CN111879252A - 一种储罐罐体在线测绘检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储罐罐体在线测绘检测装置，包括三脚架、水平调节与旋转基座、控制电路机构、塔帽机构、摆臂、配重机构、扫描检测机构、调平缆绳和配重缆绳，三脚架上端设置水平调节与旋转基座，水平调节与旋转基座上端设置控制电路机构，控制电路机构上端设置塔帽机构，控制电路机构一侧端设置摆臂，摆臂末端设置扫描检测机构，控制电路机构另一侧端设置配重机构，塔帽机构上端与摆臂之间拉设调平缆绳，塔帽机构上端与配重机构之间拉设配重缆绳；控制电路机构与扫描检测机构通讯连接；采用上述装置的方法包括：S1）装配；S2）调试；S3）扫描检测。本发明的优点为：通过三维扫描技术的高精度建模，使得储罐罐体变形检测更加直观、可视化、精度高。

Description

一种储罐罐体在线测绘检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，具体涉及一种储罐罐体在线测绘检测装置及其方法。

背景技术

随着我国石油化工建设的飞速发展，立式储罐数量急剧增多。由于储罐属于典型的薄壁结构模型，稳定性较低，并且容易因制造过程中质量控制不严或运营使用过程中故障、操作不当等因素，造成储罐罐体鼓泡或凹陷变形的现象。储罐的变形现象会带来两方面影响：（1）整体或局部的过大变形会降低储罐抗失稳能力，进而降低了储罐运行使用过程中的安全生产可靠性；（2）罐体变形后影响浮顶罐浮顶的正常升降和密封效果，局部凹凸变形易引发罐壁低周疲劳断裂，降低了储罐的服役年限和正常工作的可靠性。

对于储罐静态容积计量检定方而言，现行立式罐容积测量方法是建立在立式罐是理想圆柱体模型前提下的。在罐体坐标数据采样点一定的条件下，立式储罐整体或者局部变形越大，对其容积计量值准确度影响就愈加明显。现有储罐变形测量方法主要包括全站仪光电法和人工法。全站仪光电法的优点是单点测量精度高，易于现场测量使用，但是由于采样点位间隔大、数量少，这种方法比较适合进行储罐整体变形测量，而局部变形测量能力有待提高，并且在进行现场测量时，需对储罐停工进行开罐检测，无法对满罐时的储罐变形数据进行测量，进而无法获得最有实际意义的满罐时储罐变形数据，同时开罐检测增加了企业运营成本。人工法特别适用于储罐局部变形测量，如拱顶罐罐顶变形测量，但是不易于对立式储罐整体变形进行描述。另外，随着激光扫描三维建模技术在储罐测绘方面的逐渐应用，有少部分检测单位利用该技术对卧式储罐、小容积储罐进行了检测，但仍然存在需开罐检测、多站次测量、影响因素多、测量精度有限等缺点。

因此，针对以上技术难题，应提出一种既能应用于储罐在线检测、不影响储罐正常生产运行，又能实现储罐罐体和局部变形的同步测量技术，为储罐的安全运行提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过激光扫描三维技术进行高精度建模的储罐罐体在线测绘检测装置及其方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种储罐罐体在线测绘检测装置，包括三脚架、水平调节与旋转基座、控制电路机构、塔帽机构、摆臂、配重机构、扫描检测机构、调平缆绳和配重缆绳，三脚架上端设置水平调节与旋转基座，水平调节与旋转基座上端设置控制电路机构，控制电路机构上端设置塔帽机构，控制电路机构一侧端设置摆臂，摆臂末端设置扫描检测机构，控制电路机构另一侧端设置配重机构，塔帽机构上端与摆臂之间拉设调平缆绳，塔帽机构上端与配重机构之间拉设配重缆绳；控制电路机构与扫描检测机构通讯连接。

