CN102091933A - 船体分段装配快速对位装置及其方法 - Google Patents

船体分段装配快速对位装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种船体分段装配快速对位装置及其方法，可用于船台分段装配、分段总装、船台装配等状态下进行船体分段位置和姿态调整，属于船体分段装配装置技术领域。这种快速对位装置及其方法针对船台分段装配的大尺度、大吨位、外形复杂、移动困难、难以精确对位等特点，设计开发船体分段装配快速对位装置，能实现船体分段在万向可调平台上的六自由度的轴向平移和旋转运动。该具有精确对位功能的自动化对位***，可以快速解放吊车、节约人力，提高分段合拢的质量和效率，有助于提高船舶建造精度，缩短建造周期。

Description

船体分段装配快速对位装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种船体分段装配快速对位装置及其方法，可用于船台分段装配、分段总装、船台装配等状态下进行船体分段位置和姿态调整，属于船体分段装配装置技术领域。
背景技术
随着船台无余量装配技术的应用，很大程度上提高了船台装配效率和质量。目前，分段合拢方法主要是沿用装配工人和吊车司机互相配合吊运定位安装和用船台小车合拢两种传统方法，存在着吊车利用率低、操作复杂、对位精度差、时间长、危险性高等问题。
船体分段的分段装配、分段总装、船台装配定位仍然处于手工操作状态，一种常用的方式是由装配工人和吊车司机互相配合吊运、定位安装，分段下面的支撑墩为不可调式普通船用墩，分段位置的移动，姿态的调整，全靠吊车和人力，在此期间吊车不能用于其他用途，而且使用吊车进行吊装定位过程中精度不易控制，分段焊缝中存在很大的应力，影响建造质量，存在着吊车利用率低、对位精度差、施工周期长、危险性高等问题。目前，船厂也出现了垂向可调墩，该墩有一个顶升油缸，能在高度方向调整分段，不能实现水平方向和左右方向的调整，为了搁置分段，必须经常搬运及叠放沉重的墩木。这些手工操作的装备数量多、重量大，而且船底与船台表面之间的距离仅1.2m-1.8m，作业往往是在人不能直立的条件下进行，工效低、工时多、劳动繁重。因此，要设计一种可调对位装置，能够在分段装配、分段总装、船台装配过程中方便的对分段进行六自由度的调整，实现精确测量定位，自动对位，网络控制，从而解放出吊车、节约人力，进一步提高船舶建造精度、缩短建造周期。
发明内容
为实现船体分段的精确、快速对位，本发明提供一种船体分段装配快速对位装置及其方法，该装置由多个船用三自由度可调墩组成的快速对位万向可调平台、定位测量子***和对位运动控制子***三部分组成，工作时位于万向可调平台上的船体分段在一定空间范围内六自由度可调，实现分段装配的精确测量定位，自动对位，网络控制。该装置具有自动化精确对位功能，可以快速解放吊车、节约人力，提高分段合拢的质量和效率，有助于提高船舶建造精度，缩短建造周期。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船体分段装配快速对位装置采用万向可调平台、定位测量子***和对位运动控制子***，万向可调平台与对位运动控制子***之间采用电气连接，定位测量子***与对位运动控制子***之间采用无线通讯；所述万向可调平台采用多个船用三自由度可调墩设置于对接船体分段的下方，支撑船体分段和调整船体分段的空间位置；所述定位测量子***包括全站仪嵌入式定位测量和万向可调平台运动轨迹计算；所述对位运动控制子***包括控制执行单元和控制策略单元，控制对接船体分段相对于基准船体分段在空间位置、姿态的对接定位运动。
所述快速对位方法的步骤如下：
1.将基准船体分段置于船台上的普通船用墩上；
2.将对接船体分段置于船台上多个船用三自由度可调墩上，多个船用三自由度可调墩构成一个万向可调平台；
3.通过基于全站仪的嵌入式定位测量子***及对接船体分段和基准船体分段上的测量控制点进行定位测量；
4.定位测量子***的测量数据无线传送给对位运动控制子***，由对位运动控制子***进行万向可调平台运动轨迹计算；
5.最后，由对位运动控制子***控制船用三自由度可调墩动作，完成万向可调平台进行对接船体分段的位置和姿态的调整，实现对接船体分段和基准船体分段的精确对位。
上述的技术方案用于分段装配的精确测量定位，自动对位。该装置由多个船用三自由度可调墩组成的快速对位万向可调平台、定位测量子***和对位运动控制子***三部分组成：①万向可调平台，由多个船用三自由度可调墩组成的万向可调平台位于船体分段的下方，用作支撑分段和调整分段的空间位置。船用三自由度可调墩有三个电动缸做动力***，每个电动缸下面通过U型叉与圆形底座上的可旋转连接法兰销式连接，实现万向可调，上面通过U型叉与上托板上的可旋转法兰销式连接，上托架在三个电动缸的推动下实现上下、左右、前后三向运动，墩底部的圆形底座之间有槽钢相连接，槽钢中间部位设置由万向轮和小型液压缸组成的可升降牵引***。②船台装配快速定位测量子***，包括全站仪嵌入式定位测量和万向可调平台运动轨迹计算两部分。其中前者通过开发全站仪嵌入式测量单元，建立测量坐标***，实现对接分段和基准分段的精确快速定位测量，并且将测量数据通过无线传输单元传送到现场工控机分析单元；后者根据测量坐标数据，通过坐标变换和矩阵微分建立对接分段和基准分段的坐标***，计算船台装配快速对位万向可调平台的运动轨迹。③船台装配快速对位运动控制子***，该子***由控制执行单元和控制策略单元两部分组成，用于完成对接分段相对于基准分段在空间位置、姿态的对接定位运动控制。根据实际***选用墩的个数，在控制策略单元设定无模型控制器相关的参数，以驱动控制执行单元的动作。通过对组成万向可调平台的单墩点动和群墩联动解耦运动控制，实现对接分段在空间上的平移运动和旋转运动。
本发明的有益效果是：针对船台分段装配的大尺度、大吨位、外形复杂、移动困难、难以精确对位等特点，设计开发船体分段装配快速对位装置，能实现船体分段在万向可调平台上的六自由度的轴向平移和旋转运动。该具有精确对位功能的自动化对位***，可以快速解放吊车、节约人力，提高分段合拢的质量和效率，有助于提高船舶建造精度，缩短建造周期。
附图说明
下面结合附图和实施方法对本发明作进一步说明。
图1是一种船体分段装配快速对位装置工作状态图。
图中：1、基准船体分段；2、对接船体分段；3、测量控制点；4、船用三自由度可调墩；5、万向可调平台；6、定位测量子***；7、对位运动控制子***；8、控制线，9、普通船用墩，10、船台。
具体实施方式
图1示出了一种船体分段装配快速对位装置工作状态图。图中，这种船体分段装配快速对位装置采用万向可调平台5、定位测量子***6和对位运动控制子***7，万向可调平台5与对位运动控制子***7之间采用控制线8连接，定位测量子***6与对位运动控制子***7之间采用无线通讯；万向可调平台5采用4个船用三自由度可调墩4设置于对接船体分段2的下方，支撑船体分段和调整船体分段的空间位置；定位测量子***6包括全站仪嵌入式定位测量和万向可调平台运动轨迹计算；对位运动控制子***7包括控制执行单元和控制策略单元，控制对接船体分段2相对于基准船体分段1在空间位置、姿态的对接定位运动。
上述的快速对位装置准备好后，把对接船体分段2放在由4个船用三自由度可调墩4组成的万向可调平台5上。每个船用三自由度可调墩4有独立的控制单元，模块化设计，可以单独控制使用，也可以并行控制。由船用三自由度可调墩4布置成一个支撑船体分段的万向可调平台5，通过对组成万向可调平台5的三自由度可调墩的同步调整，可便捷实现分段的位置和姿态的六自由度调整。步骤为：首先，通过基于全站仪的嵌入式定位测量子***及对接船体分段2和基准分段1上的测量控制点3进行定位测量；然后，在测量数据的基础上进行万向可调平台运动轨迹计算；最后，由对位运动控制子***7控制万向可调平台5进行分段的位置和姿态的调整，实现对接船体分段2和基准分段1的精确对位。提高船体分段装配精度，缩短建造周期。

