天寶TX8三維激光掃描儀在立式金屬罐容量計(jì)量中的應(yīng)用

王艷霞，谷田平，張志清，路興杰

(1. 河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000； 2. 河南省計(jì)量科學(xué)研究院，河南 鄭州 450000)

近年來(lái)隨著油品貿(mào)易的逐年提升，對(duì)于油品儲(chǔ)存罐、立式金屬罐容量計(jì)量的頻次和準(zhǔn)確度要求越來(lái)越高，這就對(duì)測(cè)量方法的效率和準(zhǔn)確度提出了更高的要求[1]。三維激光掃描儀[2-3]的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)立式金屬罐容量計(jì)量的高效率和高準(zhǔn)確度提供了可能，已在國(guó)內(nèi)外許多工程項(xiàng)目特別是測(cè)繪項(xiàng)目方面應(yīng)用較多，它具有還原性高、速度快、顯示效果直觀立體、數(shù)據(jù)處理方便等諸多優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在計(jì)量方面的應(yīng)用也逐年增多，特別在各種罐容計(jì)量方面的研究逐年增多，取得了不少較有成效的應(yīng)用。本文結(jié)合二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器對(duì)立式金屬罐進(jìn)行實(shí)體標(biāo)定，為驗(yàn)證三維激光掃描儀法的可行性提供了應(yīng)用實(shí)例。

1 天寶TX8三維激光掃描儀的工作原理

三維激光掃描儀(如圖1所示)和全站儀基本原理類(lèi)似，用馬達(dá)作水平和垂直方向的旋轉(zhuǎn)，用激光作為光源進(jìn)行測(cè)距[4-6]。在儀器內(nèi)，通過(guò)一個(gè)測(cè)量水平角的反射鏡和一個(gè)測(cè)量天頂距的反射鏡同步、快速而有序地旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃過(guò)被測(cè)區(qū)域，測(cè)距模塊測(cè)量每個(gè)激光脈沖的空間距離，同時(shí)掃描控制模塊控制和測(cè)量每個(gè)脈沖激光的水平角和天頂距，最后按空間極坐標(biāo)原理計(jì)算出掃描的激光點(diǎn)在被測(cè)物體上的三維坐標(biāo)[7-9]。

通過(guò)將天寶TX8三維激光掃描技術(shù)及天寶自行研發(fā)的Trimble Realworks點(diǎn)云處理軟件相結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型儲(chǔ)罐的容積標(biāo)定，以及罐體的變形監(jiān)測(cè)[10-11]。

2 150 m3立式金屬罐容量計(jì)量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

普通的立式金屬罐容量計(jì)量一般采用容量傳遞法和幾何尺寸法(一般采用鋼卷尺等計(jì)量工具來(lái)進(jìn)行測(cè)量)，本文采用容量傳遞法，并與三維激光幾何建模的方法進(jìn)行比較，從中找出三維激光幾何建模的方法在立式金屬罐罐容計(jì)量標(biāo)定的可行性數(shù)據(jù)比對(duì)，以達(dá)到驗(yàn)證該方法可行性的目的。

采用8100 L二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器(最大允許誤差：±0.025%)對(duì)150 m3立式金屬罐進(jìn)行容量傳遞法標(biāo)準(zhǔn)傳遞，進(jìn)行3次測(cè)量，以平均值作為結(jié)果得到一組相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。本次采用的150 m3立式金屬罐通過(guò)液位能顯示的容量值是從85 000 L

開(kāi)始的，共進(jìn)行7組液位值對(duì)應(yīng)的容積值進(jìn)行比對(duì)。利用天寶TX8三維激光掃描儀采用內(nèi)置測(cè)量法進(jìn)行掃描建模，如圖2所示，利用Realworks專(zhuān)業(yè)內(nèi)置儲(chǔ)存罐容積標(biāo)定模塊掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到對(duì)應(yīng)于相同高度容積值(見(jiàn)表1)，并對(duì)相對(duì)應(yīng)高度容積值相對(duì)示值誤差進(jìn)行比較，從而得到采用容量傳遞法和天寶三維幾何建模數(shù)值量差異的直觀比對(duì)，其對(duì)應(yīng)的液位高度容積值相對(duì)示值誤差曲線圖情況如圖3所示。

圖2 立式金屬罐三維建模

序號(hào)容量傳遞標(biāo)準(zhǔn)值/L液位三次測(cè)量平均值/mm對(duì)應(yīng)高度三維激光掃描法容量值/L靜壓力修正后三維激光掃描法容量值/L相對(duì)示值誤差/%1891002176.089179.089183.00.0932972002386.797263.997267.90.07031053002597.7105360.9105365.90.06341134002807.7113422.9113428.90.02551215003018.7121522.9121529.90.02561296003230.0129630.0129638.00.02971377003440.7137715.9137724.90.018

圖3 對(duì)應(yīng)液位高度容積值相對(duì)示值誤差曲線

從表1與圖3可以看出，各個(gè)對(duì)應(yīng)高度容積值相對(duì)示值誤差均小于0.1%，特別是在較高液位，相對(duì)示值誤差小于或等于0.025%。考慮采用的是相對(duì)示值誤差，實(shí)際液位顯示的容積值的零點(diǎn)測(cè)量和三維激光建模的方法零位存在測(cè)量誤差(這種誤差可以通過(guò)增加測(cè)量次數(shù)和零點(diǎn)測(cè)量的儀器及計(jì)算方法進(jìn)一步優(yōu)化來(lái)減小)，而通過(guò)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到天寶TX8在立式罐罐體容積測(cè)量方面與基本的容量傳遞法數(shù)據(jù)方面符合性較高，也使該方法的可靠性得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 結(jié) 語(yǔ)

從本次立式罐容積值測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)上可以看出，天寶TX8與標(biāo)準(zhǔn)容積傳遞法數(shù)據(jù)符合性較高，且更加全面、高效、直觀。特別是對(duì)采樣數(shù)據(jù)的全面直觀性使該方法可以拓展到罐體變形、應(yīng)力分析建模等方面，并為其他異型罐體相關(guān)容積值及其相關(guān)分析測(cè)量提供了可能，為罐體容積計(jì)量的自動(dòng)化生成罐表容積值及快速高效處理數(shù)據(jù)提供了可行性，也為三維建模拓展及3D打印模型提供了進(jìn)一步應(yīng)用的可能。

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