专利名称：卧式金属罐容积测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种卧式金属罐容积测量方法及测 量装置。
背景技术：
卧式金属罐是一种常见的工业设备，其广泛地应用于化工、冶金、环保、 电厂、制药、酿造、储运、石油、食品等行业。
现有技术的一种卧式金属罐容积的测量方法采用几何法，这种方法需要 测量人员进入金属罐内部测量金属罐内部的直径、长度及顶板高度等参数， 进而获得卧式金属罐的容积，这种方法操作复杂，测量时间长，测量精度低。
现有技术的 一种卧式金属罐容积的测量方法采用容积法，这种方法需要 向金属罐中不断注入已知体积的溶液，直至加满为止，这种方法操作繁瑣， 测量时间长，并且测量精度低。
现有技术的另一种卧式金属罐容积测量方法在金属罐中某一高度固定 一激光测头，不断调整激光测头的仰角或俯角测量金属罐各水平截面上各点 的极坐标，通过这些极坐标计算各水平截面面积及垂直截面方向的金属罐高 度获得金属罐的容积。这种测量方法需要不断调整激光测头的仰角或俯角以 保证测量的极坐标在同一高度水平截面上，容易产生误差，并且这种方法控 制过程复杂，测量速度慢，且只是对测量到的金属罐各水平截面上各点的极 坐标进行简单的计算得出金属罐容积，测量精度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种卧式金属罐容积测量方法及测量装置，以解决现有技术中测量需要人工介入，操作复杂，测量时间长以及测量精度低的问 题。
为实现上述目的，本发明提供了一种卧式金属罐容积测量方法，包括 控制激光测头沿直线导轨单元下降至第一高度，在所述第一高度控制所 述激光测头以所述直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边 缘预设各点的4及坐标，所述才及坐标以所述水平截面为才及坐标平面，以所述直 线导轨单元与所述水平截面交点为极点，所述直线导轨单元与水平面垂直；
控制所述激光测头沿所述直线导轨单元依次下降至数个预设高度直至所 述激光测头下降至第二高度，当下降至所述数个预设高度及下降至所述第二 高度时，分别控制所述激光测头以所迷直线导轨单元为轴水平旋转一周，测 量金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标，以所述直线导轨单元与所述水平 截面交点为极点；
根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度分别对应的所述 水平截面边缘所述预设各点的极坐标，分别获取所述第一高度、所述数个预 设高度和所述第二高度对应的水平截面面积，以及所述第 一高度对应的水平 截面以上的所述金属罐容积和所述第二高度对应的水平截面以下的所述金属 罐容积；
根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面 面积，获取所述第一高度对应的水平截面与所述第二高度对应的水平截面之 间的所述金属罐容积。
本发明还提供了一种卧式金属罐容积测量装置，包括
直线导轨单元，与水平面垂直，用于承载激光测头，所述直线导轨单元 一端与金属罐底板接触，另一端从所述金属罐顶部的法兰处伸出，垂直固定 于一可调平支架上，所述可调平支架固定于所述法兰上；
第一电机，与所述激光测头连接，用于在控制单元的控制下，驱动所述 激光测头在所述直线导轨单元上从上至下依次下降至第一高度、所述数个预设高度以及第二高度；
第二电机，与所述激光测头连接，用于在所述控制单元的控制下，驱动 所述激光测头分别在所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度，以
所述直线导轨单元为轴水平4^转一周测量；
激光测头，用于在所述第一电机和所述第二电机的驱动下，在所述第一高度、 所述数个预设高度以及所述第二高度水平旋转一周，测量所述金属罐水平截面边 缘预设各点极坐标中的极径并发送至所述控制单元，所述极坐标以所述水平截面
为极坐标平面，以所述直线导轨单元与所述水平截面交点为极点；
高度检测编码器，分别与所述第一电机和所述控制单元连接，用于根据 所述第 一电机的转动圏数检测所述激光测头的高度，并根据所述转动圈数生 成第一脉冲发送至所述控制单元；
角度检测编码器，分别与所述激光测头和所述控制单元连接，用于根据 所述激光测头的转角检测所述金属罐水平边缘预设各点极坐标中的极角，并 根据所述转角生成第二脉沖发送至所述控制单元；
