Что такое лазерное сканирование

Задачи современного проектирования, строительства, эксплуатации зданий и сооружений, безусловно требуют новых подходов в их решении. Так, на сегодняшний день, передовиками в данных отраслях являются лазерные 3D сканеры, позволяющие представлять данные об объектах в трехмерном пространстве, а также осуществлять информационное моделирование зданий (BIM).
В данной статье мы расскажем, что такое лазерное 3D сканирование зданий, сооружений, помещений и кто это делает.

Что такое лазерное сканирование и кто его делает

Лазерное 3D сканирование — это технология измерения поверхностей, а точнее получения пространственных координат характерных точек поверхностей при помощи лазерного сканера.
В свою очередь, лазерный сканер – это устройство, излучающее лазерные лучи, которые отражаясь от поверхности сканируемого объекта, возвращаются на датчики прибора и в результате формируют так называемое «облако точек».

Расстояние до объекта определяется импульсным или фазовым методом. Последний, кстати, более точный, поскольку при определении пространственных координат импульсным методом учитывается время лучей «в пути», а при фазовом методе дополнительно учитывается еще целый ряд факторов, таких как: форма и длительность импульса, отражательные свойства поверхности, текстура объекта и пр.
Такие приборы обладают огромным преимуществом относительно привычного всем геодезического оборудования (например, тахеометра).

Так лазерный 3D сканер способен снимать всю сферическую область вокруг себя, что минимизирует количество перемещений прибора, а точность таких измерений составляет порядка нескольких миллиметров (в зависимости от расстояния между снимаемой поверхностью и точкой установки прибора). Также количество измеряемых точек в секунду может достигать миллиона, что не идет ни в какое сравнение со скоростью измерений даже опытного геодезиста, использующего тахеометр. Ввиду того, что полностью отсутствует человеческий фактор, ни одна малейшая деталь поверхности или незначительная особенность геометрии здания не скроется от лазерного луча прибора и не будет пропущена.

Процесс сканирования оставляет далеко позади все ранее используемые методы измерений как по части скорости и точности, так и по части автоматизации. Фактически, прибор достаточно установить на точку стояния и просто запустить процесс сканирования.

Лазерное 3D сканирование бывает 3 видов:

Наземное лазерное сканирование – осуществляется при помощи стационарных приборов. Применяется для высокоточных измерений пространственных объектов, в том числе и сложной формы (здания, промышленные сооружения, памятники архитектуры и т.д.). Более подробно о данном виде лазерного сканирования читайте в статье: «Наземное лазерное сканирование».

Воздушное лазерное сканирование – сканирование осуществляется с воздуха при помощи летательных аппаратов. Используется для изучения участков больших площадей или густо застроенных территорий. Более подробно о данном виде лазерного сканирования читайте в статье: «Воздушное лазерное сканирование».

Мобильное лазерное сканирование – приборы монтируются на транспортное средство. Эксплуатируется, как правило, для сканирования линейных объектов (имеющих значительную протяженность): автомобильные и железные дороги, магистральные трубо- и газопроводы и пр. Более подробно о данном виде лазерного сканирования читайте в статье: «Мобильное лазерное сканирование».

Однако, ввиду дороговизны 3D сканеров (стоимость прибора +- равна стоимости нового автомобиля бизнес-класса немецкого производства) далеко не все фирмы могут позволить себе сей девайс, а значит продолжают работать привычными способами, что негативным образом сказывается на сроках исполнения работ. Справедливости ради стоит отметить, что наиболее инициативные и прогрессивные приловчились брать 3D оборудование в аренду, такая возможность тоже есть.

На сегодняшний день многие активно продвигают свои услуги по лазерному сканированию весьма успешно и рынок подобных услуг только набирает оборот, но несмотря на «умный» прибор, качественной постобработкой полученных данных занимаются все же профильные специалисты и это как правило:

Непосредственные исполнители лазерного 3D сканирования

Поскольку цена лазерного 3D сканирования все еще «кусачая», рекомендуем обращаться только к добросовестным поставщикам, таким как:

ООО «А-ГЕО»

АО «ПРИН»

Также, если заказываете услуги по 3D сканированию в холодное время года, уточняйте у исполнителей работ способность их оборудования функционировать при минусовых температурах, поскольку далеко не все приборы работают при температуре воздуха ниже +5°С.

Лазерное сканирование зданий, строений и фасадов

Теперь давайте разберемся с самим процессом лазерного сканирования зданий, строений и фасадов, где оно получило наиболее широкое применение.

Для лазерного 3D сканирования зданий, строений и фасадов, как правило, используется метод наземного лазерного сканирования.

