LNG船激光跟踪仪打点划线

祝圻封， 王德明， 徐 超， 戴伟啸

(沪东中华造船(集团)有限公司， 上海200129)

0 引 言

薄膜型LNG船是一种能在常压下装载和运输-163 ℃液态天然气的液货船，是船舶行业公认的“三高”船舶之一。沪东中华造船(集团)有限公司是全球少量能建造该船型的船厂之一。通常薄膜型LNG船全船共有4个液货舱，每个货舱由10个面组成，分别为A、B、C、D、E、F、G、H、J、K，呈八棱柱几何形状，其中：2、3、4舱位于船体平行中体位置，形状规则；1舱在船首位置，因船体线型特殊性呈艉大艏小的楔形形状。货舱围护系统由2层相互独立的耐低温绝缘层组成，绝缘层通过连接件基座与船体相连。连接件基座的精确定位是围护系统建造的基础，为保证其精度，专利公司GTT安装手册要求用激光跟踪仪定位基座点。

激光跟踪仪打点工作是LNG船次层绝缘箱安装定位线(划线)的基础，打点的精准与否直接影响划线以及基座安装的精准度，基座的有效安装才能保证次层绝缘箱顺利安装。因此，激光跟踪仪的打点精度、效率以及质量的提高对推动LNG船建造具有十分重要的意义。

本文以激光跟踪仪打点为重点，总结了在激光跟踪仪打点过程中取得的一些经验，希望在后续打点工作中起到借鉴作用，以提高激光跟踪仪打点的精度来保证划线和基座安装的准确性。同时，对实船建造过程中产生的问题进行分析，并给出解决方案，使液货舱围护系统的建造质量得到进一步提高。

1 激光跟踪仪概述及工作类型

在LNG船货舱围护系统建造过程中打点等工作所用的是FARO公司生产的激光跟踪仪，如图1所示。该激光跟踪仪是一种便携式高精度三维坐标测量设备，使用长距离目标，其测量范围可达 55 m。该激光跟踪仪ION系统使用2个旋转角编码器和1个基于激光的距离测量系统，以跟踪和测量反射器目标的位置。激光跟踪仪ION 标准配置有1个完全配套的气象站，可通过 AgileADM进行静态和动态测量，确保距离测量精确。该系统通过测量2个角度和1个距离来确定目标的坐标，这些角度是由安装在顶点角轴和方位角轴上的编码器来测量的，径向距离是由条纹计数干涉仪或一种相位偏移绝对距离测量仪(Absolute Distance Measurement, ADM) 来测量的。

图1 激光跟踪仪

在沪东中华造船(集团)有限公司承接的17.2 万m3LNG船中，次层绝缘箱总数为30 000只，基座定位线以及楔块调整的数据DZ值等工作都必须利用激光跟踪仪来完成。图2是激光跟踪仪工作种类统计饼状图，它统计了整个围护系统工作中激光跟踪仪的工作分布，可以看出：打点以及DZ值测量工作在整个围护系统生产环节激光跟踪仪应用中占60%。

图2 激光跟踪仪工作内容

2 划线及连接件基座安装对打点精度的要求

2.1 划线要求

将激光跟踪仪所打出的样冲点用白色墨斗进行连接形成大网格线(见图3)。大网格线要求任意大网格长宽尺寸误差都在1 mm以内，2条斜对角线长度误差在2 mm以内；相邻3个大网格长宽总长度(即9 m或10.8 m)误差在2 mm以内。

图3 弹好的大网格线

将3.6 m×3.0 m的标准大网格线3等分后用钢针划点，之后用白色墨斗弹线得到1.2 m×1.0 m的小网格线(见图4)。测量小网格线的尺寸，与理论值的最大误差为1 mm，对于特殊尺寸的大网格根据图纸要求划分成相应小网格，所有的小网格点即为连接件基座位置，根据图纸在其右下角标注连接件基座的位置号。(注：B、D面弹线时，需要将中间区域网格划线结束后，再根据图纸将4个角落区域的特殊基座点根据已划的网格线测量并划线)。

图4 大网格线内弹小网格线

2.2 连接件基座安装

连接件基座安装是根据划线所得出的十字交叉线来进行安装的，如图5和图6所示。

图5 基座安装

图6 点焊定位

在连接件基座安装工作前，安装人员必须进行如下几项准备工作：(1)划线、提交结束(划线清晰，不可双线、线粗、划错等)。(2)根据划线，用砂轮打磨船体内壳表面基座处Φ80 mm区域内的油漆。打磨要求：油漆清除干净，表面光洁平整，特别是船体大接缝处，一定要把焊缝磨平，且平缓过渡。(3)检查当天要装的基座清洁是否符合要求。第1天工作结束后必须把第2天要装的基座平铺在清洁布上，目的是把油脂吸掉，第2天再用丙酮把油脂擦干净。(4)横向环区域安装前确认打磨的基座位置是否正确，必须参照图纸检查。

连接件基座安装完成后必须检查连接件基座的直线度，三米尺靠在3个连接件基座上，如发现连接件基座与三米尺的间隙超差，则此连接件基座必须拆掉重新定位。非挡块位置基座检验如图7所示，挡块位置基座检验如图8所示。