控制单元，分别与所述第一电机、所述第二电机、所述高度检测编码器、 所述角度检测编码器、所述激光测头和处理单元连接，用于根据所述处理单 元预置的控制参数、所述第一脉冲和所述第二脉冲，分别控制所述第一电机 和所述第二电机，并将所述第一脉冲和所述第二脉沖以及所有被测量点的所 述极径发送至所述处理单元；
处理单元，与所述控制单元连接，用于配置所述控制单元的控制参数， 并用于根据接收到的所述所述第一脉冲、所述第二脉冲以及所有被测量点的 所述极径获取所述第 一 高度对应的水平截面以上的所述金属罐容积、所述第 二高度对应的水平截面以下的所述金属罐容积以及所述第 一 高度对应的水平 截面与所述第二高度对应的水平截面之间的所述金属罐容积。
因此，本发明提供的卧式金属罐容积测量方法及测量装置，整个测量过 程无需人工介入便可自动完成，操作简单，测量速度快，并且精度高。
图1为本发明卧式金属罐容积测量方法第一实施例的流程图2为本发明卧式金属罐容积测量方法第二实施例的流程图3为本发明实施例提供的将卧式金属罐容积分成三部分的示意图4为本发明实施例提供的三角形拼接法获^l水平截面面积的示意图5为本发明实施例提供的扇形拼接法获取水平截面面积的示意图6为本发明实施例提供的根据曲率信息提取特征点的示意图7为本发明实施例提供的根据特征点拟合圓弧和直线的示意图8为本发明实施例提供的圆筒内直径示意图9为本发明卧式金属罐容积测量装置第一实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 图1为本发明卧式金属罐容积测量方法第一实施例的流程图，如图1所 示，该方法包4舌
步骤IOI、控制激光测头沿直线导轨单元下降至第一高度，在第一高度控 制激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预 设各点的极坐标，极坐标以水平截面为极坐标平面，以直线导轨单元与水平 截面交点为极点，直线导轨单元与水平面垂直；
步骤102、控制激光测头沿直线导轨单元依次下降至数个预设高度直至激 光测头下降至第二高度，当下降至数个预设高度及下降至第二高度，分别控 制激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预 设各点的极坐标，极坐标以水平截面为极坐标平面，以直线导轨单元与水平 截面交点为极点；
其中，卧式金属罐通常可以看作中间部分为卧式的正直圓筒，两侧为部分圆弧面，该圆弧面可能为半圆球面或半椭圓球面，或者为部分半圆球面或 部分半椭圆球面，第一高度、第二高度以及数个预设高度均为以金属罐底板 为基准的垂直高度，该第一高度为控制激光测头以直线导轨单元为轴，水平 水平旋转一周测量时能够测量到的最高水平截面的高度，第二高度为控制激 光测头以直线导轨单元为轴，水平水平旋转一周测量时能够测量到的最低水 平截面的高度。这是由于，在测量时，由于测量设备自身的限制，即使激光 测头已经到达金属罐的顶部或底部，由于激光测头进行沿水平方向水平旋转 测量，往往在激光光束的顶部或底部仍有很小的区域无法进行测量，虽然这 两部分体积占整个卧式金属罐容积的比例很小，但却能对测量金属罐容积的 精确度产生影响，因此，该第一高度以上的区域以及第二高度以下的区域认 为是激光测头无法进行测量的区域。在第一高度和第二高度之间，可以在若 干预设高度位置进行测量，这些预设高度位置可以根据需要设定，例如在测 量精度要求较高的场合，可以将这些预设高度位置选择的密集一些，即每隔 很小的一段距离便进行一次测量，这样可以在第一高度和第二高度位置之间 形成若干个测量点。在每一个测量点均需要测量与该点同一水平面上的截面 上各边缘预设点的极坐标，测量点可以根据需要进行预先设定，如果需要测 量结果更加精确，则可在待测的水平截面边缘密集地"^殳置若干测量点。
步骤103、根据第一高度、数个预设高度和第二高度对应的水平截面边缘 预设各点的极坐标，分别获取第一高度、数个预设高度和第二高度对应的水 平截面面积，以及获取第一高度对应的水平截面以上的金属罐容积和第二高 度对应的水平截面以下的金属罐容积；
获得了第一高度、第二高度以及第一高度和第二高度之间的若干测量点 对应的水平截面边缘预设各点的极坐标，便可获得这些水平截面的面积，若 水平截面的形状已知，则可以直接根据不同形状对应的面积公式获得水平截 面的面积，同时可以根据不同卧式金属罐的规格获得第 一 高度对应的水平截 面以上的部分金属罐容积和第二高度对应的水平截面以下的部分金属罐容积。
