激光投线辅助豪华邮轮外板涂装技术

黄东伟,叶爱青,顾洋，朱同周，曹永树

(1.招商局邮轮制造有限公司，江苏 海门 226116;2.上海龙禹船舶技术有限公司，上海 201206)

世界上现役的豪华邮轮很多在外表绘制抽象性或现实性的艺术图案，以提升其美感体验和商业营销价值[1]。因邮轮的体积庞大，船壳具有立体线型，艺术图案设绘的面积巨大，且图案构造复杂无规则，若采用传统的喷漆模板遮蔽技术，将无法满足如此大面积复杂图案的设绘。为此，介绍利用增强现实激光投线技术，采用该技术，可将经软件处理的三维图案轮廓线条投射到实船的外板上，然后由涂装工人沿着轮廓线条进行贴胶带、描边、填充工作，最后获得华丽的外板涂装效果。

1 传统外板涂装技术

在豪华邮轮外表的大型复杂涂装技术出现以前，一些商船外表通常会设绘一些船东公司Logo、简单线条等图案，从而起到局部装饰和区分的目的，这些图案的绘制都是通过传统的技术来实现的，主要有如下几种方法。

1.1 字模法

通过计算机软件制作字模文件，用塑料纸打印出实物字模以后，再雕刻镂空字模，将字模紧贴在外板表面，然后用相应的油漆在镂空区域内刷涂所需要的颜色，形成与计算机显示一样的形状。这种方法适合面积小、颜色单一的字符、图画等形状。

1.2 焊接法

利用船体套料软件，将所需要的艺术图案外形在软件内进行套料，然后通过切割下料的方式，将钢板切割成所需要的尺寸和形状，再将其折弯、组合、拼装、焊接至船体的外表，最后在这些钢板表面刷涂所需要的颜色。这种方法适合面积较小的船名、Logo等图形，缺点明显：容易增加船体重量，而且拆卸麻烦。

1.3 放样法

在大平面上进行放样是利用正交的网格背景对图案上的特征点进行坐标定位，然后将特征点进行光顺的连接，以形成整体轮廓，再在轮廓内的各个区域进行填色。此方法适用于面积较大且颜色单一的简单图案，若图案复杂，则工作量巨大。另外，也可以利用放样的方法，在外板焊接特征点来定位，再将特征点连接起来，形成光顺的图案轮廓。

1.4 投影仪法

即利用常规的彩色投影仪设备，将所需绘制的图案投影到外板上，然后按投射出来的图案进行描边、贴胶带和涂装。若投影面曲面的曲率变化较大，则就会出现投影变形、错位的情况，影响图案的实际效果；若投影面积巨大，则会出现画面不清晰，边缘轮廓粗化等情况，不利于涂装人员的定位。投影仪方法只适合于平面区域的中小型字画图案。

1.5 聚乙烯贴膜法

此方法是利用计算机、划线和打印设备，在聚乙烯贴膜上绘制出客户所需图案，对贴膜进行裁剪后，将聚乙烯贴膜牢牢贴附在船体外表。这种贴膜具有光泽度高、耐水、耐晒、易更换的特点，颇受游艇行业人士的喜爱，在游艇行业应用较广。

2 激光投线技术

激光投线技术集成了一体化的传感装置并使用了高度优化的数据处理过程，构建电子数据和工件之间的双向桥梁。数字化的内容可以直接迅速地被展示在物体的表面，并且不再需要复杂的图纸和昂贵的模板，可以十分高效地完成复杂的工作流程和定位任务[2]。

激光投线设备通过将数字化的图案轮廓快速地投影到工件表面上，这种设备特别适用于具有复杂外形的工件或具有许多凹凸不平区域的工件上，并且同样也适用于快节奏生产流水线中的符合人体工程学的装配工位。

激光投线设备的厂家大多在欧洲国家，有3D EXTEND, SL LASER等品牌，在汽车制造、飞机制造领域应用较广，本文着重介绍基于SL LASER ProDirector XS2型设备的激光投线技术。

激光投线技术辅助船舶外板涂装的主要实施步骤见图1。

图1 激光投线技术辅助外板涂装实施步骤

3 激光投线技术辅助外板涂装

3.1 模型数据准备

3.1.1 建立船体外板模型

利用CAD格式的船体型线图，在Rhino或NAPA软件中按1∶1的比例建立船体外板模型[3]，并对外板型线进行光顺处理，以使模型与实船相一致。

3.1.2 建立二维CAD图案文件

根据已有的外板效果图图像文件，在CAD软件中利用样条曲线、直线等工具对图案不同颜色区域的轮廓进行临摹，形成CAD格式的二维图案轮廓文件。若条件允许，可以直接利用制作效果图的软件导出CAD格式的二维图案轮廓文件。在建立CAD图像文件的过程中，应注意按1∶1的比例进行制作，在此过程中，需用总布置图中的主视图做背景参考，以确保图案文件不超出船体主尺度范围，并且图案的区域因尽量避免水尺标记、载重线标记、分舱标记等，因为这些标记通常需要按照船级社的规定进行涂色。

3.1.3 三维图案模型建立及格式转换

对于现如今医院的会计科目在改革时，设置专门的成本类科目尤为重要。设置成本类科目的过程中应该注意需保证医院的成本费用能够得到统一的管理，这样就能够使成本使用状况更加的清晰和具体，还能强化成本的可比性，其对于医院的会计管理工作效率提升具有一定的价值。对于医院的会计核算方式，进行必要的改革需要对于药品的销差价科目进行取缔，通过各种方法来增加医院的收入，比如增设药事费用等方案。这能在一定程度上是医院的收入状况得到明显的改善，可在一定程度上来保证医院的收入。还需要对于医院的会计核算内容进行明确，将会计管理中的医疗和药品等相关信息进行规范化的处理。