图7 非挡块位置基座检验

图8 挡块位置基座检验

3 激光跟踪仪打点的步骤要求

(1) 划控制点。激光跟踪仪在建立平面前首先需要做控制点，用角度模板在舱壁上划出200 mm的2条线并做出交点，然后将靶座用热熔枪配硅胶棒固定于2条线交点内侧，与交叉线相切(见图9)。一般矩形面如A、C、E、H、F、J、G、K所做控制点数量为13个，B、D面则为19个(见图10)，划分控制点常用模板有90°和135°，1舱因船体结构特殊性需使用对应角度的特殊模板，81.62°适用于BE、BH、BG、BK角，101.77°适用于DF、DJ角，78.23°适用于BF、BJ角，98.38°适用于DE、DH、DG、DK角(BE、BH等均为相邻货舱面的夹角，即为BE指B面与E面夹角)。

图9 靶座与线相切

图10 B、D面控制点分布

(2) 安装设备及预热。当设备安装完毕后(见图11)，打开CAM2软件时必须有一段设备预热的过程(约30 min)从而确保设备稳定。预热栏中的6个选项都显示绿色并打勾表示预热完毕(见图12)，设备可正常运作。

图11 激光跟踪仪安装于舱壁上

图12 软件预热完毕

(3) 角度精度确认。在正式打点工作开始之前，必须对设备进行角度精度确认，角度精度确认的好坏直接影响打点等后续工作的精度(见图13)，工艺对于角度精度确认这一环节还制定了严格的流程(见图14)。

图13 角度精度确认工作

图14 角度精度确认工作流程

角度精度确认通过与否产生的差别如表1所示。

表1 角度精度确认通过与不通过的差别

(4) 建面及导入数据。LNG船单个液货舱共10个面，基本分成矩形和八边形2种形式，它们的建面方法截然不同，以矩形通过CAM2软件操作来举例 (见图15)，操作步骤如下：①测量A、B、C、D、E、F、G、H、S、T、M、N、O控制点的坐标值并记录。②选择A、B、C、D点建立虚拟平面。③作AD、BC边的中点即C_AD、C_BC，作C_AD、C_BC的中点即C_ABCD，则C_ABCD为此虚拟平面的中点。④由中点建立坐标，确定x轴的正方向向船首，y轴正方向向右舷(按图纸为要求)，以此建立坐标。⑤建面完成后导入GTT公司提供的原始数据，将数据导入CAM2软件后(如图16和图17所示)，便可按照图纸开始施工。

图15 矩形控制点分布图

图16 GTT原始数据

图17 将数据导入CAM2软件后及施工图纸

(5) 远程连接进行打点。由于打点数据是通过笔记本电脑呈现的，而工作区域则分成多层，因跨层工作会对查看数据造成不变，因此利用Touch对笔记本电脑进行远程控制来实时观察数据方便打点，如图18所示。由于船体分段建造及搭载精度的影响，可能会导致液货舱面扩大或缩小，开始打点前首先要做的是测量校验点，为校验液货舱面校验点是否在理论值范围内(见图19)。在打完校验点后需用卷尺测量出舱壁与样冲点之间的距离，全部测量完毕后检查测量值是否有超差，如有超差点则进行坐标偏移，如超差值过大而导致无法正常进行坐标偏移的须直接联系船舶所有人和GTT公司进行数据分析，待出具更好的方案才可继续工作。

图18 Touch与笔记本电脑同步状态

图19 以A面为例的校验点分布图及校验点理论数据

4 实船建造原有设备、工艺对比

实船建造原有的老式打点器(见图20)，打点时需要拖动前方的传动轴，有较大可能由于人为操作产生打点精度误差，且连接传动轴的部分和传动轴部位的零件较容易在长期工作过程中造成松动。因此，用老式打点器打出的样冲点存在的偏差数量偏多，精度较差易造成划线工作返工，既影响工作效率又影响产品质量。

图20 老式打点器操作

根据实船经验设计和改良的全新同轴式打点器(见图21)为一体式加工所制，工作原理是通过激光靶球反射球心与打点样冲同轴的方式进行工作，简化了老式打点器的打点步骤，避免了老式打点器需要拖动传动轴打点产生的人为误差，有效地控制激光打点定位的精度，且同轴式打点器与老式打点器相比体积更小、更轻便、更方便操作，进一步提高了打点的工作效率和质量。

一般每打1个样冲点，老式打点器需时5 min，同轴式打点器需时3 min；单个工作面约100个点内老式打点器误差量约为20个，同轴式打点器误差量约为5个。即为单个工作面内老式打点器修改误差点需时100 min，同轴式打点器需时15 min。从总体上来看，完成单个工作面打点工作老式打点器需时(500+100) min，同轴式打点器需时(300+15) min，整体效率提升约47.5 %。2种打点器性能对比如表2所示。

表2 2种打点器性能对照表

5 结 论

对GTT公司打点划线精度要求分析、激光跟踪仪的性能描述，利用激光跟踪仪进行货舱打点划线工作以及更好地提高打点精度，能更有效地提高一线生产管理、施工人员对该项工作技术要点的掌握，提升打点划线精度，减少返工，提高生产效率，降低成本，在提升LNG船围护系统建造质量和水平的同时，也希望为其他业内同行提供参考的依据，推动LNG行业的进步与革新。

[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] 沪东中华造船(集团)有限公司.LNG船围护系统 划线工艺(H&Z465002-2014) [S].2014.

[6] 沪东中华造船(集团)有限公司.LNG船围护系统 连接件基座定位与安装工艺(H&Z465003-2008) [S].2008.