CC BY
79
УДК [681.783.24.08:681.586.5]:[658.562:629.5.081.4]
ББК [32.96-044.3:34.962]:39.42-060-7
Нгуен Чунг Ань, В. Н. Лубенко
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ ТАХЕОМЕТРА В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РАБОТ В СУДОСТРОЕНИИ
Nguyen Trung Anh, V. N. Lubenko
USE OF TACHEOMETER SENSORS IN QUALITY CONTROL SYSTEMS IN SHIPBUILDING
Рассматриваются вопросы, связанные с применением тахеометров для решения задач измерений в судостроении и на этой основе - повышения качества при выполнении монтажнотехнических работ при сборке судов. Приведены характеристики, описаны функции и возможности японского электронного тахеометра Sokkia. Предлагается методика определения и построения базовой, локальной и объектной систем координат, применяемых в процессе измерений для контроля положения объектов. Показано, что применение тахеометров в судостроении повышает качество результатов, производительность труда и, как следствие, конкурентоспособность верфей. Показана необходимость методических указаний по использованию современных трехмерных измерительных систем и разработки программного обеспечения для быстрого выполнения измерений при производстве, эксплуатации и ремонте кораблей и судов.
Ключевые слова: тахеометр, датчик, контроль, измерение, базовая система координат, локальная система координат, объектная система координат, совершенствование.
The questions related to tacheometer application for solution of measurement tasks in shipbuilding are considered, this leads to enhancement of the work quality while accomplishing assembling and technical operations during the ship assembly. The study presents the characteristics and describes the functions and capabilities of Japaneses electronic tachometer Sokkia. The requested methods of determination and setting up basic, local and objective coordinate systems, used in the measurement process in order to control the position of objects. It is proved that the application of tacheometers in shipbuilding improves the quality of the output, labor productivity and also the competitiveness of shipyards. The necessity of instructions on modern three-dimensional measurement system use and software development for rapid accomplishment of measurements during manufacture, exploitation and repairing of ships and vessels.
Key words: tacheometer, sensor, control, measurement, basic coordinate system, local coordinate system, objective coordinate system, improvement.
Введение
В течение длительного времени в судостроении проверочные работы в цехе, на стапеле, на плаву и в доке выполнялись при помощи простейших мерительных и контрольных инструментов (металлические рулетки и меры, шланговые уровни (ватерпасы), шнуровые отвесы и пр.)
Более прогрессивным и повышающим точность проверочных работ является применение оптических приборов. При этом значительно возрастает и производительность труда. В ряде случаев применение оптических приборов позволяет совместить несколько проверочных операций, например одновременно производить проверку положения секции по высоте и крену, по длине и дифференту и т. п. [1]. Именно поэтому одно из направлений улучшения проверочных работ - разработка и внедрение оптических приборов.
Нами проведен теоретический анализ и предпринята попытка создания блок-схемы процесса измерений с помощью оптических приборов (тахеометров).
Тахеометр - характеристики, функции и возможности
Тахеометр является точным оптико-электронным прибором. За последние годы российскими и зарубежными фирмами (ОАО «ПО «Уральский оптико-механический завод» - в России; Leika - в Швейцарии; Sokkia - в Японии; A^an - в Финляндии; Trimble Navigation -в США) создан целый ряд оптико-электронных измерительных приборов [2].
На рис. 1 изображен один из тахеометров - тахеометр Sоккiа [3].
Рис. 1. Тахеометр Sokkia
Одна из главных частей прибора - визирная труба. Она закреплена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси на столе. Стол вращается вокруг вертикальной оси. Перед измерениями прибор устанавливают на треногу. Тренога размещается устойчиво. От этого зависит точность измерений, и на это необходимо обращать особое внимание. Установленный на треногу прибор юстируют (точно выставляют). Юстировка состоит в ориентировании оси вращающегося стола тахеометра точно в зенит. Это выполняется последовательным использованием круглого и цилиндрического уровней тахеометра. Уровни тахеометра должны быть правильно настроены. Тахеометр проводит измерения в полярной системе координат (рис. 2). Он снабжен высокоточными электронными датчиками измерений вертикального О и горизонтального А углов. Дальность от точки размещения тахеометра до марки S, на которую наведена визирная труба, определяется лазерным дальномером.
