[发明专利]基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积测量方法及装置，属于罐体容积测量技术领域。

背景技术

罐体是石油化工行业液体、液化气体等产品的主要运输和存储器具，也是贸易结算的计量器具。根据JJF1009-2006《容量计量术语及定义》中规定，容量计量器具有液化石油气汽车槽车、汽车油罐车、罐和桶、立式金属罐、卧式金属罐、球形金属罐等。其中，汽车槽车、油罐车是国家强制检定的计量器具，其容积检定结果既是国家运输主管部门制定安全装载量的依据，也可用于油品交接、贸易结算。采用水容积法测量罐体容积虽具有准确度高的优点，但存在一系列弊端，因此，罐体容积的复测标定工作未能够广泛、切实地落实。为保证安全运输、减少事故发生，进一步规范市场，需要研究一种快速精确测定罐体容积的技术。

近几年，随着国家物流市场的发展和基础交通的建设，货运提速、重载并举，铁路罐车、罐式集装箱制造技术有了较大发展。罐式集装箱除圆筒形状外还有弧板式等几何形状比较复杂的箱体。目前，罐体容积检定主要有称量法、容积比较法和几何测量法，这三种方法存在着人工劳动强度大、准确度低、检定时间长等不同程度的问题。

目前，在相关的容积计量领域，国内采用光学仪器——全站仪测量立式金属罐的容积，德国、美国等发达国家正在尝试使用三维激光扫描仪测量立式金属罐的容积。由于铁路罐车和罐式集装箱相对立式金属罐来说容积较小，型号多样，结构复杂，测量环境差，全站仪、适用于立式金属罐的三维激光扫描仪不能用于铁路罐车和罐式集装箱的容积测量。为了提高测量准确度，降低操作人员的安全风险和劳动强度，实现操作简单、适应性强、准确度高，新的测量方法一直在不断研究探索中。

现有技术一“称量法”：

通过计算被测容器所容纳的液体的质量及其密度，然后推算出罐体容积的方法。一般选用水为工作物质，因为水在不同温度下的密度是已知的，只要计量出水的质量即可求得容积，故又称水容积法。水容积法一般用于测量罐车的容积，检测时先将空车开往地磅处称重，再驶回单位注水，注满水后驶往地磅处称总重，再驶回单位排水，然后根据两次记录的数据计算出该罐体的容积。其计量精度较高，但检验周期长，消耗大，会造成水环境污染。

现有技术二“容量比较法”：

容量比较法是指采用高等级的标准金属量器，将标准金属量器内的液体注入被测容器，测量容器液面高度，经过温度修正等获得被测容器容积表的方法。容量比较法一般用于仲裁检定、检定方法研究和新产品容积认证。容量比较法准确度较高，但测量时间长、成本高，检定时需要把被测容器调运到指定的测量场所，现场测量一辆长度为6米左右的油罐车约需要12小时，无法满足检验检测部门日常检定需求。

现有技术三“几何测量法”：

《JJG140-2008铁路罐车容积检定规程》中规定了铁路罐车几何测量法的检定方法，几何测量法主要利用罐套尺、钢卷尺及超声波测厚仪等工具获取罐体的相关几何特征值，经数据处理后套用容积表，得到罐体容积，又可分为罐内测量法和罐外测量法。内测法，需要在油罐清空后人工进入罐内使用钢卷尺等设备进行操作，存在清罐作业费用大、污染环境、测量方法自动化程度低、劳动强度大、罐内残留有害气体对检定人员存在安全隐患等不足，这将对检定人员的人身安全和检定结果产生很大影响。罐外测量法要求罐体具有规则几何形状、无变形，且应尽量安装成水平状态。而目前复杂形状的罐体增多，且罐体的变形是不规则的，如当做规则几何体就不能体现实际物理三维几何特征，造成大量描述罐体物理几何模型信息的丢失，在这种不完备信息基础上建立起来的简化罐体模型与真实物理模型间有很大误差。

现有技术四全站仪测量法：

国内激光测量仪器目前用于容积测量领域的主要是全站仪，通过测量罐体上有限点的坐标推算容器的容积。《GB/T19780-2005球形金属罐的容积标定全站仪外测法》制定了利用全站仪测定球形金属罐容积的方法：在距球罐适当距离的周围地面上，建立至少3个均匀分布的水平测站。在每个测站上，用全站仪测量球心方向的水平角和垂直角以及沿球心方向到罐壁的距离，再瞄准正对球罐圆周上均匀分布的球罐切点，测量相应的水平角和垂直角，计算出各切点半径，将切点半径的算术平均值作为测站半径。根据各测站半径计算出球罐的平均半径，进而编制球罐容积表，但由于测量点有限，当几何模型不规则或变形较大时其测量结果准确度较低。

发明内容