基于三维激光扫描的罐体容积测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置。本装置由三维激光扫描平台构成，所述的三维激光扫描平台，包括三维激光扫描仪1、三脚架2、计算机3、3-6个拼接标靶4，所述三维激光扫描仪1架设在三脚架2上，并和计算机3连接，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，进行空间三维建模，构建罐体的三维模型，并采用断面法计算罐体的容积。本实用新型对罐车、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，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。
【专利说明】基于三维激光扫描的罐体容积测量装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于三维激光扫描的罐体容积测量装置，属于罐体容积测量
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 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JJF 1009-2006《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，需要研宄一种快速精确测定罐体容积的技 术。
[0003] 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。
[0004] 目前，在相关的容积计量领域，国内采用光学仪器一一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宄探索中。
[0005] 现有装置一"标准金属量器"：
[0006] 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、检定方法研宄和新产品容积认证。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。
[0007] 现有装置二"罐套尺、钢卷尺及超声波测厚仪"：
[0008] 《JJG 140-2008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。
[0009]现有装置三"全站仪"：
[0010] 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/T 19780-2005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。 实用新型内容
[0011] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于三维激光扫描的罐体容积测量 装置，该装置操作简单、测量时间短、测量数据准确度高，实现了对罐车、储罐、罐式集装箱 等罐体的容积的快速、准确测量。
[0012] 本实用新型采用三维激光扫描仪，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。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。
[0013] 本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 本实用新型提供一种基于三维激光扫描的快速高精度罐体容积测量方法，包括以 下具体步骤：
[0020] 步骤1，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 距等；控制数据采集质量，以便在最短的时间内获得高效的点云数据；
[0021] 步骤2,采用上述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；
[0022] 步骤3,利用步骤2所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，具体为：首先对采集的点云数据进行粗差剔除、混合像元去除、空洞修补 的数据预处理；然后进行点云滤波、点云分割、曲面拟合的数据处理；最后进行空间三维建 模，获取罐体的精确三维模型；
[0023]步骤4,利用体积计算单元分析罐体的三维模型，设为闭合空间Q，根据三维激光 扫描测量坐标系，构建一系列平行于xoy平面的平面，采用断面法计算罐体的容积，具体公 式如下：
【权利要求】
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。
【文档编号】G01B11/24GK204240955SQ201420516429
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】何丽, 端震, 业成, 梁斌, 梁鹏, 于永亮, 常小林 申请人:南京市锅炉压力容器检验研究院, 南京金创有色金属科技发展有限公司