x
Рис. 2. Система координат, измеряемая тахеометром
Тахеометр снабжен внутренним вычислительным устройством. Это устройство может пересчитывать координаты из полярной системы координат (А, О, S) в прямоугольную (Х, У, ^. Пользователь может получить данные в любом виде, по своему желанию. После юстировки тахеометр наводят на конкретную марку и проводят измерение. Затем очередь следующей марки (обмеряемой точки), затем следующей и т. д. Измеряемые по конкретной сборочной единице
координатные данные серии точек тахеометр сохраняет в виде файла, который может быть передан в переносной компьютер по кабелю или с использованием системы передачи данных Bluetooth. Программа в переносном компьютере принимает и сохраняет эти данные для последующей переработки.
Совершенствование принципа измерений в судостроении тахеометром
В современных условиях судостроения конструктор, как правило, разрабатывает большие объемные объекты, используя трехмерную графику. На экране его компьютера отображается трехмерный объект (рис. 3), и в нем можно выделить конкретную сборочную единицу (секцию судна), которая в данный момент времени в цехе монтируется на свое место. Если бы мы на этом экране могли увидеть реальное положение устанавливаемой секции, это позволило бы нам понять, какой конец секции и в какую сторону нам необходимо подать. Такая оперативная и точная информация очень помогла бы в сборке.
Рис. 3. 3D-модель конструкции судна
В настоящее время тахеометры помогают решать такие вопросы. Однако, для того чтобы вывести реальное положение секции на экран с трехмерной моделью, придется пройти цепочку переходов из одной системы координат в другую, связать реальные объекты с картинкой на экране проектанта (рис. 4).
О
s-----------------\
Модуль сравнения и вывод результатов V_________________>
о
Рис. 4. Блок-схема процесса измерений и пересчета координат
Базовая система координат. Базовая система координат - это прямоугольная система координат, привязанная к опорным (реперным) точкам протоколом измерения координат этих точек. Ось Z базовой системы всегда направлена точно в зенит (строго против вектора ускорения свободного падения g в точке измерения) [4].
Рис. 5. Базовая система координат
Построение базовой системы (рис. 5). Выберем построечное место для судна (или для секции судна). Вокруг него расставим стойки с марками на столбиках или прикрепим их к колоннам. Перекрестия на марках задают несколько опорных (реперных) точек. Жестко фиксированная в пространстве серия точек, определяемая перекрестиями марок, позволяет тахеометром измерить их координаты, создает предпосылки построения системы координат, привязанной к этим точкам. Разместим тахеометр в произвольной точке пространства на построечном месте, отъюстируем, произвольным образом направим горизонтальные оси прибора, проведем необходимые настройки и калибровки и тщательно измерим координаты реперных точек А, В, С, D (рис. 1). Назовем эту систему измерений базовой. Начало координат находится в точке размещения тахеометра, ось Z которой всегда точно направлена в зенит (против вектора ускорения свободного падения).
Локальная система координат. Локальная система координат - это прямоугольная система координат, в начале которой размещен тахеометр и в которой проводятся текущие измерения. Ось Z локальной системы всегда направлена точно в зенит.
Построение локальной системы (рис. 6). На построечное место выставим тахеометр в произвольной точке и произвольным образом направим горизонтальные оси прибора. Назовем эту координатную систему локальной. Начало координат находится в точке размещения тахеометра, и ось Z также всегда точно направлена в зенит.
Т очка размещения тахеометра (локальная система)
Точка размещения тахеометра (базовая система)
Рис. 6. Локальная система координат
Объектная система координат. Объектная система координат - это прямоугольная система координат, соответствующая собираемому объекту. Объектные системы определяются типом собираемого объекта. В случае постройки судна объектная система определяется от оси судна (ось Х). Ось У ориентируется в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси Х. Ось Z направляем вверх перпендикулярно осям Х и У.
Построение объектной системы. Построение объектной системы координат может проводиться при помощи построения оси или задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости.
