天寶TX8三維激光掃描儀在臥式金屬罐容積計量中的應用

谷田平

(河南省計量科學研究院，河南 鄭州 450000)

隨著加油站環保升級改造和油品內部逐步采用臥式金屬罐交接，各加油站近期對臥式金屬罐的改造數量非常龐大，隨之而來對臥式金屬罐計量的準確性和容積標定的效率提出更高的要求。激光技術的發展為各種封閉罐體容積標定提供了新的選擇，點陣式激光掃描精度高，相比以往傳統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械性能的限制導致其在罐體三維建模及細節體現上不能很好地實現。三維激光掃描儀[2-3]的出現為實現臥式金屬罐容量計量的高效率和高準確度提供了可能，并能高效率實現三維建模，為罐體變形分析及其他擴展應用提供了可能。本文采用三維激光掃描儀進行容積測量標定，并通過與容積比較法、激光點陣法進行對比，以驗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，用馬達作水平和垂直方向的旋轉，用激光作為光源進行測距[4-7]。在儀器內，通過將一個測量水平角的反射鏡和一個測量天頂距的反射鏡同步并快速有序地旋轉，將激光脈沖發射體發出的窄束激光脈沖依次掃描被測區域，測距模塊測量每個激光脈沖的空間距離，同時掃描控制模塊控制和測量每個脈沖激光的水平角和天頂距[8-14]，最后按空間極坐標原理計算出掃描的激光點在被測物體上的三維坐標。

通過將天寶TX8三維激光掃描技術與天寶自行研發的Trimble Realworks點云處理軟件相結合，可以快速準確地實現各種類型儲罐的容積標定，并實現罐體的變形監測。

2 20 m3臥式金屬罐容量計量及三維建模分析

第1種方法采用容積比較法對傳統的臥式金屬罐容積進行計量標定，采用1組二等標準金屬量器(最大允許誤差：±0.025%)對20 m3立式金屬罐進行容量傳遞法標準傳遞，經計算得到1組容積值數據(作為標準數據)，見表1。第2種方法利用某品牌激光點陣法對臥式金屬罐進行掃描及建模，得到的相關容積值見表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行內置測量掃描建模，得到的相關容積值見表1，三維建模如圖3所示。傳統的容積比較法耗時最長，耗時3 h且需2～3人同時工作；激光點陣法耗時30 min需1人操作，得到掃描數據點2300多個；三維激光掃描法耗時5 min，需1人操作，得到掃描數據點2億多個。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節更多，從表1和圖4、圖5數據可以看出，三維激光掃描法與容積比較法(標準方法)數據更加接近，符合性更高。

表1 容積比較法、激光點陣法與三維激光掃描法部分數據對比

3 結 語

從本次臥式金屬罐容積值對比相關數據上可以看出，天寶TX8相較于激光點陣法與標準容積傳遞法體現出符合性較高，且更加全面、高效、直觀的優點。其超高的掃描速度(100萬數據點/s)為罐體建模及變形應力分析提供了更加詳盡直觀的數據支撐，為天寶TX8三維激光掃描儀拓展到其他應用領域提供了更多的可能。