一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法

摘要

本发明提出的是一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法。船舶在总段模块化建造模式下，采用数字化在线检测技术的工艺方法，实现船台舾装阶段复杂环境下的轴线基准全尺寸现场数字检测。通过使用激光照光法、高精度测量仪器、数字化分析检测等科技信息技术与工艺结合方法，实现船舶建造过程中轴系艏艉基准点精度、模块化建造下轴系照光及基准移植精度、轴系镗孔基准精度进行控制，对轴线基准精度的现场数字化综合测量和质量评估进行指导，是轴线基准监控，轴线基准校正的有效手段。减少对模块化建造轴系基准点反复准点移植、船舶总段舾装过程中载荷不断变化导致轴线基准不断变化等影响。适宜作为船舶轴线精度控制方法应用。

说明书

技术领域

本发明属于船舶轴系高精度检测控制技术领域，涉及一种精度控制工艺方法，具体是一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法。

背景技术

现代化造船工业的发展要求缩短造船周期，其重要措施之一就是采用船台舾装阶段总段模块化建造，尽可能缩短造船周期，最大限度减轻码头施工压力。目前普遍使用的钢丝拉线法、光学照光法已不能满足对模块化建造轴系基准点反复移植、船舶总段舾装过程中载荷不断变化导致轴线基准不断变化等影响及船舶轴系的精确度的控制要求。随着数字化综合测量技术在造船领域的广泛应用，科技信息技术与工艺的深入融合，采用数字化综合测量技术，指导轴线基准精度的现场数字化综合测量和质量评估，是船台舾装阶段复杂环境下的轴线基准全尺寸现场数字检测的有效方式，也是轴线基准监控，轴线基准校正的有效手段。

发明内容

为了能够解决现有船舶电缆配套工作效率低、自动化水平不足问题，本发明提供了一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法。该方法通过确定轴系中心线过程中的基准精度，包括轴系艏艉基准点精度、模块化建造下轴系照光及基准移植精度、轴系镗孔基准精度，应用数字化在线检测技术工艺方法对轴系精度进行控制，解决船舶轴线基准测量的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法，在总段模块化建造模式下，采用数字化在线检测技术的工艺方法，实现船舶船台舾装阶段复杂环境下的轴线基准全尺寸现场数字检测。

（1）艏艉基点精度控制：

全站仪转换测量建立轴系艏艉基准点。通过全站仪建立与船体相同的三向坐标系，轴系艏、艉基点与船体基准允许尺寸偏差满足±1mm。

（2）模块化建造下轴系照光及基准移植精度控制：

轴线确定、基点移植精度控制工装，位移测量精度可达到1um/m，分辨率可达0.1um；

轴系照光确定轴系理论中心线时，各光靶中心均在光学投射仪通过的轴线上，偏差≤0.05mm；

轴系艏基点移植偏差≤0.05mm；

模块舱内定位安装后，模块与轴系理论中心偏差满足±1mm。

（3）轴系镗孔基准精度控制：

轴系镗孔过程轴毂参数监测。可检测镗削轴毂内孔的半径、圆度，在数据处理显示终端—测量工作站输出，实现镗孔过程中镗杆矫正。轴毂镗孔后各轴毂内孔直径精度：圆度不大于0.03mm，圆柱度不大于0.05mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm，二段轴毂中心线同轴度不大于Φ0.20mm。

为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法中，使信息技术与工艺深入融合，通过数字化在线检测技术，形成船舶轴线精度控制工艺方法：

（1）艏艉基点精度控制

全站仪建立与船体相同的三向坐标系，在轴系艏艉基点建立时，检测艏艉基准点，使用调整工装，保证艏、艉基点尺寸偏差范围为±1mm。

（2）模块化建造下轴系照光及基准移植精度控制

基于激光对中测量原理，使用一套轴线确定、基点移植精度控制工装，工装主要由激光准直测量系统（长距离准直激光器、激光接收器、工装校准装置）、激光位移传感器、配套的测量工作站监测软件等组成。

