CN121876830A - 一种markⅲ货物围护系统货舱尺寸测量方法 - Google Patents

Abstract

一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，将货舱分为10个面，共计16个角点，在艏面和艉面的中心设置激光跟踪仪，在每个角点所对应的三个面内设置多个靶球，利用激光跟踪仪对角点所对应的三个面内的靶点进行探测，探测结束后，即可在polyworks软件中创建平面，角点所对应的三个平面创建完成后，三个平面相交形成的交点坐标即为当前角点的三维坐标，依次测量得到16个角点的三维坐标。将角点三维坐标输入EXCEL中，直接得到货舱线段和对角线的长度。本发明的这种方法使得测量次数减少，从原来的64次减少为16次，减少75%。人工工时减少，原方法需要20人测量2天，本方法需要5人测量1天，工时减少87.5%。提高了测量精度高，避免计算错误。

Description

一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法

技术领域

本发明属于海上船舶建造及设计领域，具体涉及一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法。

背景技术

MARK Ⅲ 型货物围护系统（以下简称货围）LNG船的货舱为八棱柱型，每个货舱共10个面，分别为A、B、C、D、E、F、G、H、J、K面，见图1。

货围施工最主要的材料之一是绝缘板，通过螺母螺柱和树脂胶水固定在货舱舱壁上，其中螺柱提前焊接在舱壁上。为了保证螺柱定位准确，且绝缘板安装的位置满足公差，需要在每个舱壁上划出一条条网格线，绝缘板就安装在网格线内。

为了保证网格线划线位置准确，需要预先在每个舱面上划出横纵两条基准线，划网格线时以基准线为基准，避免累计误差。

MARK Ⅲ 型货围系统的主层屏壁为不锈钢波纹板，为了保证主层屏壁的密性，波纹必须连续，波纹在相邻面也必须能够连续。因此波纹板划线在相邻面也必须连续。而波纹板焊接在绝缘板上，波纹板线由绝缘板网格线返线得到，所以在划绝缘板基准线之前，就必须测量整舱的尺寸，通过整体考虑，保证相邻面划线的连续性。

根据工艺要求，在货舱划线之前，需要测量货舱24个边长和40个对角线长（见图2、3）。

对于边长，常规的测量方法为使用激光测距仪，逐个测量24条边的边长。

对于对角线，常规测量方法需要用到专用的对角尺寸测量工装（见图4）。工装为扇形，角度与舱壁夹角相匹配，常规LNG船货舱共有四种角度，分别为90°、135°、108.4°、161.6°。每组工装有2个，一个附带放置激光测距仪的盒子（测距仪可在工装上移动），一个为对角线标靶工装，测距仪与工装圆心的距离a和标靶工装半径b都是固定值。测量时，将两个扇形工装对角放置，确保工装与三个面同时接触，测量测距仪与标靶工装的距离c，则对角线长为a+b+c。以此逐个测量出40条对角线长。

常规货舱尺寸测量的缺点如下：

（1）测量的次数过多，单舱需测量64次，需求的人力和周期较长。

（2）测距仪在较长的距离下公差较大。根据现场使用经验，发现在50m测量范围时（货舱总长约50m），测距仪测量的偏差可达10mm以上。且长距离测量时测距仪发射的激光斑点模糊，难以确定测量位置的准确性。

（3）对角线测量方法存在较大误差。对角线测量时，工装的精度存在一定误差，由于舱壁变形工装与舱壁无法紧贴也会产生一定误差。多重误差累计，使该方法存在较大的系统性误差。

（4）C面对角线测量困难。货舱内的安装平台（货围施工所需的脚手架）支撑腿坐落于C面，由于支撑腿数量较多，会阻挡激光，使用激光测距仪测量C面对角线操作困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，旨在达到减少测量次数的同时，保证测量数据精准的目的，其所采用的技术方案如下：

一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，货舱共有10个面，分别为艏面、艉面、左舷面、右舷面、顶面、底面、左上面、右上面、左下面、右下面，三个相邻面形成一个角点，共计16个角点。

