CC BY
6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ СКАНЕРОВ ПРИ ГРАДУИРОВКЕ
РЕЗЕРВУАРОВ
Д.С. Беспалов, курсант
Научный руководитель: И.В. Константинов Ульяновский институт гражданской авиации (Россия, г. Ульяновск)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-7-1-54-58
Аннотация. В данной статье рассматривается выбор наиболее подходящий лазерный сканер для использования при градуировке резервуаров. Обозначены существующие методы и обосновано, почему лазерные сканеры лучше всего подходят для данной процедуры. Приведены наиболее часто используемые лазерные сканеры и их характеристики. Далее проведён их сравнительный анализ и дана рекомендация по использованию. Ключевые слова: градуировка, резервуары, лазерные сканеры, сравнение.
Каждый резервуар после завершения приёмных операций подлежит первичной градуировке. Также градуировка производится после внесения в резервуар конструктивных изменений, которые могут повлиять на его вместимость, капитального ремонта и истечения срока действия градуировочной таблицы. Также если происходит несоответствие базовой и фактических высот резервуара производится переградуировка.
На данный момент существуют следующие методы градуировки резервуаров:
- объёмный метод, заключающийся в определении вместимости резервуара путем наполнения его жидкостью и одновременных измерениях уровня, объема и температуры жидкости для каждого изменения уровня;
- массовый метод, заключается в наполнении резервуара поверочной жидкостью, и измерением её массы на весах;
- геометрический метод, заключается в определении объёма резервуара с помощью измерения его геометрических параметров [1].
Из всех перечисленных методов наиболее универсальным является геометрический. Использование объёмного метода для резервуаров большой вместимости будет затратно как по временным ресурсам, так и по расходу жидкости. Использование массового метода невозможно из-за большой массы резервуара, которая не позволит погрузить наполненный резервуар на
весы, размер которых и их измерительная способность должны быть способны к такому. Использование геометрического метода позволяет произвести градуировку, как резервуаров малой вместимости (резервуары вместимостью от 3 до 10 м3 градуировки только объёмным методом), так и резервуаров большой вместимости.
Реализация геометрического метода градуировки возможна с применением механических приборов и электронно-оптическими (РГС от 25 до 1000 м3 [2], РВС от 100 до 160000 м3[1]). В данной статье будет рассмотрен выбор оптимального прибора для выполнения градуировки с помощью электронно-оптического метода, который заключается в определении геометрических размеров резервуара с помощью лазерного сканера и определением его объёма с помощью полученной 3Б модели.
Существует метод наружных и внутренних измерений.
Внутренним - резервуар порожний, наружным - разрешается наличие жидкости до произвольного уровня.
Требования к условиям градуировки одинаковые для РГС и РВС [1, 2].
Поверхность перед измерением должна быть очищена до состояния, позволяющего производить измерения.
Базовая высота измеряется рулеткой с лотом во всех случаях.
При сканировании РГС методом внутренних измерений необходимо не менее 2
сканеров, с соблюдением дискретности от 3 до 5 мм. С использованием метода наружных измерений необходимо не менее 6, с соблюдением дискретности от 3 до 5 мм [2].
При сканировании РВС обычного типа (без понтона и плавающей крыши) внутренним методом необходимо не менее 3 сканеров, с дискретностью от 3 до 5 мм [1]. Для сканирования методом наружных измерений точное количество станций не определено, но существует условие, которое должно выполняться. Необходимо по периметру перил кровли резервуара установить не менее 4 специальных марок, причём обеспечивается видимость с каждой станции не менее 2 марок, и не менее 3 марок в зоне видимости марки № 1. Дискретность устанавливается в пределах от 50 до 100 мм. Рекомендуется устанавливать станции на расстоянии 1-2 высот резервуара [1]. С учётом того, что станции буду расположены на одинаковом расстоянии и одной высоте, в работе [3] было установлено, что минимальное рекомендуемое количество станций равно 4. Примерное расположение станций представлено в [1, с. 36].
Расположение станций при сканировании резервуаров внутренним методом указано в [1, с. 32] и [2, с. 25].
В связи с этим, условием по количеству станций и учёта того, что при методе наружных сканирований, планировка ре-зервуарного парка не позволит далеко отдалить сканер от резервуара необязательно, чтобы дальность действия сканера была равна диаметру, отсюда можно сделать вывод, что для данной работы можно использовать сканеры с самой низкой дальностью действия из предложенных в таблице выше. Данное решение позволит снизить экономические затраты на это приспособление, что может позволить закупить большее количество станций или же какие-либо другое оборудование. Принимаем решение не рассматривать станции одного производителя с большей дальностью (Faro Focus S150 Premium и Trimble X9 + T10x).
Толщина стенок измеряется с помощью ультразвукового толщиномера.
В таблице 1 представлены сканеры, которые будут рассматриваться в данной работе. Данные взяты из источников [4-7].