Построение объектной системы координат при помощи построения оси. На построечном месте определим, как будет расположена ось судна, которое мы собираемся строить. Обойдя построечное место, в соответствии с проектом организации строительства «забиваем два колышка», через макушки которых будет проходить ось. Размещаем две марки на колышках и проводим измерение их координат. Теперь мы имеем в базовой системе координаты двух точек А и В, через которые проходит ось судна (рис. 7).
Рис. 7. Построение объектной системы координат при помощи построения оси
Они задают линию, которая проходит почти параллельно горизонту (в соответствии с наклоном построечного места). Мы ведь специально не контролировали строгую горизонтальность оси судна, да и стапель бывает наклонным. Построим, основываясь на этой линии, систему координат, которую назовем объектной. Построим вертикальную плоскость п так, чтобы ось АВ лежала в этой плоскости. Примем одну из точек (например, А) за начало координат. Ось Х направим по оси А. Ось Z построим в плоскости п перпендикулярно осиХ. Из начала координат (точка А) перпендикулярно плоскости п построим ось У. Объектная система координат готова.
Построение объектной системы координат при помощи задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости. В случае изготовления плоских секций целесообразно строить объектную систему от трех точек, задающих плоскость, следующим образом. На сборочном месте в цехе собирается плоская секция. На ключевых точках разложенного полотнища секции располагаются три марки на стойках (рис. 8). Координаты точек измеряются и вводятся в компьютер.
Рис. 8. Построение объектной системы координат при помощи задания трех точек приблизительно горизонтальной плоскости
Одна из точек принимается за начало координат. Ось Х направляется по прямой, соединяющей начало координат и любую из оставшихся точек. Ось У перпендикулярна оси Х и лежит в плоскости, проходящей через три марки. Ось Z перпендикулярна плоскости.
Таким образом, из вышеописанного очевидно, что по сравнению с традиционными инструментами измерений применение оптических приборов (тахеометров) повышает точность измерений и имеет ряд других преимуществ.
Выводы
1. Применение оптико-электронных приборов и новых систем измерений является современным подходом при решении задач по точности изготовления и проверочных работ корпусных конструкций судна.
2. Проведенные исследования позволяют представить необходимые рекомендации по использованию современных трехмерных измерительных систем при производстве, эксплуатации и ремонте кораблей и судов, что повысит их качество и снизит трудоемкость.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нгуен Чунг Ань. Контроль положения поперечных переборок судна в пространстве с помощью тахеометра 3Та5Р6 / Нгуен Чунг Ань, В. Н. Лубенко // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2013. № 2. С. 46-50.
2. £/RZ:http://www.wikipedia.org.
3. £/RZ:http://www.sokkia.com.
4. Нгуен Чунг Ань. Применение тахеометров в судостроении - принцип измерения и пересчета координат / Нгуен Чунг Ань, Н. П. Боронина, В. Н. Лубенко // Современный науч. вестн. Сер.: Технические науки. 2014. № 7 (203). С. 133-139.
REFERENCES
1. Nguen Chung An', Lubenko V. N. Kontrol' polozheniia poperechnykh pereborok sudna v prostranstve s pomoshch'iu takheometra 3Ta5R6 [Control of location of horizontal bulkheads of the vessel in space using tacheometer 3Ta5P6]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Morskaia tekhnika i tekhnologiia, 2013, no. 2, pp. 46-50.
2. Available at: http://www.wikipedia.org.
3. Available at: http://www.sokkia.com.
4. Nguen Chung An', Boronina N. P., Lubenko V. N. Primenenie takheometrov v sudostroenii - printsip iz-mereniia i perescheta koordinat [Application of tacheometers in shipbuilding - the principle of measurement and calculation of coordinates]. Sovremennyi nauchnyi vestnik. Seriia: Tekhnicheskie nauki, 2014, no. 7 (203), pp. 133-139.
Статья поступила в редакцию 7.03.2014
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Нгуен Чунг Ань - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Nguyen Trung Anh - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
Лубенко Владимир Николаевич - Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Lubenko Vladimir Nickolaevich - Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
