船舶部件如何实现精准装配?

来源:荣格国际金属加工商情

发布时间:2019年7月30日下午 04:07:50

迈尔造船厂(MeyerWerft)总部位于德国帕本堡,因建造特殊用船名满天下。他们尤其擅长建造现代化装备精良的大游艇。过去几年间,该船厂已成功为全世界的客户建造了45艘豪华邮轮,每艘邮轮都是独一无二的。为保持其在全球的竞争力,迈尔造船厂不断利用新的生产技术建造邮轮。自2010年以来,该船厂使用莱卡激光扫描仪进行几何分析和影像存档。他们使用LizardQ摄像机创造360度全景图,每年可创造8000张全景图。针对复杂点云模型进行3D比对和精准调整,迈尔造船厂的计量工程师使用了3DSystems的Geomagic®ControlX™自动化三维检测软件帮助完成计量任务。
 
 
从CAD蓝图到完成邮轮的建造是一个漫长的过程,在此期间会面临许多挑战。“如果想知道迈尔造船厂任务的复杂程度的话,你可以想象一下,每六个月就要建造一座完整的漂浮在水上的小镇,要满足几千人的用水、卫生、后勤和住宿需求,同时还要提供餐饮服务、电影院和其它休闲娱乐场所,包括水滑道、卡丁车赛道等。”该船厂的计量和质量管理主管RalphZimmerman说道,“每艘游艇的组装需要用到多达3000万个部件,其中最小的部件尺寸也可达30×30×2.5米。组装邮轮的时候,必须确保每个部件都完美装配。我们每天都需要进行几何测量和点云数据建模,我们使用的是GeomagicControlX自动化三维检测软件。我们已经与该软件的供应商3DSystems公司建立了长期稳定的合作关系。
 
3DSystems公司资深国际咨询师EricWind补充道:“我们的软件有很多应用功能可以帮助迈尔造船厂提高质量管理,这对邮轮的按时成功建造非常关键。GeomagicControlX自动化三维检测软件可以快速简单地提供可靠的检测结果。我们会继续开发此软件,以确保能够解决客户将来会面临的挑战,满足客户的要求。”
 
自2012年以来,几何测量已成为迈尔造船厂质量管理流程的一部分,贯穿新船制造的整个生产流程。计量和质量管理部门负责所有的检测工作,并与船厂的建造主管密切配合。该部门的重要工作之一就是将目标状态和实际状态进行比较。一开始会对部件进行扫描,并在电脑上对其进行虚拟装配,以确保能够进行准确无误的正式装配,降低人工调整次数,节省大量时间。
 
3D比对帮助确保完美精准装配
 
在邮轮建造过程中,所有材料都可能因为外部影响而变化。由于热力作用,焊接会导致金属部件发生变化。在运输和装配过程中,部件也会受到机械应力的影响,因此导致变形,甚至每个季节的温度条件也会产生相应的影响。在蓝图、实际生产和虚拟装配过程中表现良好的部件可能会在最后装配过程中出现偏差。因此,将目标状态和实际状态进行比对非常重要,使用GeomagicControlX自动化三维检测软件进行3D分析就可以实现这一点。当前的要求包括表面分析、几何检测、密合检查和虚拟现实。
 
表面分析和甲板分析降低后续成本
 
迈尔造船厂计量部门的技师AndréSchreiber解释道,“在表面分析过程中,我们的目标是在完全装配环节找出与目标状态有偏差的部分。一旦激光扫描仪捕捉到了可疑点云,我们就会使用GeomagicControlX三维检测软件编辑点云。因为它可以处理大量的数据,因此整个质量管理流程都非常顺利。该软件适合所有尺寸的部件检测。”此外,GeomagicControlX软件可与各种类型的扫描仪和技术兼容,使得用户能够从几何角度测量物体对其进行验证,并创建检测报告。
 
