一種在位實時監測船體基線撓曲的系統的製作方法

2023-06-20 11:23:11 1

本實用新型屬於船舶製造技術和光學測量領域，具體涉及一種在位實時監測船體基線撓曲的系統，特別是一種針對船塢環境下在建船體的基線撓曲測量系統。

背景技術：

船體基線是船舶水尺和載重線堪劃以及重要裝備基座製造平面的基準，也是衡量船舶建造質量的重要標準之一。國內船舶的基線測量，涉及船體搭載、船體驗收及船體出塢下水三個階段。特別是主船體搭載階段，船廠為控制船體的建造精度，需要監控船體基線的撓曲情況，並據此在船體搭載階段實施相應的精度改進措施。因此在船體建造過程中如何快速、準確地測量船體基線的撓曲是目前造船業亟須解決的一項關鍵技術。

目前，船體基線撓曲常用的測量手段有水平管法、簡易標杆法、全站儀測量法、雷射經緯儀測量法等。

（1）水平管法及簡易標杆法測量原理簡單且易於操作，但船臺上腳手架密集、空間狹窄，測量環境較惡劣，影響測量精度的因素較多且花費時間較長。

（2）全站儀測量法是目前船廠採用的主要測量手段，多用於船塢環境的基線測量，每次測量需要2~3人，花費半天的時間。受船塢環境的光線制約，全站儀測量法每隔70米左右需進行一次轉站，由此會引入較高的轉站誤差，總誤差最高可達5~6mm。

（3）雷射經緯儀精度較全站儀高，但存在測量效率低、對測量環境要求高等不足。在測量過程中，不能有障礙物否則無法直接對測量點進行測量，而船塢的現場環境複雜，通常無法保證測量的正常進行。

船廠採用的測量方法，均需要人工手動記錄各測量點的撓曲值，人工記錄方式不僅會影響測量效率、增加後續工作量，而且不能直觀、即時地呈現船體基線撓曲狀態。綜上所述，船廠採用的測量方法存在效率低、精度較差等問題。

目前國內外尚未開展針對船體基線撓曲在位實時監測的相關研究。

技術實現要素：

為克服目前船廠採用測量手段的不足和缺陷，本實用新型的目的在於提供一種在位實時監測船體基線撓曲的系統，實現了船體建造過程中對船體基線的在位、實時、精確檢測，被監測船體的基線採用撓度曲線的方式表達，便於工作人員查看。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種在位實時監測船體基線撓曲的系統，其特徵在於所述系統包括若干個雷射測距傳感器，實現船體基線的自動測量，獲取測量數據；測量儀器安裝設備，雷射測距傳感器安裝在所述測量儀器安裝設備上；防護罩，所述防護罩設置在雷射測距傳感器外；數據傳輸設備，分別與所述若干個雷射測距傳感器以及終端機連接，實現所述若干個雷射測距傳感器和終端機之間的數據交換，將船體基線的測量數據傳輸到終端機。

根據本實用新型的優選實施例，所述測量儀器安裝設備包括安裝在船塢底部的三腳架和基座對中器，雷射測距傳感器通過基座對中器安裝在三腳架上。

根據本實用新型的優選實施例，在防護罩的頂端開有玻璃天窗，能夠保證雷射測距傳感器的正常工作。

根據本實用新型的優選實施例，所述防護罩上設置有鋼尺，用於各雷射測距傳感器統一測量基準。

根據本實用新型的優選實施例，所述在位實時監測船體基線撓曲的系統還包括與若干個雷射測距傳感器相配合的水準儀。

根據本實用新型的優選實施例，所述數據傳輸設備包括RS485總線和無線數傳電臺，RS485總線連接各雷射測距傳感器，雷射測距傳感器的數據傳輸接口通過RS485總線連接到現場端無線數傳電臺，所述現場端無線數傳電臺與終端無線數傳電臺無線通訊，並通過現場端無線數傳電臺連接到終端機。

本實用新型應用於船體在船塢總組搭建過程中，實現船體基線撓曲的實時監測。該實用新型可大幅度提高測量效率、縮短造船周期、提高造船精度、減少工人測量船體基線的工作量。

附圖說明

圖1本實用新型系統的組成結構圖。

圖2 系統的數據傳輸模式。

具體實施方式

本實用新型包括船體基線撓曲自動監測系統硬體和軟體組成，其中硬體包括雷射測距傳感器、測量儀器安裝調平設備、防護設備、數據傳輸設備、水準儀以及輔助設備組成；軟體由設備管理模塊、數據交換模塊、串口通訊模塊以及偏差擬合等模塊組成。