S1：将激光跟踪仪固定于货舱的艏面或艉面的中心，在每个角点所对应的三个面内设置多个靶球，靶球靠近相邻角点，多个靶球之间分散、上下交错设置。

S2：在艏面、艉面的激光跟踪仪位置处使用激光笔对左舷面和右舷面内的靶球同时照射，观察激光是否能同时探测到左舷面和右舷面内所有的靶球，若某处靶球无法被探测到，需要将其移位，保证左舷面和右舷面内的靶球可同时被两个位置的激光笔照射到。

S3：向polyworks操作软件中输入靶球的实际直径，利用激光跟踪仪对当前角点所对应的三个面内的靶点进行第一次探测，第一次探测结束后，提起靶球，再进第二次探测，第二次探测结束后，即可在polyworks软件中创建平面，当前角点所对应的三个平面创建完成后，三个平面相交形成的交点坐标即为当前角点的三维坐标。

采用步骤S3的方法依次测量得到16个角点的三维坐标。

S4：计算边长和对角线

将16个角点的三维坐标输入至excel表格中，通过公式两点之间距离=得到各角点对应的边长或对角线尺寸。

其中，X1、X2为两个角点的X坐标。

Y1、Y2为两个角点的Y坐标。

Z1、Z2为两个角点的Z坐标。

最终在excel表中输出货舱24条边长和40条对角线的尺寸。

S5：对结果进行检验，将计算出的边长和对角线尺寸与理论尺寸进行对比，检查其是否超差，若某些数据超差过大，通过盘尺或测距仪直接测量的方法复测该数据，对比其与激光跟踪仪测量数据的偏差，若偏差在规定范围内，即可采信激光跟踪仪测量数据。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，在货舱艏面或艉面中心使用美纹胶带粘贴出一个方框，将激光跟踪仪底座通过底座固定到方框内的舱壁上。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，靶球底座通过热熔胶与舱壁固定。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，靶球与相邻角点的距离在100mm~300mm之间。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，激光跟踪仪通过底座固定在舱壁上，底座厚度+激光跟踪仪高度＜安装平台每层边界至舱壁距离。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，关于步骤S3，先对艏面或艉面其中一个面上的8角点进行测量，测量完毕后，再测量另一个面上的8个角点。

上述一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，更进一步地，为保证激光跟踪仪移位前后测量的数据统一在一个坐标系内，在测量完一个面上的8个角点后，需在polyworks软件上进行蛙跳操作，再测量另一个面上的8个角点。

本发明的有益效果是：

1.测量次数减少，从原来的64次减少为16次，减少75%。

2.人工工时减少，原方法需要20人测量2天，本方法需要5人测量1天，工时减少87.5%。

3.测量精度高，在货舱内长距离测量（最长约60m）时，测距仪的测量误差＞10mm，而激光跟踪仪的误差＜1mm，精度提高90%。

4.本方法全程通过电脑记录和计算，避免了人工抄录导致的错误。

5.通过excel工作表输入公式计算，可以一次输入，多次使用，同时避免计算错误。

附图说明

图1是货舱10个面分布图。

图2是货舱需要测量的对角线示意图一。

图3是货舱需要测量的对角线示意图二。

图4是现有测量装置结构示意图。

图5是激光跟踪仪及靶球示意图。

图6是探测角点相邻的三个平面。

图7是取消勾选偏差较大的目标。

图8是EXCEL表计算边长示意图。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如图6所示的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，激光跟踪仪是一种便携式高精度三维坐标测量设备。它以激光为测量手段，配有绕两个轴转动的激光发射机构和反射靶球（以下简称靶球），见图5。测量时激光跟踪仪发射激光至靶球中心，靶球内有三面镜，将激光反射至激光跟踪仪。通过激光反射速度确定距离，通过设备内的角度编码器确定激光发射角度，二者结合即可确定标靶所在位置的三维坐标。具体步骤如下：

