船舶业发展新助力 | 便携式激光三维扫描仪为其提供省心省力的数字化思路
时间：2022-09-23 阅读：765
熟悉船舶工程和制造工艺的业内人士肯定知道，船舶建造多采用分段建造法，即将零件、预装好的部件在胎架上组合焊接成分段或总段，然后由船台装配成整船的建造方法。而当船体合拢组装时，在船体上遍布着各种各样的管道，这些管道都需要互相*适配以确保船体安装的完整。由于船体在生产过程中存在焊接和生产加工的偏差，并不能保证每部份船体都保持一致，这也导致后期在船体上很难布置管道。为了确保管道可以正确无误的安装在船体上，客户通常不会进行整根管道的安装方式，而是采取管道中间断开一段距离，然后通过测量手段将两管道法兰盘的相对距离测出，最后重新生产及安装一根管道将断开的管道连接起来。这就是合拢管的测量和制作过程。
当前国内大部分造船厂合拢管的制作方法基本仍停留在人工靠模取样，在船台、船务现场制作模板或修割管子的方式，*依赖工人经验和技能水平，工艺落后、劳动强度大却效率低、浪费材料且现场作业环境存在不安全因素；一些走在技术前沿的造船厂商则会采用较为先进的现场拉线测量合拢管的方式，虽有所改良，但受限于狭小的操作空间和障碍物的干扰，精度不高不说，还特别影响测量效率。
客户现有的测量解决方案
使用拉绳传感器测量一对法兰的相对空间位置。在一端法兰安装拉绳测量机，另一端法兰3个螺栓孔安装辅助定中装置，测量机从3个位置测量与另一端3个螺栓孔的距离，3组数据经计算得到两个法兰的相对位置。这是目前国内应用最多的测量方法。
两端法兰各选3个螺栓孔安装辅助定中反射靶点，测量现场也布置若干反光靶点，采用照相机多角度拍摄多张图片，经软件进行图片处理获得一对法兰的空间位置。
使用光笔测量机测量一对法兰的相对位置，两端法兰各选3个螺栓孔安装辅助定中装置，通过光笔测量机测量获得这6个点的空间坐标，经计算获得一对法兰的相对位置。
以上方法都要在螺栓孔装拆辅助定中装置，需拆装管端保护，现场安装架设测量设备，测量前的准备工作耗时较多。测量工作效率仍有很大提升空间。管子密集、空间狭小的情况下会导致测量受限，拉绳测量受限较多，且这种测量手段并不精确，测量时间较长，通常客户测量一个船体部分12根管道需要一天的时间，另外由于在船舱里进行测量时施工噪音、测量环境、安全等因素干扰，整体对操作人员的体能挑战非常之大。
而摄影测量、光笔测量虽然相对受限较少，但也都是需要通过逐对法兰测量，逐根合拢管数据处理和设计。下图这样的多管场景下，设计过程中无法进行多管走线和空间位置协调。因其走线有时并不协调，甚至发生干涉，且在设计阶段无从检查验证，要等到合拢时才发现。
CREAFORM 形创推荐的手持式三维扫描测量解决方案
在仔细聆听了客户的底层诉求，即客户需要快速采集两端法兰盘数据，两端间隔法兰盘通过底面和墙面公共数据连接，扫描完成后直接保存.STL格式数据，经过讨论之后，我们向客户推荐了其旗舰款计量级便携式激光三维扫描仪 HandySCAN BLACK 系列，该系列的三维扫描仪精度达 0.025mm，扫描区域广，由 11 条蓝色激光十字线覆盖，每秒测量次数高达 130 万次，可快速实现从数据采集到文件待用的工作流程。
2021年刚过完元旦新年，客户就邀请我们上门了，当我们带着设备进到船体内部进行扫描时，尽管此前已经做足了心理准备，但当看到现场环境的那一刻，还是倒吸了一口凉气。船体内空间非常有限，狭窄处仅容一人通过，周围环境也非常糟糕，所以客户要求快速又高精度的设备的用意一望而知，我们仅花了10 分钟左右的时间就完成了扫描，当然加上现场环境清理和贴点等准备工作，共计40分钟，与客户以往一整天的测量时间相比，确实有了质的飞跃！另外，为进一步完善该解决方案，CREAFORM 形创团队和客户一起潜心研究尽可能缩短准备时间的方案，经过深度讨论，终于总结出一个可行的方案：通过在磁性胶片或卡片上预设目标点，然后将其吸附在法兰、管子、支架、舱壁等位置，可快速完成目标点的布置和拆除，且重复利用率高；而对于非磁性材质的法兰，则可通过夹子、弹性卡扣快速固定。通过这个方案，准备时间随即缩短至 10 分钟。也就是说，从进入船体到离开，整个测量工作可控制在 20 分钟内完成。这无疑是十分理想的测量方案！
操作空间受限、狭窄处仅容一人通过
实现批量测量和批量设计
使用 CREAFORM 形创的计量级三维激光扫描仪 HandySCAN BLACK 对一个小区域的多对合拢管法兰进行批量扫描测量（见上图），测量后获取现场法兰管子的三维模型，然后将扫描数据导入 CREAFORM 形创的尺寸检测软件模块 VXinspect中提取数据特征、分析所测量的法兰盘之间的数据、生成 PDF 检测报告；当然，该三维扫描数据同样可以直接导入客户现有的 Geomagic ControlX、Polyworks等逆向工程软件中对模型进行数据处理。
单个法兰的数据处理工作可在 2 分钟内完成，即提取每个法兰4个螺栓孔的中心点三维坐标数据（见上图），获得法兰空间位置和姿态。然后将这些坐标数据导入造船厂现有的设计软件中（如SPD、AM、CATIA等）进行合拢管设计出图。由于便携式三维激光扫描仪可以一次扫描获取多对法兰的三维模型数据，同时覆盖其周边的参照物如舱壁、支架等，因此通过批量扫描的数据可实现多个合拢管的批量设计，并依托设计软件的三维场景直观查看各连接管的材质级别、表面处理、法兰标准等信息，在合拢管设计时有效控制管子的走线、更好地进行空间协调布局、规避障碍物。
进一步融合的解决方案
市场上现有的合拢管测量解决方案繁多，各大造船厂商的测量方法、设计软件、再现机及控制指令格式，都是自成体系各自独立，不能互相兼容。
通过将本三维扫描测量解决方案与现有的解决方案进行融合，即只改善获取数据的手段，通过三维扫描获取测量数据，然后将其导入船厂既有船舶设计软件进行设计，输出再现机指令，利用既有解决方案已经配置的再现机。只这一步，就可快速解决以往耗时费力的测量挑战，提升测量工作的效率和精度的同时，加速合拢管制作的效率。