CN107480405A - 一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，主要应用三维扫描逆向工程技术与增材制造技术，选择船舶锚泊系统的相对零点坐标，三维测量锚机特征尺寸及其关键点坐标，三维测量导链滚轮特征尺寸及其关键点坐标，三维测量锚链筒上口点坐标以及下口点坐标以及锚链筒内外径，分块三维扫描锚唇表面点云数据，并进行锚唇外形点云数据的处理，并进行计算机虚拟模拟泊锚试验，将锚唇应用旋转3D打印设备进行分层增材制造，最后装配锚泊系统，完成船舶锚系的误差诊断及修复。本发明的优点在于：在设计阶段准确诊断其故障并进行修复，弥补当前船舶锚系建造方面的缺陷，无论对于民船建造误差控制还是军舰建造误差控制都有非常重要的意义。

Description

一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法

技术领域

本发明属于船舶锚系建造领域，特别涉及一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法。

背景技术

当前船舶锚系建造过程中锚座、锚唇、锚链筒以及导链滚轮的建造精度难以控制。尤其是锚唇方面，一旦存在建造误差将会严重影响锚与锚唇的贴合状态。必要时锚唇需要重做。目前有相关船舶精度建造方法：

申请号为CN201010188201.0的发明专利一种圆筒形超深海钻井平台的分段建造精度控制方法提供了一种解决目前海洋工程中大型钻井平台主船体的精度控制的方法、提供了一种圆筒形超深海钻井平台的分段建造精度控制方法，一定程度降低质量损失和建造成本，但是也只是实现了模块化区域造船技术。

申请号为CN201410558190.9的发明专利一种新型麻坑板材预处理方法。造船单位一般要从钢材进货、堆放与贮存、钢材预处理、下料、分段建造和储存、分段建造精度控制、船体分段局部水洗的设备及工艺等方面开展研究，对与船舶锚系系统精度也是没有研究。

本发明专利主要弥补船舶锚系建造精度控制方面的缺陷，无论对于民船建造误差控制还是军舰建造误差控制都有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，能够在设计阶段诊断出锚系故障并进行修复，并在制造阶段加以验证，再次增材修复，从而降低锚系建造的成本，减少船舶建造周期。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，主要应用三维扫描逆向工程技术与增材制造技术，所述船舶锚泊系统包括锚座、锚唇、锚链筒、导链滚轮以及锚机；其创新点在于：应用三维测量技术获取锚系三维点云数据，进行点云数据处理，再进行锚系动力学分析，初步修改锚唇，设计新型锚唇结构，应用锚唇专用3D打印技术进行新型锚唇的增材制造，并进一步锚系试验验证及增材修复；即选择船舶锚泊系统的相对零点坐标，三维测量锚机特征尺寸及其关键点坐标，三维测量导链滚轮特征尺寸及其关键点坐标，三维测量锚链筒上口点坐标以及下口点坐标以及锚链筒内外径，分块三维扫描锚唇表面点云数据，并进行锚唇外形点云数据的处理，并进行计算机虚拟模拟泊锚试验，将锚唇应用旋转3D打印设备进行分层增材制造，最后装配锚泊系统，完成船舶锚系的误差诊断及修复。

进一步地，选择船舶泊锚系统的相对零点坐标O，选取锚链筒上口点坐标为相对零点坐标O（0,0,0）。

进一步地，三维测量锚机特征尺寸及其关键点坐标，锚机的特征尺寸包括锚机滚轮外圆直径、凹槽直径和宽度，锚链舱入口中心线与锚机中心线的距离，关键点坐标包括锚机中心点相对于零点坐标O的坐标。

进一步地，三维测量导链滚轮特征尺寸及其关键点坐标，导链滚轮的特征尺寸包括滚轮外圆直径、凹槽直径和宽度，关键点坐标包括导链滚轮中心点相对于零点坐标O的坐标。

进一步地，三维测量锚链筒上口点坐标以及下口点坐标以及锚链筒内外径，锚链筒上口点坐标与相对零点坐标重合为O，下口点坐标即锚链筒下口点相对于零点坐标O的坐标，测量出锚链筒外圆直径D、锚链筒内径d，相对零点O与下口点的连线即为锚链筒中心线，测量锚链筒中心线与甲板定位角度，测量锚链筒A-A平面与船体长度方向定位角度，锚链筒位置及外形特征即可确定。