S1：将激光跟踪仪通过激光跟踪仪底座吸附于货舱D面

激光跟踪仪底座主要由环形框架、十字结构、激光跟踪仪连接件和磁铁组件构成，该底座的厚度不应太大，底座厚度+激光跟踪仪高度＜安装平台每层边界至舱壁距离。

安装平台为货舱内施工的脚手架，每层安装平台边界与舱壁存在一定距离，是货围施工所需的空间。

S2：在货舱艏面和艉面（即D、B面）中心附近使用美纹胶带粘贴出一个方框，将激光跟踪仪底座通过磁铁组件:吸附到货舱D面的方框内的舱壁上，然后将激光跟踪仪通过设备连接件固定到激光跟踪仪底座上。

确定靶球底座位置，靶球底座是承载靶球的基座，由圆柱形外壳和磁铁组成，圆柱形外壳顶面有一个球面型凹槽，凹槽与靶球尺寸匹配，使用时将靶球底座通过磁铁吸附到舱壁上，将靶球放在圆柱形外壳的凹槽里，通过磁铁可保证靶球固定。

在F面和J面各放置一些靶球底座，靶球底座位置应分散，上下错开。作为激光跟踪仪转站的参考点，保证激光跟踪仪移动前后测量的点在一个坐标系内。

在D面激光跟踪仪旁使用激光笔照射，观察激光是否能探测到F、J面上的靶球底座，而不被安装平台立柱阻挡。若某处靶球底座无法被探测到，需要将其移位。同步在B面方框位置使用激光笔照射，从而保证所有固定靶座可同时被两个位置的激光笔探测到。

确定靶球底座位置后，使用热熔胶进一步将其与舱壁粘牢，防止船体震动导致其移位。磁吸形式方便安装，但无法长期固定，船体震动/放置靶球都可能导致靶球底座移位影响精度，因此需要热熔胶固定。

激光跟踪仪开机和探测，按设备操作流程，将激光跟踪仪打开，校正精度。在设备操作软件，本发明采用polyworks操作软件，中设置靶球直径与实际靶球直径一致。

S3：以测量角点CDK为例：

在polyworks软件中选择创建平面，创建方式为探测。D面角点所对应的三个面，每个都设置5个靶球放置点，如图6所示，这些点与角点距离在100~300mm之间。靶球紧贴舱壁，依次探测，探测结束后，提起靶球，再探测一次，探测出的平面即可与D面一致。按此方法探测出C面和K面，每个面都设置5个靶球并测量，即可完成角点CDK的测量。

货舱内边的命名方式为：“边”+该边所在的两个面，如D面的边命名为：边DA、边DE、边DF等;角点的命名方式为：“角点”+该角点所在的三个面，如D面的角点命名为：角点ADE、角点CDK等。

在polyworks软件中，选取已探测出的D、C、K面，创建点，创建方式为从三平面相交，即可得到角点CDK的三维坐标。

安装步骤S3的方法依次探测出D面8个角点，共计测量24个小平面、120个点。在polywork软件中操作，得到这8个角点的三维坐标，提取并输出这8个角点的三维坐标。

由于货舱三面相交处存在焊缝、转弧板等情况，且靶球本身体积较大，故无法直接探测出角点的三维坐标，需要通过探测相邻三个面、再相交的方法，间接探测出角点三维坐标。

激光跟踪仪蛙跳，蛙跳是指通过一些操作和设置，保证激光跟踪仪移位前后测量的数据统一在一个坐标系内的操作。在LNG船货舱内，由于安装平台结构阻挡，无法在一个位置探测出所有角点坐标，故需进行蛙跳操作。

在polyworks软件中选择定义测量的设备位置目标，将靶球依次放置在步骤2中F、J面上放置的靶球底座上，逐个探测出靶球底座的坐标，作为激光跟踪仪移位前后统一坐标系的参考点。

D面内所有角点测量完毕后，在polyworks软件中选择移动设备，将激光跟踪仪移至B面的方框内，使用靶球再次探测所有靶球底座的坐标。在polyworks软件中取消勾选偏差较大的目标，保留的目标要在3个以上并尽可能多，如图7所示。

