船体型线空间坐标测量与误差分析实验

1、船体型线空间坐标测量与误差分析实验一、目的和要求船体型线空间坐标测量与误差分析实验是掌握船舶与海洋工程建造技术课程内容重要环节，其目的是帮助学生进一步理解、巩固和掌握船舶与海洋工程建造技术课程中船体的空间概念、船体型线三向投影概念、制造精度等知识。本实验由造船测量仪器应用、船体型线测量、图形回溯与误差分析三个项目构成，采用先进的船体测量仪器和加工设备，综合应用测量数据采集、计算、图形回溯、样本比对分析等实验手段，培养学生对船体结构、型线测量及精度制造等造船生产实际的直接感性认知、分析问题解决问题能力和动手能力。本实验运用全站仪测量船舶模型，处理数据，然后得出船舶模型型线。二、实验装置SET53

2、0R全站仪主要由照准部和基座两大部分组成。照准部包括望远镜、显示屏、各功能旋钮及按键等，基座上含三个脚螺旋与三角架固定螺栓联接的内螺纹。三、测量方法1.在各分段起点、终点贴“十”字线图标。2.按“ESC”键进入测量模式。3.按“SFT” 按钮，选择无反射片测量模式，显示屏右边显示“ ”图标。（共有三种测量模式：棱镜；反射片；无反射片）4.放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准目标（起点目标），旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准起点图标。5.按“FUNC” 按

3、钮，显示“P1”（右下角处），再按“距离” 对应的菜单键，显示屏如下图所示： 其中：H照准部中心至起点的水平距离 ZA望远镜（目镜）中心垂向角度 HAR望远镜（目镜）中心水平方位角6.放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准目标（终点图标），旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准终点图标。7.按“FUNC” 按钮，显示“P2”（右下角处）菜单，如下图： 再按“对边” 对应的按钮“F2”， 显示屏如下图所示：其中：S分段1起点和终点间的斜距 H分段1起点和终点间的水

4、平距离 V分段1起点和终点间的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值应相等，H值即起点至终点长度。8.按“观测” 对应的按钮， 显示屏如下图所示： 其中：H照准部中心至分段1终点的水平距离 ZA望远镜（目镜）中心垂向角度 HAR望远镜（目镜）中心水平方位角四、水线确定方法1.确定站位及站距（1）首先确定#0、#20，#0是设计水线与舵杆中心线的交点，#20是设计水线与船体首柱交点。（2）在#0、#20贴“十”字线图标（下图中的A、B两点）， 按“ESC”键进入测量模式。（3）按“SFT” 按钮，选择无反射片测量模式，显示屏右边显示“ ”图标。（4）放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准

5、部，用“粗照准器”初步照准#0（A），旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准#0(A)图标。（5）按“FUNC” 按钮，显示“P1”（右下角处），再按“距离” 对应的菜单键。 （6）放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准目标B（#20图标），旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准#20图标(B)。（7）按“FUNC” 按钮，显示“P2”菜单，再按“对边” 对应的

6、按钮“F2”， 显示数据：S#0和#20间的斜距H#0和#20间的水平距离V#0和#20间的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值应相等，H值即设计水线的长度。（8）我们假设将船舶模型分为20站，则H/20就是站距。 记录表格：设计水线#0测距对边测距#20测距HSHZAHZAHARVHAR2.测量水线（1）首先测量设计水线与船底之间的高度h（可由下图的A、B之间的距离V得到），然后自己确定几条水线（比如x条），就可以得出水线间的距离h/x。（2）测量设计水线。一般测量船舶模型用两台全站仪，分别测船舶中前部、中后部，都以A点为基准点测量。下面以测量中前部设计水线为例，在A贴“十”字线图标。

7、按“ESC”键进入测量模式。按“SFT” 按钮，选择无反射片测量模式，显示屏右边显示“ ”图标。 放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准A，旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准A图标。按“FUNC” 按钮，显示“P1”（右下角处），再按“距离” 对应的菜单键。得出数据：H照准部中心至起点的水平距离；ZA望远镜（目镜）中心垂向角度；HAR望远镜（目镜）中心水平方位角。放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准目标（B图标），旋紧“水平

8、制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中“十”线精确照准B图标。按“FUNC” 按钮，显示“P2”菜单，再按“对边” 对应的按钮“F2”， 显示数据：SA和B间的斜距HA和B间的水平距离VA和B间的垂向高度差如果船舶模型水平放置，S、H值应相等，H=0。记录表格：设计水线高点A测距对边测距点B测距HSHZAHZAHARVHAR按“观测” 对应的按钮， 显示屏数据：H照准部中心至B终点的水平距离;ZA望远镜（目镜）中心垂向角度;HAR望远镜（目镜）中心水平方位角. 由此可以得出A、B相对于全站仪的坐标。依此方法测量出C、D