在建立外板模型文件和CAD图案文件后，将文件分别导入到Rhino软件中，利用软件中的投影功能将CAD图案里的轮廓线条投射到外板模型上[4]，生成图案的三维模型文件，见图2。

图2 三维图案模型

在使用投影功能前，需要事先调整CAD图案在视窗中与外板模型之间的位置，通常将CAD二维轮廓线所在的平面与被投射面大致平行，确保投影出的线条位置(高度和纵向)的准确性。当将二维图案转换为三维图案后，不可避免的会发生轻微变形，然而邮轮外表图案通常为抽象型，对精度要求不高，且注重最终整体涂装效果，轻微变形可以忽略。

在生成三维图案模型后，使用Rhino软件将此模型文件导出，文件格式需供三维取线软件读取和编辑，通常为STP,STEP,IGS格式。

3.2 投线区域划分

激光投线仪的投射角、投射距离和投射范围具有一定的限制，以某投线仪操作参数为例：仪器距投射面为10 m时，投线范围为12 m×12 m，若增大其与投射面的距离，虽然投线范围有所扩大，但是激光的亮度有所衰减，且激光线的宽度增粗，将影响后续临摹的精准度。

因船体外板庞大，通常需要投线的范围可达50 m×50 m，仅靠一站激光投线仪无法一次性对所有图案区域进行投线，需要将船体外板进行区域划分，通过多站激光投线仪进行多次投线。

通常在划分投线区域时，根据投线仪本身的可投线区域的大小进行均匀划分。在划分时需要保证相邻的两个区域有一定的重合度，通过观察相邻两区域的线条是否平滑相连来检验投线的精准度。比如，船艏外侧图案长约48 m，按照使用仪器性能投射10 m，并保证连站投射线的重合度、投射精度，可将投线划分成投射6站。

3.3 按区域划分选线

投线设备需配合自身配套的选线软件，选线软件读取的是3.1中所述的事先生成的三维图案模型，在划分完投线区域后，投线仪需按所划分的区域分站进行投线，每一站投射的线条各不相同，故需按区域划分在软件中选择每一站所需要投射的线条，在选线时应保证区域重合的线条在两个区域内都已被选到。每个区域所选的线条文件由软件导出，并用区域名进行命名，后续激光投线设备需读取此线条文件。

3.4 坐标测量及转换

然后在划分好的每一个区域中，至少布置4个公共点，这些公共坐标点应大于此区域内需要投射线条的大小，公共坐标点用带有反射功能的标靶点进行粘贴定位，以供激光投线仪校准用。

基准坐标点和公共坐标点选择完后，使用全站仪测得这些点的坐标值B0、C0、D0、E0，然后使用精度分析软件，利用基准坐标点的实船测得值A0和实船理论值A1，将公共坐标点的测得值转换成实船坐标理论值B1、C1、D1、E1，见表1，坐标转换使用基准面重合算法[4]。

表1 实船基准坐标和公共坐标测量值转换

3.5 分区激光投线

首先架设激光投线设备，调整设备位置，必要时借助工装梯架以调节设备所在位置的高度，将设备放置在所需投线区域正对面的中心位置，并保证设备放置牢固。投线设备连接计算机后，启动设备配套的投线软件。导入3.4中所准备基准点、公共点的实船理论值，利用激光投线软件中的校准对齐功能，对公共点进行校准对齐。

校准时，激光逐个扫描的公共点与标靶点全部重合时，即说明校准正确。若在某区域投射期间，因不可控外力致使设备的位置发生了移动，则需重新利用4个公共点进行校准，在校准之后，设备即可重新进行投射，且投射的线条的位置不会发生改变。市面上有更先进的设备，当设备位置发生变化时，可以自动快速完成校准过程。

然后，将3.3中所述的线条文件导入投线软件中，选取需要投射的线条，即完成了激光的实船投线操作。因为激光投线仪的总功率有上限，所以不宜一次性选择过多的线条，这样容易导致投射亮度不清晰，或者激光频闪过慢等问题，影响临摹。激光投线仪实船投射场景见图3。

图3 实船曲面处激光投线

3.6 线条临摹及内部填充

在激光投线的同时，操作人员需使用记号笔沿投射的线条进行临摹，然后沿临摹后的线条粘贴胶带，作为后续喷漆区域的边缘。胶带粘贴完后，即可使用喷漆设备，对照效果图，在相应的区域内喷涂相应的颜色。

3.7 局部修饰完善

在各个区域内的颜色喷涂完毕后，撕去所有的纸胶带，仔细检查图案线条过渡不光顺、色差、锯齿状边缘等缺陷处，再使用小毛刷对这些缺陷处进行修补完善，最后得到近乎完美的图案，见图4。

图4 实船完工效果

4 结论

激通过坐标转换原理，运用NAPA、CAD、Rhino等先进软件，建立附带艺术图案的船体外板模型文件，再利用激光投线设备将图案轮廓线条投射至实船上，可将设计图案变成现实。

该技术在邮轮外板图案涂装上的成功运用，实破了传统的船舶外板图案涂装方式，其高效、精准、便捷的特点，使得复杂、大型、曲面图案的绘制变成了现实，此技术的应用前景可观。