S4：探测B面角点，按照步骤S3的方法，探测并输出B面8个角点的三维坐标。

计算边长和对角线

在三维空间中，两个靶球之间的距离=。为减少计算工作量，在excel表格中输入上述公式，并输入16个角点坐标，即可在另一个位置生成对应的边长或对角线尺寸，如图8所示。

如图8所示，在Excel表格中B3、C3、D3为角点ABE的X、Y、Z坐标，在Excel表格中B13、C13、D13为角点HBA的X、Y、Z坐标，则二者的距离（也就是边长BA）的公式为“=((B3-B13)^2+(C3-C13)^2+(D3-D13)^2)^0.5”。

角点ABE的三维坐标为（-24722.5，-10411.9，17242.5），角点HBA的三维坐标为（-24722.5，10411.9，17242.5），则二者的距离==20823.8。

按步骤S4的方法在excel工作表中输入货舱24条边长和40条对角线的计算公式，计算出所有边长和对角线尺寸。

S5：将计算出的边长和对角线尺寸与理论尺寸进行对比，检查其是否超差，若某些数据超差过大，通过盘尺或测距仪直接测量的方法复测该数据，对比其与激光跟踪仪测量数据的偏差，若偏差在一定范围内，即可采信激光跟踪仪测量数据。

Claims (7)

1.一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，货舱共有10个面，分别为艏面、艉面、左舷面、右舷面、顶面、底面、左上面、右上面、左下面、右下面，三个相邻面形成一个角点，共计16个角点；

S1：将激光跟踪仪固定于货舱的艏面或艉面的中心，在每个角点所对应的三个面内设置多个靶球，靶球靠近相邻角点，多个靶球之间分散、上下交错设置；

S2：在艏面、艉面的激光跟踪仪位置处使用激光笔对左舷面和右舷面内的靶球同时照射，观察激光是否能同时探测到左舷面和右舷面内所有的靶球，若某处靶球无法被探测到，需要将其移位，保证左舷面和右舷面内的靶球可同时被两个位置的激光笔照射到；

S3：向polyworks操作软件中输入靶球的实际直径，利用激光跟踪仪对当前角点所对应的三个面内的靶点进行第一次探测，第一次探测结束后，提起靶球，再进第二次探测，第二次探测结束后，即可在polyworks软件中创建平面，当前角点所对应的三个平面创建完成后，三个平面相交形成的交点坐标即为当前角点的三维坐标；

采用步骤S3的方法依次测量得到16个角点的三维坐标；

S4：计算边长和对角线

将16个角点的三维坐标输入至excel表格中，通过公式两点之间距离=得到各角点对应的边长或对角线尺寸；

其中，X1、X2为两个角点的X坐标；

Y1、Y2为两个角点的Y坐标；

Z1、Z2为两个角点的Z坐标；

最终在excel表中输出货舱24条边长和40条对角线的尺寸；

S5：对结果进行检验，将计算出的边长和对角线尺寸与理论尺寸进行对比，检查其是否超差，若某些数据超差过大，通过盘尺或测距仪直接测量的方法复测该数据，对比其与激光跟踪仪测量数据的偏差，若偏差在规定范围内，即可采信激光跟踪仪测量数据。

2.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，在货舱艏面或艉面中心使用美纹胶带粘贴出一个方框，将激光跟踪仪底座通过底座固定到方框内的舱壁上。

3.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，靶球底座通过热熔胶与舱壁固定。

4.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，靶球与相邻角点的距离在100mm~300mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，激光跟踪仪通过底座固定在舱壁上，底座厚度+激光跟踪仪高度＜安装平台每层边界至舱壁距离。

6.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，关于步骤S3，先对艏面或艉面其中一个面上的8角点进行测量，测量完毕后，再测量另一个面上的8个角点。

7.根据权利要求1所述的一种MARKⅢ货物围护系统货舱尺寸测量方法，其特征在于，为保证激光跟踪仪移位前后测量的数据统一在一个坐标系内，在测量完一个面上的8个角点后，需在polyworks软件上进行蛙跳操作，再测量另一个面上的8个角点。