CN109367693B - 一种船用大型设备基座的无余量安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用大型设备基座的无余量安装方法，采用全站扫描仪对设备基座所在甲板安装位置进行测量，利用标记点进行坐标系变换，将测得的点云数据与设计模型进行匹配，再将基座腹板、肘板平面对点云数据进行切片，并计算出基座下端与甲板对接的安装余量线的数据；根据计算出的安装余量线，执行对基座下端每块腹板、肘板进行余量切割；最后将无余量的基座直接进行定位安装，在复测基座面板、确认平面度符合精度要求后，完成基座焊接工作。本发明有效地解决了基座安装甲板平面度误差的影响，使大型设备基座下端的安装相贯线可得到精确测量、安装余量一次精确切割。

Description

一种船用大型设备基座的无余量安装方法

技术领域

本发明涉及设备安装的技术领域，具体地说是一种船用大型设备基座的无余量安装方法。

背景技术

目前船舶建造中，对大型设备基座的安装都采用试配式安装，即对基座进行余量制造，吊到现场进行人工测量、划线、人工修割、反复调整定位，来方法保证基座安装精度，作业负荷大，施工精度完全依赖于工人经验，且导致基座与安装面间隙超差，基座安装焊接后容易形成二次变形，使基座面板出现下垂或上翘，不利于设备的安装。随着船舶尤其是舰船对动力设备减振降噪的要求越来越严，基座的安装精度也越来越高，采用传统的试配式安装，很难保证安装精度，且施工环境恶劣，建造效率低下，不符合精益造船的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的船用大型设备基座的无余量安装方法，解决了基座安装甲板平面度误差的影响，使大型设备基座下端的安装相贯线可得到精确测量、安装余量一次精确切割。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种船用大型设备基座的无余量安装方法，其特征在于：安装步骤如下：a、测量大型设备基座本身的制造精度，确定设备基座的基本尺寸；b、在基座安装平台位置画出机座中心线及机座腹板和肘板的安装线，在腹板与肘板的交点处粘贴靶片作为标记点；c、采用全站扫描仪，确定坐标系，对基座安装面进行扫描测量，获取测量区域点云数据G＝(x_i,y_i,z_i)空间坐标值，以及单点测量标记点的空间坐标并进行记录；d、对c步骤中获得的点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，求得基座面板上的公共点坐标系位置；e、对点云数据进行处理，用腹板和肘板厚度方向中面的平面，对点云数据进行切片、计算，得到座腹板、肘板下沿的安装余量线；f、在内场将设备基座反置于调平后的胎架上，设定基座面板为基面xoy，基座中心线为y轴，中心线中点为坐标系原点，坐标系设定与d步骤中的公共点坐标系位置一致；g、根据e步骤中获得安装余量线对腹板和肘板下沿进行划线，然后采用数控切割装置对基座的每块腹板、肘板进行余量线切割；h、将设备基座调运至安装位置，按划线位置定位，在测量基座面板、确认平面度符合精度要求后，进行装焊，完成设备基座安装。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，可大大提高大型设备基座安装平面度精度和效率，涉及船舶各类安装平面度要求较高的大型设备基座的测量、安装余量切割及装焊；

2、本发明的技术方案，有效地解决了基座安装甲板平面度误差的影响，使大型设备基座下端的安装相贯线可得到精确测量、安装余量一次精确切割，甚至能在车间就完成对基座余量的精确切割，并在现场精准定位安装；

3、本发明改善了施工环境，缩短了施工周期，提高了安装精度，建造质量好，工作效率高，大大减轻了工人劳动强度。

附图说明

图1为本发明的大型设备基座的结构示意图。

图2为本发明的一实施例中基座安装位置划线示意图。

图3为本发明的一实施例C步骤中测得的电源和标记点数据。

图4为本发明的一实施例d步骤中标记点在基座面板上的投影点的示意图。

图5为本发明的一实施例d步骤中设计模型上的公共点示意图。

图6为本发明的一实施例e步骤中腹板、肘板平面对点云数据切片的示意图。

图7为本发明的一实施例e步骤中腹板切割余量线的示意图。

附图标记：

1大型设备基座、2标记点、3基座面板、4标记点在基座面板上的投影点、5设计模型上的公共点、6点云切片、7腹板、8余量线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

