激光投線輔助豪華郵輪外板涂裝技術(shù)

黃東偉,葉愛青,顧洋，朱同周，曹永樹

(1.招商局郵輪制造有限公司，江蘇 海門 226116;2.上海龍禹船舶技術(shù)有限公司，上海 201206)

世界上現(xiàn)役的豪華郵輪很多在外表繪制抽象性或現(xiàn)實性的藝術(shù)圖案，以提升其美感體驗和商業(yè)營銷價值[1]。因郵輪的體積龐大，船殼具有立體線型，藝術(shù)圖案設(shè)繪的面積巨大，且圖案構(gòu)造復(fù)雜無規(guī)則，若采用傳統(tǒng)的噴漆模板遮蔽技術(shù)，將無法滿足如此大面積復(fù)雜圖案的設(shè)繪。為此，介紹利用增強現(xiàn)實激光投線技術(shù)，采用該技術(shù)，可將經(jīng)軟件處理的三維圖案輪廓線條投射到實船的外板上，然后由涂裝工人沿著輪廓線條進行貼膠帶、描邊、填充工作，最后獲得華麗的外板涂裝效果。

1 傳統(tǒng)外板涂裝技術(shù)

在豪華郵輪外表的大型復(fù)雜涂裝技術(shù)出現(xiàn)以前，一些商船外表通常會設(shè)繪一些船東公司Logo、簡單線條等圖案，從而起到局部裝飾和區(qū)分的目的，這些圖案的繪制都是通過傳統(tǒng)的技術(shù)來實現(xiàn)的，主要有如下幾種方法。

1.1 字模法

通過計算機軟件制作字模文件，用塑料紙打印出實物字模以后，再雕刻鏤空字模，將字模緊貼在外板表面，然后用相應(yīng)的油漆在鏤空區(qū)域內(nèi)刷涂所需要的顏色，形成與計算機顯示一樣的形狀。這種方法適合面積小、顏色單一的字符、圖畫等形狀。

1.2 焊接法

利用船體套料軟件，將所需要的藝術(shù)圖案外形在軟件內(nèi)進行套料，然后通過切割下料的方式，將鋼板切割成所需要的尺寸和形狀，再將其折彎、組合、拼裝、焊接至船體的外表，最后在這些鋼板表面刷涂所需要的顏色。這種方法適合面積較小的船名、Logo等圖形，缺點明顯：容易增加船體重量，而且拆卸麻煩。

1.3 放樣法

在大平面上進行放樣是利用正交的網(wǎng)格背景對圖案上的特征點進行坐標(biāo)定位，然后將特征點進行光順的連接，以形成整體輪廓，再在輪廓內(nèi)的各個區(qū)域進行填色。此方法適用于面積較大且顏色單一的簡單圖案，若圖案復(fù)雜，則工作量巨大。另外，也可以利用放樣的方法，在外板焊接特征點來定位，再將特征點連接起來，形成光順的圖案輪廓。

1.4 投影儀法

即利用常規(guī)的彩色投影儀設(shè)備，將所需繪制的圖案投影到外板上，然后按投射出來的圖案進行描邊、貼膠帶和涂裝。若投影面曲面的曲率變化較大，則就會出現(xiàn)投影變形、錯位的情況，影響圖案的實際效果；若投影面積巨大，則會出現(xiàn)畫面不清晰，邊緣輪廓粗化等情況，不利于涂裝人員的定位。投影儀方法只適合于平面區(qū)域的中小型字畫圖案。

1.5 聚乙烯貼膜法

此方法是利用計算機、劃線和打印設(shè)備，在聚乙烯貼膜上繪制出客戶所需圖案，對貼膜進行裁剪后，將聚乙烯貼膜牢牢貼附在船體外表。這種貼膜具有光澤度高、耐水、耐曬、易更換的特點，頗受游艇行業(yè)人士的喜愛，在游艇行業(yè)應(yīng)用較廣。

2 激光投線技術(shù)

激光投線技術(shù)集成了一體化的傳感裝置并使用了高度優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理過程，構(gòu)建電子數(shù)據(jù)和工件之間的雙向橋梁。數(shù)字化的內(nèi)容可以直接迅速地被展示在物體的表面，并且不再需要復(fù)雜的圖紙和昂貴的模板，可以十分高效地完成復(fù)雜的工作流程和定位任務(wù)[2]。

激光投線設(shè)備通過將數(shù)字化的圖案輪廓快速地投影到工件表面上，這種設(shè)備特別適用于具有復(fù)雜外形的工件或具有許多凹凸不平區(qū)域的工件上，并且同樣也適用于快節(jié)奏生產(chǎn)流水線中的符合人體工程學(xué)的裝配工位。