步骤104 、根据第 一 高度、数个预设高度和第二高度对应的水平截面面积， 获取第一高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面之间的金属罐容积。
本发明提供的卧式金属罐容积测量方法及测量装置，整个测量过程无需 人工介入便可自动完成，才喿作简单，测量精度高。
图2为本发明卧式金属罐容积测量方法第二实施例的流程图，如图2所
示，该方法包才舌
步骤201、控制激光测头沿直线导轨单元下降至第一高度，在第一高度控 制激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预 设各点的极坐标，极坐标以水平截面为极坐标平面，以直线导轨单元与水平 截面的交点为极点，直线导轨单元与金属罐顶板垂直；
步骤202、控制激光测头在直线导轨单元上依次下降至数个预设高度直至 激光测头下降至第二高度，当下降至数个预设高度及下降至第二高度，分别 控制激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘 预设各点的极坐标，极坐标以水平截面为极坐标平面，以直线导轨单元与水 平截面的交点为极点；
图3为本发明实施例提供的将卧式金属罐容积分成三部分的示意图，如 图3所示，其中H2为第一高度，H3为第二高度，H2和H3将金属罐分为 体积分别为V1、 V2和V3的上层部分、中层部分和下层部分；
步骤203、根据水平截面上预设各点中任意相邻两点的极坐标，获取任意 相邻两点与极点构成的三角形面积或扇形面积；
步骤204、根据任意相邻两点与极点构成的三角形面积或扇形面积获取水 平截面面^P、；
步骤203 ~步骤204中，获得每个预设高度对应的水平截面面积可以采用 三角形面积拼接法或扇形面积拼接法。图4为本发明实施例提供的三角形拼接法获取水平截面面积的示意图，如图4所示，A、 B、 C……M等分别为水 平截面边缘预i殳各点，P为才及坐标的才及点，AP、 BP、 CP……MP分别为A、 B、 C...…M各点在极坐标平面内的极径，fl为A点与B点在才及坐标平面内的夹角， 三角形APB的面积可以通过以下/>式获得
S丽=1 / 2 x尸j x尸S x sin(Z爿，
则对应的7jc平截面的面积为
S截面—+ S旭pc Hh SAMpA
图5为本发明实施例提供的扇形拼接法获取水平截面面积的示意图，如
图5所示，扇形APB的面积可以通过以下公式获得 S柳 = 1 / 8 x (尸j + ,x (iM + x (Zj尸5)
其中，^4M为弧度值； S截面=Sapb +Sbpc H ^Sj^八
步骤205、根据第一高度、数个预设高度和第二高度分别对应的水平截面 边缘预设各点的极坐标，分别获取第一高度、数个预设高度和第二高度对应 的水平截面的特征点；
步骤206、根据第一高度、数个预设高度和第二高度对应的水平截面的特 征点，分别获取第一高度、数个预设高度和第二高度对应的水平截面参数， 水平截面参数包括水平截面圆弧部分与直线部分的交点之间长度、圆弧部 分在直线部分方向上投影点的最长距离、两直线部分之间的垂直距离、圓弧 部分的平均直径、金属罐圓筒部分内直径以及金属罐侧面的圓弧直径；
步骤205 ~步骤206中，根据曲率信息，提取各层截面的4仑廓特征点，该 曲率信息根据水平截面边缘预设各点的极坐标的变化得出，已知金属罐的截 面为圆弧和直线连接的轮廓曲线，利用曲率信息对轮廓特征点进行提取，图6 为本发明实施例提供的根据曲率信息提取特征点的示意图，如图6所示，得 到的特征点为A、 B、 C、 D，根据特征点分离圆弧点和直线点，AD和BC为 圓弧段，AB和CD为直线段，对圆弧点和直线点进行拟合获取圆弧函数；具体为，将圆孤点和直线点进行分离，然后对圆弧点和直线点分别做拟合，得
到圆弧函数(S2、 S4)和直线函数(Sl、 S3),图7为本发明实施例提供的
根据特征点拟合圆弧和直线的示意图，如图7所示，然后根据圆弧函数获取
单层截面参数，该单层截面参数为
Lli一水平截面圆弧部分与直线部分的交点之间长度，即直线Sl与圆弧
S2和S4交点的长度；
L2i—圆弧部分在直线部分上投影点的最长距离，即圆弧S2和S4在直线
Sl上投影点的最长距离；
dli—两直线部分之间的垂直距离、即直线S1和S3间的距离； d2i—圓弧部分的平均直径，即圆弧S2和S4的平均直径； Dli—金属罐圆筒部分内直径，即高度H下推算得到的圓筒内直径，图8
为本发明实施例4是供的圓筒内直径示意图，参见图8，
D2i—金属罐侧面的圆弧直径，即高度H下推算得到的侧面圆弧直径，参 见图7，即
