LNG船激光跟蹤儀打點劃線

祝圻封， 王德明， 徐 超， 戴偉嘯

(滬東中華造船(集團)有限公司， 上海200129)

0 引 言

薄膜型LNG船是一種能在常壓下裝載和運輸-163 ℃液態(tài)天然氣的液貨船，是船舶行業(yè)公認(rèn)的“三高”船舶之一。滬東中華造船(集團)有限公司是全球少量能建造該船型的船廠之一。通常薄膜型LNG船全船共有4個液貨艙，每個貨艙由10個面組成，分別為A、B、C、D、E、F、G、H、J、K，呈八棱柱幾何形狀，其中：2、3、4艙位于船體平行中體位置，形狀規(guī)則；1艙在船首位置，因船體線型特殊性呈艉大艏小的楔形形狀。貨艙圍護系統(tǒng)由2層相互獨立的耐低溫絕緣層組成，絕緣層通過連接件基座與船體相連。連接件基座的精確定位是圍護系統(tǒng)建造的基礎(chǔ)，為保證其精度，專利公司GTT安裝手冊要求用激光跟蹤儀定位基座點。

激光跟蹤儀打點工作是LNG船次層絕緣箱安裝定位線(劃線)的基礎(chǔ)，打點的精準(zhǔn)與否直接影響劃線以及基座安裝的精準(zhǔn)度，基座的有效安裝才能保證次層絕緣箱順利安裝。因此，激光跟蹤儀的打點精度、效率以及質(zhì)量的提高對推動LNG船建造具有十分重要的意義。

本文以激光跟蹤儀打點為重點，總結(jié)了在激光跟蹤儀打點過程中取得的一些經(jīng)驗，希望在后續(xù)打點工作中起到借鑒作用，以提高激光跟蹤儀打點的精度來保證劃線和基座安裝的準(zhǔn)確性。同時，對實船建造過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，并給出解決方案，使液貨艙圍護系統(tǒng)的建造質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。

1 激光跟蹤儀概述及工作類型

在LNG船貨艙圍護系統(tǒng)建造過程中打點等工作所用的是FARO公司生產(chǎn)的激光跟蹤儀，如圖1所示。該激光跟蹤儀是一種便攜式高精度三維坐標(biāo)測量設(shè)備，使用長距離目標(biāo)，其測量范圍可達(dá) 55 m。該激光跟蹤儀ION系統(tǒng)使用2個旋轉(zhuǎn)角編碼器和1個基于激光的距離測量系統(tǒng)，以跟蹤和測量反射器目標(biāo)的位置。激光跟蹤儀ION 標(biāo)準(zhǔn)配置有1個完全配套的氣象站，可通過 AgileADM進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)測量，確保距離測量精確。該系統(tǒng)通過測量2個角度和1個距離來確定目標(biāo)的坐標(biāo)，這些角度是由安裝在頂點角軸和方位角軸上的編碼器來測量的，徑向距離是由條紋計數(shù)干涉儀或一種相位偏移絕對距離測量儀(Absolute Distance Measurement, ADM) 來測量的。

圖1 激光跟蹤儀

在滬東中華造船(集團)有限公司承接的17.2 萬m3LNG船中，次層絕緣箱總數(shù)為30 000只，基座定位線以及楔塊調(diào)整的數(shù)據(jù)DZ值等工作都必須利用激光跟蹤儀來完成。圖2是激光跟蹤儀工作種類統(tǒng)計餅狀圖，它統(tǒng)計了整個圍護系統(tǒng)工作中激光跟蹤儀的工作分布，可以看出：打點以及DZ值測量工作在整個圍護系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)激光跟蹤儀應(yīng)用中占60%。

圖2 激光跟蹤儀工作內(nèi)容

2 劃線及連接件基座安裝對打點精度的要求

2.1 劃線要求

將激光跟蹤儀所打出的樣沖點用白色墨斗進(jìn)行連接形成大網(wǎng)格線(見圖3)。大網(wǎng)格線要求任意大網(wǎng)格長寬尺寸誤差都在1 mm以內(nèi)，2條斜對角線長度誤差在2 mm以內(nèi)；相鄰3個大網(wǎng)格長寬總長度(即9 m或10.8 m)誤差在2 mm以內(nèi)。

圖3 彈好的大網(wǎng)格線

將3.6 m×3.0 m的標(biāo)準(zhǔn)大網(wǎng)格線3等分后用鋼針劃點，之后用白色墨斗彈線得到1.2 m×1.0 m的小網(wǎng)格線(見圖4)。測量小網(wǎng)格線的尺寸，與理論值的最大誤差為1 mm，對于特殊尺寸的大網(wǎng)格根據(jù)圖紙要求劃分成相應(yīng)小網(wǎng)格，所有的小網(wǎng)格點即為連接件基座位置，根據(jù)圖紙在其右下角標(biāo)注連接件基座的位置號。(注：B、D面彈線時，需要將中間區(qū)域網(wǎng)格劃線結(jié)束后，再根據(jù)圖紙將4個角落區(qū)域的特殊基座點根據(jù)已劃的網(wǎng)格線測量并劃線)。