进一步地，所述三脚架包括底座、支架和快装板，底座由下至上依次连接橡胶垫、磁铁和钢板，底座与支架固定连接，支架可伸缩，支架与快装板铰接，所述三脚架通过快装板上设置的快装螺栓与水平调节与旋转基座连接。

进一步地，所述水平调节与旋转基座包括基座底板、调平螺母、水平板、水泡水准仪一和太阳齿轮，调平螺母为三个，分别通过下端螺栓连接于基座底板并通过上端螺栓连接于水平板，水平板中心区域固定设置太阳齿轮，太阳齿轮上部嵌设于滚动轴承一，水平板还设置水泡水准仪一。

进一步地，所述控制电路机构包括外壳，外壳表面设置显示屏、键盘和瞄准器，外壳内设置电池、控制电路板、伺服电机和SD存储卡，外壳底部设置减速器一，减速器一下端的转动轴穿过外壳底部并固定连接行星齿轮，所述行星齿轮与太阳齿轮啮合连接；所述电池为控制电路板、伺服电机、显示屏、键盘、减速器一供电，所述控制电路板分别与伺服电机、SD存储卡、键盘、减速器一通讯连接。

进一步地，所述配重机构包括两条主支架和主支架之间的加强筋，主支架一端连接于控制电路机构，另一端设置规格不同的配重架，规格不同的配重架放置重量不同的配重，配重架之间通过间隔板分隔；配重缆绳一端牵拉配重机构，另一端连接于塔帽机构顶端。

进一步地，所述摆臂包括一级摆臂和二级摆臂，二级摆臂可根据被检储罐直径规格增减个数，一级摆臂与二级摆臂连接，二级摆臂之间相互连接。

进一步地，一级摆臂和二级摆臂均为由三条主梁和多条肋板相互焊接而成的三角桁架结构，一级摆臂一端底部的两条主梁与控制电路机构连接，另一端的三条主梁分别与二级摆臂的三条主梁连接；调平缆绳一端牵拉中间一节二级摆臂或最后一节二级摆臂，另一端连接于塔帽机构顶端。

进一步地，所述扫描检测机构包括主架、主架上设置的气泡水准仪二和对准气泡水准仪二的视频监控器，主架下侧设置角度调节机构、扫描电路板和分布于扫描电路板两侧CCD相机，角度调节机构通过马达及齿轮组啮合连接来调节扫描电路板的角度，扫描电路板设置激光发射器、激光接收器和时间计数器，视频监控器、马达、扫描电路板分别与控制电路板通信连接。

一种储罐罐体在线测绘检测方法，包括如下步骤：

S1）装配阶段

将本装置通过三脚架吸附固定于立式圆柱形储罐拱顶中心区域，调节支架至合适高度，通过快装螺栓将水平调节与旋转基座安装在三脚架的快装板上，然后依次连接控制电路机构、塔帽机构、配重机构、配重缆绳、一级摆臂、二级摆臂，根据被检储罐直径选择适当数量的二级摆臂相互连接，在最后一个二级摆臂末端连接扫描检测机构，再连接粗调平缆绳和细调平缆绳；

S2）调试阶段

启动控制电路机构，系统自动对与其通信连接的各仪器功能及信号进行检测，确定整个系统正常并就绪；

旋转三个调平螺母并观察气泡水准仪一对水平调节与旋转基座进行调平；

将显示屏切换到视频监控器观测的水泡水准仪二，通过调节细调平缆绳和粗调平缆绳的调节板对扫描检测机构进行调平；

通过瞄准器确定并标记起始扫描检测位置；

S3）扫描检测阶段

S3-1）根据被检储罐规格在键盘处输入相关参数，输入后控制电路机构自动计算出扫描检测一次所需转动的水平角度，并将所需转动的水平角度转化为伺服电机转动的圈数，进而通过减速器一带动行星齿轮绕着太阳齿轮转过一次所需的水平角度，获得该次扫描检测面内所有点的三维空间坐标，完成一周圈罐壁板的扫描检测采集，同时通过CCD相机实时拍摄扫描检测区域并实时传输到SD存储卡；