步骤207、根据第一高度、数个预设高度和第二高度对应的水平截面参数 获取金属罐参数，金属罐参数包括金属罐圆筒部分的总长度、金属罐圆筒 部分的内直径、金属罐侧面圆弧顶点距圆筒部分的垂直距离、金属罐侧面的 圆弧直径以及金属罐在水平方向的最长距离；
设金属罐的参数分别为
丄1—金属罐圓筒部分的总长度，即正直圆筒内总长； Z2-金属罐在水平方向的最长距离； Dl—金属罐圆筒部分的内直径，即正直圆筒平均内直径； h —金属罐侧面圆弧顶点距圆筒部分的垂直距离；D2—金属罐侧面的圆弧直径；
通过单层截面参数，可以得到金属罐的基本参数，如下
A-丄t^ A-丄1]A, "2=丄1>,
其中，n为水平截面的个数，i=l,2……n。 利用最小二乘法曲线拟合，对L2i和H做二次拟合，得到
其中五、F、 G为拟合系数，为金属罐高度； "(Z广A)/2
步骤208、根据金属罐参数获取第一高度对应的水平截面以上的金属罐容 积以及第二高度对应的水平截面以下的金属罐容积；
金属罐上下层体积计算方法相同，这里以下层体积计算方法加以说明(参 见图3)，下层体积可以看作局部圆筒体积加上两端局部顶板体积，这里以半 椭球型顶^1为例，^旦并不以此为限，
73局部=^ X ^局部顶板+ ^局部圆筒
r局部圆筒=(V 4){2(2//— A)V^1^1 + A2 cos一1[1 — (2///A)]} x 10—6 r局部顶板=(^/6)/f2[3 —(2///Z)2)]xlO-6
^ = (V 4){2(2//3 - A)V，广//32 + A2 cos-1 [1 - (2//3 / A)]} x 10-6 + (油/ 6)//32 [3 - (2//3 / ￡>2)] x 10-6
//3为V3高度；
在计算上层体积时，公式如下
^ = (V 4), - 2//2)V，广/f22 + A2 cos-/ A)] -1} x 10-6 + (油/ 3)( A — //2 )2 [3 — (2//2 / D2)] x 10—6 K局部=K — (A /4){2(A -2//)VAH-& + A2 cos—'[(2/// A)]-1}xIO-6 —/ 3)("2 — //)2 [3 — (2// / "2)] x 1 (T6
//2为V2高度；
步骤209、根据第一高度、数个预设高度和第二高度之间任意相邻两个高度之间的距离及任意两个相邻高度对应的水平截面面积，获取任意两个相邻
高度对应的水平截面之间的金属罐容积；
步骤210、根据任意两个相邻高度对应的水平截面之间的容积，获取第一 高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面之间的金属罐容积。
令第一高度与第二高度之间任意相邻两个高度之间的距离相等，为A//, 则任意相邻两个高度之间的体积为
从而可以得到V2部分体积中特定高度对应的体积，然后利用最小二乘法 曲线拟合的方法，对中层体积进行三次拟合，得到中层体积^^式
K纏=草-//3)3 +罪-//3)2 + C(/f - //3) + D
其中丄B、 C、 D为拟合系数，//为金属罐高度，//3为下层部分V3高
度；
通过以上方法可以获得金属罐在任意液位所对应的液体体积。 本实施例提供的卧式金属罐容积测量方法，将金属罐分为上层、中层和 下层，分别测出这三个部分对应的金属罐各层水平截面上各点的坐标值，通 过三角形或扇形拼接法获取各水平截面单层截面面积，从而获取金属罐中层 部分容积，再通过这些三维坐标值依次获得上层和下层的容积，再将这些容 积加和得到卧式金属罐的容积，提高了卧式金属罐的测量精度。
图9为本发明卧式金属罐容积测量装置第一实施例的结构示意图，如图9 所示，该装置包括直线导轨单元ll、第一电沖几12、第二电机13、激光测头 14、高度4企测编码器15、角度4全测编码器16、控制单元17以及处理单元18; 其中，直线导轨单元11与水平面垂直，用于承载激光测头14, 一端与金属罐 底板接触，另一端从金属罐顶部的法兰处伸出，垂直固定于一可调平支架上， 可调平支架固定于金属罐顶的法兰上；第一电机12与激光测头14连接，用 于在控制单元17的控制下，驱动激光测头14在直线导轨单元11上从上至下依次下降至第一高度、数个预设高度以及第二高度；第二电机13与激光测头 14连接，用于在控制单元17的控制下，驱动激光测头14分别在第一高度、 预设高度和第二高度，以直线导轨单元11为轴水平旋转一周测量；激光测头 14用于在第一电机12和第二电机13的驱动下，在第一高度、数个预设高度 