CN108180878A - 一种大型模块结构中甲板片安装误差控制方法 - Google Patents

一种大型模块结构中甲板片安装误差控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大型模块结构中甲板片安装误差控制方法，包括以下步骤：通过测量基站的测量和坐标转换，得到待安装甲板片各控制点坐标。根据甲板片安装技术要求，建立甲板片安装精度控制约束方程，并把甲板片各控制点坐标代入约束方程，检验各控制点坐标是否满足约束条件，若不满足则找出误差最大立柱，并以误差最大立柱高度值为设计变量进行优化得到使短立柱中心线偏移量最小的误差最大立柱高度值，再进行坐标变换得到的甲板片各控制点坐标，并带入约束方程。重复这一过程，直到甲板片各控制点坐标满足约束方程，并依据最大误差立柱高度值求出甲板片短立柱的修整量。本发明方法可以实现大型模块结构中甲板片安装误差的控制。

Description

一种大型模块结构中甲板片安装误差控制方法
技术领域
本发明涉及误差控制方法，尤其涉及大型模块中甲板片安装过程误差的控制方法。
背景技术
甲板片是海洋石油工程中大型模块的重要组成部分，甲板片上的短立柱支撑在大型模块结构各立柱上，短立柱与大型模块结构各立柱一一对应设置，甲板片的安装精度影响着大型模块的总体安装精度和建造效率。在大型模块结构建造安装过程中，经常出现甲板片本身的制造符合安装精度要求，但是由于本次甲板片安装之前已经安装的甲板片的制造误差和安装误差的积累，导致制造精度满足要求的甲板片在安装后无法满足安装精度要求的情况，增加了甲板片安装过程中反复吊装次数，降低安装效率并增加了大型模块甲板片的安装成本。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种使甲板片安装后满足大型模块安装的整体精度要求的大型模块结构中甲板片安装误差控制方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
大型模块结构中甲板片安装误差控制方法，包括以下步骤：
步骤一、以测量大型模块结构的多个第一测量基站中任意一个基站为原点，建立大型模块结构基准坐标系；以测量待安装甲板片的多个第二测量基站中任意一个基站为原点，建立待安装甲板片坐标系；
步骤二、通过多个第一测量基站同时测量大型模块结构中各立柱的位置坐标，并将测得的各立柱的位置坐标转换为大型模块结构基准坐标系中的坐标值；
步骤三、在制造工位上测量待安装甲板片的短立柱两端和主要梁上设置的测量控制点，得到待安装甲板片在待安装甲板片基准坐标系下的各控制点坐标；
步骤四、把待安装甲板片各控制点坐标转换到大型模块结构基准坐标系中，并使得待安装甲板片短立柱下端点和大型模块结构上立柱上端点的坐标重合，得到以当前待安装甲板片尺寸进行安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤五、依据甲板片安装的技术要求，以甲板片上短立柱中心线偏移量、甲板片安装的水平度和待安装甲板片上短立柱垂直度为约束条件，建立甲板片安装精度控制约束方程；
步骤六、把步骤四中求出的安装后各控制点坐标代入步骤五约束方程中，检查在当前待安装甲板片尺寸下各控制点坐标是否满足约束条件，如果待安装甲板片中各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束方程，则以甲板片上短立柱的中心线偏移量作为优化目标，通过最小二乘法建立精度优化模型，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，使待安装甲板片上短立柱的中心线相对理想位置的偏移量最小。若待安装甲板片中各控制点在基准坐标系中的坐标不满足约束方程，则进行步骤七；
步骤七、根据步骤二中得到的大型模块结构上各立柱在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，计算大型模块结构上每个立柱相对于其他各立柱高度差的绝对值之和，将高度差绝对值之和最大的立柱确定为误差最大立柱；然后把误差最大立柱的高度值作为设计变量，并将在该高度值下的待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系的坐标代入步骤五中的三个约束方程，并以待安装甲板片上短立柱中心线偏移量为优化目标，得到当待安装甲板片上短立柱中心线偏移量最小时对应的误差最大立柱的高度值，再根据最大立柱的高度值，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤八、重复步骤五-步骤七，直到待安装甲板片安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束条件，并得到各控制点调整定位后的位置坐标和最大误差立柱高度值，并根据最大误差立柱高度值求出待安装甲板片短立柱的修整量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在测量已安装甲板片控制点坐标和待安装甲板片尺寸的基础上，通过去除误差最大立柱的方法，求解出待安装甲板片的修整尺寸，进而在制造工位上对待安装甲板片进行预修整，从而使甲板片安装后满足大型模块安装的整体精度要求，实现大型模块结构中甲板片安装误差的控制。
附图说明
图1是大型模块结构中甲板片的结构示意图；
图2是本发明的大型模块结构中甲板片安装误差控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
如图2所示的本发明的大型模块结构中甲板片安装误差控制方法，包括以下步骤：
步骤一、以测量大型模块结构的多个第一测量基站中任意一个基站为原点，建立大型模块结构基准坐标系；以测量待安装甲板片的多个第二测量基站中任意一个基站为原点，建立待安装甲板片坐标系；
步骤二、通过多个第一测量基站同时测量大型模块结构中各立柱的位置坐标，并将测得的各立柱的位置坐标转换为大型模块结构基准坐标系中的坐标值；
步骤三、在制造工位上测量待安装甲板片1的短立柱2两端和主要梁3上设置的测量控制点，得到待安装甲板片在待安装甲板片基准坐标系下的各控制点坐标；
步骤四、把待安装甲板片各控制点坐标转换到大型模块结构基准坐标系中，并使得待安装甲板片短立柱下端点和大型模块结构上立柱上端点的坐标重合，得到以当前待安装甲板片尺寸进行安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤五、依据甲板片安装的技术要求，以甲板片上短立柱中心线偏移量、甲板片安装的水平度和待安装甲板片上短立柱垂直度为约束条件，建立甲板片安装精度(如：中心线偏移量、甲板片安装水平度和单层立柱垂直度的要求范围)控制约束方程，控制约束方程为如下：
待安装甲板片上短立柱的中心线偏移量约束方程：
其中，uxi′、uyi′分别为待安装甲板片上第i根短立柱上端点在大型模块结构基准坐标系中的x轴坐标及y轴坐标，dxi′、dyi′为待安装甲板片上第i根短立柱下端点在大型模块结构基准坐标系中的x轴坐标及y轴坐标，Xi、Yi为待安装甲板片上第i根短立柱上下端点在大型模块结构基准坐标系中的理论位置坐标，T为待安装甲板片上短立柱中心线偏移量允许公差。
待安装甲板片安装水平度约束方程：
其中，dmax为待安装甲板片梁上任意两个控制点在大型模块结构基准坐标系中z轴坐标之差的最大值，TS为待安装甲板片安装水平度允许公差。
待安装甲板片各个短立柱垂直度约束方程：
其中，TC为待安装甲板片各个短立柱垂直度公差。
步骤六、把步骤四中求出的安装后各控制点坐标代入步骤五约束方程中，检查在当前待安装甲板片尺寸下各控制点坐标是否满足约束条件，如果待安装甲板片中各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束方程，则以甲板片上短立柱的中心线偏移量作为优化目标，通过最小二乘法建立精度优化模型，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，使待安装甲板片上短立柱的中心线相对理想位置的偏移量最小。若待安装甲板片中各控制点在基准坐标系中的坐标不满足约束方程，则进行步骤七；
步骤七、根据步骤二中得到的大型模块结构上各立柱在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，计算大型模块结构上每个立柱相对于其他各立柱高度差的绝对值之和，将高度差绝对值之和最大的立柱确定为误差最大立柱(误差最大立柱的误差对大型模块结构整体安装精度影响最大，而每个立柱的偏移量误差对大型模块结构的整体安装精度影响由其相对其他全部立柱的位置误差决定)；然后把误差最大立柱的高度值作为设计变量，并将在该高度值下的待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系的坐标代入步骤五中的三个约束方程，并以待安装甲板片上短立柱中心线偏移量为优化目标(以甲板片上短立柱中心线偏移量为优化目标是因为当待安装甲板片短立柱中心线偏移量满足约束条件时，通常待安装甲板片水平度和待安装甲板片短立柱垂直度也满足约束条件，因此仅将待安装甲板片短立柱中心线偏移量为优化目标即可)，得到当待安装甲板片上短立柱中心线偏移量最小时对应的误差最大立柱的高度值。再根据最大立柱的高度值，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤八、重复步骤五-步骤七，直到待安装甲板片进行安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束条件，并得到各控制点调整定位后的位置坐标和最大误差立柱高度值，并根据最大误差立柱高度值求出待安装甲板片短立柱的修整量。