Таблица 1. Характеристики станций лазерного сканирования
Leica RTC360 Trimble X7 + Perspective Faro Focus S150 Premium Faro Focus S70 Premium Faro Focus Core Trimble X9 + T10x
Цена, руб 9860000 6500000 8800000 7100000 4178000 9400000
Дальность,м 0,5 - 130 0,6 - 80 0,5 - 150 0,5 - 70 0,5 - 70 0,6 - 150
Скорость, точек/сек 2000000 500000 2000000 2000000 500000 1000000
Точность 3 варианта (3/6/12 мм на 10 м) 2 мм на дальности 10 м, 3.5 мм на дальности 20 м 2 мм на дальности 10 м, 3.5 мм на дальности 25 м 2 мм на дальности 10 м, 3.5 мм на дальности 25 м 3 мм на дальности 10 м, 4 мм на дальности 25 м 2,3 мм на 10 м
Температу-ра,°С от -5 до +40 от -20 до +55 от -20 до +55 от -20 до +55 от -10 до +55 от -20 до +50
Поле зрения верт/гориз, ° 300/360 282/ 360 300/360 300/360 300/360 282/360
Диапазон шума при отражающей способности поверхности: -90%; -10%; -2% - 0,4 мм на 10 м - н.д. - н.д. - 3 мм на 60 м* - н.д. - н.д. - 0.1 мм на 10 м, 0.2 мм на 25 м; - 0.3 мм на 10 м, 0.4 мм на 25 м; - 0.7 мм на 10 м, 1.2 мм на 25 м - 0.1 мм на 10 м, 0.2 мм на 25 м; - 0.3 мм на 10 м, 0.4 мм на 25 м; - 0.7 мм на 10 м, 1.2 мм на 25 м - 0,4 мм на 10 м, 0.5 мм на 25 м; - 1 мм на 10 м, 1.5 мм на 25 м; - 3 мм на 10 м, 5 мм на 25 м - 1,5 мм на 30 м* - н.д. - н.д.
*при 80%
Далее будет представлено сравнение станций:
1. Сравнение Faro Focus Core и Faro Focus S70 Premium:
а) По цене безусловно более экономичным является первый сканер. Разница в цене достигает почти 3 млн. рублей.
б) Дальность действия сканеров одинакова.
в) По скорости сканирования второй сканер быстрее. При большом количестве сканируемых резервуаров экономия времени может быть очень необходима.
г) Точность сканирования одной отдельной точки лучше у второго сканера, что говорит о меньшей погрешности во время произведения градуировки.
д) Поле зрения и диапазон рабочих температур одинаковы и соответствуют требованиям.
е) Важным показателем, как мне кажется, является диапазон шума при отражающей поверхности, так как при проведении сканирования внутри резервуара на его стенках могут быть остатки нефтепродуктов, которые повлияют на точность. При внешнем сканировании это так же важно, ведь поверхность резервуара покрывается специальным антикоррозионным покрытием, в функции которого входит также частичное отражение солнечных лучей, для предотвращения нагревания нефтепродукта в жаркое время года. Диапазон шума у первого сканера больше, чем у второго, что также скажется на результаты сканирования.
2. Сравнение Trimble X7 + Perspective и Faro Focus S70 Premium
а) Экономичнее первый сканер. Разница в цене составляет 600 тыс. руб.
б) Скорость сканирования выше у второго сканера.
в) Дальность сканирования первого сканера больше, но как уже было выяснено ранее, в данном случае она не имеет значения, поэтому считаем, что по этому показателю сканеры равны.
г) Точность измерения выше у второго сканера.
д) Производить сравнение диапазонов шума несколько проблематичная задача, так как значения относятся к разным областям, но предварительно можно сказать, что второй сканер имеет лучшие показатели, чем первый.
е) Вертикальное поле зрения первого сканера меньше на 18°, горизонтальное поле зрения и диапазон рабочих температур одинаковы и соответствуют требованиям.
3. Сравнение Leica RTC360 и Faro Focus S70 Premium
Библиографический список
1. ГОСТ Р 8.996 - 2020 Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуара стальные вертикальные цилиндрические. Методика калибровки электронно-оптическим методом: издание официальное: введён в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 ноября 2020 г. N 1082-ст: введён впервые: введён в действие 2021-02-01.
2. ГОСТ Р 8.994 - 2020 Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуара стальные горизонтальные цилиндрические. Методика калибровки электронно-оптическим методом: издание официальное: введён в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 ноября 2020 г. N 1080-ст: введён впервые: введён в действие 2021-01-01.
3. Гражданская авиация: XXI век: сборник материалов XV Международной молодежной научной конференции (13-14 апреля 2023 г.). В 2 частях. Часть 2. - Ульяновск: УИ ГА, 2023. - С. 72-73.
4. Leica RTC360 Технические характеристики.
5. Лазерный 3-D сканер FARO: [сайт]. - URL: https://faro3d.ru/?yclid=11948350386335383551 (дата обращения: 01.05.2024).
6. Trimble X7 Технические характеристики.
7. Trimble X9 Техническое описание.
а) Экономичнее второй сканер. Разница в цене составляет 2,76 млн. руб.
б) Скорость сканирования одинакова.
в) Дальность сканирования первого сканера больше, но как уже было выяснено ранее, в данном случае она не имеет значения, поэтому считаем, что по этому показателю сканеры равны.
г) Точность измерения при любом исполнении первого сканера выше у второго.
д) Диапазон шума ниже у второго сканера.
е) Поле зрения одинаково, диапазон рабочих температур больше у второго, но они оба соответствуют требованиям.
Исходя из выше приведённого сравнения, наиболее рекомендуемым для работ является сканер Faro Focus S70 Premium, позволяющий производить сканирование с достаточной точностью.
THE USE OF LASER SCANNERS FOR TANK CALIBRATION
D.S. Bespalov, Cadet Supervisor: I.V. Konstantinov Ulyanovsk Institute of Civil Aviation (Russia, Ulyanovsk)
Abstract. This article discusses the selection of the most suitable laser scanner for use in tank calibration. The existing methods are outlined and it is justified why laser scanners are best suited for this procedure. The most frequently used laser scanners and their characteristics are given. Further, their comparative analysis is carried out and a recommendation for use is given. Keywords: calibration, tanks, laser scanners, comparison.