光靶（激光接收器）照光法，确定轴系理论中心线。实现光靶中心输出坐标（0,0），即艉端激光器的发出的激光束与船体中心线重合，确定轴系理论中心线。通过艉轴后轴毂、艉轴前轴毂、特定围栏分别架设光靶，各光靶（激光接收器）中心在激光束通过的轴线上，偏差≤0.05mm。

光靶（激光接收器）照光法，实现轴系艏基点移植。依据轴系照光情况，调整特定围栏内光靶管位置，使激光器发出的激光通过光靶中心，指定光靶中心点作为后续轴系照光的新艏基点。

光靶（激光接收器）照光法，二次确定轴系理论中心线。在模块主减速器输出法兰端中心安装激光接收器，艉基点设置激光发射器发射激光通过新艏基点和艉基点光靶中心。调整模块在舱内安装位置，接收器PSD传感器中心感应激光束，使船舱内模块输出轴线与轴系理论中心线重合，保证模块与轴系理论中心偏差±1mm。照光法二次确定轴系理论中心线，架设光靶中心与激光束偏差≤0.05mm。

（3）轴系镗孔基准精度控制

轴系镗孔过程轴毂参数监测。在镗孔机的刀架沿轴线方向后方安装高精度激光位移传感器，激光位移传感器发出的激光与镗杆的轴线垂直，配备无线通讯模块。激光位移传感器随镗杆一起转动，通过激光位移传感器测到的距离数据，换算出镗削轴毂内孔的半径、圆度，结合镗机的纵向进刀得到镗孔圆柱度，数据在数据处理显示终端—测量工作站体现。在镗孔的过程中，通过镗杆光靶输出的数据，实现镗孔过程中镗杆矫正。轴毂镗孔后各轴毂内孔直径精度：圆度不大于0.03mm，圆柱度不大于0.05mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm，二段轴毂中心线同轴度不大于Φ0.20mm。

积极效果，由于本发明采用一套轴线确定、基点移植精度控制工装，实现基准精度控制的先进数字化综合测量，通过轴系照光确定轴系理论中心线，开展轴系艏基点的精确移植、轴系镗孔过程参数在线精确检测，控制镗孔基准精度，确定轴系实际中心线。适宜作为一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法应用。

附图说明

图1为艏基点架布置示意图；

图2为基点架结构图示意图；

图3为全站仪确定艏基点示意图；

图4为全站仪确定艉基点示意图；

图5为轴系照光示意图。

图中，1.激光发射器，2.艉基点，3.后轴毂，4.前轴毂，5.围栏，6.艏基点，7.接收器，8.光靶Ⅲ，9.光靶Ⅱ，10.光靶Ⅰ，11.艏基点架，12.模块筏架基座，13.隔壁，14.调整架，15.支撑架，16.调节螺钉，17.光靶架，18.光靶，19.全站仪，20.艉基点架，21.标杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

据图所示，一种基于数字化在线检测技术的船舶轴线精度控制方法，根据总段模块化建造特点，确定轴系艏艉基准点选取原则，使用光学高精度测量转换法，确定轴系艏艉基准点，控制艏艉基准点与船台基准偏差；

采用一套轴线确定、基点移植精度控制工装，实现基准精度控制的先进数字化综合测量，通过轴系照光确定轴系理论中心线，开展轴系艏基点6的精确移植、轴系镗孔过程参数在线精确检测，控制镗孔基准精度，确定轴系实际中心线。

包括如下步骤：

（一）艏艉基点精度控制：

（1）总段模块舱外配重后，调整姿态保证定位使用舱壁特定围栏端面、模块筏架艉端面基准线与船舶基准面、中心线重合度要求；

（2）在船舶艉总段端口附近中心位置、艉端外部肋位处设置并装焊轴系艏基点架11、艉基点架20，通过隔壁13限定模块基架基座12；艉基点架20由面板、支撑架15、调整架14、调节螺钉16、光靶架17和光靶18组成，并坐设在模块基架基座12上；调整架14可用于粗调光靶架17和光靶18的位置，调节螺钉16用于精调光靶架17和光靶18的位置，调节精度0.02mm，光靶18与光靶架17的配合间隙约为0.01mm～0.015mm；

