船體型線空間坐標(biāo)測量與誤差分析實(shí)驗(yàn)

1、船體型線空間坐標(biāo)測量與誤差分析實(shí)驗(yàn)一、目的和要求船體型線空間坐標(biāo)測量與誤差分析實(shí)驗(yàn)是掌握船舶與海洋工程建造技術(shù)課程內(nèi)容重要環(huán)節(jié)，其目的是幫助學(xué)生進(jìn)一步理解、鞏固和掌握船舶與海洋工程建造技術(shù)課程中船體的空間概念、船體型線三向投影概念、制造精度等知識。本實(shí)驗(yàn)由造船測量儀器應(yīng)用、船體型線測量、圖形回溯與誤差分析三個項目構(gòu)成，采用先進(jìn)的船體測量儀器和加工設(shè)備，綜合應(yīng)用測量數(shù)據(jù)采集、計算、圖形回溯、樣本比對分析等實(shí)驗(yàn)手段，培養(yǎng)學(xué)生對船體結(jié)構(gòu)、型線測量及精度制造等造船生產(chǎn)實(shí)際的直接感性認(rèn)知、分析問題解決問題能力和動手能力。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用全站儀測量船舶模型，處理數(shù)據(jù)，然后得出船舶模型型線。二、實(shí)驗(yàn)裝置SET53

2、0R全站儀主要由照準(zhǔn)部和基座兩大部分組成。照準(zhǔn)部包括望遠(yuǎn)鏡、顯示屏、各功能旋鈕及按鍵等，基座上含三個腳螺旋與三角架固定螺栓聯(lián)接的內(nèi)螺紋。三、測量方法1.在各分段起點(diǎn)、終點(diǎn)貼“十”字線圖標(biāo)。2.按“ESC”鍵進(jìn)入測量模式。3.按“SFT” 按鈕，選擇無反射片測量模式，顯示屏右邊顯示“ ”圖標(biāo)。（共有三種測量模式：棱鏡；反射片；無反射片）4.放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)目標(biāo)（起點(diǎn)目標(biāo)），旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)起點(diǎn)圖標(biāo)。5.按“FUNC” 按

3、鈕，顯示“P1”（右下角處），再按“距離” 對應(yīng)的菜單鍵，顯示屏如下圖所示： 其中：H照準(zhǔn)部中心至起點(diǎn)的水平距離 ZA望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心垂向角度 HAR望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心水平方位角6.放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)目標(biāo)（終點(diǎn)圖標(biāo)），旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)終點(diǎn)圖標(biāo)。7.按“FUNC” 按鈕，顯示“P2”（右下角處）菜單，如下圖： 再按“對邊” 對應(yīng)的按鈕“F2”， 顯示屏如下圖所示：其中：S分段1起點(diǎn)和終點(diǎn)間的斜距 H分段1起點(diǎn)和終點(diǎn)間的水

4、平距離 V分段1起點(diǎn)和終點(diǎn)間的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值應(yīng)相等，H值即起點(diǎn)至終點(diǎn)長度。8.按“觀測” 對應(yīng)的按鈕， 顯示屏如下圖所示： 其中：H照準(zhǔn)部中心至分段1終點(diǎn)的水平距離 ZA望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心垂向角度 HAR望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心水平方位角四、水線確定方法1.確定站位及站距（1）首先確定#0、#20，#0是設(shè)計水線與舵桿中心線的交點(diǎn)，#20是設(shè)計水線與船體首柱交點(diǎn)。（2）在#0、#20貼“十”字線圖標(biāo)（下圖中的A、B兩點(diǎn)）， 按“ESC”鍵進(jìn)入測量模式。（3）按“SFT” 按鈕，選擇無反射片測量模式，顯示屏右邊顯示“ ”圖標(biāo)。（4）放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)

5、部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)#0（A），旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)#0(A)圖標(biāo)。（5）按“FUNC” 按鈕，顯示“P1”（右下角處），再按“距離” 對應(yīng)的菜單鍵。 （6）放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)目標(biāo)B（#20圖標(biāo)），旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)#20圖標(biāo)(B)。（7）按“FUNC” 按鈕，顯示“P2”菜單，再按“對邊” 對應(yīng)的

