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制造方法及图纸

本发明专利技术公开了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。本发明专利技术的方法具体为：制定实验方案，控制数据采集质量；采用三维激光扫描平台采集并获取罐体外表面的三维点云数据；利用获取的罐体外表面的三维点云数据，进行空间三维建模，构建罐体的三维模型；分析罐体的三维模型，采用断面法计算罐体的容积。本发明专利技术对罐车、储罐、罐式集装箱等罐体的容积可进行快速、准确的测量，操作简单，安全性高，劳动强度小，大大缩减了数据处理时间，降低罐体材质等的影响，数据计算方便，可以满足不同的工作环境，特别适用于质检部门快速标定复测罐体的容积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积装置及测量方法，该测量方法操作简单、数据计算方便、测量时间短、准确度高，降低了罐体材质等的影响，实现对罐车、储罐、罐式集装箱等罐体的容积的快速、准确测量。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： 本专利技术采用三维激光扫描装置进行测量，三维激光扫描仪主要利用了激光测距的原理来快速获取目标空间点云数据，快速建立结构复杂、不规则的物体的三维可视化模型。三维激光扫描系统可以深进到任何复杂的现场环境及空间中，通过三维激光扫描直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维实体模型，同时，所采集的三维激光点云数据还可将目标的完整数据用于各种后处理工作。整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重建和模型可视化。数据采集是模型重建的前提，数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。数据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等；模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用相应的数据处理策略和方法。 一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于该测量装置由三维激光扫描平台构成；其中三维激光扫描平台由三维激光扫描仪1、三脚架2、计算机3和拼接标靶4构成，所述三维激光扫描仪1架设在三脚架2上，通过导线和计算机3连接。 所述的一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于所述的三维激光扫描仪1由激光发射器、棱镜、与棱镜同步的接收器、主机和基座组成。 所述的一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于该测量装置由三维激光扫描平台构成；其中三维激光扫描平台由三维激光扫描仪(1)、三脚架(2)、计算机(3)和拼接标靶(4)构成，所述三维激光扫描仪(1)架设在三脚架(2)上，通过导线和计算机(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于该测量装置由三维激光扫描
平台构成；其中三维激光扫描平台由三维激光扫描仪(1)、三脚架(2)、计算机(3)和拼
接标靶(4)构成，所述三维激光扫描仪(1)架设在三脚架(2)上，通过导线和计算机(3)
连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于所述
的三维激光扫描仪(1)由激光发射器、棱镜、与棱镜同步的接收器、主机和基座组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于所述
的拼接标靶(4)布设在罐体(5)的周围，3-6个拼接标靶(4)构成闭合环，不同测站拼接
标靶(4)之间的距离大致相等。
4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，其特征在于所述
的测站由三维激光扫描仪(1)、三脚架(2)和计算机(3)构成。
5.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积测量装置，其特
征在于所述的罐体(5)包括罐车、储罐、罐式集装箱。
6.一种基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积测量装置进行测量的方法，其特征在于
测量步骤如下：
a.根据罐体的形状特点、空间位置和扫描需要的精度等制定相应的实验方案，其中实验
方案包括确定扫描仪的型号、确定测站点的位置、扫描距离、扫描角度、扫描间距，控制数
据采集质量；
b.利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丽，梁斌，夏志敏，梁鹏，于永亮，
申请(专利权)人：南京金创有色金属科技发展有限公司，南京市锅炉压力容器检验研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32