三维摄影测量技术在船舶轴系对中检测中的应用研究

肖航 方成杰 张东鹏 徐文彬

摘 要：船舶轴系对中工艺是船舶轴系安装调试的关键技术，轴系对中质量的好坏直接影响着船舶的航行性能。本文以船舶尾轴管对中检测为例，探讨三维摄影测量技术在船舶轴系对中检测中的应用。将数字化三维精密检测手段取代传统的手工和二维检测技术，开发高精度、高效率轴系对中检测新技术以及现场解决方案，以提高轴系安装调试质量。

关键词：三维测量技术 摄影测量技术 船舶轴系对中

中图分类号：P25 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0095-02

船舶轴系的安装调试是船舶制造过程中的关键工序，轴系对中工艺是船舶轴系安装调试的关键技术，对中质量的好坏直接影响着船舶的航行性能[1]。随着我国大型高技术船舶的开发和研究，轴系对中要求也越来越高，其精度问题日益突出，成为目前船舶行业的一大难题。开发研制精密轴系对中检测新技术成为目前国内船舶界一直密切关注的热点。

目前常用的轴孔对中方法有直尺、塞尺法、百分表法、拉钢丝法、望远镜法、上假轴法等。这几种方法都有一定的局限性，或测量精度有限，或操作起来不方便，耗时较长，或要求专业技术人员进行测量[2]。随着图像处理、计算机技术的快速发展，以相机为主要采集设备的新型智能化三维测量技术，逐渐引起航空、汽车制造等行业的关注和重视。本文将探讨三维摄影测量技术在船舶轴系对中检测中的应用。

1 三维摄影测量技术原理

三维精度测量是对被测物进行全方位测量，通过测距、角位移、扫描、定向确定被测物的三维坐标测量数据，对被测物尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度进行测量分析。基于近景摄影的新型三维测量技术，作为一种非接触测量方式，通过在不同的位置和方向获取同一物体的两幅以上的数字图像，经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到自动计算出待测点精确的三维坐标[3]，如图1所示。三维摄影测量系统由高分辨率摄影测量相机，长度基准尺，回光摄影标志及系统软件等组成。具有速度快、大范围、高动态等其他系统所无法比拟的优点，由于获取单幅图像所需时间极短，即使待测工件处于运动状态，仍然可以进行精确的测量，可用于震动检测、运动体测量、变形测量等。可见，将三维近景摄影精密测量技术应用于船舶轴系的定位检测中，可以使轴系定位精度更实时、快捷地得以控制，克服传统方法费时、费力、易受外界环境影响的缺点。

2 三维摄影测量系统在船舶轴系对中检测的应用

我们以船舶尾轴管为检测对象，首先利用激光对中器确定轴系对中定位检测的基准线即艏艉基准法兰中心连线，激光光轴在整个测量系统中提供了一条精度很高，直线性好，又能便于自动识别的辅助基准线。然后通过高分辨率摄影测量专用相机，在不同位置和方向获取被测尾轴管多幅数字图像，经图像预处理，标志识别与定位，图像匹配，空间三角交会及光束法平差后得到尾轴管前后轴径中心三维坐标，如图2所示。

利用摄影测量技术对轴系进行同轴度检测工作的实施中，需要摄影测量工装辅助进行三维数据的采集，该技术在轴孔类构件的待测位置布设人工标志点，通过摄影测量相机拍攝物体的多幅图像，计算出物体标志点的三维坐标，进一步分析获得构件在空间位置中的变形量。现有的摄影测量工装，大多都是适用于构件角点、交点等关键点位的测量，对于轴孔类构件中心无法直接定位，需要人工通过测量轴孔壁圆周上的点位坐标，间接计算出轴孔的圆心，导致轴孔类构件同轴度检测困难，适用性差，从而影响轴系的定位效率及建造质量。

为解决上述技术问题，本项目设计研发出一种适用于轴孔类构件的中心定位装置，可用于轴孔类构件中心直接定位，为轴孔类构件同轴度检测提供方便。

最后由电脑根据测量软件计算出被检艉轴管前，后轴颈中心相对于艏艉基准法兰中心连线的偏差值。通过分析检艉轴管前，后轴颈中心和激光光轴的位置关系，给出尾轴管对中检测结果和调整方案，如图3所示。

3 结论

基于近景摄影的新型三维测量技术，作为一种非接触测量方式，通过在不同的位置和方向获取同一物体的两幅以上的数字图像，经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到自动计算出待测点精确的三维坐标，具有精度高、便携等特点。该技术已经广泛应用于航空，航天，通信造船重工业 水利水电， 汽车制造等诸多工业领域。本项目针对大型船舶轴系对中检测难度大及精度低的问题，通过数字化三维测量技术和现代信息数据处理手段，结合船舶轴系设备结构特点，创新开发一种高精度、智能化适用于船舶轴系对中检测的工艺技术。改变了传统手工测量工艺和二维测量工艺，促进船舶建造新工艺、新技术的应用，为实现智能化精度建造、数字化建造和快速建造提供技术支持。

参考文献

[1] 王彪.船舶轴系的安装工艺探讨[J].科技与企业，2014（11）：197.

[2] 唐晨，张茂云，贾冰，曹国华.大型机组轴系对中方法探讨[J].长春工业大学学报：自然科学版，2013，34（6）：616-621.

[3] 黄桂平，钦桂勤，卢成静.数字近景摄影大尺寸三坐标测量系统V-STARS的测试与应用[J].宇航计测技术，2009，29（2）：5-9，22.