Claims (2)

1.一种船体分段装配快速对位装置，其特征在于：所述快速对位装置采用万向可调平台（5）、定位测量子***（6）和对位运动控制子***（7），万向可调平台（5）与对位运动控制子***（7）之间采用电气连接，定位测量子***（6）与对位运动控制子***（7）之间采用无线通讯；所述万向可调平台（5）采用多个船用三自由度可调墩（4）设置于对接船体分段（2）的下方，支撑船体分段和调整船体分段的空间位置；所述定位测量子***（6）包括全站仪嵌入式定位测量和万向可调平台运动轨迹计算；所述对位运动控制子***（7）包括控制执行单元和控制策略单元，控制对接船体分段（2）相对于基准船体分段（1）在空间位置、姿态的对接定位运动。
2. 根据权利要求1所述的船体分段装配快速对位方法，其特征在于：所述快速对位方法的步骤如下：
1.将基准船体分段（1）置于船台（10）上的普通船用墩（9）上；
2.将对接船体分段（2）置于船台（10）上多个船用三自由度可调墩（4）上，多个船用三自由度可调墩（4）构成一个万向可调平台（5）；
3.通过基于全站仪的嵌入式定位测量子***（6）及对接船体分段（2）和基准船体分段（1）上的测量控制点（3）进行定位测量；
4.定位测量子***（6）的测量数据无线传送给对位运动控制子***（7），由对位运动控制子***（7）进行万向可调平台（5）运动轨迹计算；
5.最后，由对位运动控制子***（7）控制船用三自由度可调墩（4）动作，完成万向可调平台（5）进行对接船体分段（2）的位置和姿态的调整，实现对接船体分段（2）和基准船体分段（1）的精确对位。
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