一种船用大型设备基座的无余量安装方法，具体参见图1，其与现有技术的区别在于：安装步骤如下：a、测量大型设备基座本身的制造精度，确定设备基座的基本尺寸；b、在基座安装平台位置画出机座中心线及机座腹板和肘板的安装线，在腹板与肘板的交点处粘贴靶片作为标记点；c、采用全站扫描仪，确定坐标系，对基座安装面进行扫描测量，获取测量区域点云数据G＝(x_i,y_i,z_i)空间坐标值，以及单点测量标记点的空间坐标并进行记录；d、对c步骤中获得的点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，求得基座面板上的公共点坐标系位置；e、对点云数据进行处理，用腹板和肘板厚度方向中面的平面，对点云数据进行切片、计算，得到座腹板、肘板下沿的安装余量线；f、在内场将设备基座反置于调平后的胎架上，设定基座面板为基面xoy，基座中心线为y轴，中心线中点为坐标系原点，坐标系设定与d步骤中的公共点坐标系位置一致；g、根据e步骤中获得安装余量线对腹板和肘板下沿进行划线，然后采用数控切割装置对基座的每块腹板、肘板进行余量线切割；h、将设备基座调运至安装位置，按划线位置定位，在测量基座面板、确认平面度符合精度要求后，进行装焊，完成设备基座安装。

具体来说，该方法可大大提高大型设备基座安装平面度精度和效率，涉及船舶各类安装平面度要求较高的大型设备基座的测量、模拟装配及安装。

在一个具体的实施例中，图1是一种典型的主机基座，基座制造精度应满足相应工艺规范，基座面板已铣平，其详细无余量安装的实施步骤如下：

a、测量大型设备基座本身的制造精度，确定设备基座的基本尺寸；

b、在基座安装平台位置画出机座中心线及机座腹板和肘板的安装线，在腹板与肘板的交点处粘贴靶片作为标记点，如图2所示；

c、采用全站扫描仪，确定坐标系，对基座安装面进行扫描测量，获取测量区域点云数据G＝(x_i,y_i,z_i)空间坐标值，以及单点测量标记点的空间坐标并进行记录，测得的点云数据及标记点数据如图3所示；

d、对c步骤中获得的点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，求得基座面板上的公共点坐标系位置；

e、对点云数据进行处理，用腹板和肘板厚度方向中面的平面，对点云数据进行切片、计算，得到座腹板、肘板下沿的安装余量线；

f、在内场将设备基座反置于调平后的胎架上，设定基座面板为基面xoy，基座中心线为y轴，中心线中点为坐标系原点，坐标系设定与d步骤中的公共点坐标系位置一致；

g、根据e步骤中获得安装余量线对腹板和肘板下沿进行划线，然后采用数控切割装置对基座的每块腹板、肘板进行余量线切割；

h、将设备基座调运至安装位置，按划线位置定位，在测量基座面板、确认平面度符合精度要求后，进行装焊，完成设备基座安装。

进一步，d步骤中，点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，坐标变换过程如下：

(1)公共点采腹板与肘板划线位置的标记点在基座面板上的投影点，图4所示；

(2)由于全站扫描仪测量时需进行调平，且带有自动补偿功能，架设站位坐标系可认为是Z轴垂直向上，在水平面(xoy)的投影即为(x_i,y_i,0)，假定安装后基座面板水平，这些标记点在基座面板上的投影点空间坐标值即为

h为基座的设计高度值，z为所有标记点垂向上的均值

(3)将基于实测结果计算出的公共点与基座设计参数下的公共点进行匹配。假定基座腹板、肘板安装余量修割时，倒置于胎架上，设定中心线为y轴，垂向为z轴，基座中心线中点为原点，根据基座的设计参数，容易求得基座面板上的公共点坐标为(x’_i,y’_i,0)，图5所示。

(4)利用公共点求解空间坐标转换参数，平移参数ΔX、ΔY、ΔZ，旋转参数f、w、k，依公式：

式中，设船上基座安装位置测量时的坐标系为A，余量修割时坐标系定义为B，将A站转换到B。其中R为旋转矩阵，公式如下。

将两个坐标系下的公共点坐标代入，利用高斯-牛顿法求解非线性方程组，可求得坐标转换数ΔX、ΔY、ΔZ、f、w、k；

(5)利用求得的坐标变换参数，依第四步(4)中公式将点云数据坐标系变换到余量修割时设定坐标系下，得到坐标转换后点云数据G′。

更进一步，e步骤中，具体得到余量线的步骤如下，

(1)计算点云密度p，在点云中随机抽取n个点，对每个点g_i，在点云数据内找到与其距离最小的m个点，计算出点与g_i的距离D_i，对所有的D_i求平均值得到点云密度p，依公式：