表面分析(图1)清楚显示,与目标状态相比,甲板表面上真的存在偏差和凹陷。即便邮轮上的阳光甲板表面只偏差几毫米也会导致水坑的出现。此类偏差也可在甲板下面出现。例如,邮轮的某个区域是贴瓷砖的,地面不平会导致地板瓷砖产生裂缝。
 
图 1:使用 Geomagic Control X 进行表面分析时,彩图表明甲板表面的高度和深度具有显著的差异。图片由迈尔造船厂提供,版权所有。
 
若调试部门在邮轮交付之前发现了这些问题,就需要进行修复工作,代价是巨大的。幸运的是现在计量工程师能够使用GeomagicControlX三维检测软件完成这项工作,相关问题可在船厂进行纠正。对相关区域进行返工,精准计算填(水平)胶量后进行填胶处理使甲板表面变得平整。这意味着不会再出现水坑,游客们到达日光浴床时也不用弄湿双脚。
 
甲板分析与表面分析类似,将现场实际状况与CAD模型数据进行对比,就可以立即发现偏差(图2)。举个例子,将管道安装在不同高度时,若需要进行调整,就可以借助3D分析,在建造过程中进行干预。3D分析有助于预防后期装修阶段出现的结构问题。
 
图 2:使用 Geomagic Control X 进行甲板分析后,结果显示了实际状况与 CAD 模型数据偏离的地方。确保可以及时进行必要的调整。图片由迈尔造船厂提供,版权所有。
 
几何检测帮助预测和解决偏差
 
对船体进行几何检测是非常重要的。以稳定装置(图3-图5)为例,壳体表面的边缘是不一致的,扫描结果显然和CAD模型有很大不同。在质检过程中,会进行3D比对来确定预期变形造成的偏差是否处于误差范围之内。迈尔造船厂计量和质量管理主管Zimmermann解释道:“3D分析能够让我们清楚地看到所有的偏差。有必要对有问题的部件进行调整,比如功能受到限制时,偏差很可能会导致更多风险出现时,不符合安全规范时等等。”
 
图 3:稳定装置的 CAD 模型,图片由迈尔造船厂提供,版权所有。
 
图 4:使用 Geomagic Control X 三维检测软件对稳定装置进行扫描, 扫描结果显示目标状态和实际状态之间存在着图。
 
图 5:稳定装置与 Geomagic Control X 三维检测软件中的 CAD 模型不匹配,壳体表面边缘不一致。图片由迈尔造船厂提供,版权所有。
 
密合检查节省大量时间和金钱
 
在建造过程中客户会要求对邮轮的某些区域或设备进行更改,这并非不常见的。Zimmermann说道:“曾经有个客户希望增加救生船的容量,而救生船是由意大利的供应商生产的。因此,救生船的设计发生了很大的变化,也不再适合我们原始规划的尺寸。我们必须确保重新设计后的邮轮与新救生船的吊柱密切贴合,且能够降低到合适的高度。”只对尺寸(长度、宽度和高度)进行简单的对比会造成很大风险。以前,我们只能够将救生船从意大利运送到德国再进行调整,而现在迈尔造船厂的工程师可在制造商厂房处对救生船进行扫描,导入相关数据。然后计量部门使用GeomagicControlX三维检测软件进行密合检查。结果是乐观的:新救生船与邮轮吻合得很好,无需对邮轮船体结果进行进一步调整。
 
总论
 
在现代邮轮建造过程中,激光扫描仪与计量和质量管理软件等强大的工具是必不可少的。它们在确保部件完美装配过程中起着很重要的作用,也能确保及时作出所需的调整,确保邮轮能够及时完整地交付。迈尔造船厂计量和质量管理主管Zimmermann解释道:“任何时候我们都能够信赖我们的测量结果。3DSystems能够理解我们的需求,成为我们的可靠合作伙伴,而且他们也在不断提升检测软件的功能。因此迈尔造船厂能够建造出惊艳的邮轮、渡轮和考察船。”
 

 

 

 

□ 本文由 3D Systems 公司供稿

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