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1、一、实验背景及意义型线图是船舶性能计算、总布置、结构设计以及建造时放样的依据。型线设计的优劣对船舶的静、动力学性能、使用性能和建造工艺性等方面会产生很大的影响。因此,型线图设计的准确性和光顺性是船舶设计的重要方面。 但是,由于船体型线设计时存在的误差或在局部光顺过程中的修改,可能导致三个视图相应点的坐标不对应,致使型线图的精确性降低,给后续的船体型线放样带来麻烦,影响造船精度及效率。所以要对型线进行检测,提高其准确性。型线设计和修改时,为了保证船舶有较好的阻力性能及外板加工时良好的工艺性,必须保证船体曲面的光顺性。判断曲线曲面的光顺性一方面依赖于设计人员的经验,另一方面可把光顺问题转化为数学问
2、题,文中采取数学方法对船体型线进行光顺。 目前已有较多文献对曲线的光顺进行探讨,但在三视图对应检查方面所做的工作还很鲜见。二、实验目的及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
3、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。三、实验原理实验原理：由于不方便直接测量船体表面两点之间的距离，所以利用全站仪的对边测量的功能进行测量。当两点之间不能直接测距时, 可将全站仪安置在能够观测到两点的任意位置, 利用全站仪能同时观测仪器与镜站间的斜距、 竖直角、 水平角, 间接计算两镜站点间的斜距、平距、高差。进行坐标变换：X=HSin（HAR） Y=HCos（HAR） Z=Htan(ZA),其中ZA=90-ZA HAR 依据角度大小可应用源数据或360-HAR试验方法：半宽水线对边测量法半宽水线对边测量法是基于半宽水线概念，以实船水面为基准，运用全站仪对边测
4、量法向下或向上偏移固定H（即水线间距）竖向（如图设定的S10、S9、S2设定的理论扫描线）n次扫描，测量设定在船体曲面上的m条水线（WL+3、WL+2、WL-6）的nm点坐标值，用CAD中的样条曲线连接设定水线测量点，就可以得到实测的半宽水线图。四、测量方法调平：首先调节全站仪的支架的高度，固定好后，调节支架承座上的机械调平旋钮，根据指示水平管中的气泡，调节全站仪水平后，再开机，调节全站仪的调节旋钮，使电子水泡处于要求的区域内，误差角度控制在10”以内。测量：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“
5、”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” 按钮，显示“P1”，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（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
6、标。7.按“FUNC” 按钮，显示“P2”（右下角处）菜单，再按“对边” 对应的按钮“F2”。8.按“观测” 对应的按钮，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）中心水平方位角五、实验步骤1、确定基准水线，即设计水线。2、确定H，即测量水线吃水方向间距，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，本次试验h=50mm。3、布置扫描点，即在船体表面贴上含有十字符号的贴纸，首先在基准水线上布置，通常会在首尾曲率变化较大处多布置几个点，以保证型线的准确性
7、，然后在在等距测量水线上也依次布置扫描点，最后布置船体轮廓扫描点，在拐点出要布置扫描点。4、确定全站仪站点，即空间测量坐标系坐标原点，通常选取船体首尾外侧视野开阔的位置，较外侧的组别负责测量基准水线及以下的扫描点，而较内侧的组别负责测量基准水线以上的扫描点及轮廓扫描点。5、基准水线对边测量1、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。 2、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”
8、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。3、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。4、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
9、水平放置，S、H值应相等，H=0。设计水线高点A测距对边测距点B测距HSHZAHZAHARVHAR6、其他水线扫描点测量1、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。 2、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；HA
10、R望远镜（目镜）中心水平方位角。3、按“FUNC” 按钮，显示“P”菜单，再按“对边” 对应的按钮“F2”， 调解使得V=50mm，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。 4、确定这些点同时贴“十”字线图标。 5、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。基点测距点 测距点 测距点 测距点 测距点 测距HHHHHHZAZAZAZAZAZAHARHARHARHARHARHAR7、轮廓扫描点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
11、，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。六、数据处理图所示建立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=HSin（HAR）Y=HCos（HAR）Z=Htan(ZA),其中ZA=90-ZA HAR 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。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CAD中将这7个点的空间坐标输入，然后用曲线连接，
12、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。七、船体型线绘图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。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。八、实验误差分析1、船模未放平，有倾斜角度。2、人为因素，移动了已经定位了的全站仪，移动后数据全部错误。3、读取数据时出错，没有正确对应扫描点所在水线。4、处理数据时角度换算出错。九、附件船体型线图
