中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范鐵路罐車和罐式集裝箱容積三維激光掃描儀校準規(guī)范2018-12-25發(fā)布2019-03-25實施鐵路罐車和罐式集裝箱容積三維激光掃描儀校準規(guī)范歸口單位：全國鐵路專用計量器具計量技術(shù)委員會鐵路專用力學(xué)分技術(shù)委員會主要起草單位：國家鐵路罐車容積計量站中國鐵路總公司科技和信息化部中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司標準計量研究所參加起草單位：國家鐵路罐車容積計量站齊魯分站本規(guī)范委托全國鐵路專用計量器具計量技術(shù)委員會鐵路專用力學(xué)分技術(shù)委員會負責(zé)解釋邵學(xué)君(國家鐵路罐車容積計量站)韓富強(中國鐵路總公司科技和信息化部)龐慶(國家鐵路罐車容積計量站)張志鵬(國家鐵路罐車容積計量站)齊超(中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司標準計量研究所)牟斌(國家鐵路罐車容積計量站齊魯分站)I 1范圍 2引用文件 4概述 5計量特性 5.1重復(fù)性 5.2示值誤差 6校準條件 6.1環(huán)境條件 6.2校準用標準器及配套設(shè)備 7校準方法 7.1校準前準備 7.2重復(fù)性 7.3示值誤差 8校準結(jié)果表達 9復(fù)校時間間隔 附錄A三維激光掃描法的罐體容積計算 附錄B校準記錄 附錄C容量比較法測量檢測罐參考容積 附錄D容積溫度修正公式 附錄E校準證書內(nèi)容 附錄F示值誤差的測量不確定度評定 本規(guī)范依據(jù)JJF1071—2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》制定的規(guī)則和JJG140《鐵路罐車容積》編寫。本規(guī)范為首次發(fā)布。1鐵路罐車和罐式集裝箱容積三維激光掃描儀校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于鐵路罐車和罐式集裝箱容積三維激光掃描儀(以下簡稱“掃描儀”的校準。2引用文件本規(guī)范引用下列文件：JJG140—2018鐵路罐車容積凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語3.1罐體容積tankcapacity[JJG140—2018,3.1]標準溫度20℃時罐體內(nèi)表面頂部水平切面以下的容積。3.2容積表tankcapacitytable標準溫度20℃時鐵路罐車和罐式集裝箱內(nèi)高度和容積對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表。3.3數(shù)據(jù)處理軟件dataprocessingsoftware根據(jù)測量點云計算鐵路罐車和罐式集裝箱容積，得出容積表的計算機程序。3.4檢測罐testingtank用于鐵路罐車和罐式集裝箱容積三維激光掃描儀校準的，具有特定型號和一定容積的鐵路罐車和罐式集裝箱罐體。4概述掃描儀用于測量鐵路罐車和罐式集裝箱(以下簡稱“鐵路罐車、箱”)容積。掃描儀外形示意圖如圖1所示。其原理是通過三維激光掃描技術(shù)掃描罐內(nèi)壁，采集點云，通過數(shù)據(jù)處理軟件計算鐵路罐車、箱容積表。圖1掃描儀外形示意圖1—電池；2—數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)接口；3—啟動/暫停鍵；4—顯示屏；5—電源鍵；6—反射濾光鏡；7—激光發(fā)射器；8—安裝底座JJF1719—20182在一組重復(fù)性測量條件下，容積測得值的測量精密度。5.2示值誤差容積測得值與參考值之差。最大允許誤差為±0.24%。校準應(yīng)在無冷凝、無明顯震動和晃動、罐內(nèi)無陽光直射的環(huán)境中進行，環(huán)境溫度為(20±20)℃,溫度變化率不超過士2℃/h。6.2校準用標準器及配套設(shè)備使用表1所列校準設(shè)備進行校準。