圖4 大網(wǎng)格線內(nèi)彈小網(wǎng)格線

2.2 連接件基座安裝

連接件基座安裝是根據(jù)劃線所得出的十字交叉線來進(jìn)行安裝的，如圖5和圖6所示。

圖5 基座安裝

圖6 點焊定位

在連接件基座安裝工作前，安裝人員必須進(jìn)行如下幾項準(zhǔn)備工作：(1)劃線、提交結(jié)束(劃線清晰，不可雙線、線粗、劃錯等)。(2)根據(jù)劃線，用砂輪打磨船體內(nèi)殼表面基座處Φ80 mm區(qū)域內(nèi)的油漆。打磨要求：油漆清除干凈，表面光潔平整，特別是船體大接縫處，一定要把焊縫磨平，且平緩過渡。(3)檢查當(dāng)天要裝的基座清潔是否符合要求。第1天工作結(jié)束后必須把第2天要裝的基座平鋪在清潔布上，目的是把油脂吸掉，第2天再用丙酮把油脂擦干凈。(4)橫向環(huán)區(qū)域安裝前確認(rèn)打磨的基座位置是否正確，必須參照圖紙檢查。

連接件基座安裝完成后必須檢查連接件基座的直線度，三米尺靠在3個連接件基座上，如發(fā)現(xiàn)連接件基座與三米尺的間隙超差，則此連接件基座必須拆掉重新定位。非擋塊位置基座檢驗如圖7所示，擋塊位置基座檢驗如圖8所示。

圖7 非擋塊位置基座檢驗

圖8 擋塊位置基座檢驗

3 激光跟蹤儀打點的步驟要求

(1) 劃控制點。激光跟蹤儀在建立平面前首先需要做控制點，用角度模板在艙壁上劃出200 mm的2條線并做出交點，然后將靶座用熱熔槍配硅膠棒固定于2條線交點內(nèi)側(cè)，與交叉線相切(見圖9)。一般矩形面如A、C、E、H、F、J、G、K所做控制點數(shù)量為13個，B、D面則為19個(見圖10)，劃分控制點常用模板有90°和135°，1艙因船體結(jié)構(gòu)特殊性需使用對應(yīng)角度的特殊模板，81.62°適用于BE、BH、BG、BK角，101.77°適用于DF、DJ角，78.23°適用于BF、BJ角，98.38°適用于DE、DH、DG、DK角(BE、BH等均為相鄰貨艙面的夾角，即為BE指B面與E面夾角)。

圖9 靶座與線相切

圖10 B、D面控制點分布

(2) 安裝設(shè)備及預(yù)熱。當(dāng)設(shè)備安裝完畢后(見圖11)，打開CAM2軟件時必須有一段設(shè)備預(yù)熱的過程(約30 min)從而確保設(shè)備穩(wěn)定。預(yù)熱欄中的6個選項都顯示綠色并打勾表示預(yù)熱完畢(見圖12)，設(shè)備可正常運作。

圖11 激光跟蹤儀安裝于艙壁上

圖12 軟件預(yù)熱完畢

(3) 角度精度確認(rèn)。在正式打點工作開始之前，必須對設(shè)備進(jìn)行角度精度確認(rèn)，角度精度確認(rèn)的好壞直接影響打點等后續(xù)工作的精度(見圖13)，工藝對于角度精度確認(rèn)這一環(huán)節(jié)還制定了嚴(yán)格的流程(見圖14)。

圖13 角度精度確認(rèn)工作

圖14 角度精度確認(rèn)工作流程

角度精度確認(rèn)通過與否產(chǎn)生的差別如表1所示。

表1 角度精度確認(rèn)通過與不通過的差別

(4) 建面及導(dǎo)入數(shù)據(jù)。LNG船單個液貨艙共10個面，基本分成矩形和八邊形2種形式，它們的建面方法截然不同，以矩形通過CAM2軟件操作來舉例 (見圖15)，操作步驟如下：①測量A、B、C、D、E、F、G、H、S、T、M、N、O控制點的坐標(biāo)值并記錄。②選擇A、B、C、D點建立虛擬平面。③作AD、BC邊的中點即C_AD、C_BC，作C_AD、C_BC的中點即C_ABCD，則C_ABCD為此虛擬平面的中點。④由中點建立坐標(biāo)，確定x軸的正方向向船首，y軸正方向向右舷(按圖紙為要求)，以此建立坐標(biāo)。⑤建面完成后導(dǎo)入GTT公司提供的原始數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAM2軟件后(如圖16和圖17所示)，便可按照圖紙開始施工。

