(wú)疑是十分理想的測(cè)量方案!
操作空間受限、狹窄處僅容一人通過(guò)
實(shí)現(xiàn)批量測(cè)量和批量設(shè)計(jì)
使用 CREAFORM 形創(chuàng)的計(jì)量級(jí)三維激光掃描儀 HandySCAN BLACK 對(duì)一個(gè)小區(qū)域的多對(duì)合攏管法蘭進(jìn)行批量掃描測(cè)量(見(jiàn)上圖),測(cè)量后獲取現(xiàn)場(chǎng)法蘭管子的三維模型,然后將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入 CREAFORM 形創(chuàng)的尺寸檢測(cè)軟件模塊 VXinspect中提取數(shù)據(jù)特征、分析所測(cè)量的法蘭盤(pán)之間的數(shù)據(jù)、生成 PDF 檢測(cè)報(bào)告;當(dāng)然,該三維掃描數(shù)據(jù)同樣可以直接導(dǎo)入客戶現(xiàn)有的 Geomagic ControlX、Polyworks等逆向工程軟件中對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
單個(gè)法蘭的數(shù)據(jù)處理工作可在 2 分鐘內(nèi)完成,即提取每個(gè)法蘭4個(gè)螺栓孔的中心點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(見(jiàn)上圖),獲得法蘭空間位置和姿態(tài)。然后將這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入造船廠現(xiàn)有的設(shè)計(jì)軟件中(如SPD、AM、CATIA等)進(jìn)行合攏管設(shè)計(jì)出圖。由于便攜式三維激光掃描儀可以一次掃描獲取多對(duì)法蘭的三維模型數(shù)據(jù),同時(shí)覆蓋其周邊的參照物如艙壁、支架等,因此通過(guò)批量掃描的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)合攏管的批量設(shè)計(jì),并依托設(shè)計(jì)軟件的三維場(chǎng)景直觀查看各連接管的材質(zhì)級(jí)別、表面處理、法蘭標(biāo)準(zhǔn)等信息,在合攏管設(shè)計(jì)時(shí)有效控制管子的走線、更好地進(jìn)行空間協(xié)調(diào)布局、規(guī)避障礙物。
進(jìn)一步融合的解決方案
市場(chǎng)上現(xiàn)有的合攏管測(cè)量解決方案繁多,各大造船廠商的測(cè)量方法、設(shè)計(jì)軟件、再現(xiàn)機(jī)及控制指令格式,都是自成體系各自獨(dú)立,不能互相兼容。
通過(guò)將本三維掃描測(cè)量解決方案與現(xiàn)有的解決方案進(jìn)行融合,即只改善獲取數(shù)據(jù)的手段,通過(guò)三維掃描獲取測(cè)量數(shù)據(jù),然后將其導(dǎo)入船廠既有船舶設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),輸出再現(xiàn)機(jī)指令,利用既有解決方案已經(jīng)配置的再現(xiàn)機(jī)。只這一步,就可快速解決以往耗時(shí)費(fèi)力的測(cè)量挑戰(zhàn),提升測(cè)量工作的效率和精度的同時(shí),加速合攏管制作的效率。
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