S3-2）完成一周圈罐壁板的扫描检测后，控制电路机构计算出所需转动的垂直角度，并将所需转动的垂直角度转化为马达转动的圈数，通过减速器二带动小齿轮绕着大齿轮转过所需的垂直角度，进而带动激光发射器、激光接收器、时间计数器等结构转过所需的垂直角度，重复步骤S3-1），从而实现下一周圈罐壁板的扫描检测；

S3-3）重复步骤S3-2），直至完成储罐罐壁板的全部扫描检测，实时存储到SD存储卡；

S3-4）为保证扫描检测机构倾斜扫描储罐罐壁板时的精度，针对激光发射器倾斜发射时的各激光点位间隔变大，采用错位双次或错位多次扫描检测，多次扫描检测面内的三维空间坐标相互叠加，实时存储到SD存储卡；

S3-5）完成检测后通过SD存储卡导入到计算机，进行数据处理与分析。

进一步地，储罐罐体上每一点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过电路控制机构计算出的旋转过该点的空间水平角度α_N、垂直角度β_N，以及通过时间计数器计算出激光发射器发射激光与激光接收器接收激光的时间差计算出的激光发射器距离罐体该点的斜距R_N来表达，即该点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过水平角度α_N、垂直角度β_N及斜距R_N来描述，公式如下：

；

；

；

式中，L为水平调节与旋转基座中心距离激光发射器的水平长度，为固定值；R_N为激光发射器距离罐体N点的斜距；H为激光发射器距离水平调节与旋转基座中心的垂直长度；α_N为扫描检测机构由起始点转过的水平角度；β_N为扫描检测机构转过的垂直角度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置及其方法，解决了现有储罐变形检测技术中局部变形测量能力弱且无法实现在线检测的技术难题，并通过三维扫描技术的高精度建模，使得储罐罐体变形检测更加直观、可视化、精度高。

附图说明

图1是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的整体结构示意图。

图2是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的三脚架结构示意图。

图3是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的三脚架局部结构示意图。

图4是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的水平调节与旋转基座和控制电路机构的正面示意图。

图5是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的水平调节与旋转基座和控制电路机构的背面示意图。

图6是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的塔帽机构和配重机构的结构示意图。

图7是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的一级摆臂和二级摆臂的局部结构示意图。

图8是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的扫描检测机构结构示意图。

图9是本发明一种储罐罐体在线测绘检测装置的实际操作示意图。

图10是本发明一种储罐罐体在线测绘检测方法的流程示意图。

图11是本发明一种储罐罐体在线测绘检测方法的坐标建立示意图。

附图标记：三脚架1、水平调节与旋转基座2、控制电路机构3、配重机构4、配重缆绳5、塔帽机构6、一级摆臂7、二级摆臂8、扫描检测机构9、细调平缆绳10、粗调平缆绳11、橡胶垫101、磁铁102、钢板103、支座104、伸缩支架腿105、紧固圈106、支架腿107、快装板108、快装螺栓109、筋板110、锁紧螺栓111、卡簧圆柱销轴112、锁紧手轮113、螺栓114、基座底板201、下端螺栓202、调平螺母203、上端螺栓204、加强圈205、中心孔206、气泡水准仪一207、水平板208、孔209、太阳齿轮210、滚动轴承一211、行星齿轮212、外壳301、显示屏302、键盘303、底板304、SD存储卡305、控制电路板306、支柱307、电池308、瞄准器309、伺服电机310、减速器一311、支座一312、支座二313、主支架401、加强筋402、配重403、间隔板404、配重架405、配重支座406、支撑柱601、横梁602、支座三603、支座四604、主梁一701、肋板一702、主梁二801、肋板二802、支座五803、主架901、提拉杆902、杆件903、视频监控器904、气泡水准仪二905、安装板906、轴承二907、连接轴908、连接板一909、马达910、轴承三911、固定板912、CCD相机913、扫描电路板914、激光发射器915、激光接收器916、时间计数器917、保护板918、减速器二919、小齿轮920、转动轴921、轴承四922、连接板二923、大齿轮924、固定轴925、缆绳一1001、长螺栓一1002、细调螺母1003、细调节板1004、缆绳二1101、长螺栓二1102、粗调螺母1103、粗调节板1104。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。