进一步地，分区域三维扫描锚唇表面点云数据，分区域关键步骤包括定位上、下标记点与左、右标记点，依次连接上、下标记点与左、右标记点分别可得直线，锚唇底面外轮廓为一个椭圆，确定其椭圆长轴以及椭圆短轴，、、四条直线相交与点，根据四条直线将锚唇划分为八部分，在每部分划分边界处设置定位点,……；三维扫描包括在锚唇表面布置关键位置响应点、在锚唇表面喷涂感应漆、布置三维扫描仪位置、稀释锚唇点云数据、分别获取8条锚唇扫描点云轮廓拟合线、根据定位点,……将8条轮廓拟合线装配成整个锚唇的框架结构，最后根据拟合线生成锚唇表面；再设计锚唇内部结构，将锚唇设计为壳体，壳体的材料为铜合金，内部为环形网状栅格式结构进行支撑锚唇壳体，环形网状栅格的材料为工程塑料ABS，可达到减轻锚唇质量的同时增强其强度以及韧性。

进一步地，计算机虚拟模拟泊锚试验包括各锚系组件的虚拟装配和动力学参数设置。

进一步地，锚唇应用旋转3D打印设备进行分层增材制造，所述旋转3D打印设备由底座、旋转轴、Z轴导轨和X轴伸缩杆组成，将高度为H的锚唇根据3D打印每层铺放的厚度h进行层处理，进一步根据每层的模型数据规划铺放路径。

进一步地，装配锚泊系统，进行模拟泊锚试验，包括根据设定的相对零点坐标将各个部件装配成船舶锚泊系统，锚链经过导链滚轮、锚机滚轮沿着锚链舱入口中心线竖直往下，将锚座慢慢的拉升，直至与增材制造的锚唇外表面贴合，最终修复船舶锚系误差。

进一步地，根据锚座与增材制造的锚唇贴合状态进一步进行二次增材加工，直至锚座与锚唇达到四点贴合稳定状态。

本发明的优点在于：本发明船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，结合三维扫描逆向工程技术以及增材制造技术对船舶锚系整体组件进行严格精度控制，准确把握建造误差并严格控制建造误差，提高船舶锚系收放锚准确度，使得锚与锚唇准确贴合；即在设计阶段准确诊断其故障并进行修复，弥补当前船舶锚系建造方面的缺陷，无论对于民船建造误差控制还是军舰建造误差控制都有非常重要的意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所测船舶锚泊系总装结构图。

图2为本发明船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法的流程图。

图3为图1中锚机的放大结构示意图。

图4为图1中导链滚轮的放大结构示意图。

图5为图1中锚唇局部放大示意图。

图6为锚唇分区扫描示意图。

图7为锚唇点云轮廓线示意图。

图8为新型锚唇增材制造示意图。

图9为锚唇锚座贴合示意图。

图10为锚唇锚座贴合剖视图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例船舶锚泊系，设置在船体6上，如图1所示，在船体6上设有一锚座13，锚座13上设有锚杆卸扣12和轻环11，并通过导链滚轮7连接锚机1，锚机1的下方固定连接有锚链舱5，在锚链舱5内自上而下依次设置有锚链舱入口2、弃锚器3和锚链舱眼环4；在靠近船体6一侧的导链轮外设置有锚链筒8，且船体6上还设有锚台9，并通过锚台9设有连接锚链筒8的锚唇10。

本实施例船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，主要应用三维扫描逆向工程技术与增材制造技术，如图2所示，首先锚系三维点云数据采集，然后进行锚系点云轮廓提取，再进行锚系三维模型拟合、装配；接着锚系动力学分析，根据分析结果进行锚系关键尺寸修改，修改之后再进行锚系动力学分析，接着在进行增材制造锚唇，最后进行锚系试验验证及增材修复；具体步骤如下：

选取锚链筒8上口点O为船舶泊锚系统相对零点坐标O（0,0,0）。

三维测量锚机1特征尺寸及其关键点坐标，如图3所示，锚机1的特征尺寸包括锚机滚轮外圆直径、凹槽直径和宽度，锚链舱入口中心线与锚机中心线的距离，关键点坐标包括锚机中心点相对于零点坐标O(0，0，0)的坐标,以及锚机中心点与甲板之间的距离为。

