三維攝影測量技術在船舶軸系對中檢測中的應用研究

肖航 方成杰 張東鵬 徐文彬

摘 要：船舶軸系對中工藝是船舶軸系安裝調試的關鍵技術，軸系對中質量的好壞直接影響著船舶的航行性能。本文以船舶尾軸管對中檢測為例，探討三維攝影測量技術在船舶軸系對中檢測中的應用。將數字化三維精密檢測手段取代傳統的手工和二維檢測技術，開發高精度、高效率軸系對中檢測新技術以及現場解決方案，以提高軸系安裝調試質量。

關鍵詞：三維測量技術 攝影測量技術 船舶軸系對中

中圖分類號：P25 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0095-02

船舶軸系的安裝調試是船舶制造過程中的關鍵工序，軸系對中工藝是船舶軸系安裝調試的關鍵技術，對中質量的好壞直接影響著船舶的航行性能[1]。隨著我國大型高技術船舶的開發和研究，軸系對中要求也越來越高，其精度問題日益突出，成為目前船舶行業的一大難題。開發研制精密軸系對中檢測新技術成為目前國內船舶界一直密切關注的熱點。

目前常用的軸孔對中方法有直尺、塞尺法、百分表法、拉鋼絲法、望遠鏡法、上假軸法等。這幾種方法都有一定的局限性，或測量精度有限，或操作起來不方便，耗時較長，或要求專業技術人員進行測量[2]。隨著圖像處理、計算機技術的快速發展，以相機為主要采集設備的新型智能化三維測量技術，逐漸引起航空、汽車制造等行業的關注和重視。本文將探討三維攝影測量技術在船舶軸系對中檢測中的應用。

1 三維攝影測量技術原理

三維精度測量是對被測物進行全方位測量，通過測距、角位移、掃描、定向確定被測物的三維坐標測量數據，對被測物尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度進行測量分析。基于近景攝影的新型三維測量技術，作為一種非接觸測量方式，通過在不同的位置和方向獲取同一物體的兩幅以上的數字圖像，經計算機圖像匹配等處理及相關數學計算后得到自動計算出待測點精確的三維坐標[3]，如圖1所示。三維攝影測量系統由高分辨率攝影測量相機，長度基準尺，回光攝影標志及系統軟件等組成。具有速度快、大范圍、高動態等其他系統所無法比擬的優點，由于獲取單幅圖像所需時間極短，即使待測工件處于運動狀態，仍然可以進行精確的測量，可用于震動檢測、運動體測量、變形測量等。可見，將三維近景攝影精密測量技術應用于船舶軸系的定位檢測中，可以使軸系定位精度更實時、快捷地得以控制，克服傳統方法費時、費力、易受外界環境影響的缺點。

2 三維攝影測量系統在船舶軸系對中檢測的應用

我們以船舶尾軸管為檢測對象，首先利用激光對中器確定軸系對中定位檢測的基準線即艏艉基準法蘭中心連線，激光光軸在整個測量系統中提供了一條精度很高，直線性好，又能便于自動識別的輔助基準線。然后通過高分辨率攝影測量專用相機，在不同位置和方向獲取被測尾軸管多幅數字圖像，經圖像預處理，標志識別與定位，圖像匹配，空間三角交會及光束法平差后得到尾軸管前后軸徑中心三維坐標，如圖2所示。

利用攝影測量技術對軸系進行同軸度檢測工作的實施中，需要攝影測量工裝輔助進行三維數據的采集，該技術在軸孔類構件的待測位置布設人工標志點，通過攝影測量相機拍攝物體的多幅圖像，計算出物體標志點的三維坐標，進一步分析獲得構件在空間位置中的變形量。現有的攝影測量工裝，大多都是適用于構件角點、交點等關鍵點位的測量，對于軸孔類構件中心無法直接定位，需要人工通過測量軸孔壁圓周上的點位坐標，間接計算出軸孔的圓心，導致軸孔類構件同軸度檢測困難，適用性差，從而影響軸系的定位效率及建造質量。

為解決上述技術問題，本項目設計研發出一種適用于軸孔類構件的中心定位裝置，可用于軸孔類構件中心直接定位，為軸孔類構件同軸度檢測提供方便。

最后由電腦根據測量軟件計算出被檢艉軸管前，后軸頸中心相對于艏艉基準法蘭中心連線的偏差值。通過分析檢艉軸管前，后軸頸中心和激光光軸的位置關系，給出尾軸管對中檢測結果和調整方案，如圖3所示。

3 結論

基于近景攝影的新型三維測量技術，作為一種非接觸測量方式，通過在不同的位置和方向獲取同一物體的兩幅以上的數字圖像，經計算機圖像匹配等處理及相關數學計算后得到自動計算出待測點精確的三維坐標，具有精度高、便攜等特點。該技術已經廣泛應用于航空，航天，通信造船重工業 水利水電， 汽車制造等諸多工業領域。本項目針對大型船舶軸系對中檢測難度大及精度低的問題，通過數字化三維測量技術和現代信息數據處理手段，結合船舶軸系設備結構特點，創新開發一種高精度、智能化適用于船舶軸系對中檢測的工藝技術。改變了傳統手工測量工藝和二維測量工藝，促進船舶建造新工藝、新技術的應用，為實現智能化精度建造、數字化建造和快速建造提供技術支持。

參考文獻

[1] 王彪.船舶軸系的安裝工藝探討[J].科技與企業，2014（11）：197.

[2] 唐晨，張茂云，賈冰，曹國華.大型機組軸系對中方法探討[J].長春工業大學學報：自然科學版，2013，34（6）：616-621.

[3] 黃桂平，欽桂勤，盧成靜.數字近景攝影大尺寸三坐標測量系統V-STARS的測試與應用[J].宇航計測技術，2009，29（2）：5-9，22.