如图1所示，一种储罐罐体在线测绘检测装置，包括三脚架1、水平调节与旋转基座2、控制电路机构3、塔帽机构6、一级摆臂7、二级摆臂8、配重机构4、扫描检测机构9、细调平缆绳10、粗调平缆绳11和配重缆绳5，三脚架1上端设置水平调节与旋转基座2，水平调节与旋转基座2上端设置控制电路机构3，控制电路机构3上端设置塔帽机构6，控制电路机构3一侧端设置摆臂，摆臂末端设置扫描检测机构9，控制电路机构3另一侧端设置配重机构4，塔帽机构6上端与摆臂之间拉设调平缆绳，塔帽机构6上端与配重机构4之间拉设配重缆绳5；控制电路机构3与扫描检测机构9通讯连接。

如图2、3所示，所述三脚架1包括底座、支架和快装板108。底座由下至上依次连接橡胶垫101、磁铁102和钢板103，橡胶垫101底部设有横向的、斜向下凸纹，保证整体装置稳定固定于弧形拱顶板，橡胶垫101上部胶接磁铁102，保证仪器不会因操作失误而偏心倾覆，磁铁102上部固定连接钢板103，钢板103中心对称设有支座104，支座104与支架通过卡簧圆柱销轴112铰接。支架可伸缩，支架包括支架腿107和伸缩支架腿105，伸缩支架腿105嵌套于支架腿107内，伸缩支架腿105可在支架腿107内上下调动；支架腿107底端外侧设有紧固圈106，锁紧螺栓111穿设于紧固圈106和支架腿107至伸缩支架腿105外侧，用于对伸缩支架腿105的锁紧。支架腿107顶部与快装板108通过销轴铰接，快装板108中心穿孔，并在底部对称设有两条筋板110，两条筋板110中间穿设快装螺栓109，快装螺栓109下部为表面设有竖向凸纹的锁紧手轮113，快装螺栓109的上部为螺栓114且螺栓114的螺纹直径略大于两条筋板110之间的间隙，保证快装螺栓109卡在两条筋板110之间不会脱落，筋板110底部均设有与快装螺栓109下部的锁紧手轮113直径相等的凹型槽，防止快装螺栓109锁紧后左右滑动，进而影响扫描检测精度。

具有固定支撑和粗调水平功能的三脚架1通过快装螺栓109和基座底板201的中心孔206可拆卸螺接水平调节与旋转基座2。

如图4、5所示，所述水平调节与旋转基座2包括基座底板201、调平螺母203、水平板208、水泡水准仪一207和太阳齿轮210。调平螺母203为三个，分别通过下端螺栓202穿接于基座底板201的孔209，并通过上端螺栓204连接于水平板208，上端螺栓204设有加强圈205，调节三个调平螺母203，实现对整体装置水平的调节。水平板208中心区域固定设置太阳齿轮210，太阳齿轮210上部凸出的圆柱嵌设于滚动轴承一211，滚动轴承一211嵌套固定于控制电路机构3外壳301。水平板208还设置水泡水准仪一207。