Claims (1)

1.大型模块结构中甲板片安装误差控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、以测量大型模块结构的多个第一测量基站中任意一个基站为原点，建立大型模块结构基准坐标系；以测量待安装甲板片的多个第二测量基站中任意一个基站为原点，建立待安装甲板片坐标系；
步骤二、通过多个第一测量基站同时测量大型模块结构中各立柱的位置坐标，并将测得的各立柱的位置坐标转换为大型模块结构基准坐标系中的坐标值；
步骤三、在制造工位上测量待安装甲板片的短立柱两端和主要梁上设置的测量控制点，得到待安装甲板片在待安装甲板片基准坐标系下的各控制点坐标；
步骤四、把待安装甲板片各控制点坐标转换到大型模块结构基准坐标系中，并使得待安装甲板片短立柱下端点和大型模块结构上立柱上端点的坐标重合，得到以当前待安装甲板片尺寸进行安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤五、依据甲板片安装的技术要求，以甲板片上短立柱中心线偏移量、甲板片安装的水平度和待安装甲板片上短立柱垂直度为约束条件，建立甲板片安装精度控制约束方程；
步骤六、把步骤四中求出的安装后各控制点坐标代入步骤五约束方程中，检查在当前待安装甲板片尺寸下各控制点坐标是否满足约束条件，如果待安装甲板片中各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束方程，则以甲板片上短立柱的中心线偏移量作为优化目标，通过最小二乘法建立精度优化模型，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，使待安装甲板片上短立柱的中心线相对理想位置的偏移量最小。若待安装甲板片中各控制点在基准坐标系中的坐标不满足约束方程，则进行步骤七；
步骤七、根据步骤二中得到的大型模块结构上各立柱在大型模块结构基准坐标系中的坐标值，计算大型模块结构上每个立柱相对于其他各立柱高度差的绝对值之和，将高度差绝对值之和最大的立柱确定为误差最大立柱；然后把误差最大立柱的高度值作为设计变量，并将在该高度值下的待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系的坐标代入步骤五中的三个约束方程，并以待安装甲板片上短立柱中心线偏移量为优化目标，得到当待安装甲板片上短立柱中心线偏移量最小时对应的误差最大立柱的高度值，再根据最大立柱的高度值，得到待安装甲板片各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标；
步骤八、重复步骤五-步骤七，直到待安装甲板片安装后的各控制点在大型模块结构基准坐标系中的坐标满足约束条件，并得到各控制点调整定位后的位置坐标和最大误差立柱高度值，并根据最大误差立柱高度值求出待安装甲板片短立柱的修整量。
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