三维测量导链滚轮7特征尺寸及其关键点坐标，如图4所示，包括滚轮外圆直径、凹槽直径和宽度，关键点坐标包括导链滚轮中心点相对于零点坐标O的坐标，锚链筒上口点O与导链滚轮中心线的距离，以及导链滚轮中心点与甲板之间的距离为。

三维测量锚链筒8特征尺寸及其关键点坐标，包括三维测量锚链筒上口点坐标,如图5所示， 锚链筒上口点坐标与相对零点坐标重合为O，即O(0，0，0),以及下口点坐标相对于相对零点的坐标以及锚链筒内径D、外径，下口点坐标即锚链筒下口点相对于零点坐标O的坐标，测量出锚链筒外圆直径D、锚链筒内径d，相对零点O与下口点的连线即为锚链筒中心线，测量锚链筒中心线与甲板定位角度，测量锚链筒A-A平面与船体长度方向定位角度，锚链筒位置及外形特征即可确定。

分区域三维扫描唇10表面点云数据，分区域关键步骤包括定位上标记点、下标记点与左标记点、右标记点，依次连接上、下标记点与左、右标记点分别可得直线，锚唇底面外轮廓为一个椭圆，确定其椭圆长轴以及椭圆短轴，、、四条直线相交与点，根据四条直线将锚唇划分为八部分，如图6所示，在每部分划分外边缘处设置定位点,……，内边缘处设置定位点,……，如图7所示，每部分交界处锚唇扫描点云轮廓拟合线最高点设置点位点,……。其中上标记点、下标记点与左标记点、右标记点可定位锚唇10在船体6上的位置，内外边缘定位点与锚唇轮廓线最高点定位点则定位锚唇每部分的相对位置。

三维扫描锚唇10包括在锚唇表面布置关键位置定位点、在锚唇表面喷涂感应漆、布置三维扫描仪位置、稀释锚唇点云数据、分别获取8条锚唇扫描点云轮廓拟合线，根据内外边缘定位点与锚唇轮廓线最高点定位点则定位锚唇每部分的相对位置，将8条轮廓拟合线装配成整个锚唇的框架结构，根据拟合线生成锚唇表面。最后设计锚唇内部结构，将锚唇设计为壳体，壳体的材料为铜合金，内部为环形网状栅格式结构进行支撑锚唇壳体，环形网状栅格的材料为工程塑料ABS，达到减轻锚唇质量同时增强其强度及韧性的效果。

设置计算机虚拟模拟泊锚试验，包括根据锚系相对零点坐标O将导链滚轮7、锚机1、锚唇10等锚系组件进行虚拟装配，并进行动力学参数设置包括设置第一节锚链的运动方向沿着锚链入舱口2向下运动，力的大小稍微大于锚链与锚座的重力，然后赋予其不锈钢材质，静摩擦系数设置为0.01，动摩擦系数设置为0.2等。

进行锚唇分层增材制造，如图8所示，设计包括底座14、旋转轴15、Z轴导轨16、X轴伸缩杆17组成的旋转3D打印设备，以及锚唇分层制造工艺，将高度为H的锚唇根据3D打印每层铺放的厚度h进行层处理，进一步根据每层的模型数据规划铺放路径。在锚唇3D打印机工作时，Z轴导轨绕着旋转轴相对于底座进行转动，X轴伸缩杆根据规划的铺放路径进行伸缩，每打印完下一层再打印上一层。

装配锚泊系统、进行模拟泊锚试验，包括根据设定的相对零点坐标将各个部件装配成船舶锚泊系统，锚链经过导链滚轮7、锚机1滚轮沿着锚链舱2入口中心线竖直往下，将锚座13慢慢的拉升，直至与增材制造的锚唇10外表面贴合。