如图4、5所示，所述控制电路机构3包括外壳301，外壳301包括底板304和底板304四角设置的支柱307，外壳301正面设置显示屏302和键盘303，外壳301的底板304上部设置电池308、控制电路板306、伺服电机310和SD存储卡305，SD存储卡305用来存储检测数据并可导入电脑端用来分析，靠近SD存储卡305一侧的支柱307中部位置设置瞄准器309，瞄准器309用来对起点检测位置定位及标记，外壳301底板304上螺接减速器一311，减速器一311上部连接伺服电机310，减速器一311下端的转动轴穿过底板304并固定连接行星齿轮212，所述行星齿轮212与太阳齿轮210啮合连接。四个支柱307上端外侧设有支座一312，四个支柱307顶端设有支座二313，控制电路机构3通过四个支座二313分别与塔帽机构6的四个支撑柱601底部螺接，控制电路机构3一侧的两个支座一312螺接于配重机构4，另一侧的两个支座一312螺接于一级摆臂7。所述电池308为控制电路板306、伺服电机310、显示屏302、键盘303、减速器一311供电，所述控制电路板306分别与伺服电机310、SD存储卡305、显示屏302、键盘303、减速器一311通讯连接。

如图6所示，所述配重机构4包括两条主支架401和主支架401之间的加强筋402，主支架401一端连接于控制电路机构3，另一端设置规格不同的配重架405，规格不同的配重架405放置重量不同的配重403，配重架405之间通过间隔板404分隔。放置重量不同的配重403，以满足在检测不同直径规格储罐时，因二级摆臂8的数量变化使得二级摆臂8一侧重量增加时，添加相应数量的配重403，进而使得整个系统处于受力平衡状态，保证整个装置的安全运行。配重缆绳5一端牵拉配重机构4，即与配重支座406通过螺栓连接，另一端螺接于塔帽机构6顶端的支座三603。所述塔帽机构6包括四条支撑柱601，每两条支撑柱601中间均设有横梁602，四条支撑柱601底部分别与控制电路机构3顶端四角的支座二313螺接。

如图7所示，所述摆臂包括一级摆臂7和二级摆臂8，一级摆臂7与二级摆臂8螺接，二级摆臂8之间相互螺接。一级摆臂7为由三条主梁一701和多条肋板一702相互焊接而成的三角桁架结构，一级摆臂7底部的两条主梁一701与控制电路机构3一侧的两个支座一312螺接，仅进行两条主梁一701的螺接是为了后期一级摆臂7能够上下幅度的调整达到水平，防止一级摆臂7连接后无法上下幅度调整，一级摆臂7另一端的三条主梁一701分别螺栓连接于二级摆臂8的三条主梁二801。同样地，二级摆臂8为由三条主梁二801和多条肋板二802相互焊接而成的三角桁架结构，二级摆臂8可根据被检储罐直径规格增减个数，保证扫描检测机构9能伸出罐体外一米左右，从而满足不同直径规格的储罐检测。调平缆绳包括细调平缆绳10和粗调平缆绳11。细调平缆绳10和粗调平缆绳11一端通过卡簧销轴连接于塔帽机构6顶部，另一端分别螺接于二级摆臂8。细调平缆绳10包括缆绳一1001和与缆绳一1001固定连接的长螺栓一1002，长螺栓一1002螺接细调螺母1003，细调螺母1003固定于细调节板1004，细调平缆绳10一端通过支座四604铰接于塔帽机构6，另一端铰接于最后一节二级摆臂8。同样地，粗调平缆绳11包括缆绳二1101、长螺栓二1102、粗调螺母1103、粗调节板1104，粗调平缆绳11一端通过支座四604铰接于塔帽机构6，另一端通过支座五803铰接于中间一节二级摆臂8。一级摆臂7和二级摆臂8一侧主梁均设有挂钩，方便放置通讯电缆。

