天宝TX8三维激光扫描仪在卧式金属罐容积计量中的应用

谷田平

(河南省计量科学研究院，河南 郑州 450000)

随着加油站环保升级改造和油品内部逐步采用卧式金属罐交接，各加油站近期对卧式金属罐的改造数量非常庞大，随之而来对卧式金属罐计量的准确性和容积标定的效率提出更高的要求。激光技术的发展为各种封闭罐体容积标定提供了新的选择，点阵式激光扫描精度高，相比以往传统的几何尺寸法及容积比较法效率有了很大幅度的提升[1]，但激光扫描速度及机械性能的限制导致其在罐体三维建模及细节体现上不能很好地实现。三维激光扫描仪[2-3]的出现为实现卧式金属罐容量计量的高效率和高准确度提供了可能，并能高效率实现三维建模，为罐体变形分析及其他扩展应用提供了可能。本文采用三维激光扫描仪进行容积测量标定，并通过与容积比较法、激光点阵法进行对比，以验证三维激光扫描仪法的可行性。

1 天宝TX8三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描仪(如图1所示)的基本原理与全站仪类似，用马达作水平和垂直方向的旋转，用激光作为光源进行测距[4-7]。在仪器内，通过将一个测量水平角的反射镜和一个测量天顶距的反射镜同步并快速有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫描被测区域，测距模块测量每个激光脉冲的空间距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的水平角和天顶距[8-14]，最后按空间极坐标原理计算出扫描的激光点在被测物体上的三维坐标。

通过将天宝TX8三维激光扫描技术与天宝自行研发的Trimble Realworks点云处理软件相结合，可以快速准确地实现各种类型储罐的容积标定，并实现罐体的变形监测。

2 20 m3卧式金属罐容量计量及三维建模分析

第1种方法采用容积比较法对传统的卧式金属罐容积进行计量标定，采用1组二等标准金属量器(最大允许误差：±0.025%)对20 m3立式金属罐进行容量传递法标准传递，经计算得到1组容积值数据(作为标准数据)，见表1。第2种方法利用某品牌激光点阵法对卧式金属罐进行扫描及建模，得到的相关容积值见表1，三维建模如图2所示。第3种方法采用天宝TX8三维激光扫描仪进行内置测量扫描建模，得到的相关容积值见表1，三维建模如图3所示。传统的容积比较法耗时最长，耗时3 h且需2～3人同时工作；激光点阵法耗时30 min需1人操作，得到扫描数据点2300多个；三维激光扫描法耗时5 min，需1人操作，得到扫描数据点2亿多个。从图2和图3可以清晰看出，天宝TX8三维激光扫描法得到的建模图细节更多，从表1和图4、图5数据可以看出，三维激光扫描法与容积比较法(标准方法)数据更加接近，符合性更高。

表1 容积比较法、激光点阵法与三维激光扫描法部分数据对比

3 结 语

从本次卧式金属罐容积值对比相关数据上可以看出，天宝TX8相较于激光点阵法与标准容积传递法体现出符合性较高，且更加全面、高效、直观的优点。其超高的扫描速度(100万数据点/s)为罐体建模及变形应力分析提供了更加详尽直观的数据支撑，为天宝TX8三维激光扫描仪拓展到其他应用领域提供了更多的可能。