（3）艉总段旁固定带标靶的标杆21，标示船台高度基准；

（4）以船舶中心线方向为X向，横向为Y向，高度方向为Z向；定义全站仪测量坐标系，标靶a的Z向坐标值z1，地面上船台中心线Y向坐标值y1；调节艏基点6调整架的调节螺杆和调节螺钉对光管进行调节，全站仪19检测光靶中心的坐标，使光靶中心与标靶a在Z方向上坐标一致，与地面船台中心线在Y方向上坐标一致，以光靶中心确定的轴系艏基点6，允许尺寸偏差范围为±1mm；

（5）轴系艏基点6确定后，测量并记录其坐标；在艉总段艉部附近架设全站仪19，定义全站仪测量坐标系，测量标杆上标靶a的坐标z2，地面上船台中心线Y向坐标值y2；全站仪检测光靶中心的坐标，调节光管，使光靶中心与标靶a在Z方向上坐标一致，与地面船台中心线在Y方向上坐标一致，此时光靶中心即为轴系艉基点2，允许尺寸偏差范围为±1mm；

（二）模块化建造下轴系照光及基准移植精度控制：

（1）轴系理论中心线第一次确定：

通过照光法确定轴系理论中心线；在艉基点架20上布置激光发射器1，调节激光器的位置和角度，使激光器发出的激光依次通过艏基点6、艉基点架20的接收器7中心，即光靶中心输出坐标为（0，0），保证艉端激光器的发出的激光束与船体中心线重合，确定轴系理论中心线；

在艉轴后轴毂3、艉轴前轴毂4、特定围栏5分别架设光靶管支架，每根光靶管两端各装入一个光靶Ⅱ9、光靶Ⅲ8和光靶Ⅰ10，从艉向艏依次编号，光靶与光靶管配合间隙约为0.01mm～0.015mm，光靶管支撑工装固定在轴毂孔中和特定围栏5内；

通过光靶管支架上螺钉逐个调节光靶管的姿态，使各光靶的激光接收器7中心均在激光束通过的轴线上，偏差≤0.05mm；

（2）轴系艏基点6移植：

在轴系理论中心线第一次确定时，艏基点6位于艉总段端口面中心位置，影响机舱后部模块后续进、出舱施工，因此需要将艏基点6移植至不影响后续施工的部位；

根据轴系照光情况，调整机舱特定围栏内光靶管位置，使激光器发出的激光通过光靶中心，调整完毕后固定光靶，此时编号6光靶中心点作为后续轴系照光的新艏基点6，验收合格后可将原艏基点6拆除；

（3）轴系理论中心线第二次确定：

船舶轴系在机舱后部模块进舱后进行轴系理论中心线第二次确定：

a.模块根据轴线定位安装：

在模块上主减速器输出法兰端中心安装激光接收器7及其固定工装，启动艉基点2旁激光发射器1，使其发出的激光依次通过指定舱壁特定围栏内新艏基点6和艉基点2光靶中心；

调整模块在舱内安装位置，使接收器PSD传感器中心感应到激光束，即模块输出轴线与轴系理论中心线重合，然后模块完成其在舱内定位安装，检测模块与轴系理论中心偏差满足±1mm；

b.轴系照光：

通过照光法第二次确定轴系理论中心线；启动艉基点架20上激光发射器，调节激光器的位置和角度，使激光器发出的激光依次通过新艏基点6、艉基点架20光靶中心，激光接收器7，即光靶中心输出坐标为（0，0），这样保证艉端激光器的发出的激光束与船体中心线重合，这条光束即轴系理论中心线；

依次调节艉轴后轴毂3、艉轴前轴毂4、特定围栏5内光靶管的姿态，检测各光靶中心均在激光束通过的轴线上，偏差≤0.05mm；

（三）轴系镗孔基准精度控制：

（1）镗杆架设在镗杆架设前，在艉轴前轴毂、艉轴后轴毂两端结构上临时焊接镗杆架板支撑工装，一端设有内螺纹，便于用螺栓紧固架板；架板上设有腰形孔，便于镗杆作垂向或横向的适量调节；