如图8所示，所述扫描检测机构9包括主架901、提拉杆902、主架901上设置气泡水准仪二905和对准气泡水准仪二905的视频监控器904，主架901一端螺栓连接于二级摆臂8，视频监控器904通过杆件903固定安装于主架901。主架901两侧对称设置安装板906，在两安装板906内侧之间设有固定轴925，固定轴925中间固定设有大齿轮924，在两安装板906外侧各设有连接轴908，连接轴908外侧嵌套轴承二907，轴承二907固定安装于连接板一909一端，连接板一909另一端同样设有轴承三911，轴承三911内嵌套马达910，马达910螺接减速器二919，减速器二919穿设出的转动轴921安装于轴承四922，轴承四922固定于连接板二923，转动轴921对应大齿轮924区域设有小齿轮920，大齿轮924与小齿轮920之间啮合连接，工作时大齿轮924保持固定不动，小齿轮920可沿大齿轮924周向转动，进而调整下部扫描机构的角度，完成整个装置的全覆盖扫描检测。在连接板一909和连接板二923底部设有保护板918，保护板918下部螺接固定板912，在固定板912两侧对称分布CCD相机913，且CCD相机913镜头均倾斜聚焦于中心激光扫描区域，固定板912中间设有扫描电路板914，扫描电路板914上通讯连接激光发射器915、激光接收器916和时间计数器917。视频监控器904、马达910、扫描电路板914与控制电路板306通讯连接。

一种储罐罐体在线测绘检测方法，如图9所示，检测装置放置于立式圆柱形储罐拱顶中心区域进行检测，如图10所示，具体包括如下步骤：

S1）装配阶段

将本装置通过三脚架1吸附固定于立式圆柱形储罐拱顶中心区域，调节支架至合适高度，通过快装螺栓109将水平调节与旋转基座2安装在三脚架1的快装板108上，然后依次连接控制电路机构3、塔帽机构6、配重机构4、配重缆绳5、一级摆臂7、二级摆臂8，根据被检储罐直径选择适当数量的二级摆臂8相互连接，在最后一个二级摆臂8末端连接扫描检测机构9，再连接粗调平缆绳11和细调平缆绳10；

S2）调试阶段

启动控制电路机构3，系统自动对与其通信连接的各仪器功能及信号进行检测，确定整个系统正常并就绪；

旋转三个调平螺母203并观察气泡水准仪一207对水平调节与旋转基座2进行调平；

将显示屏302切换到视频监控器904观测的水泡水准仪二905，通过调节细调平缆绳10和粗调平缆绳11的调节板对扫描检测机构9进行调平；

通过瞄准器309确定并标记起始扫描检测位置；

S3）扫描检测阶段

S3-1）根据被检储罐规格在键盘303处输入相关参数，输入后控制电路机构3自动计算出扫描检测一次所需转动的水平角度，并将所需转动的水平角度转化为伺服电机310转动的圈数，进而通过减速器一311带动行星齿轮212绕着太阳齿轮210转过一次所需的水平角度，获得该次扫描检测面内所有点的三维空间坐标，进而完成一周圈罐壁板的扫描检测采集，同时通过CCD相机913实时拍摄扫描检测区域并实时传输到SD存储卡305；

S3-2）完成一周圈罐壁板的扫描检测后，控制电路机构3计算出所需转动的垂直角度，并将所需转动的垂直角度转化为马达910转动的圈数，通过减速器二919带动小齿轮920绕着大齿轮924转过所需的垂直角度，进而带动激光发射器915、激光接收器916、时间计数器917等结构转过所需的垂直角度，重复步骤S3-1），从而实现下一周圈罐壁板的扫描检测；

S3-3）重复步骤S3-2），直至完成储罐罐壁板的全部扫描检测，实时存储到SD存储卡305；

S3-4）为保证扫描检测机构9倾斜扫描储罐罐壁板时的精度，针对激光发射器915倾斜发射时的各激光点位间隔变大，采用错位双次或错位多次扫描检测，即在进行完一周圈罐壁板扫描检测返回到起始位置后，适当转动较小的水平角度和垂直角度，进而与第一次扫描检测面内的激光点适当错开，开始进行第二次该圈罐壁板的扫描检测，直至完成多次该圈罐壁板的扫描检测，多次扫描检测面内的三维空间坐标相互叠加，实时存储到SD存储卡305；

