移动3D扫描坐标测量在造船中的应用

今天,成功、安全、低成本的建设和维护的一艘船舶,需要一个由知识,经验和船匠构成的智能组合。高端CAD-Programs和光学测量系统的集成增强了造船行业的精度,提高了成本效率。数字测量系统TRITOPCMM搭配现代CAD / CAM系统和CNC加工机可以快速制造的零部件备品。船在干坞的宕机从几个月减少到数天。光学3坐标测量技术增加造船行业在修复和重建船只时的效率和精度。

De Kooiman集团的业务更上一层楼

荷兰Zwijndrecht的De Kooiman国际集团,专门从事维修,改装和加工135米以内大小船舶的企事业。 位于“Swin-haven”的船厂可以提供了完美的外海及内河运输方式。1884年创立公司的Rinus Kooiman董事和他的兄弟回顾长期成功的历史:“在我们的设计部门、船匠和机械设备的支持下,我们有能力来执行新建大,小修理等所有的任务”,Rinus Kooiman董事解释到“我们公司拥有完整的装备以及最新的硬件如船台,现代港口,舾装和起重能力”,Rinus Kooiman继续补充到“但对于船舶维修和大修我们经历了非常长的宕机。损坏的船只通常要到船厂维修(需要良好的手工工艺)。当使用现代CAD系统和数字切削机准备好所有的备件时,停机维修的宕机就可以减少很多”,对Kooiman船厂而言是时候让生意更上一层楼。

De Kooiman 船厂迈向数字化

在设计部办公室,Rinus Kooiman董事和他的兄弟在过去的几年中投资了一个包括高端工程平台在内的最先进的CAD技术。CAD系统的输入但是还是需要手工制作的模板和对其的测量结果Kooiman船厂重工业部门的Peter Vrolijk解释说“管理的愿景是最大化的减少宕机时间。因此有必要利用先进的3D扫描技术最近安装的CAD系统提供数字输入”。

因此船厂开始在工业计量市场调查可用的三维测量和扫描技术。一个叫Muhlhoff的前卫的船舶3D设计师把一个为全球范围客户提供利用光学测量系统进行3D数字化,变形测量和质量控制的公司–GOM mbH介绍给了De Kooiman集团。GOM mbH,这个在光学测量系统领域有丰富经验的公司,建议Kooiman公司试试基于数码相机的摄影测量解决方案,标记和软件的TRITOPCMM系统,(图1)。

图1:TRITOPCMM测量系统:摄影测量相机配件,不干胶和磁性标记、基本体适配器

TRITOPCMM是一个可以精确地确定指定对象的三维坐标点的便携式光学测量系统,。通过自粘或磁性在测量前计量点可以很容易的分部在被测物表面。然后使用TRITOPCMM的摄影测量相机从不同视角测量对象(图2)。

图2:在干船坞使用的移动光学TRITOPCMM系统。

系统和配件可由单人轻易地携带,该系统还可以在没有外部电源的情况下测量和评价。基于所有捕获的二维图像计算机通过光束法平差的方法可自动计算被测点的三维坐标(图3和图4)。两个经过认证的比例尺条可以保证测量结果的准确性和过程安全。类似于圆柱、孔,球形,边界线等标准形状可以通过使用相应的适配器测量。TRITOP-Software也有很强的检测和分析的能力, 3D坐标可用来测量尺寸,与CAD-Data比对,测量GD&T或导出测量报告和Excel-Sheets.

数据也可以导出为IGES文件为逆向工程所用,就像Kooiman公司的这个案子一样(图4)。TRITOPCMM系统非常机动和灵活,整个设备由相机,笔记本电脑和比例尺箱组成,可以由一个人很容易地携带,测量过程也只需要一个操作人员。由于数据采集由照相机进行,且通过一台笔记本电脑就可以评估测量数据,所以记录和测量项目不需要外部电源。

图3:显示三个相机的位置的光束法平差

图4:在TRITOP软件中的一系列二维图像三维坐标测量

三维测量系统的选择和测试:内部和外部

“当然我们只想投资最合适的三维扫描技术。所以我们在看像Terrestrial的激光扫描和摄影测量这样不同的技术”Peter Vrolijk描述了择适当的系统的挑战“我们也想确保测量系统能够执行我们所有的要求,所以我们对这个系统定义了许多的挑战”他补充到.

被选中的系统除了能完成测量外部船身外壳的任务也需要能够执行测量内部的小型隔间的任务。这里的挑战是如何在只有有限的空间和很短的测量距离的情况下执行一个可靠的测量是一个挑战。所以TRI-TOPCMM系统必须证明测量类似截面,肋骨,梁和机舱后面的螺旋桨6米X6米的框架等外形尺寸和内在强化结构的能力。虽然一个人是无法站在舱的上方(由于横梁和断面),TRITOPCMM测量系统还是在几个小时内就创建了一个完美的3D空间几何布局(图5),利用这个布局可以很容易,很顺利的将特殊部件整合组装到船舱中。

图5:在狭窄的空间里测量加强筋、垂直框架和罗斯梁获得房间的布局空间几何(导出的IGES格式中的平面、线、点和圆),从小型修理大修:75长船的3D逆向工程,第二个需求是测量在干船坞的一艘需要重建的船体的外壳。

在比利时安特卫普的港口需要一艘与现有的75米长的为其它船只提供石油和汽油的和船只的复制船来满足即将到来的EU-laws和安全要求,为了设计第二船体形状,Kooiman的工程办公室需要整个现有的船体的形状。

传统方法是创建木模板和用卷尺测量尺寸等传统技术,这个典型的宕机需要4至5个星期。现在的目标是要提高三维测量的质量以及显著降低宕机时间。

从上到下,从右舷到左舷定义了若干标记用来准备船体每个测量部分。捕捉船体周围的照片是很重要的,可用起重机使摄影者“飞”在船上方,以便他能在不同的方向拍摄,通过标准工作站笔记本电脑来计算2 D相片的3D坐标,整体配合误差不到0.6毫米。船上的每个部分,可以在TRITOP软件中能过标准平面创建。生成的描述船体形状的部分平面的3D点云可以直接导出到Kooiman公司的CAD系统(图6)。

图6:使用TRITOPCMM系统移动测量完整的船体。 图7:用TRITOP软件测量三维坐标和截面准确地描述船体的形状。数据直接以IGES格式导入Kooiman船厂的CAD系统。

这艘船在从停靠在干船坞里等待被测量到入水恢复正常服务的时间间隔不到48小时内。使用精确的数字3 D数据,Kooiman造船厂可以预先生产重建所需要的所有部件,而这艘船能够回到工作和赚钱。在接下来的几个月,De Kooiman集团整个第二船体设计CAD然后预先制造所有所需的不同部件。当船返回给船厂,所有零件都准备好组装。总停机时间减少了几周,使项目成本高效得多。

移动光学计量加速造船行业维修和改造

看着光学计量,De Kooiman 集团的第一目的是提高计算机辅助设计的办公室的3D输入速度。使用GOM 公司的TRITOP系统还意味着有效和准确的三维建模是对船体装配一个突破。


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