以及第二高度水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预设各点极坐标中的 极径并发送至控制单元17,极坐标以水平截面为极坐标平面，以直线导轨单 元11与水平截面交点为极点；高度检测编码器15,分别与第一电机12和控 制单元17连接，用于根据第一电机12的转动圈数检测激光测头14的高度， 并根据转动圏数生成第一脉沖发送至控制单元17;角度4企测编码器16，分别 与激光测头14和控制单元17连接，用于根据激光测头14的转角检测金属罐 水平边缘预设各点极坐标中的极角，并根据激光测头14的转角生成第二脉冲 发送至控制单元17;控制单元17分别与第一电才几12、第二电才几13、高度才金 测编码器15、角度才企测编码器16、激光测头14和处理单元18连接，用于根 据处理单元18预置的控制参数、第一脉冲和第二脉沖，分别控制第一电机12 和第二电机13,并将第一脉冲和第二脉冲以及所有被测点的极径发送至处理 单元18;处理单元18与控制单元17连接，用于配置控制单元17的控制参数， 并用于根据接收到的第 一脉冲和第二脉沖以及所有被测量点的极径获取第一 高度对应的水平截面以上的金属罐容积、第二高度对应的水平截面以下的金 属罐容积以及第一高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面之间的金 属罐容积。该处理单元18可以为个人计算机(Personal Computer;以下简称 PC)机等具有控制处理功能的处理器。
在测量开始之前，首先通过处理单元18对控制单元17进行控制参数配 置，这些控制参数包括预设高度间隔，在每个水平面上测量的点数等。当该 测量装置开始工作时，第一电机12在控制单元17的控制下沿着直线导轨单 元11依次沿预设的高度下降，这些预设的高度值由控制单元17预先设定， 控制单元17通过控制第一电机12的转动来带动激光测头14到达预设高度，在测量精度要求较高的场合，可以将预设高度设置的密集一些。高度检测编
码器15实时检测第一电机12的转动圏数，并生成第一脉冲并发送至控制单 元17，控制单元17根据第一脉冲继续向第一电机12发送控制命令。控制单 元17还通过控制第二电机13的转动来控制第二电机13带动激光测头14水 平旋转的角度，角度^f全测编码器16实时检测激光测头14的转角，从而获得 当前对应的金属罐水平截面上某点的极角，并根据激光测头14的转角生成第 二脉冲发送至控制单元17,控制单元17根据第二脉冲继续向第二电机13发 送控制指令，并在每个预设高度所测得的数据均由控制单元17提供给处理单 元18;其中，在测量过程中，处理单元18可以不联冲几工作，而待全部测量结 束之后再由控制单元17将测量数据发送至处理单元18进行处理，因此，处 理单元18通常位于所测卧式金属罐的外部，可以通过导线与控制单元17连 接。处理单元18根据这些预设高度对应的水平截面边缘预设各点的极坐标， 获取第 一 高度对应的水平截面以上的金属罐容积、第二高度对应的水平截面 以下的金属罐容积以及第 一 高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面 之间的金属罐容积。
该卧式金属罐容积测量装置的具体测量方法参见前述实施例，不再赘述。 本实施例提供的卧式金属罐容积测量装置，测量过程不需要人工的参与 便可自动完成，操作简单，提高了卧式金属罐的测量精度。
在本实施例基础上，为了使该卧式金属罐容积测量装置更加牢固和稳定， 可以设置一个方体支撑立柱单元，该支撑立柱单元可以由一节以上支撑立柱 拼接而成。直线导轨单元11可以由设置在支撑立柱单元表面上的一节以上直 线导轨拼接而成。此外，还可以在直线导轨单元的第一高度处和第二高度处 分别设置限位开关，以^使整个测量过程能够在无处理单元的控制下自动完成。 进一步地，卧式金属罐容积测量装置还可以包括滑块，设置于直线导轨单 元ll上，用于承载及定位激光测头14在直线导轨单元11上、从上至下依次 下降至第一高度、预设高度以及第二高度；驱动水平旋转单元，与第二电机13连接，用于在第二电机13的驱动下带动激光测头14、分别在预设高度上、 以直线导轨单元11为轴水平方向水平旋转测量；齿轮，设置于第一电机12 上；齿条单元，设置于直线导轨单元11上；该齿条单元可以:没置于与直线导 轨单元11相邻的支撑立柱单元的侧面上，齿轮与齿条单元啮合。该齿条单元 由设置在直线导轨表面的一节以上齿条拼接而成。