S3-5）完成检测后通过SD存储卡305导入到计算机，进行数据处理与分析。

扫描检测工作原理：将储罐罐体测绘装置安装并放置于立式圆柱形储罐拱顶中心区域，并进行调试及调平，以水平调节与旋转基座2中心为原点、铅垂线为Z轴、一级摆臂7和二级摆臂8形成的摆臂机构起始点位置为X轴建立空间坐标系，如图11所示。

储罐罐体上每一点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过电路控制机构3计算出的旋转过该点的空间水平角度α_N、垂直角度β_N，以及通过时间计数器917计算出激光发射器915发射的激光与激光接收器916接收激光的时间差计算出的激光发射器915距离罐体该点的斜距R_N来表达，即该点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过水平角度α_N、垂直角度β_N及斜距R_N来描述，公式如下：

（1）；

（2）；

（3）；

式中，L为水平调节与旋转基座2中心距离激光发射器915的水平长度，为固定值；R_N为激光发射器915距离罐体N点的斜距；H为激光发射器915距离水平调节与旋转基座2中心的垂直长度；α_N为扫描检测机构9由起始点转过的水平角度；β_N为扫描检测机构9转过的垂直角度。

以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：包括三脚架、水平调节与旋转基座、控制电路机构、塔帽机构、摆臂、配重机构、扫描检测机构、调平缆绳和配重缆绳，三脚架上端设置水平调节与旋转基座，水平调节与旋转基座上端设置控制电路机构，控制电路机构上端设置塔帽机构，控制电路机构一侧端设置摆臂，摆臂末端设置扫描检测机构，控制电路机构另一侧端设置配重机构，塔帽机构上端与摆臂之间拉设调平缆绳，塔帽机构上端与配重机构之间拉设配重缆绳；控制电路机构与扫描检测机构通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述三脚架包括底座、支架和快装板，底座由下至上依次连接橡胶垫、磁铁和钢板，底座与支架固定连接，支架可伸缩，支架与快装板铰接，所述三脚架通过快装板上设置的快装螺栓与水平调节与旋转基座连接。

3.根据权利要求1所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述水平调节与旋转基座包括基座底板、调平螺母、水平板、水泡水准仪一和太阳齿轮，调平螺母为三个，分别通过下端螺栓连接于基座底板并通过上端螺栓连接于水平板，水平板中心区域固定设置太阳齿轮，太阳齿轮上部嵌设于滚动轴承一，水平板还设置水泡水准仪一。

4.根据权利要求1或3所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述控制电路机构包括外壳，外壳表面设置显示屏、键盘和瞄准器，外壳内设置电池、控制电路板、伺服电机和SD存储卡，外壳底部设置减速器一，减速器一下端的转动轴穿过外壳底部并固定连接行星齿轮，所述行星齿轮与太阳齿轮啮合连接；所述电池为控制电路板、伺服电机、显示屏、键盘、减速器一供电，所述控制电路板分别与伺服电机、SD存储卡、键盘、减速器一通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述配重机构包括两条主支架和主支架之间的加强筋，主支架一端连接于控制电路机构，另一端设置规格不同的配重架，规格不同的配重架放置重量不同的配重，配重架之间通过间隔板分隔；配重缆绳一端牵拉配重机构，另一端连接于塔帽机构顶端。

6.根据权利要求1所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述摆臂包括一级摆臂和二级摆臂，二级摆臂可根据被检储罐直径规格增减个数，一级摆臂与二级摆臂连接，二级摆臂之间相互连接。

7.根据权利要求6所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：一级摆臂和二级摆臂均为由三条主梁和多条肋板相互焊接而成的三角桁架结构，一级摆臂一端底部的两条主梁与控制电路机构连接，另一端的三条主梁分别与二级摆臂的三条主梁连接；调平缆绳一端牵拉中间一节二级摆臂或最后一节二级摆臂，另一端连接于塔帽机构顶端。