激光投線設(shè)備的廠家大多在歐洲國家，有3D EXTEND, SL LASER等品牌，在汽車制造、飛機制造領(lǐng)域應(yīng)用較廣，本文著重介紹基于SL LASER ProDirector XS2型設(shè)備的激光投線技術(shù)。

激光投線技術(shù)輔助船舶外板涂裝的主要實施步驟見圖1。

圖1 激光投線技術(shù)輔助外板涂裝實施步驟

3 激光投線技術(shù)輔助外板涂裝

3.1 模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

3.1.1 建立船體外板模型

利用CAD格式的船體型線圖，在Rhino或NAPA軟件中按1∶1的比例建立船體外板模型[3]，并對外板型線進行光順處理，以使模型與實船相一致。

3.1.2 建立二維CAD圖案文件

根據(jù)已有的外板效果圖圖像文件，在CAD軟件中利用樣條曲線、直線等工具對圖案不同顏色區(qū)域的輪廓進行臨摹，形成CAD格式的二維圖案輪廓文件。若條件允許，可以直接利用制作效果圖的軟件導(dǎo)出CAD格式的二維圖案輪廓文件。在建立CAD圖像文件的過程中，應(yīng)注意按1∶1的比例進行制作，在此過程中，需用總布置圖中的主視圖做背景參考，以確保圖案文件不超出船體主尺度范圍，并且圖案的區(qū)域因盡量避免水尺標(biāo)記、載重線標(biāo)記、分艙標(biāo)記等，因為這些標(biāo)記通常需要按照船級社的規(guī)定進行涂色。

3.1.3 三維圖案模型建立及格式轉(zhuǎn)換

對于現(xiàn)如今醫(yī)院的會計科目在改革時，設(shè)置專門的成本類科目尤為重要。設(shè)置成本類科目的過程中應(yīng)該注意需保證醫(yī)院的成本費用能夠得到統(tǒng)一的管理，這樣就能夠使成本使用狀況更加的清晰和具體，還能強化成本的可比性，其對于醫(yī)院的會計管理工作效率提升具有一定的價值。對于醫(yī)院的會計核算方式，進行必要的改革需要對于藥品的銷差價科目進行取締，通過各種方法來增加醫(yī)院的收入，比如增設(shè)藥事費用等方案。這能在一定程度上是醫(yī)院的收入狀況得到明顯的改善，可在一定程度上來保證醫(yī)院的收入。還需要對于醫(yī)院的會計核算內(nèi)容進行明確，將會計管理中的醫(yī)療和藥品等相關(guān)信息進行規(guī)范化的處理。

在建立外板模型文件和CAD圖案文件后，將文件分別導(dǎo)入到Rhino軟件中，利用軟件中的投影功能將CAD圖案里的輪廓線條投射到外板模型上[4]，生成圖案的三維模型文件，見圖2。

圖2 三維圖案模型

在使用投影功能前，需要事先調(diào)整CAD圖案在視窗中與外板模型之間的位置，通常將CAD二維輪廓線所在的平面與被投射面大致平行，確保投影出的線條位置(高度和縱向)的準(zhǔn)確性。當(dāng)將二維圖案轉(zhuǎn)換為三維圖案后，不可避免的會發(fā)生輕微變形，然而郵輪外表圖案通常為抽象型，對精度要求不高，且注重最終整體涂裝效果，輕微變形可以忽略。

在生成三維圖案模型后，使用Rhino軟件將此模型文件導(dǎo)出，文件格式需供三維取線軟件讀取和編輯，通常為STP,STEP,IGS格式。

3.2 投線區(qū)域劃分

激光投線儀的投射角、投射距離和投射范圍具有一定的限制，以某投線儀操作參數(shù)為例：儀器距投射面為10 m時，投線范圍為12 m×12 m，若增大其與投射面的距離，雖然投線范圍有所擴大，但是激光的亮度有所衰減，且激光線的寬度增粗，將影響后續(xù)臨摹的精準(zhǔn)度。

因船體外板龐大，通常需要投線的范圍可達50 m×50 m，僅靠一站激光投線儀無法一次性對所有圖案區(qū)域進行投線，需要將船體外板進行區(qū)域劃分，通過多站激光投線儀進行多次投線。

通常在劃分投線區(qū)域時，根據(jù)投線儀本身的可投線區(qū)域的大小進行均勻劃分。在劃分時需要保證相鄰的兩個區(qū)域有一定的重合度，通過觀察相鄰兩區(qū)域的線條是否平滑相連來檢驗投線的精準(zhǔn)度。比如，船艏外側(cè)圖案長約48 m，按照使用儀器性能投射10 m，并保證連站投射線的重合度、投射精度，可將投線劃分成投射6站。