1、雷射測距傳感器1：實現船體基線的自動測量，獲取測量數據。雷射測距傳感器的測程為0.5~40m，滿足船體基線測量量程的要求；測量精度為±1.0mm，可有效保證基線的測量精度；操作溫度為-10°C~+60°C，能夠保證在船臺惡劣環境下正常工作；防護等級達到IP65級，能夠防止灰塵和水汽的侵入。

2、測量儀器安裝、調平設備：由三腳架3和基座對中器2組成，其中三腳架3實現雷射測距傳感器1在船塢內平穩放置，基座對中器2保證雷射垂直於水平面投射到測量點。

通過調節基座對中器2的三個支腳，使氣泡移動到調平管的中心，保證調平精度達到30″以上。三腳架3為伸縮高度為80cm的專用三腳架，可方便安裝在船塢底部，便於測量模塊的拆卸。

3、防護設備：由鋁合金制防護罩及鋼尺組成，在惡劣的船塢測量環境下，防護雷射測距傳感器。

防護罩的縫隙採用防水玻璃膠進行粘接，能有效防止雨水的侵入。在防護罩的頂端開有玻璃天窗，能夠保證雷射測距傳感器的正常工作。防護罩外粘貼的鋼尺用於各雷射測距傳感器統一測量基準。

4、數據傳輸設備：採用無線數傳電臺6，實現將塢內船體龍骨撓曲的測量數據傳輸到船廠的精度測量部門的終端機。數據傳輸設備包括RS485總線5和無線數傳電臺6，RS485總線5連接各雷射測距傳感器1，雷射測距傳感器1的數據傳輸接口通過RS485總線5連接到現場端無線數傳電臺6，並通過終端無線數傳電臺7將信號傳輸到終端機8。終端無線數傳電臺7和終端機8之間還設置RS485轉RS232接口9。

無線數傳電臺工作頻率為國際通用數傳頻段433Mhz接，採用GFSK調製方式，頻率的穩定性較好；可直接接CPU串口和計算機的RS232接口；視距可靠傳輸距離可達2Km~10Km，能夠保證基線測量數據在有船體和建築物遮擋的情況下，仍能傳輸至終端機。

5、水準儀4：統一各雷射測距模塊的測量基準。所用水準儀，其觀測距離可達100m以上，安平精度0.3″，測微尺格值0.1mm，可估讀到0.01mm。

6、輔助設備：包括RS485總線5、防水接線盒、電瓶10（24V）。RS485總線用於傳輸數據；防水接線盒用於將各測量模塊連接到RS485總線上，並保護連接接線；電瓶用於給雷射測距系統供電。

7、設備管理模塊：實現雷射測距傳感器參數的配置，如設置設備編號、傳輸地址、對應肋位號及設備的基準高度等。

8、數據交換模塊：實現將測距儀的測量數據保存到本地資料庫，通過一定的算法將各測量模塊的測量信息（包含監測輪數、測量設備編號、測量數據、測量時間、工程編號等）存儲到資料庫，便於後期船體基線偏差的計算。

9、串口通訊模塊：實現測量系統的軟硬體交互。通過串口通信參數設置→打開串口→發送請求→等待回應→接收回應字符串→解析回應字符串（若執行成功並且有數據需要返回則提取到的返回數據）→關閉串口等一系列的通信控制操作，將測量數據導入系統，並實現測量儀器的開關及工作狀態控制。

10、偏差擬合模塊：實現船體基線測量數據和理論數據的比對，計算出兩者之間的偏差，並以撓度曲線的方式表現出來，直觀顯示船體基線的撓曲情況。

具體實施時，所述在位實時監測船體基線撓曲的系統的操作步驟為：

（1）測量設備安裝。在船塢底部依次安裝三角架、基座對中器和雷射測距傳感器。

（2）測量設備連接及系統供電。用RS485總線連接各測量設備，其中數據傳輸接口通過RS485總線連接到無線數傳電臺6，上電和接地接口通過RS485總線連接到電瓶，開啟電瓶給系統供電。

（3）測量設備參數設置及調試。軟體初始化，上位機COM口連接無線數傳電臺，通過軟體的設備管理模塊設置各測量設備的編號、傳輸地址、對應肋位號，並通過測試功能檢測各測量模塊的可用性。

（4）統一測量基準。調整各測量模塊三腳架的位置，調平基座對中器，確保雷射測距傳感器垂直發射雷射，並保證雷射點與船底標識的測量點重合；水準儀設站，並依次觀測各測距儀防護罩上標尺的刻度，將刻度值作為基準高度輸入設備管理模塊；

（5）設定測量方式。根據測量需要在軟體中設置測量方式及測量周期，如連續測量、定輪測量和定時測量等；

（6）開始監測。在軟體的主界面顯示各測量點的高度，並擬合出撓度曲線，通過撓度曲線查看對應肋位的位移偏差值，以便進行後期修正工作。