8.根据权利要求1所述的一种储罐罐体在线测绘检测装置，其特征在于：所述扫描检测机构包括主架、主架上设置的气泡水准仪二和对准气泡水准仪二的视频监控器，主架下侧设置角度调节机构、扫描电路板和分布于扫描电路板两侧CCD相机，角度调节机构通过马达及齿轮组啮合连接来调节扫描电路板的角度，扫描电路板设置激光发射器、激光接收器和时间计数器，视频监控器、马达、扫描电路板分别与控制电路板通信连接。

9.一种储罐罐体在线测绘检测方法，其特征在于包括如下步骤：

S1）装配阶段

将本装置通过三脚架吸附固定于立式圆柱形储罐拱顶中心区域，调节支架至合适高度，通过快装螺栓将水平调节与旋转基座安装在三脚架的快装板上，然后依次连接控制电路机构、塔帽机构、配重机构、配重缆绳、一级摆臂、二级摆臂，根据被检储罐直径选择适当数量的二级摆臂相互连接，在最后一个二级摆臂末端连接扫描检测机构，再连接粗调平缆绳和细调平缆绳；

S2）调试阶段

启动控制电路机构，系统自动对与其通信连接的各仪器功能及信号进行检测，确定整个系统正常并就绪；

旋转三个调平螺母并观察气泡水准仪一对水平调节与旋转基座进行调平；

将显示屏切换到视频监控器观测的水泡水准仪二，通过调节细调平缆绳和粗调平缆绳的调节板对扫描检测机构进行调平；

通过瞄准器确定并标记起始扫描检测位置；

S3）扫描检测阶段

S3-1）根据被检储罐规格在键盘处输入相关参数，输入后控制电路机构自动计算出扫描检测一次所需转动的水平角度，并将所需转动的水平角度转化为伺服电机转动的圈数，进而通过减速器一带动行星齿轮绕着太阳齿轮转过一次所需的水平角度，获得该次扫描检测面内所有点的三维空间坐标，完成一周圈罐壁板的扫描检测采集，同时通过CCD相机实时拍摄扫描检测区域并实时传输到SD存储卡；

S3-2）完成一周圈罐壁板的扫描检测后，控制电路机构计算出所需转动的垂直角度，并将所需转动的垂直角度转化为马达转动的圈数，通过减速器二带动小齿轮绕着大齿轮转过所需的垂直角度，进而带动激光发射器、激光接收器、时间计数器等结构转过所需的垂直角度，重复步骤S3-1），从而实现下一周圈罐壁板的扫描检测；

S3-3）重复步骤S3-2），直至完成储罐罐壁板的全部扫描检测，实时存储到SD存储卡；

S3-4）为保证扫描检测机构倾斜扫描储罐罐壁板时的精度，针对激光发射器倾斜发射时的各激光点位间隔变大，采用错位双次或错位多次扫描检测，多次扫描检测面内的三维空间坐标相互叠加，实时存储到SD存储卡；

S3-5）完成检测后通过SD存储卡导入到计算机，进行数据处理与分析。

10.根据权利要求9所述的一种储罐罐体在线测绘检测方法，其特征在于：

储罐罐体上每一点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过电路控制机构计算出的旋转过该点的空间水平角度α_N、垂直角度β_N，以及通过时间计数器计算出激光发射器发射激光与激光接收器接收激光的时间差计算出的激光发射器距离罐体该点的斜距R_N来表达，即该点N的空间坐标（X_N，Y_N，Z_N）可通过水平角度α_N、垂直角度β_N及斜距R_N来描述，公式如下：

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式中，L为水平调节与旋转基座中心距离激光发射器的水平长度，为固定值；R_N为激光发射器距离罐体N点的斜距；H为激光发射器距离水平调节与旋转基座中心的垂直长度；α_N为扫描检测机构由起始点转过的水平角度；β_N为扫描检测机构转过的垂直角度。

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