6、按鈕“F2”， 顯示數(shù)據(jù)：S#0和#20間的斜距H#0和#20間的水平距離V#0和#20間的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值應(yīng)相等，H值即設(shè)計水線的長度。（8）我們假設(shè)將船舶模型分為20站，則H/20就是站距。 記錄表格：設(shè)計水線#0測距對邊測距#20測距HSHZAHZAHARVHAR2.測量水線（1）首先測量設(shè)計水線與船底之間的高度h（可由下圖的A、B之間的距離V得到），然后自己確定幾條水線（比如x條），就可以得出水線間的距離h/x。（2）測量設(shè)計水線。一般測量船舶模型用兩臺全站儀，分別測船舶中前部、中后部，都以A點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)測量。下面以測量中前部設(shè)計水線為例，在A貼“十”字線圖標(biāo)。

7、按“ESC”鍵進(jìn)入測量模式。按“SFT” 按鈕，選擇無反射片測量模式，顯示屏右邊顯示“ ”圖標(biāo)。 放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)A，旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)A圖標(biāo)。按“FUNC” 按鈕，顯示“P1”（右下角處），再按“距離” 對應(yīng)的菜單鍵。得出數(shù)據(jù)：H照準(zhǔn)部中心至起點(diǎn)的水平距離；ZA望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心垂向角度；HAR望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心水平方位角。放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)目標(biāo)（B圖標(biāo)），旋緊“水平

8、制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中“十”線精確照準(zhǔn)B圖標(biāo)。按“FUNC” 按鈕，顯示“P2”菜單，再按“對邊” 對應(yīng)的按鈕“F2”， 顯示數(shù)據(jù)：SA和B間的斜距HA和B間的水平距離VA和B間的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值應(yīng)相等，H=0。記錄表格：設(shè)計水線高點(diǎn)A測距對邊測距點(diǎn)B測距HSHZAHZAHARVHAR按“觀測” 對應(yīng)的按鈕， 顯示屏數(shù)據(jù)：H照準(zhǔn)部中心至B終點(diǎn)的水平距離;ZA望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心垂向角度;HAR望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心水平方位角. 由此可以得出A、B相對于全站儀的坐標(biāo)。依此方法測量出C、D

9、、E、F、G、H各點(diǎn)相對于全站儀的坐標(biāo)。 至于各點(diǎn)的位置可自行確定，平行中體上的點(diǎn)可較少，首部的點(diǎn)可以多測幾次，這樣得出的型線更加精確。記錄表格：基點(diǎn)測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距HHHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR3.測量其他水線在A貼“十”字線圖標(biāo)。按“ESC”鍵進(jìn)入測量模式。按“SFT” 按鈕，選擇無反射片測量模式，顯示屏右邊顯示“ ”圖標(biāo)。 放松“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用“粗照準(zhǔn)器”初步照準(zhǔn)A，旋緊“水平制動鈕”和“垂直制動鈕”，再旋轉(zhuǎn)“望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)”，使目標(biāo)清晰，轉(zhuǎn)動“水平微動手輪” 和“垂直微動手輪”，使望遠(yuǎn)鏡中

10、“十”線精確照準(zhǔn)A圖標(biāo)。按“FUNC” 按鈕，顯示“P1”（右下角處），再按“距離” 對應(yīng)的菜單鍵。得出數(shù)據(jù)：H照準(zhǔn)部中心至起點(diǎn)的水平距離；ZA望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心垂向角度；HAR望遠(yuǎn)鏡（目鏡）中心水平方位角。按“FUNC” 按鈕，顯示“P”菜單，再按“對邊” 對應(yīng)的按鈕“F2”， 調(diào)解使得V=h/x，以此確定B點(diǎn)，同理可以確定C、D、E、F、G、H、I、J、K各點(diǎn)，這些點(diǎn)都是各個水線在船中的點(diǎn)。 確定這些點(diǎn)同時貼“十”字線圖標(biāo)。 確定各點(diǎn)之后就按上面設(shè)計水線的測量方法，基點(diǎn)為剛確定的各水線上的點(diǎn)，然后測量出各水線。記錄表格：基點(diǎn)測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距HHHHHHZAZAZ