9、、E、F、G、H各点相对于全站仪的坐标。 至于各点的位置可自行确定，平行中体上的点可较少，首部的点可以多测几次，这样得出的型线更加精确。记录表格：基点测距点 测距点 测距点 测距点 测距点 测距HHHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR3.测量其他水线在A贴“十”字线图标。按“ESC”键进入测量模式。按“SFT” 按钮，选择无反射片测量模式，显示屏右边显示“ ”图标。 放松“水平制动钮”和“垂直制动钮”，转动照准部，用“粗照准器”初步照准A，旋紧“水平制动钮”和“垂直制动钮”，再旋转“望远镜调焦环”，使目标清晰，转动“水平微动手轮” 和“垂直微动手轮”，使望远镜中

10、“十”线精确照准A图标。按“FUNC” 按钮，显示“P1”（右下角处），再按“距离” 对应的菜单键。得出数据：H照准部中心至起点的水平距离；ZA望远镜（目镜）中心垂向角度；HAR望远镜（目镜）中心水平方位角。按“FUNC” 按钮，显示“P”菜单，再按“对边” 对应的按钮“F2”， 调解使得V=h/x，以此确定B点，同理可以确定C、D、E、F、G、H、I、J、K各点，这些点都是各个水线在船中的点。 确定这些点同时贴“十”字线图标。 确定各点之后就按上面设计水线的测量方法，基点为刚确定的各水线上的点，然后测量出各水线。记录表格：基点测距点 测距点 测距点 测距点 测距点 测距HHHHHHZAZAZ

11、AZAZAZAHARHARHARHARHARHAR4.轮廓线测量轮廓测量主要是为了得到中纵剖面的形状，一台全站仪难以测出剖面形状，所以必须有二台全站仪，以AA、BB为界，分别测中前、中后的剖面形状,然后连接在一起。测量时点的选取主要遵循曲线处点越密集越好，直线则端点测量即可。如下图所示，在首尾可以测较多的点。图中所示6与7、8与9、4与5这些点，必须测量，作为轮廓变化较大的尖点，必须测量才能保证轮廓线的准确。记录表格：基点AA测距点 测距点 测距点 测距点 测距点 测距HHHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR点 测距点 测距点 测距点 测距点 测距基点BB测距H

12、HHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR五、实验结果处理1.Excel中数据处理按图所示建立excel表格，首先将ZA、HAR转换成弧度。再将数据转换成船模上点相对于全站仪的空间坐标：X=H*COS(HAR)Y=H*SIN(HAR)Z=H*TAN(ZA)其中：ZA=90°-ZAHAR依据角度大小可应用源数据或360°-HAR 直角坐标为在excel中单元输入=X&”,”&Y&”,”&Z然后回车，相当于在excel中定义空间坐标。下面以设计水线一段来做示范：我们得到7个测量点相对于全站仪的空间坐标，那我们可以在CA

13、D中将这7个点的空间坐标输入，然后用曲线连接，就可以得到我们需要的设计水线。所有的水线都可以用此思维，最后在空间坐标画出水线及中纵剖面。 2.CAD中画图CAD中画曲线有个快捷方式，首先点击CAD中，然后输入曲线第一点坐标，如：，剩余的点一起复制，粘贴到命令即可。注意：水线可以用曲线将所有点都连接，但是轮廓最好不要用曲线将所有点都连接，因为轮廓在甲板、底部是直线，尾封板也是直线，螺旋桨轴处的船外板也是直线，所有轮廓线中的曲线分为几部分分别输入，这样得出的轮廓线会更接近实际。上图就是设计水线的一部分，一般一台全站仪测船模一部分，然后将两部分图组合，就可以得到一条完整的水线，需要注意的是两台全站仪

14、都必须从同一点向两边测量。上图是将几条水线都导入之后得到的图。上图是将两台全站仪测得的型线组合在一起时部。在首、尾部时一定要测尽量多的点，这样型线会更加精确。3.CAD图整理及画出横剖线图将所有值导入CAD之后，选择不同的视图，从中可以提取船模的半宽水线图与中纵剖面图，由于测误差导致线条非常不光顺，则那点可以去掉，这一切都需要大家在测量时细心，尽量不动全站仪，尽可能每个值多测几遍，提高准确度。如图所示，得到上述型线的同时，也可以得到半宽，因而也就可以确定其他的剖线，在半宽图中画出来。开始我们已经得到站距，现在也可以在图中画出来，画出#0#20，根据已有的线条就可以画出横剖线图及中纵剖面图上的其余两根纵剖线。型线图完成以后，量取型值，编辑型值表。六.修正本实验有很多注意的地方，其中有一项对型线影响很大，即船模是否放平整，对此必须进行修正。因为船模倾斜，所有水线的倾斜角度都是一样，只要计算出一条水线的倾斜度，就可以运用于所有的水线，而船模上已经画出了设计水线，所以下面以设计水线的修正为例。如图所示，L指从指定点到首轮廓的水平距离，l为我们测量时测得的实际水平距离，a代表实际与首轮廓交点与理论交点的垂向距离，由图可知L、l与a并不构成三角形，但是因为L、l值较大，而a值很小，所以认为L、l与a构成直角三角形，得出船模倾斜角度为arc（ta