表1校準設(shè)備一覽表名稱測量范圍/型號規(guī)格技術(shù)要求標準金屬量器二等液位計使用實際值，實際值的不確定度U≤0.4mm檢測罐定型的鐵路罐車罐體或罐式集裝箱材質(zhì)為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼，罐壁內(nèi)表面為漫反射、無銹，至少2個，相互間容積差≥20m3一體化溫度傳感器MPE:±0.2℃溫度計MPE:±0.5℃數(shù)據(jù)處理軟件 容積計算測量模型應(yīng)符合附錄A管道及閥組一公稱直徑與量器規(guī)格匹配，過濾水中雜質(zhì)液位開關(guān)一控制標準金屬量器液位處在標尺刻線范圍內(nèi)高位水箱 有效容積≥18m3,液位最低點高于標準金屬量器進水口蓄水池 有效容積≥120m3JJF1719—201837.1校準前準備校準前應(yīng)完成以下準備工作：a)按附錄B.2準備校準記錄。b)確認掃描儀無影響計量特性的外觀和機電功能方面的缺陷；標記檢尺點；設(shè)置掃描儀掃描參數(shù)，使掃描點數(shù)不少于100萬點。c)采用倒置或正置方式安裝掃描儀。采用倒置安裝方式時，將掃描儀穩(wěn)定倒置懸掛在架設(shè)于檢測罐人孔座上沿的三腳架上；掃描儀架設(shè)位置一般應(yīng)處于人孔下沿0.2m處。采用正置安裝方式時，將掃描儀穩(wěn)定正置安裝在架設(shè)于檢測罐底部檢尺點附近的三腳架上；掃描儀架設(shè)高度一般不高于1m;調(diào)整三腳架位置，使檢尺點標記處于掃描儀掃描范圍內(nèi)。安裝完成后，調(diào)整三腳架架設(shè)姿態(tài)，通過掃描儀自帶的電子水準器觀察掃描儀水平程度，使其處于自動水平補償范圍內(nèi)。掃描儀安裝如圖2所示。d)確認環(huán)境溫度等條件滿足要求。1—檢測罐；2—三腳架；3—人孔；4—掃描儀；5—檢尺點7.2重復(fù)性使用標記容積較小的檢測罐進行重復(fù)性試驗；通過容量比較法測得檢測罐標記容積83%～95%之間任一點的容積值，測量其對應(yīng)液位高度H,操作方法見附錄C;對檢測罐進行多次重復(fù)掃描測量(一般重復(fù)測量3～6次),用溫度計測量環(huán)境溫度，運用數(shù)據(jù)處理軟件計算容積表并按附錄D將其修正至標準溫度20℃時的容積；在每次掃描得到的容積表中，讀取H對應(yīng)的容積V;。按極差法計算重復(fù)性，極差系數(shù)見表2。測量次數(shù)3456789C7.3示值誤差一般情況下，選取不少于2臺不同型號的檢測罐進行示值誤差校準，其標記容積應(yīng)JJF1719—20184在常用鐵路罐車、箱標記容積范圍內(nèi)；通過容量比較法測得檢測罐標記容積83%~95%之間任意三點的容積值作為容積參考值，測量其對應(yīng)液位高度H,操作方法見附錄C;對檢測罐進行掃描測量，用溫度計測量環(huán)境溫度，運用數(shù)據(jù)處理軟件計算容積表并按附錄D將其修正至標準溫度20℃時的容積，讀取H;對應(yīng)的容積；每臺檢測罐重復(fù)掃描3次，以每個校準點的中位值作為各點的容積測得值。按公式(1)計算每個校準點的示值誤差。示值誤差的測量不確定度評定見附錄F。V;——第i個校準點容積測得值，L;V;——第i個校準點容積參考值，L。掃描儀經(jīng)校準后出具校準證書，校準證書應(yīng)覆蓋附錄E所列內(nèi)容。9復(fù)校時間間隔復(fù)校時間間隔一般不超過12個月。5三維激光掃描法的罐體容積計算A.1罐體容積對點云進行濾波，去除罐體內(nèi)外雜點，并將點云沿鉛垂方向切分成N等份，每一等份都是足夠薄(厚度不大于10mm)的水平薄片；計算每個薄片的體積，累加得到罐體容積，按公式(A.1)計算：式中：V;——第i個水平薄片的體積，L;N——水平薄片的數(shù)量。A.2水平薄片體積第i個水平薄片的體積V按公式(A.2)計算：式中：S;——第i個水平薄片的底面積，mm2;Si+1——第i+1個水平薄片的底面積，mm2;△h——水平薄片的厚度，mm;hG——點云中罐體最高點到最低點的鉛垂距離，mm;N——水平薄片的數(shù)量。A.3水平薄片的底面積點云的第i個水平薄片有m個點。將每個點向水平薄片底面投影，得到m個投影點C?,C?,C?,…,C;+1,C;+2,…,Cm;連接點C?,C?,C?得到三角形△T?;連接點C?,C?,C?得到三角形△T?;…;連接點C?,C;+1,C;+2得到三角形△T;;…;連接點C?,Cm-1,Cm得到三角形△Tm-2。見圖A.1。