11、AZAZAZAHARHARHARHARHARHAR4.輪廓線測量輪廓測量主要是為了得到中縱剖面的形狀，一臺全站儀難以測出剖面形狀，所以必須有二臺全站儀，以AA、BB為界，分別測中前、中后的剖面形狀,然后連接在一起。測量時點(diǎn)的選取主要遵循曲線處點(diǎn)越密集越好，直線則端點(diǎn)測量即可。如下圖所示，在首尾可以測較多的點(diǎn)。圖中所示6與7、8與9、4與5這些點(diǎn)，必須測量，作為輪廓變化較大的尖點(diǎn)，必須測量才能保證輪廓線的準(zhǔn)確。記錄表格：基點(diǎn)AA測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距HHHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距點(diǎn) 測距基點(diǎn)BB測距H

12、HHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1.Excel中數(shù)據(jù)處理按圖所示建立excel表格，首先將ZA、HAR轉(zhuǎn)換成弧度。再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成船模上點(diǎn)相對于全站儀的空間坐標(biāo)：X=H*COS(HAR)Y=H*SIN(HAR)Z=H*TAN(ZA)其中：ZA=90°-ZAHAR依據(jù)角度大小可應(yīng)用源數(shù)據(jù)或360°-HAR 直角坐標(biāo)為在excel中單元輸入=X&”,”&Y&”,”&Z然后回車，相當(dāng)于在excel中定義空間坐標(biāo)。下面以設(shè)計水線一段來做示范：我們得到7個測量點(diǎn)相對于全站儀的空間坐標(biāo)，那我們可以在CA

13、D中將這7個點(diǎn)的空間坐標(biāo)輸入，然后用曲線連接，就可以得到我們需要的設(shè)計水線。所有的水線都可以用此思維，最后在空間坐標(biāo)畫出水線及中縱剖面。 2.CAD中畫圖CAD中畫曲線有個快捷方式，首先點(diǎn)擊CAD中，然后輸入曲線第一點(diǎn)坐標(biāo)，如：，剩余的點(diǎn)一起復(fù)制，粘貼到命令即可。注意：水線可以用曲線將所有點(diǎn)都連接，但是輪廓最好不要用曲線將所有點(diǎn)都連接，因?yàn)檩喞诩装?、底部是直線，尾封板也是直線，螺旋槳軸處的船外板也是直線，所有輪廓線中的曲線分為幾部分分別輸入，這樣得出的輪廓線會更接近實(shí)際。上圖就是設(shè)計水線的一部分，一般一臺全站儀測船模一部分，然后將兩部分圖組合，就可以得到一條完整的水線，需要注意的是兩臺全站儀

14、都必須從同一點(diǎn)向兩邊測量。上圖是將幾條水線都導(dǎo)入之后得到的圖。上圖是將兩臺全站儀測得的型線組合在一起時部。在首、尾部時一定要測盡量多的點(diǎn)，這樣型線會更加精確。3.CAD圖整理及畫出橫剖線圖將所有值導(dǎo)入CAD之后，選擇不同的視圖，從中可以提取船模的半寬水線圖與中縱剖面圖，由于測誤差導(dǎo)致線條非常不光順，則那點(diǎn)可以去掉，這一切都需要大家在測量時細(xì)心，盡量不動全站儀，盡可能每個值多測幾遍，提高準(zhǔn)確度。如圖所示，得到上述型線的同時，也可以得到半寬，因而也就可以確定其他的剖線，在半寬圖中畫出來。開始我們已經(jīng)得到站距，現(xiàn)在也可以在圖中畫出來，畫出#0#20，根據(jù)已有的線條就可以畫出橫剖線圖及中縱剖面圖上的其余兩根縱剖線。型線圖完成以后，量取型值，編輯型值表。六.修正本實(shí)驗(yàn)有很多注意的地方，其中有一項對型線影響很大，即船模是否放平整，對此必須進(jìn)行修正。因?yàn)榇A斜，所有水線的傾斜角度都是一樣，只要計算出一條水線的傾斜度，就可以運(yùn)用于所有的水線，而船模上已經(jīng)畫出了設(shè)計水線，所以下面以設(shè)計水線的修正為例。如圖所示，L指從指定點(diǎn)到首輪廓的水平距離，l為我們測量時測得的實(shí)際水平距離，a代表實(shí)際與首輪廓交點(diǎn)與理論交點(diǎn)的垂向距離，由圖可知L、l與a并不構(gòu)成三角形，但是因?yàn)長、l值較大，而a值很小，所以認(rèn)為L、l與a構(gòu)成直角三角形，得出船模傾斜角度為arc（ta