项目背景
近年来，中国船厂在集装箱船研发、设计、建造和配套等方面彰显了强大实力，据克拉克森航运研究（Clarksons Research）统计，2023年上半年，中国船厂签约新船订单45.05万TEU，全球市场份额为48.83%，占据全球集装箱船半壁江山，在全球市场发挥了引领作用。
试箱又称吊箱试验，当集装箱船建造完工后，需对大舱箱位进行吊箱试验，以此来验证导轨间距和底锥位置是否满足吊箱精度要求。吊箱试验是集装箱船建造过程中非常重要的工艺环节。
传统的试箱方式需要进行试箱自检和船东报验两次现场实际试箱，工作量较大、重复作业较多、试箱的周期需要近90天！
如果集装箱在试箱过程中卡住或无法顺利插入底锥，则需进行大量修正和调整作业，会影响整个船坞和码头生产周期。所以造船厂急需一种新型方案，能够快速迅速地验证所造的船能否合格。
数字化试箱
近年来，随着新型激光扫描仪在船舶制造中的广泛应用，数字化试箱渐渐崭露头角。数字试箱技术核心主要分为船上数据采集和数据试箱分析两大部分。
船上数据采集部分：点云数据要求比较特殊，需要符合特定技术要求的三维激光扫描仪。
- 必须保证点云数据完全水平化，确保按试箱软件能正确地按重力方向运行。因此需要扫描仪具备自主调平功能，或人工现场每一站给扫描仪精细调平。根据导轨垂直度和平整度计算，扫描仪调平精度需达5″内。
- 需要站间配准精度高，而且整体精度均匀。由于集装箱船的构型特点，扫描仪只能在甲板架设向上扫描导轨，扫描点云是典型的底部密上部稀疏，容易造成底部配准精度高，但导轨高处配准精度低出现分层。这就要求扫描仪在超出30米的点云噪声有足够的精度标称，同时对配准软件算法能适应这种数据情况。
- 需要扫描密度足够高。导轨很狭窄，因此需要较高扫描密度以确保导轨面上能分布足够的点(即足够小的点间距)，以便软件的识别。还由于导轨很高，导轨间距又窄小，导轨的中上部就会出现大倾角扫描(即导致点云间距更加稀疏)，经实践每站点云分辨率在10m远处达3mm才足够，20m处才能保证6mm的点间距。
数据试箱分析部分：技术核心主要分为三部分。
- 运用三维扫描技术对货舱导轨整体状态进行扫描并分析，掌握货舱内导轨架同面度、纵向间距、横向间距等信息，确保货舱导轨间距满足集装箱吊装要求。
- 运用模拟试箱分析程序等工具，分析导轨、底锥数据位置关系，出具最佳安装调整方案。
- 通过数字化手段在电脑端进行货舱实际状态与集装箱匹配分析，即以数字化技术取代实体试箱，确认合格后生产部门即可对船东提交试箱报验。
项目介绍
2023年8月我司受东南某造船厂委托，采用数字化模拟试箱技术，对新建造完工的集装箱船进行数字化试箱，这也是该集装箱船厂首次将数字化技术应用到试箱试验中，解决了传统集装箱船实体试箱试验要占用大量的船坞和码头资源,周期较长的问题，试箱效率与准确率大幅提升。
解决方案
进行数字化试箱，在技术上需要高精度的船舱三维数据和智能化模拟试箱分析软件的支撑。我们根据客户的需求以及船身的具体情况综合分析，最终采用Trimble X12三维激光扫描仪（Trimble新品X9同样完全满足精度要求）进行船舱扫描。再通过专业的试箱软件进行数字化试箱。
3D 激光扫描技术已经取得进步。
Trimble X12 三维扫描仪
3D 激光扫描技术已经取得进步。
Trimble® X12 扫描系统将行业领先的硬件与 Trimble 强大、高效的 Trimble Perspective 软件相结合，保障提供最优性能。
告别复杂的工作流程。轻松实现配准。提供绝不妥协的精度、速度、范围或成像。
工作流程简述
外业采集流程
首先对船舱内外进行勘察，规划好扫描仪架站位置，设置每站扫描3分钟，共计测站180余站，获取到高质量高密度的三维点云数据。
外业采用无目标全自动拼接作业方式，外业效率大大提高。Trimble X12超高速三维激光扫描仪自带高清操作界面，一键扫描，亦可配备T10平板电脑通过Trimble Perspective软件实现三维可视化、自动外业配准、精化、注释、测量和导出。
内业流程
完成点云数据采集后，可直接用Trimble Realworks软件导入点云数据，利用Trimble的无目标全自动配准技术完成多站点云数据的自动配准工作。配准工作完成后，将点云进行精化配准去噪，裁剪，生成船舱高精度三维点云模型，对船舱的数据进行严格检查，确保数据无误。
软件简介
Trimble Realworks是专为当今各种扫描应用来设计的、功能强大的办公软件，可从各种三维激光扫描仪导入丰富的数据并将其转换为引人注目的三维成果。
- 配准、可视化、浏览、管理扫描仪点云数据
- 管理、处理和分析大数据集
- 无标靶自动配准，生成报告
- 集成来自Trimble GNSS、全站仪和3D数据
- 导出CAD设计包
- 发布项目数据包供单独浏览、测量、注解
- 5个版本适应不同应用场景
项目成果
通过数字化试箱报告进行分析，确认合格后生产部门即可对船东提交试箱报验。
为了验证数据的准确率，船厂采用传统试箱方式对数字试箱数据进行抽检验证，结果全部合格。
项目总结
数字化试箱的应用大大提高了箱船建造效率和试箱精确性，专业技术人员利用数据采集设备（扫描仪、全站仪等）对集装箱船货舱装箱系统（导轨、调节板、底锥、导向块）进行测量并建立数字模型，将物理空间货舱实体转化为数字空间的实物尺寸和位置关系，通过计算机软件进行去噪、拼接及分析等步骤，从而对实物精度进行更精准、有效的控制。
该项技术的研究和运用，使箱船试箱环节不受天气、吊车资源及人员等因素的影响，突破了实体试箱长期依赖于货舱重复作业的瓶颈，有效改善传统方法中货舱装载系统工作量大、作业效率较低的现状。
技术优势
- 扫描速率最快可达218万点/秒。
- 超简单的外业工程流程，自动化完成扫描和配准。
- 测距最远可达365米。
- 精度最高可达1mm。
- 高标准IP54的防水防尘等级和原厂保修2年。
- 自带集成式LED聚光，可实现黑暗环境中仍然可以获取数据。
- 具备超高清相移距离测量的专属技术原理。
- 可在运动中清晰的查看和验证扫描数据和影像。
- 标配平板电脑可实现现场的自动化配准和精细化处理。
- 在外业即可实现三维数据的可视化、报告、注释、测量和成果导出，以简化操作并扩展现场作业的各种潜能。