3.3 按區(qū)域劃分選線

投線設(shè)備需配合自身配套的選線軟件，選線軟件讀取的是3.1中所述的事先生成的三維圖案模型，在劃分完投線區(qū)域后，投線儀需按所劃分的區(qū)域分站進行投線，每一站投射的線條各不相同，故需按區(qū)域劃分在軟件中選擇每一站所需要投射的線條，在選線時應(yīng)保證區(qū)域重合的線條在兩個區(qū)域內(nèi)都已被選到。每個區(qū)域所選的線條文件由軟件導(dǎo)出，并用區(qū)域名進行命名，后續(xù)激光投線設(shè)備需讀取此線條文件。

3.4 坐標(biāo)測量及轉(zhuǎn)換

然后在劃分好的每一個區(qū)域中，至少布置4個公共點，這些公共坐標(biāo)點應(yīng)大于此區(qū)域內(nèi)需要投射線條的大小，公共坐標(biāo)點用帶有反射功能的標(biāo)靶點進行粘貼定位，以供激光投線儀校準(zhǔn)用。

基準(zhǔn)坐標(biāo)點和公共坐標(biāo)點選擇完后，使用全站儀測得這些點的坐標(biāo)值B0、C0、D0、E0，然后使用精度分析軟件，利用基準(zhǔn)坐標(biāo)點的實船測得值A(chǔ)0和實船理論值A(chǔ)1，將公共坐標(biāo)點的測得值轉(zhuǎn)換成實船坐標(biāo)理論值B1、C1、D1、E1，見表1，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使用基準(zhǔn)面重合算法[4]。

表1 實船基準(zhǔn)坐標(biāo)和公共坐標(biāo)測量值轉(zhuǎn)換

3.5 分區(qū)激光投線

首先架設(shè)激光投線設(shè)備，調(diào)整設(shè)備位置，必要時借助工裝梯架以調(diào)節(jié)設(shè)備所在位置的高度，將設(shè)備放置在所需投線區(qū)域正對面的中心位置，并保證設(shè)備放置牢固。投線設(shè)備連接計算機后，啟動設(shè)備配套的投線軟件。導(dǎo)入3.4中所準(zhǔn)備基準(zhǔn)點、公共點的實船理論值，利用激光投線軟件中的校準(zhǔn)對齊功能，對公共點進行校準(zhǔn)對齊。

校準(zhǔn)時，激光逐個掃描的公共點與標(biāo)靶點全部重合時，即說明校準(zhǔn)正確。若在某區(qū)域投射期間，因不可控外力致使設(shè)備的位置發(fā)生了移動，則需重新利用4個公共點進行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)之后，設(shè)備即可重新進行投射，且投射的線條的位置不會發(fā)生改變。市面上有更先進的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備位置發(fā)生變化時，可以自動快速完成校準(zhǔn)過程。

然后，將3.3中所述的線條文件導(dǎo)入投線軟件中，選取需要投射的線條，即完成了激光的實船投線操作。因為激光投線儀的總功率有上限，所以不宜一次性選擇過多的線條，這樣容易導(dǎo)致投射亮度不清晰，或者激光頻閃過慢等問題，影響臨摹。激光投線儀實船投射場景見圖3。

圖3 實船曲面處激光投線

3.6 線條臨摹及內(nèi)部填充

在激光投線的同時，操作人員需使用記號筆沿投射的線條進行臨摹，然后沿臨摹后的線條粘貼膠帶，作為后續(xù)噴漆區(qū)域的邊緣。膠帶粘貼完后，即可使用噴漆設(shè)備，對照效果圖，在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)噴涂相應(yīng)的顏色。

3.7 局部修飾完善

在各個區(qū)域內(nèi)的顏色噴涂完畢后，撕去所有的紙膠帶，仔細(xì)檢查圖案線條過渡不光順、色差、鋸齒狀邊緣等缺陷處，再使用小毛刷對這些缺陷處進行修補完善，最后得到近乎完美的圖案，見圖4。

圖4 實船完工效果

4 結(jié)論

激通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理，運用NAPA、CAD、Rhino等先進軟件，建立附帶藝術(shù)圖案的船體外板模型文件，再利用激光投線設(shè)備將圖案輪廓線條投射至實船上，可將設(shè)計圖案變成現(xiàn)實。

該技術(shù)在郵輪外板圖案涂裝上的成功運用，實破了傳統(tǒng)的船舶外板圖案涂裝方式，其高效、精準(zhǔn)、便捷的特點，使得復(fù)雜、大型、曲面圖案的繪制變成了現(xiàn)實，此技術(shù)的應(yīng)用前景可觀。