JJF1719—20186圖A.1點云水平薄片底面積計算方法示意圖第i個水平薄片的底面積S;按公式(A.3)計算：(A.3)對三角形△T;,按公式(A.4)公式計算其面積△S;:(A.4)(A.4)p;=(a;+b;+c;)/2;附錄B校準記錄]表B.1容量比較法測量記錄]檢測罐編號罐型容積/m3標準金屬量器編號液位計編號一體化溫度傳感器編號溫度計編號序號注入標準金屬器水的體積VBL標準金屬量器內(nèi)℃檢測罐內(nèi)水溫t?℃檢測罐20℃容積VL檢測罐液位hmm123456平均值環(huán)境溫度/℃:地點：日期：校準人員：記錄：核驗：備注：00表B.2容積三維激光掃描儀校準記錄受理單號：委托單位：聯(lián)系電話：設(shè)備編號：儀器制造單位：型號規(guī)格：溫度計編號：外觀檢查：重復(fù)性檢測罐編號：高度/mm:序號123456平均值重復(fù)性容積/L示值誤差檢測罐編號序號高度/mm容積參考值/L容積測得值/L示值誤差/L123中位值123123環(huán)境溫度/℃:校準周期/月：校準日期：證書編號：校準地點：校準人員：記錄：核驗：備注：9容量比較法測量檢測罐參考容積采用標準金屬量器、液位計、一體化溫度傳感器等設(shè)備，以水為介質(zhì)，對檢測罐進行直接比較，經(jīng)過溫度修正得到其在標準溫度20℃時的容積。C.1測量前準備C.1.1按附錄B.1準備校準記錄C.1.2編制測量順序控制表根據(jù)檢測罐容積范圍，選用標準金屬量器規(guī)格，確定它們的注水順序和注水次數(shù)，編制成測量順序控制表。C.1.3系統(tǒng)初始化將高位水箱的水注入標準金屬量器，充分潤濕其內(nèi)表面；打開放水閥，以最大排放量將標準金屬量器內(nèi)的水排空，充分濕潤管道內(nèi)表面。C.2測量步驟通過工控系統(tǒng)控制閥組，采用自流方式將高位水箱的水注入選用的標準金屬量器，利用液位開關(guān)控制水位到達標準金屬量器固定容量刻線位置，測量水溫；然后采用自流方式將標準金屬量器內(nèi)的水全部注入檢測罐，液面穩(wěn)定后，測量檢測罐內(nèi)水溫。工控系統(tǒng)按照測量順序控制表，自動重復(fù)進行以上步驟，在每個校準點處重復(fù)測量檢測罐液位6次，以6次測量的平均值作為該校準點液位測得值，直至完成測量。C.3數(shù)據(jù)處理檢測罐參考容積按公式(C.1)計算。式中：Vhi——第i次注水，檢測罐中水溫為20℃、液位為h;時的容積，L;VBi——第i次注水，所用標準金屬量器20℃時的實際容積，L;t1;——第i次注水，所用標準金屬量器中水溫，℃;t2i——第i次注水，檢測罐中水溫，℃;β1——標準金屬量器體膨脹系數(shù)，℃-1;β?——檢測罐的罐體體膨脹系數(shù)，℃-1;容積溫度修正公式在非標準溫度下得出的容積，按公式(D.1)進行溫度修正：式中：V,——掃描測量溫度時的容積，L;β——罐體的體膨脹系數(shù)，℃-1;t罐壁溫度(取環(huán)境溫度),℃。JJF1719—2018附錄E校準證書內(nèi)容1.標題：校準證書；2.實驗室名稱和地址；3.進行校準的地點；4.證書或報告編號、頁碼及總頁數(shù)；5.客戶的名稱和地址；6.被校對象的描述和明確標識；7.進行校準的日期；8.校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識；9.校準所使用的計量標準及有效期；10.校準環(huán)境的表述；11.校準結(jié)果及其測量不確定度的說明；12.掃描儀使用參數(shù)；13.校準使用的軟件；14.簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識；15.校準結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；16.未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復(fù)制證書的聲明。示值誤差的測量不確定度評定以采用G?型檢測罐進行校準、校準點為G?型檢測罐標記容積(36000L)的83%(29880L)為例進行分析。F.1測量方法利用標準金屬量器、磁致伸縮液位計、一體化溫度傳感器、檢測罐等設(shè)備構(gòu)成掃描儀校準裝置，對掃描儀容積示值誤差進行校準。F.2測量模型示值誤差為：式中：△V——容積示值誤差，L;V——容積測得值，L;Vs——容積參考值，L。靈敏系數(shù)為：F.3標準不確定度來源分析F.3.1掃描儀容積測得值V引入的標準不確定度分量u(V)掃描儀容積測得值修正至20℃時進行使用，環(huán)境溫度為(20±20)℃,最大溫度變化量為20℃;檢測罐的罐體膨脹系數(shù)β=33×10-?