[发明专利]大长径比立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种大长径比立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法，属于激光扫描技术领域，其技术方案包括激光扫描器、沿立式罐轴线方向设置的导轨，在导轨上设置有带动激光扫描器沿导轨长度方向滑动的传动组件；立式罐内且位于靠近立式罐的入口端和底端分别设置有拼接靶标；立式罐外侧设置有数据处理器，数据处理器连接所述激光扫描器。本方案对罐体圆柱面部分点云数据测量时采用激光扫描器沿圆截面二维扫描加沿导轨竖直等距移动的方式，在罐体两端部分数据测量时，通过合理设站，在有效扫描范围内合理设置数据拼接靶标的位置，保证端顶部分测量数据及拼接后的点云数据具有同样的测量精度，实现对大长径比立式罐体的容积快速高精度的测量。

技术领域

本发明属于激光扫描技术领域，具体涉及一种大长径比立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法。

背景技术

大型罐体容积的测量具有重要的意义，国际间的大宗液体贸易往往采用罐体容器进行，是否能够准确测量罐体容积不仅直接关系到我国的利益，而且关系到我国的形象及声誉；用于火箭等航天器燃料贮箱的容积测量精度直接关系到飞行结果的好坏，燃料不足影响飞行任务，燃料过多则增加了航天器的有效载荷，影响运载能力。目前对于罐体容积的测量主要采用传统的几何测量法，包括围尺法、光学参比线法、具导轨光学测量法等，但这些测量方法一般耗时耗力，且测量精度不高。对于内部结构复杂的大型罐体(内部含有筋、肋、防晃板等附件的罐体)，比如火箭等航天器燃料贮箱，目前一般采用流量法进行测量，测量精度较高，但是单个贮箱的测量周期通常在3天～5天，测量效率低下。

中国计量学院提出了一种基于三维激光扫描的立式金属罐容积内部测量法(周晓雪.三维激光扫描技术在立式金属罐容量计量中的应用研究.中国计量学院,2014.)。该方法是一种立式罐容积测量方法，适合长径比不大(一般为1左右)、内壁光滑无细节结构的容积测量。其方案是将激光扫描仪架设于立式罐底，三个测站呈三角形分布，在罐体底部设置了三个呈三角形分布的靶标来进行数据拼接；在数据处理方面，根据点云数据拟合圈板半径，将金属罐沿轴向分割成无数小圆柱体，进而通过叠加的方式计算金属罐的容积。该技术方案的特点在于：(1)通过三站测量并在罐底设置靶标完成数据拼接的方式，在一定程度上有效避免了罐内附件挡光的问题，但对于长径比较大的罐体，无法解决距离扫描仪较远处的挡光结构以及罐内表面筋、肋等细节结构的影响，无法测量；(2)测站和靶标均设置在罐底，无法考虑因三维激光扫描仪测量时激光光线倾斜造成的靶标定位存在误差的问题；(3)距离扫描仪较远的罐体部分测量精度较低，最后以同等精度进行容积计算，影响容积测量精度。

综上，目前用于大型复杂结构立式罐体容积测量的三维激光扫描法不能有效解决大长径比复杂结构立式罐体内部挡光结构的问题，主要针对长径比较小的罐体进行测量，对长径比较大的罐体存在距离扫描仪较远处测量精度较低导致罐体点云数据测量精度不等，最后以同等权重参与容积计算影响罐体容积测量精度的问题，此外，对于大长径比复杂结构立式罐体，无法解决距离扫描仪较远处挡光结构的影响，无法测量罐内表面筋、肋等细节结构的特征；目前用于罐体容积测量的几何测量法测量精度较低且测量效率低下，虽然流量法能够获得较高的测量精度，但是测量效率低下。因此，亟需提出一种高精度、高效率的大长径比复杂结构立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法，以满足我国在油罐计量、航天器燃料贮箱容积的快速高精度测量等方面的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术方案中不能实现对大长径比复杂结构立式罐进行快速高精度的容积测量问题，提出一种大长径比立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法，实现对大长径比立式罐体，特别是内部结构复杂的大长径比立式罐体的容积快速高精度测量。

为了实现上述发明目的，本发明提供的一个技术方案如下：