圖15 矩形控制點分布圖

圖16 GTT原始數(shù)據(jù)

圖17 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAM2軟件后及施工圖紙

(5) 遠(yuǎn)程連接進(jìn)行打點。由于打點數(shù)據(jù)是通過筆記本電腦呈現(xiàn)的，而工作區(qū)域則分成多層，因跨層工作會對查看數(shù)據(jù)造成不變，因此利用Touch對筆記本電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程控制來實時觀察數(shù)據(jù)方便打點，如圖18所示。由于船體分段建造及搭載精度的影響，可能會導(dǎo)致液貨艙面擴大或縮小，開始打點前首先要做的是測量校驗點，為校驗液貨艙面校驗點是否在理論值范圍內(nèi)(見圖19)。在打完校驗點后需用卷尺測量出艙壁與樣沖點之間的距離，全部測量完畢后檢查測量值是否有超差，如有超差點則進(jìn)行坐標(biāo)偏移，如超差值過大而導(dǎo)致無法正常進(jìn)行坐標(biāo)偏移的須直接聯(lián)系船舶所有人和GTT公司進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，待出具更好的方案才可繼續(xù)工作。

圖18 Touch與筆記本電腦同步狀態(tài)

圖19 以A面為例的校驗點分布圖及校驗點理論數(shù)據(jù)

4 實船建造原有設(shè)備、工藝對比

實船建造原有的老式打點器(見圖20)，打點時需要拖動前方的傳動軸，有較大可能由于人為操作產(chǎn)生打點精度誤差，且連接傳動軸的部分和傳動軸部位的零件較容易在長期工作過程中造成松動。因此，用老式打點器打出的樣沖點存在的偏差數(shù)量偏多，精度較差易造成劃線工作返工，既影響工作效率又影響產(chǎn)品質(zhì)量。

圖20 老式打點器操作

根據(jù)實船經(jīng)驗設(shè)計和改良的全新同軸式打點器(見圖21)為一體式加工所制，工作原理是通過激光靶球反射球心與打點樣沖同軸的方式進(jìn)行工作，簡化了老式打點器的打點步驟，避免了老式打點器需要拖動傳動軸打點產(chǎn)生的人為誤差，有效地控制激光打點定位的精度，且同軸式打點器與老式打點器相比體積更小、更輕便、更方便操作，進(jìn)一步提高了打點的工作效率和質(zhì)量。

一般每打1個樣沖點，老式打點器需時5 min，同軸式打點器需時3 min；單個工作面約100個點內(nèi)老式打點器誤差量約為20個，同軸式打點器誤差量約為5個。即為單個工作面內(nèi)老式打點器修改誤差點需時100 min，同軸式打點器需時15 min。從總體上來看，完成單個工作面打點工作老式打點器需時(500+100) min，同軸式打點器需時(300+15) min，整體效率提升約47.5 %。2種打點器性能對比如表2所示。

表2 2種打點器性能對照表

5 結(jié) 論

對GTT公司打點劃線精度要求分析、激光跟蹤儀的性能描述，利用激光跟蹤儀進(jìn)行貨艙打點劃線工作以及更好地提高打點精度，能更有效地提高一線生產(chǎn)管理、施工人員對該項工作技術(shù)要點的掌握，提升打點劃線精度，減少返工，提高生產(chǎn)效率，降低成本，在提升LNG船圍護系統(tǒng)建造質(zhì)量和水平的同時，也希望為其他業(yè)內(nèi)同行提供參考的依據(jù)，推動LNG行業(yè)的進(jìn)步與革新。

[1] GTT. GTT external document NO1010-1 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 1 inner hull conditioning & marking-out operation [S].2007.

[2] GTT. GTT external document NO1010-2 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 2 determination of the reference surface for secondary insulation [S]. 2007.

[3] GTT. GTT external document NO1010-3 Erection handbook for the cryogenic lining NO96-2 section 3 installation of the secondary fittings [S]. 2007.

[4] GTT. GTT external document NO-DG-33 Rve.N Cargo tanks arrangements & hull scantling requirements[S].2007.

[5] 滬東中華造船(集團)有限公司.LNG船圍護系統(tǒng) 劃線工藝(H&Z465002-2014) [S].2014.

[6] 滬東中華造船(集團)有限公司.LNG船圍護系統(tǒng) 連接件基座定位與安裝工藝(H&Z465003-2008) [S].2008.