℃-1。則根據(jù)D.1溫度修正公式可得，u(V)中各不確定度分量的靈敏系數(shù)為：環(huán)境溫度測量引入的標準不確定度靈敏系數(shù)：檢測罐體膨脹系數(shù)引入的標準不確定度靈敏系數(shù)：F.3.1.1環(huán)境溫度測量引入的標準不確定度分量u1校準時環(huán)境溫度測量(包括溫度場的不均勻性)的最大誤差為±2℃,取均勻分布，則檢測罐體膨脹系數(shù)引入的標準不確定度u1β檢測罐體膨脹系數(shù)的最大誤差為3.3×10-?℃-1,作均勻分布處理，則F.3.1.3容積測量重復(fù)性引入的標準不確定度u1r選一性能穩(wěn)定的掃描儀作為被校準對象，對G?型檢測罐重復(fù)掃描6次；校準點對應(yīng)高度為1610.0mm,容積測得值分別為：29834L,29837L,29836L,29827L,29831L,29844L。按照極差法計算出實驗標準偏差：則u1r=6.72LF.3.2容積參考值V.引入的不確定度u(Vg)容積參考值測量過程中，環(huán)境溫度同F(xiàn).3.1;標準金屬量器與檢測罐中水溫相差不超過±2℃;標準金屬量器體膨脹系數(shù)β?=50×10-?℃-1;檢測罐體膨脹系數(shù)β?=33×10-?℃-1;水體膨脹系數(shù)βw=2×10??℃-1。根據(jù)檢測罐參考容積計算公式(C.1),可得u(V)中各不確定度分量的靈敏系數(shù)為：標準金屬量器容積測量引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：標準金屬量器體膨脹系數(shù)引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：檢測罐體膨脹系數(shù)引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：水體膨脹系數(shù)引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：標準金屬量器內(nèi)水溫度測引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：檢測罐內(nèi)水溫度測量引入的不確定度分量靈敏系數(shù)：F.3.2.1標準金屬量器容積測量引入的標準不確定度u2a二等標準金屬量器擴展不確定度為2.5×10-?,則F.3.2.2標準金屬量器體膨脹系數(shù)引入的標準不確定度u2e標準金屬量器體膨脹系數(shù)的最大誤差為5×10-?℃-1,作均勻分布處理，則檢測罐體膨脹系數(shù)引入的標準不確定度u2f檢測罐體膨脹系數(shù)的最大誤差為3.3×10-?℃-1,作均勻分布處理，則F.3.2.4水體膨脹系數(shù)引入的標準不確定度u?g水體膨脹脹系數(shù)的最大誤差為0.5×10-?℃-1,作均勻分布處理，則F.3.2.5標準金屬量器內(nèi)水溫測量引入的標準不確定度u2h標準金屬量器內(nèi)水溫測量(包括溫度場的不均勻性)的最大誤差為±0.2℃,取均勻分布，則F.3.2.6檢測罐內(nèi)水溫測量引入的標準不確定度u?檢測罐內(nèi)水溫測量的最大誤差為±1℃,取均勻分布，則F.3.2.7磁致伸縮液位計修正值的不確定度引入的標準不確定度u?;在標記容積的83%附近，液位相差1mm對應(yīng)的容積差小于20.0L。磁致伸縮液位計修正使用，修正值的不確定度U≤0.4mm,則F.3.2.8液位測量引入的標準不確定度u2k在檢測罐注水29864L處，待液面穩(wěn)定，測量液位結(jié)果分別為1610.0mm,1610.0mm,1610.2mm,1610.6mm,1610.0mm,1610.3mm。按照極差法計算出實驗標準偏差：s(h;)=0.24mm用6次測量結(jié)果的平均值作為檢測罐液位高度，則F.4合成標準不確定度容積示值誤差測量結(jié)果中各項標準不確定度分量如表F.1所示。表F.1標準不確定度分量不確定度來源標準不確定度ui靈敏系數(shù)|c;I環(huán)境溫度測量U129.86×10-1L/℃檢測罐體膨脹系數(shù)u1g1.91×10-℃-1容積測量重復(fù)性U1r6.72L16.72JJF1719—2018不確定度來源標準不確定度u;標準金屬量器u2d1