本实施例的支撑立柱单元、直线导轨单元以及齿条单元均采用拼装结构， 使该金属罐容积测量装置携带及使用更加方^f更。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技
术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种卧式金属罐容积测量方法，其特征在于，包括控制激光测头沿直线导轨单元下降至第一高度，在所述第一高度控制所述激光测头以所述直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标，所述极坐标以所述水平截面为极坐标平面，以所述直线导轨单元与所述水平截面交点为极点，所述直线导轨单元与水平面垂直；控制所述激光测头沿所述直线导轨单元依次下降至数个预设高度直至所述激光测头下降至第二高度，当下降至所述数个预设高度及下降至所述第二高度时，分别控制所述激光测头以所述直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标，以所述直线导轨单元与所述水平截面交点为极点；根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度分别对应的所述水平截面边缘所述预设各点的极坐标，分别获取所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面面积，以及所述第一高度对应的水平截面以上的所述金属罐容积和所述第二高度对应的水平截面以下的所述金属罐容积；根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面面积，获取所述第一高度对应的水平截面与所述第二高度对应的水平截面之间的所述金属罐容积。
2、 根据权利要求1所述的卧式金属罐容积测量方法，其特征在于，所述 分别获取所述第 一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面 面积包4舌根据所述水平截面上所述预设各点中任意相邻两点的极坐标，获取所述 任意相邻两点与所述极点构成的三角形面积或扇形面积；根据所述任意相邻两点与所述极点构成的三角形面积或扇形面积，获取 所述水平截面面积。
3、 根据权利要求1或2所述的卧式金属罐容积测量方法，其特征在于， 获取所述第 一 高度对应的水平截面以上的所述金属罐容积和所述第二高度对 应的水平截面以下的所述金属罐容积包括根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度分别对应的所述 水平截面边缘所述预设各点的极坐标，分别获取所述第一高度、所述数个预 设高度和所述第二高度对应的水平截面的特征点；根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面 的特征点，分别获取所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应 的水平截面参数，所述水平截面参数包括所述水平截面圆弧部分与直线部 分的交点之间长度、所述圓弧部分在所述直线部分方向上投影点的最长距离、 所述圆弧部分的平均直径、两直线部分之间的垂直距离、所述金属罐圆筒部 分内直径以及所述金属罐侧面的圆弧直径；根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面 参数，获取所述金属罐参数，所述金属罐参数包括所述金属罐圆筒部分的 总长度、所述金属罐圆筒部分的内直径、所述金属罐侧面圆弧顶点距圆筒部 分的垂直距离、所述金属罐侧面的圆弧直径以及所述金属罐在水平方向的最 长距离；根据所述金属罐参数获取所述第 一 高度对应的水平截面以上的所述金属 罐容积以及所述第二高度对应的水平截面以下的所述金属罐容积。
4、 根据权利要求3所述的卧式金属罐容积测量方法，其特征在于，所述 根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度对应的水平截面面积， 获取所述第一高度对应的水平截面与所述第二高度对应的水平截面之间的所 述金属罐容积包括根据所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度之间任意相邻两 个高度之间的距离及任意两个相邻高度对应的水平截面面积，获取所述任意 两个相邻高度对应的水平截面之间的所述金属罐容积；根据所述任意两个相邻高度对应的水平截面之间的所述金属罐容积，获 取所述第一高度对应的水平截面与所述第二高度对应的水平截面之间的所述 金属罐容积。
