一种在位实时监测船体基线挠曲的系统的制作方法

本实用新型属于船舶制造技术和光学测量领域，具体涉及一种在位实时监测船体基线挠曲的系统，特别是一种针对船坞环境下在建船体的基线挠曲测量系统。

背景技术：

船体基线是船舶水尺和载重线堪划以及重要装备基座制造平面的基准，也是衡量船舶建造质量的重要标准之一。国内船舶的基线测量，涉及船体搭载、船体验收及船体出坞下水三个阶段。特别是主船体搭载阶段，船厂为控制船体的建造精度，需要监控船体基线的挠曲情况，并据此在船体搭载阶段实施相应的精度改进措施。因此在船体建造过程中如何快速、准确地测量船体基线的挠曲是目前造船业亟须解决的一项关键技术。

目前，船体基线挠曲常用的测量手段有水平管法、简易标杆法、全站仪测量法、激光经纬仪测量法等。

（1）水平管法及简易标杆法测量原理简单且易于操作，但船台上脚手架密集、空间狭窄，测量环境较恶劣，影响测量精度的因素较多且花费时间较长。

（2）全站仪测量法是目前船厂采用的主要测量手段，多用于船坞环境的基线测量，每次测量需要2~3人，花费半天的时间。受船坞环境的光线制约，全站仪测量法每隔70米左右需进行一次转站，由此会引入较高的转站误差，总误差最高可达5~6mm。

（3）激光经纬仪精度较全站仪高，但存在测量效率低、对测量环境要求高等不足。在测量过程中，不能有障碍物否则无法直接对测量点进行测量，而船坞的现场环境复杂，通常无法保证测量的正常进行。

船厂采用的测量方法，均需要人工手动记录各测量点的挠曲值，人工记录方式不仅会影响测量效率、增加后续工作量，而且不能直观、即时地呈现船体基线挠曲状态。综上所述，船厂采用的测量方法存在效率低、精度较差等问题。

目前国内外尚未开展针对船体基线挠曲在位实时监测的相关研究。

技术实现要素：

为克服目前船厂采用测量手段的不足和缺陷，本实用新型的目的在于提供一种在位实时监测船体基线挠曲的系统，实现了船体建造过程中对船体基线的在位、实时、精确检测，被监测船体的基线采用挠度曲线的方式表达，便于工作人员查看。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种在位实时监测船体基线挠曲的系统，其特征在于所述系统包括若干个激光测距传感器，实现船体基线的自动测量，获取测量数据；测量仪器安装设备，激光测距传感器安装在所述测量仪器安装设备上；防护罩，所述防护罩设置在激光测距传感器外；数据传输设备，分别与所述若干个激光测距传感器以及终端机连接，实现所述若干个激光测距传感器和终端机之间的数据交换，将船体基线的测量数据传输到终端机。

根据本实用新型的优选实施例，所述测量仪器安装设备包括安装在船坞底部的三脚架和基座对中器，激光测距传感器通过基座对中器安装在三脚架上。

根据本实用新型的优选实施例，在防护罩的顶端开有玻璃天窗，能够保证激光测距传感器的正常工作。

根据本实用新型的优选实施例，所述防护罩上设置有钢尺，用于各激光测距传感器统一测量基准。

根据本实用新型的优选实施例，所述在位实时监测船体基线挠曲的系统还包括与若干个激光测距传感器相配合的水准仪。

根据本实用新型的优选实施例，所述数据传输设备包括RS485总线和无线数传电台，RS485总线连接各激光测距传感器，激光测距传感器的数据传输接口通过RS485总线连接到现场端无线数传电台，所述现场端无线数传电台与终端无线数传电台无线通讯，并通过现场端无线数传电台连接到终端机。

本实用新型应用于船体在船坞总组搭建过程中，实现船体基线挠曲的实时监测。该实用新型可大幅度提高测量效率、缩短造船周期、提高造船精度、减少工人测量船体基线的工作量。

附图说明

图1本实用新型系统的组成结构图。

图2 系统的数据传输模式。

具体实施方式

本实用新型包括船体基线挠曲自动监测系统硬件和软件组成，其中硬件包括激光测距传感器、测量仪器安装调平设备、防护设备、数据传输设备、水准仪以及辅助设备组成；软件由设备管理模块、数据交换模块、串口通讯模块以及偏差拟合等模块组成。