(2)根据设计参数，求出每个腹板和肘板厚度方向中面的平面C_i；

(3)用腹板和肘板厚度方向中面的平面C_i，对点云数据进行切片，切片厚度δ＝4p，可得到切片后的点云子集G_i，图6所示；

(4)将点云子集G′_i在切片平面上进行投影，得到曲线点集X_i；

(5)对曲线点集X_i进行三次B样条曲线插值拟合，得到拟合曲线。该拟合曲线即为座腹板、肘板下沿的安装余量线，图7为安装余量线。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种船用大型设备基座的无余量安装方法，其特征在于：安装步骤如下：a、测量大型设备基座本身的制造精度，确定设备基座的基本尺寸；b、在基座安装平台位置画出机座中心线及机座腹板和肘板的安装线，在腹板与肘板的交点处粘贴靶片作为标记点；c、采用全站扫描仪，确定坐标系，对基座安装面进行扫描测量，获取测量区域点云数据G＝(x_i,y_i,z_i)空间坐标值，以及单点测量标记点的空间坐标并进行记录；d、对c步骤中获得的点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，求得基座面板上的公共点坐标系位置；e、对点云数据进行处理，用腹板和肘板厚度方向中面的平面，对点云数据进行切片、计算，得到座腹板、肘板下沿的安装余量线；f、在内场将设备基座反置于调平后的胎架上，设定基座面板为基面xoy，基座中心线为y轴，中心线中点为坐标系原点，坐标系设定与d步骤中的公共点坐标系位置一致；g、根据e步骤中获得安装余量线对腹板和肘板下沿进行划线，然后采用数控切割装置对基座的每块腹板、肘板进行余量线切割；h、将设备基座调运至安装位置，按划线位置定位，在测量基座面板、确认平面度符合精度要求后，进行装焊，完成设备基座安装；d步骤中，点云数据进行坐标变换与基座设计参数进行匹配，坐标变换过程如下：d1、公共点采腹板与肘板划线位置的标记点在基座面板上的投影点；d2、由于全站扫描仪测量时需进行调平，且带有自动补偿功能，架设站位坐标系可认为是Z轴垂直向上，在水平面xoy的投影即为(x_i,y_i,0)，假定安装后基座面板水平，这些标记点在基座面板上的投影点空间坐标值即为

h为基座的设计高度值，z为所有标记点垂向上的均值

d3、将基于实测结果计算出的公共点与基座设计参数下的公共点进行匹配。假定基座腹板、肘板安装余量修割时，倒置于胎架上，设定中心线为y轴，垂向为z轴，基座中心线中点为原点，根据基座的设计参数，容易求得基座面板上的公共点坐标为(x’_i,y’_i,0)；

d4、利用公共点求解空间坐标转换参数，平移参数ΔX、ΔY、ΔZ，旋转参数f、w、k，依公式：

式中，设船上基座安装位置测量时的坐标系为A，余量修割时坐标系定义为B，将A站转换到B；其中R为旋转矩阵，公式如下：

将两个坐标系下的公共点坐标代入，利用高斯-牛顿法求解非线性方程组，可求得坐标转换数ΔX、ΔY、ΔZ、f、w、k；

d5、利用求得的坐标变换参数，依第四步(4)中公式将点云数据坐标系变换到余量修割时设定坐标系下，得到坐标转换后点云数据G′；

e步骤中，具体得到余量线的步骤如下，

e1、计算点云密度p，在点云中随机抽取n个点，对每个点g_i，在点云数据内找到与其距离最小的m个点，计算出点与g_i的距离D_i，对所有的D_i求平均值得到点云密度p，依公式：

e2、根据设计参数，求出每个腹板和肘板厚度方向中面的平面C_i；

e3、用腹板和肘板厚度方向中面的平面C_i，对点云数据进行切片，切片厚度δ＝4p，可得到切片后的点云子集G_i’；

e4、将点云子集G_i’在切片平面上进行投影，得到曲线点集X_i；

e5、对曲线点集X_i进行三次B样条曲线插值拟合，得到拟合曲线；该拟合曲线即为座腹板、肘板下沿的安装余量线。

Images