5、 一种卧式金属罐容积测量装置，其特征在于，包括直线导轨单元，与水平面垂直，用于承载激光测头，所述直线导轨单元一端与金属罐底板接触，另一端从所述金属罐顶部的法兰处伸出，垂直固定于一可调平支架上，所述可调平支架固定于所述法兰上；第一电机，与所述激光测头连接，用于在控制单元的控制下，驱动所述激光测头在所述直线导轨单元上从上至下依次下降至第一高度、数个预设高度以及第二高度；第二电机，与所述激光测头连接，用于在所述控制单元的控制下，驱动 所述激光测头分别在所述第一高度、所述数个预设高度和所述第二高度，以 所述直线导轨单元为轴水平4^转一周测量；激光测头，用于在所述第一电机和所述第二电机的驱动下，在所述第一 高度、所述数个预设高度以及所述第二高度以所述直线导轨单元为轴水平旋 转一周，测量所述金属罐水平截面边缘预设各点极坐标中的极径，并发送至 所述控制单元，所述极坐标以所述水平截面为极坐标平面，以所述直线导轨 单元与所述水平截面交点为极点；高度^r测编码器，分别与所述第一电机和所述控制单元连接，用于根据 所述第一电机的转动圈数检测所述激光测头的高度，并根据所述转动圏数生 成第一脉冲发送至所述控制单元；角度检测编码器，分别与所述激光测头和所述控制单元连接，用于根据 所述激光测头的转角检测所述金属罐水平截面边缘所述预设各点极坐标中的 极角，并根据所述转角生成第二脉沖发送至所述控制单元；控制单元，分别与所述第一电机、所述第二电机、所述高度检测编码器、 所述角度检测编码器、所述激光测头和处理单元连接，用于根据所述处理单元预置的控制参数、所述第一脉冲和所述第二脉冲，分别控制所述第一电机 和所述第二电机，并将所述第一脉冲、所述第二脉冲以及所有被测量点的所述极径发送至所述处理单元；处理单元，与所述控制单元连接，用于配置所述控制单元的控制参数， 并用于根据接收到的所述第一脉沖、所述第二脉冲以及所有^皮测量点的所述 极径获取所述第 一 高度对应的水平截面以上的所述金属罐容积、所述第二高 度对应的水平截面以下的所述金属罐容积以及所述第 一 高度对应的水平截面 与所述第二高度对应的水平截面之间的所述金属罐容积。
6、 根据权利要求5所述的卧式金属罐容积测量装置，其特征在于，还包 括滑块，设置于所述直线导轨单元上，用于承载及定位所述激光测头在所 述直线导轨单元上从上至下依次下降至所述第一高度、所述数个预设高度以 及所述第二高度。
7、 根据权利要求5或6所述的卧式金属罐容积测量装置，其特征在于， 还包括驱动水平旋转单元，所述驱动水平旋转单元与所述第二电机连接，用 于在所述第二电机的驱动下带动所述激光测头，分别在所述第一高度、所述 数个预设高度以及所述第二高度上、以所述直线导轨单元为轴沿水平方向水 平旋转一周测量。
8、 根据权利要求7所述的卧式金属罐容积测量装置，其特征在于，还包 括齿轮，设置于所述第一电机上；齿条单元，设置于所述直线导轨单元上； 所述齿轮与所述齿条单元啮合。
9、 根据权利要求8所述的卧式金属罐容积测量装置，其特征在于，所述 直线导轨单元由设置在一个支撑立柱单元表面上的一节以上直线导轨拼接而 成。
10、 根据权利要求9所述的卧式金属罐容积测量装置，其特征在于，所 述齿条单元由设置在所述直线导轨表面上的一节以上齿条拼接而成。
全文摘要
本发明涉及一种卧式金属罐容积测量方法及测量装置。该方法包括控制激光测头沿直线导轨单元下降至第一高度，在第一高度激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标；控制激光测头依次下降至数个预设高度直至激光测头下降至第二高度，控制激光测头以直线导轨单元为轴水平旋转一周，测量金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标；根据所测点的极坐标，获取第一高度对应的水平截面以上的容积、第二高度对应的水平截面以下的容积以及第一高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面之间的容积。本发明提供的卧式金属罐测量方法及测量装置无需用户介入便可自动测得卧式金属罐的容积，测量速度快且精度高。
文档编号G01B11/00GK101532820SQ20091008254
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者戚利飞, 石晶欣, 蔡友发 申请人:北京光电技术研究所