1、激光测距传感器1：实现船体基线的自动测量，获取测量数据。激光测距传感器的测程为0.5~40m，满足船体基线测量量程的要求；测量精度为±1.0mm，可有效保证基线的测量精度；操作温度为-10°C~+60°C，能够保证在船台恶劣环境下正常工作；防护等级达到IP65级，能够防止灰尘和水汽的侵入。

2、测量仪器安装、调平设备：由三脚架3和基座对中器2组成，其中三脚架3实现激光测距传感器1在船坞内平稳放置，基座对中器2保证激光垂直于水平面投射到测量点。

通过调节基座对中器2的三个支脚，使气泡移动到调平管的中心，保证调平精度达到30″以上。三脚架3为伸缩高度为80cm的专用三脚架，可方便安装在船坞底部，便于测量模块的拆卸。

3、防护设备：由铝合金制防护罩及钢尺组成，在恶劣的船坞测量环境下，防护激光测距传感器。

防护罩的缝隙采用防水玻璃胶进行粘接，能有效防止雨水的侵入。在防护罩的顶端开有玻璃天窗，能够保证激光测距传感器的正常工作。防护罩外粘贴的钢尺用于各激光测距传感器统一测量基准。

4、数据传输设备：采用无线数传电台6，实现将坞内船体龙骨挠曲的测量数据传输到船厂的精度测量部门的终端机。数据传输设备包括RS485总线5和无线数传电台6，RS485总线5连接各激光测距传感器1，激光测距传感器1的数据传输接口通过RS485总线5连接到现场端无线数传电台6，并通过终端无线数传电台7将信号传输到终端机8。终端无线数传电台7和终端机8之间还设置RS485转RS232接口9。

无线数传电台工作频率为国际通用数传频段433Mhz接，采用GFSK调制方式，频率的稳定性较好；可直接接CPU串口和计算机的RS232接口；视距可靠传输距离可达2Km~10Km，能够保证基线测量数据在有船体和建筑物遮挡的情况下，仍能传输至终端机。

5、水准仪4：统一各激光测距模块的测量基准。所用水准仪，其观测距离可达100m以上，安平精度0.3″，测微尺格值0.1mm，可估读到0.01mm。

6、辅助设备：包括RS485总线5、防水接线盒、电瓶10（24V）。RS485总线用于传输数据；防水接线盒用于将各测量模块连接到RS485总线上，并保护连接接线；电瓶用于给激光测距系统供电。

7、设备管理模块：实现激光测距传感器参数的配置，如设置设备编号、传输地址、对应肋位号及设备的基准高度等。

8、数据交换模块：实现将测距仪的测量数据保存到本地数据库，通过一定的算法将各测量模块的测量信息（包含监测轮数、测量设备编号、测量数据、测量时间、工程编号等）存储到数据库，便于后期船体基线偏差的计算。

9、串口通讯模块：实现测量系统的软硬件交互。通过串口通信参数设置→打开串口→发送请求→等待回应→接收回应字符串→解析回应字符串（若执行成功并且有数据需要返回则提取到的返回数据）→关闭串口等一系列的通信控制操作，将测量数据导入系统，并实现测量仪器的开关及工作状态控制。

10、偏差拟合模块：实现船体基线测量数据和理论数据的比对，计算出两者之间的偏差，并以挠度曲线的方式表现出来，直观显示船体基线的挠曲情况。

具体实施时，所述在位实时监测船体基线挠曲的系统的操作步骤为：

（1）测量设备安装。在船坞底部依次安装三角架、基座对中器和激光测距传感器。

（2）测量设备连接及系统供电。用RS485总线连接各测量设备，其中数据传输接口通过RS485总线连接到无线数传电台6，上电和接地接口通过RS485总线连接到电瓶，开启电瓶给系统供电。

（3）测量设备参数设置及调试。软件初始化，上位机COM口连接无线数传电台，通过软件的设备管理模块设置各测量设备的编号、传输地址、对应肋位号，并通过测试功能检测各测量模块的可用性。

（4）统一测量基准。调整各测量模块三脚架的位置，调平基座对中器，确保激光测距传感器垂直发射激光，并保证激光点与船底标识的测量点重合；水准仪设站，并依次观测各测距仪防护罩上标尺的刻度，将刻度值作为基准高度输入设备管理模块；

（5）设定测量方式。根据测量需要在软件中设置测量方式及测量周期，如连续测量、定轮测量和定时测量等；

（6）开始监测。在软件的主界面显示各测量点的高度，并拟合出挠度曲线，通过挠度曲线查看对应肋位的位移偏差值，以便进行后期修正工作。