二次增材修复，根据锚座13与增材制造的锚唇10贴合状态，贴合点分为四点，如图9和10所示，分别在B-B截面与C-C上的锚尖与锚座四点，如图所示B-B截面锚尖处没有贴合，C-C截面上两点全部贴合，那么整体锚座13与锚唇10贴合情况则为不稳定状态。针对B-B截面锚尖处的锚唇部分进行二次增材修复，直至锚座13与锚唇10达到四点贴合稳定状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，主要应用三维扫描逆向工程技术与增材制造技术，所述船舶锚泊系统包括锚座、锚唇、锚链筒、导链滚轮以及锚机；其特征在于：应用三维测量技术获取锚系三维点云数据，进行点云数据处理，再进行锚系动力学分析，初步修改锚唇，设计新型锚唇结构，应用锚唇专用3D打印技术进行新型锚唇的增材制造，并进一步锚系试验验证及增材修复；即选择船舶锚泊系统的相对零点坐标，三维测量锚机特征尺寸及其关键点坐标，三维测量导链滚轮特征尺寸及其关键点坐标，三维测量锚链筒上口点坐标以及下口点坐标以及锚链筒内外径，分块三维扫描锚唇表面点云数据，并进行锚唇外形点云数据的处理，并进行计算机虚拟模拟泊锚试验，将锚唇应用旋转3D打印设备进行分层增材制造，最后装配锚泊系统，完成船舶锚系的误差诊断及修复。

2.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：选择船舶泊锚系统的相对零点坐标O，选取锚链筒上口点坐标为相对零点坐标O（0,0,0）。

3.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：三维测 量锚机特征尺寸及其关键点坐标，锚机的特征尺寸包括锚机滚轮外圆直径、凹槽直径和宽 度，锚链舱入口中心线与锚机中心线的距离，关键点坐标包括锚机中心点相对于零点坐标O 的坐标。

4.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：三维测 量导链滚轮特征尺寸及其关键点坐标，导链滚轮的特征尺寸包括滚轮外圆直径、凹槽直径 和宽度，关键点坐标包括导链滚轮中心点相对于零点坐标O的坐标。

5.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：三维测 量锚链筒上口点坐标以及下口点坐标以及锚链筒内外径，锚链筒上口点坐标与相对零点坐 标重合为O，下口点坐标即锚链筒下口点相对于零点坐标O的坐标，测量出 锚链筒外圆直径D、锚链筒内径d，相对零点O与下口点的连线即为锚链筒中心线，测量锚 链筒中心线与甲板定位角度，测量锚链筒A-A平面与船体长度方向定位角度，锚链筒位 置及外形特征即可确定。

6.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：分区域 三维扫描锚唇表面点云数据，分区域关键步骤包括定位上、下标记点与左、右标记点，依次 连接上、下标记点与左、右标记点分别可得直线，锚唇底面外轮廓为一个椭圆，确定 其椭圆长轴以及椭圆短轴，、、四条直线相交与点，根据四条直线将锚唇 划分为八部分，在每部分划分边界处设置定位点,……；三维扫描包括在锚唇表面 布置关键位置响应点、在锚唇表面喷涂感应漆、布置三维扫描仪位置、稀释锚唇点云数据、 分别获取8条锚唇扫描点云轮廓拟合线、根据定位点,……将8条轮廓拟合线装配 成整个锚唇的框架结构，最后根据拟合线生成锚唇表面；再设计锚唇内部结构，将锚唇设计 为壳体，壳体的材料为铜合金，内部为环形网状栅格式结构进行支撑锚唇壳体，环形网状栅 格的材料为工程塑料ABS。

7.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：计算机虚拟模拟泊锚试验包括各锚系组件的虚拟装配和动力学参数设置。

8.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：锚唇应 用旋转3D打印设备进行分层增材制造，所述旋转3D打印设备由底座、旋转轴、Z轴导轨和X轴 1 伸缩杆组成，将高度为H的锚唇根据3D打印每层铺放的厚度h进行层处理，进一步根据 每层的模型数据规划铺放路径。

9.根据权利要求1所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：装配锚泊系统，进行模拟泊锚试验，包括根据设定的相对零点坐标将各个部件装配成船舶锚泊系统，锚链经过导链滚轮、锚机滚轮沿着锚链舱入口中心线竖直往下，将锚座慢慢的拉升，直至与增材制造的锚唇外表面贴合，最终修复船舶锚系误差。

10.根据权利要求9所述的船舶锚泊系故障诊断及增材修复的方法，其特征在于：根据锚座与增材制造的锚唇贴合状态进一步进行二次增材加工，直至锚座与锚唇达到四点贴合稳定状态。