光學式三次元量測系統TRITOP在造船中的應用

光學式三次元量測系統TRITOP CMM

今天,成功、安全、低成本的建設和維護的一艘船舶,需要一個由知識,經驗和船匠構成的智能組合。高端CAD-Programs和光學測量系統的集成增強了 造船行業的精度,提高了成本效率。光學式三次元 TRITOP CMM搭配現代CAD / CAM系統和CNC加工機可以快速製造的零部件備品。船在幹塢的宕機從幾個月減少到數天。光學式三次元量測技術增加造船行業在修復和重建船隻時的效率和精 度。

De Kooiman集團的業務更上一層樓

荷蘭Zwijndrecht的De Kooiman國際集團,專門從事維修,改裝和加工135米以內大小船舶的企事業。位於“Swin-haven”的船廠可以提供了完美的外海及內河運輸方 式。1884年創立公司的Rinus Kooiman董事和他的兄弟回顧長期成功的歷史:​​“在我們的設計部門、船匠和機械設備的支持下,我們有能力來執行新建大,小修理等所有的任 務”,Rinus Kooiman董事解釋到“我們公司擁有完整的裝備以及最新的硬件如船台,現代港口,舾装和起重能力”,Rinus Kooiman繼續補充到“但對於船舶維修和大修我們經歷了非常長的宕機。損壞的船隻通常要到船廠維修(需要良好的手工工藝)。當使用現代CAD系統和數 字切削機準備好所有的備件時,停機維修的宕機就可以減少很多”

De Kooiman 船廠邁向數位化

在設計部辦公室,Rinus Kooiman董事和他的兄弟在過去的幾年中投資了一個包括高端工程平台在內的最先進的CAD技術。CAD系統的輸入但是還是需要手工製作的模板和對其的測量結果

Kooiman船廠重工業部門的Peter Vrolijk解釋說“管理的願景是最大化的減少宕機時間。因此有必要利用先進的光學式三次元將數位資料輸入至CAD系統內”。

因此船廠開始在工業計量市場調查可用的三維測量和掃描技術。一個叫Muhlhoff的前衛的船舶3D設計師把一個為全球範圍客戶提供利用光學測量系統進行 3D掃描並數位化,變形測量和質量控制的公司–GOM mbH介紹給了De Kooiman集團。GOM mbH,這個在光學測量系統領域有豐富經驗的公司,建議Kooiman公司試試基於數碼相機的攝影測量解決方案,標記和軟體的光學式三次元TRITOP CMM系統(圖1)。

圖1:TRITOPCMM測量系統:攝影測量相機配件,不干膠和磁性標記、基本體適配

攝影測量原理:光學式三次元量測系統

光學式三次元 TRITOP CMM是一個可以精確地確定指定對象的三維坐標點的便攜式光學測量系統,。通過自粘或磁性在測量前計量點可以很容易的分部在被測物表面。然後使用光學式三次元TRITOP CMM的攝影測量相機從不同視角測量對象(圖2)。

圖2:在幹船塢使用的移動光學TRITOPCMM系統。
系統和配件可由單人輕易地攜帶,該系統還可以在沒有外部電源的情況下測量和評價

基於所有捕獲的二維圖像計算機通過光束法平差的方法可自動計算被測點的三維坐標(圖3和圖4​​)。兩個經過認證的比例尺條可以保證測量結果的準確性和過 程安全。類似於圓柱、孔,球形,邊界線等標準形狀可以通過使用相應的適配器測量。 TRITOP-Software也有很強的檢測和分析的能力, 3D坐標可用來測量尺寸,與CAD-Data比對,測量GD&T或導出測量報告和Excel-Sheets.

數據也可以導出為IGES文件為逆向工程所用,就像Kooiman公司的這個案子一樣(圖4)。TRITOP CMM系統非常機動和​​靈活,整個設備由相 機,筆記本電腦和比例尺箱組成,可以由一個人很容易地攜帶,測量過程也只需要一個操作人員。由於數據採集由照相機進行,且通過一台筆記本電腦就可以評估測 量數據,所以記錄和測量項目不需要外部電源。

圖4:在TRITOP軟體中的一系列二維圖像三維坐標測量

三維測量系統的選擇和測試:內部和外部

“當然我們只想投資最合適的三維測量技術。所以我們在看像Terrestrial的激光掃描和攝影測量這樣不同的技術”Peter Vrolijk描述了擇適當的系統的挑戰“我們也想確保測量系統能夠執行我們所有的要求,所以我們對這個系統定義了許多的挑戰”他補充到.

被選中的系統除了能完成測量外部船身外殼的任務也需要能夠執行測量內部的小型隔間的任務。這裡的挑戰是如何在只有有限的空間和很短的測量距離的情況下執行 一個可靠的測量是一個挑戰。所以光學式三次元TRITOP CMM系統必須證明測量類似截面,肋骨,樑和機艙後面的螺旋槳6米X6米的框架等外形尺寸和內在強化結構的 能力。雖然一個人是無法站在艙的上方(由於橫樑和斷面),光學式三次元TRITOP CMM測量系統還是在幾個小時內就創建了一個完美的3D空間幾何佈局(圖5),利用 這個佈局可以很容易,很順利的將特殊部件整合組裝到船艙中。

圖5:在狹窄的空間裡測量加強筋、垂直框架和羅斯梁獲得房間的佈局空間幾何
(導出的IGES格式中的平面、線、點和圓)

從小型修理大修:75長船的3D逆向工程

第二個需求是測量在幹船塢的一艘需要重建的船體的外殼。

在比利時安特衛普的港口需要一艘與現有的75米長的為其它船隻提供石油和汽油的和船隻的複制船來滿足即將到來的EU-laws和安全要求,為了設計第二船 體形狀,Kooiman的工程辦公室需要整個現有的船體的形狀。第二個需求是測量在幹船塢的一艘需要重建的船體的外殼。

傳統方法是創建木模板和用捲尺測量尺寸等傳統技術,這個典型的宕機需要4至5個星期。現在的目標是要提高3D掃描的品質以及顯著降低宕機時間。這也就是我們常說的逆向工程技術。

從上到下,從右舷到左舷定義了若干標記用來準備船體每個測量部分。捕捉船體周圍的照片是很重要的,可用起重機使攝影者“飛”在船上方,以便他能在不同的方 向拍攝,通過標準工作站筆記本電腦來計算2 D相片的3D坐標,整體配合誤差不到0.6毫米。船上的每個部分,可以在TRITOP軟件中能過標準平面創建。生成的描述船體形狀的部分平面的3D點雲可以直接導出到Kooiman公司的CAD系統(圖6)。

圖6:使用TRITOP CMM系統移動測量完整的船體。圖7:用TRITOP軟體測量三維坐標和截面準確描述船體形狀。
數據直接以IGES格式導入Kooiman船廠的CAD系統。

這艘船在從停靠在幹船塢裡等待被測量到入水恢復正常服務的時間間隔不到48小時內。使用精確的數位3D掃描數據,Kooiman造船廠可以預先生產重建所需要的所有部件,而這艘船能夠回到工作和賺錢。在接下來的幾個月,De Kooiman集團整個第二船體設計CAD然後預先製造所有所需的不同部件。當船返回給船廠,所有零件都準備好組裝。總停機時間減少了幾週,使項目成本高 效得多。


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