谷田平

(河南省計(jì)量科學(xué)研究院，河南 鄭州 450000)

隨著加油站環(huán)保升級(jí)改造和油品內(nèi)部逐步采用臥式金屬罐交接，各加油站近期對(duì)臥式金屬罐的改造數(shù)量非常龐大，隨之而來對(duì)臥式金屬罐計(jì)量的準(zhǔn)確性和容積標(biāo)定的效率提出更高的要求。激光技術(shù)的發(fā)展為各種封閉罐體容積標(biāo)定提供了新的選擇，點(diǎn)陣式激光掃描精度高，相比以往傳統(tǒng)的幾何尺寸法及容積比較法效率有了很大幅度的提升[1]，但激光掃描速度及機(jī)械性能的限制導(dǎo)致其在罐體三維建模及細(xì)節(jié)體現(xiàn)上不能很好地實(shí)現(xiàn)。三維激光掃描儀[2-3]的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)臥式金屬罐容量計(jì)量的高效率和高準(zhǔn)確度提供了可能，并能高效率實(shí)現(xiàn)三維建模，為罐體變形分析及其他擴(kuò)展應(yīng)用提供了可能。本文采用三維激光掃描儀進(jìn)行容積測(cè)量標(biāo)定，并通過與容積比較法、激光點(diǎn)陣法進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證三維激光掃描儀法的可行性。

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)的基本原理與全站儀類似，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[4-7]。在儀器內(nèi)，通過將一個(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并快速有序地旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃描被測(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[8-14]，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)。

通過將天寶TX8三維激光掃描技術(shù)與天寶自行研發(fā)的Trimble Realworks點(diǎn)云處理軟件相結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)各種類型儲(chǔ)罐的容積標(biāo)定，并實(shí)現(xiàn)罐體的變形監(jiān)測(cè)。

2 20 m3臥式金屬罐容量計(jì)量及三維建模分析

第1種方法采用容積比較法對(duì)傳統(tǒng)的臥式金屬罐容積進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定，采用1組二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器(最大允許誤差：±0.025%)對(duì)20 m3立式金屬罐進(jìn)行容量傳遞法標(biāo)準(zhǔn)傳遞，經(jīng)計(jì)算得到1組容積值數(shù)據(jù)(作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù))，見表1。第2種方法利用某品牌激光點(diǎn)陣法對(duì)臥式金屬罐進(jìn)行掃描及建模，得到的相關(guān)容積值見表1，三維建模如圖2所示。第3種方法采用天寶TX8三維激光掃描儀進(jìn)行內(nèi)置測(cè)量掃描建模，得到的相關(guān)容積值見表1，三維建模如圖3所示。傳統(tǒng)的容積比較法耗時(shí)最長，耗時(shí)3 h且需2～3人同時(shí)工作；激光點(diǎn)陣法耗時(shí)30 min需1人操作，得到掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)2300多個(gè)；三維激光掃描法耗時(shí)5 min，需1人操作，得到掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)2億多個(gè)。從圖2和圖3可以清晰看出，天寶TX8三維激光掃描法得到的建模圖細(xì)節(jié)更多，從表1和圖4、圖5數(shù)據(jù)可以看出，三維激光掃描法與容積比較法(標(biāo)準(zhǔn)方法)數(shù)據(jù)更加接近，符合性更高。

表1 容積比較法、激光點(diǎn)陣法與三維激光掃描法部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比

3 結(jié) 語

從本次臥式金屬罐容積值對(duì)比相關(guān)數(shù)據(jù)上可以看出，天寶TX8相較于激光點(diǎn)陣法與標(biāo)準(zhǔn)容積傳遞法體現(xiàn)出符合性較高，且更加全面、高效、直觀的優(yōu)點(diǎn)。其超高的掃描速度(100萬數(shù)據(jù)點(diǎn)/s)為罐體建模及變形應(yīng)力分析提供了更加詳盡直觀的數(shù)據(jù)支撐，為天寶TX8三維激光掃描儀拓展到其他應(yīng)用領(lǐng)域提供了更多的可能。