激光投線輔助豪華郵輪外板涂裝技術

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.上海龍禹船舶技術有限公司，上海 201206)

世界上現役的豪華郵輪很多在外表繪制抽象性或現實性的藝術圖案，以提升其美感體驗和商業營銷價值[1]。因郵輪的體積龐大，船殼具有立體線型，藝術圖案設繪的面積巨大，且圖案構造復雜無規則，若采用傳統的噴漆模板遮蔽技術，將無法滿足如此大面積復雜圖案的設繪。為此，介紹利用增強現實激光投線技術，采用該技術，可將經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 傳統外板涂裝技術

在豪華郵輪外表的大型復雜涂裝技術出現以前，一些商船外表通常會設繪一些船東公司Logo、簡單線條等圖案，從而起到局部裝飾和區分的目的，這些圖案的繪制都是通過傳統的技術來實現的，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，然后用相應的油漆在鏤空區域內刷涂所需要的顏色，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，將所需要的藝術圖案外形在軟件內進行套料，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格背景對圖案上的特征點進行坐標定位，然后將特征點進行光順的連接，以形成整體輪廓，再在輪廓內的各個區域進行填色。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

即利用常規的彩色投影儀設備，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，頗受游艇行業人士的喜愛，在游艇行業應用較廣。

2 激光投線技術

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

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

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

激光投線技術輔助船舶外板涂裝的主要實施步驟見圖1。

圖1 激光投線技術輔助外板涂裝實施步驟

3 激光投線技術輔助外板涂裝

3.1 模型數據準備

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，并且圖案的區域因盡量避免水尺標記、載重線標記、分艙標記等，因為這些標記通常需要按照船級社的規定進行涂色。

3.1.3 三維圖案模型建立及格式轉換

對于現如今醫院的會計科目在改革時，設置專門的成本類科目尤為重要。設置成本類科目的過程中應該注意需保證醫院的成本費用能夠得到統一的管理，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，其對于醫院的會計管理工作效率提升具有一定的價值。對于醫院的會計核算方式，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院的收入，比如增設藥事費用等方案。這能在一定程度上是醫院的收入狀況得到明顯的改善，可在一定程度上來保證醫院的收入。還需要對于醫院的會計核算內容進行明確，將會計管理中的醫療和藥品等相關信息進行規范化的處理。

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)的準確性。當將二維圖案轉換為三維圖案后，不可避免的會發生輕微變形，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，將影響后續臨摹的精準度。

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域進行投線，需要將船體外板進行區域劃分，通過多站激光投線儀進行多次投線。

通常在劃分投線區域時，根據投線儀本身的可投線區域的大小進行均勻劃分。在劃分時需要保證相鄰的兩個區域有一定的重合度，通過觀察相鄰兩區域的線條是否平滑相連來檢驗投線的精準度。比如，船艏外側圖案長約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 按區域劃分選線

投線設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，在劃分完投線區域后，投線儀需按所劃分的區域分站進行投線，每一站投射的線條各不相同，故需按區域劃分在軟件中選擇每一站所需要投射的線條，在選線時應保證區域重合的線條在兩個區域內都已被選到。每個區域所選的線條文件由軟件導出，并用區域名進行命名，后續激光投線設備需讀取此線條文件。

3.4 坐標測量及轉換

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

基準坐標點和公共坐標點選擇完后，使用全站儀測得這些點的坐標值B0、C0、D0、E0，然后使用精度分析軟件，利用基準坐標點的實船測得值A0和實船理論值A1，將公共坐標點的測得值轉換成實船坐標理論值B1、C1、D1、E1，見表1，坐標轉換使用基準面重合算法[4]。

表1 實船基準坐標和公共坐標測量值轉換

3.5 分區激光投線

首先架設激光投線設備，調整設備位置，必要時借助工裝梯架以調節設備所在位置的高度，將設備放置在所需投線區域正對面的中心位置，并保證設備放置牢固。投線設備連接計算機后，啟動設備配套的投線軟件。導入3.4中所準備基準點、公共點的實船理論值，利用激光投線軟件中的校準對齊功能，對公共點進行校準對齊。

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

然后，將3.3中所述的線條文件導入投線軟件中，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，作為后續噴漆區域的邊緣。膠帶粘貼完后，即可使用噴漆設備，對照效果圖，在相應的區域內噴涂相應的顏色。

3.7 局部修飾完善

在各個區域內的顏色噴涂完畢后，撕去所有的紙膠帶，仔細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 結論

激通過坐標轉換原理，運用NAPA、CAD、Rhino等先進軟件，建立附帶藝術圖案的船體外板模型文件，再利用激光投線設備將圖案輪廓線條投射至實船上，可將設計圖案變成現實。

該技術在郵輪外板圖案涂裝上的成功運用，實破了傳統的船舶外板圖案涂裝方式，其高效、精準、便捷的特點，使得復雜、大型、曲面圖案的繪制變成了現實，此技術的應用前景可觀。