在安装液压驱动机构的一端向外安装镗杆；镗杆（带刀架）穿入轴毂后，用托架将镗杆临时支撑，托架上设置调节螺栓；

在镗孔机镗杆艏艉两端分别安装光靶、激光接收器及其固定支架，保证光靶的靶心通过镗杆轴线，可通过旋转镗杆校验，保持艉基点2处激光器位置不变，大功率弹性离合器空气分配器轴承基座处激光器位置不变；

启动艏艉两端激光发射器，不断调整镗杆在轴毂内的位置，监测镗杆两端光靶的输出，当两端光靶输出均为（0,0）时，表明镗杆的中心线与船舶体中心线重合，固定此时镗杆的位置；在镗杆两端依次装入镗杆支撑轴承及架板，并将架板紧固在镗杆支撑工装块上，安装液压驱动机构，开始镗孔，镗孔时，随时通过调整镗杆支撑轴承上的4个顶丝，测量数据显示器上镗杆位置信息，精确调整镗杆位置，使镗杆平行上移0.90mm，横向距离相等，允差小于0.01mm。

（2）轴系镗孔过程轴毂参数监测：

在镗孔机的刀架沿轴线方向的后方安装高精度激光位移传感器及其固定座，激光位移传感器发出的激光与镗杆的轴线垂直，配有无线通讯模块；

激光位移传感器随镗杆一起缓慢转动，通过激光位移传感器测到的距离数据，换算出当前镗削轴毂内孔的半径、圆度，结合镗机的纵向进刀可得到当前镗孔的圆柱度，数据在数据处理显示终端—测量工作站上体现。施工结束时，镗孔的圆度、圆柱度、垂直度以报表形式输出；

镗孔的过程中，镗杆两端光靶输出的数据，反映了当时镗杆轴线，可在镗孔的过程对镗杆进行矫正。

本发明的工作原理：

轴系设备、主机模块安装定位基准是轴系中心线，而轴系中心线包含轴系理论中心线（轴系照光确定的轴系艏艉基准点之间的连线）、实际中心线（轴系镗孔后轴毂内孔中心之间的连线）。轴系基准精度控制就是指控制确定轴系中心线过程中的基准精度，包括轴系艏艉基准点精度、轴系照光及基准移植精度、轴系镗孔基准精度。

船舶在总段模块化建造模式下，采用数字化在线检测技术的工艺方法，实现船台舾装阶段复杂环境下的轴线基准全尺寸现场数字检测。通过使用激光照光法、高精度测量仪器、数字化分析检测等科技信息技术与工艺结合方法，实现船舶建造过程中轴系艏艉基准点精度、模块化建造下轴系照光及基准移植精度、轴系镗孔基准精度进行控制，对轴线基准精度的现场数字化综合测量和质量评估进行指导，是轴线基准监控，轴线基准校正的有效手段。

本发明的效果和益处是减少对模块化建造轴系基准点反复移植、船舶总段舾装过程中载荷不断变化导致轴线基准不断变化等影响，提高船舶轴系的精确度，利于实现模块化建造，缩短船舶船台阶段建造周期。

本发明的特点：

（1）高精度测量，精度高。全站仪可建立与船体相同的三向坐标系，轴系艏基点6、艉基点2与船体基准允许尺寸偏差满足±1mm。

（2）光靶照光法。工作距离大、效率高、测量时直观性强（有可见光束射击）、不受认为因素影响。

（3）光靶照光法，方便调节，精度高。轴系照光确定轴系理论中心线时，各光靶中心均在光学投射仪通过的轴线上，偏差≤0.05mm。轴系艏基点6移植偏差≤0.05mm，模块与轴系理论中心偏差满足±1mm。

（4）数字化在线检测。用确切参数表征轴系精度，提高检测效率和检测精度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。