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Neuartiges laseroptisches Verfahren zur Vermessung großer Lagertanks in Form stehender Zylinder

09.10.2006

Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes von PTB, Eichbehörden und Industrie wurden Untersuchungen zur Eignung eines völlig neuartigen Verfahrens auf der Basis eines Laserscanners für die berührungslose Bestimmung des Volumens großer Lagertanks erfolgreich durchgeführt.

Lagerbehälter, die im geschäftlichen oder amtlichen Warenverkehr eingesetzt werden, unterliegen in Deutschland der Eichpflicht, wobei das Volumen jedes Behälters individuell bei der jeweiligen Eichung bestimmt wird. Das verwendete Vermessungsverfahren muss Zahlenwerte in Form einer entsprechenden Fülltabelle liefern, die bei der Verwendung des Tanks Messunsicherheiten kleiner als 0,5 % des jeweiligen Volumens garantieren. Bild 1 zeigt typische Lagerbehälterformen und -größen. 1000 solcher Behälter befinden sich z.B. allein im Verantwortungsbereich der Eichdirektion Nord, die ca. 100 Eichungen jährlich durchführt.

Typische Lagerbehälterformen und -größen mit einem Durchmesser von 65 m, einer Mantelhöhe von 16 m und einem maximalen Volumen von 51.400 m³ Typische Lagerbehälterformen und -größen mit einem Durchmesser von 23 m, einer Mantelhöhe von 15,56 m und einem maximalen Volumen von 6.464 m³

Bild 1: Typische Lagerbehälterformen und -größen mit einem Durchmesser von 65 m, einer Mantelhöhe von 16 m und einem maximalen Volumen von 51.400 m³ (linkes Bild) bzw. einem Durchmesser von 23 m, einer Mantelhöhe von 15,56 m und einem maximalen Volumen von 6.464 m³ (rechtes Bild)

Die derzeit verwendeten Verfahren bestehen aus mehreren Schritten: Zunächst wird mit einem Maßband der Behälteraußenumfang entlang einer Bezugsebene gemessen. Mit Hilfe mechanischer oder optischer Lotverfahren werden danach an mehreren über den Umfang verteilten Stellen die vertikalen Abweichungen des Behältermantels gegenüber der Bezugsebene bestimmt. Der untere Teil des Behälters (Sumpf genannt), der nicht mehr rein zylindrisch ist und meist Einbauten, Einstiege, ggf. Heizschlangen u.ä. enthält, wird in der Regel "ausgelitert", d.h. mit Wasser gefüllt, dessen Volumen mit Flüssigkeitszähler und Eichkolben gemessen wird. Der Arbeitszeitaufwand beträgt mehrere Tage für ein bis zwei Eichbeamte plus Arbeitshilfe. Außenmessungen sind zudem stark witterungsabhängig und mit teilweise sehr hohen körperlichen Belastungen für das Prüfpersonal verbunden.

Mit dem Ziel, den zeitlichen Aufwand, die Kosten und die Belastungen des Prüfpersonals spürbar zu reduzieren, wurde nach alternativen Lösungen zur Bestimmung des Behältervolumens gesucht. Entsprechende Überlegungen und Recherchen führten letztendlich zu einem laseroptischen Messverfahren auf Basis des LMS CALLIDUS CP 3200. Bild 2 zeigt die Aufstellung des Laserscanners im Inneren eines Lagerbehälters, Bild 3 den aufgestellten Messkopf.

Aufstellung des Laserscanners im Inneren eines Lagerbehälters

Bild 2: Aufstellung des Laserscanners im Inneren eines Lagerbehälters

Messkopf des verwendeten Laserscanners, im Hintergrund Behälterboden und Behälterwand sowie vorhandene Einbauten

Bild 3: Messkopf des verwendeten Laserscanners, im Hintergrund Behälterboden und Behälterwand sowie vorhandene Einbauten

Es wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen vor Ort, Vergleiche mit den Resultaten herkömmlicher Behältervermessungen, entsprechende Messunsicherheitsbetrachtungen sowie Computersimulationen durchgeführt. Im Ergebnis konnte der Nachweis erbracht werden, dass das System alle messtechnischen Anforderungen erfüllt. Die maximal zulässige Messunsicherheit wird deutlich unterschritten. Der Zeitaufwand für eine komplette Behältervermessung reduziert sich auf wenige Stunden. Das Verfahren ist gänzlich wetterunabhängig, die Belastung für das Prüfpersonal minimal.

Ansprechpartner:

Gudrun Wendt, FB 1.5, gudrun.wendt@ptb.de