Поскольку не всегда фасад удается отснять с одно точки стояния, а здания и строения – пространственные объекты зачастую непростой геометрии, а значит отсканировать объект в один присест не получится, прибор придется переставлять. В таких случаях, когда произвести измерения с одной точки невозможно (например, не хватило области обзора прибора) облаков точек создается несколько. Чтобы впоследствии сшить облака в единую модель, в натуре используются специальные сферы, которые закрепляются на объекте сканирования в зонах взаимного перекрытия сканов для последующей ориентации по ним.

Сшивка сканов и вся последующая постобработка полученных данных (удаление лишних объектов, выделение несущих, ограждающих элементов и элементов отделки и т.д.) производится при помощи специализированного программного обеспечения (ПО). С помощью такого ПО осуществляется импорт данных с лазерного 3D сканера и преобразование облака точек в трехмерную модель.

Многие 3D сканер также оснащены фото-видеокамерами, с помощью которых можно определить область сканирования, произвести визуальный контроль произведенных измерений, а также придать облаку точек естественный цвет.
При этом с помощью 3D сканирования можно не только создавать трехмерные модели, но и получать всем привычные 2D чертежи и планы для проектирования и контроля строительно-монтажных работ.

3D сканирование сооружений, памятников архитектуры

Лазерное 3D сканирование просто незаменимо при измерениях сооружений (например, инженерно-технических) и памятников архитектуры, поскольку именно эти виды объектов обладают наиболее сложной геометрией и конструкцией.

Так, ранее, произвести замеры объектов, например, сферической формы привычными способами было крайне трудоемко, а при помощи лазерного сканирования возможно получить максимум информации о геометрической структуре объекта абсолютно любой сложности.
На сегодняшний день только 3D сканирование памятников архитектуры способно обеспечить достаточную детализацию чертежей объектов, что так важно при их реставрации и сохранении культурного наследия.

Стоимость на лазерное сканирование, цена на модную работу

Ввиду оптимизации процесса съемки при помощи лазерного сканирования, рынок подобных услуг набирает обороты в полную силу.
При этом однозначную цифру стоимости лазерного сканирования назвать сложно, поскольку ее расчет определяется массой факторов и рассчитывается под каждый объект индивидуально.
Для конкретизации добавим, что средняя цена лазерного сканирования на рынке начинается от 25 руб. за кв.м, а далее больше, поскольку на стоимость лазерного сканирования влияют:

Источник

Обзор лазерного сканирования

Когда речь заходит о таких новых технологиях, как BIM-технологии, то нужно понимать, что основным преимуществом использования является качество создаваемой проектной документации, которое может привести впоследствии к снижению стоимости и сроков строительства зданий и сооружений.

BIM наиболее эффективна в работе со сложными инженерными объектами: лабораториями, заводами, аэропортами, медицинскими центрами.

Недавно, в 2020 году было подписано Постановление об информационном моделировании в строительстве, которое регламентирует процесс строительства и, что самое важное, не привязывает к конкретному ПО.

Лазерное сканирование, как основной вид работ, становится неотъемлемой частью качественного выполнения строительства сооружений.

Суть технологии лазерного сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. То есть, прибор, при помощи фазового или импульсного безотражательного дальномера вычисляет расстояния до всех точек объекта и измеряет вертикальные и горизонтальные углы. При этом формируется трёхмерное изображение (с координатами XYZ) в виде облака точек (скана, растрового изображения). Принцип действия схож с работой электронного тахеометра, но в отличие от него, процесс съемки происходит в тысячи и даже миллионы раз быстрее! А это делает наземное лазерное сканирование самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и полной информации о любом объекте

Управление лазерным сканером осуществляется с помощью портативного компьютера или с помощью панели управления, встроенной в сканер.

Сам процесс съемки достаточно прост и имеет такую последовательность:
1) определяются зоны взаимного перекрытия сканов, устанавливаются мишени;
2) лазерный сканер устанавливается на штатив в определенных зонах;
3) прибору задаются плотность облака точек (разрешение) и область съемки;
4) запускается процесс лазерного сканирования объектов.

Схема расположения мишеней для съемок простого объекта

Схема расположения мишеней для съемок дороги

Еще на стадии полевых работ необходимо предварительно определить зоны взаимного перекрытия сканов (чтобы были видны все детали снимаемого объекта). Для этого до начала съемки в этих зонах размещают специальные мишени. Далее по координатам этих мишеней облака точек совмещают в единую 3D-модель. Возможно совместить облака точек и без мишеней.

Чтобы получить полное 3D-изображение местности необходимо несколько сеансов съемки (с разных позиций). Это дает возможность отснять поверхность с разных точек и зафиксировать любые, даже самые малейшие элементы! Полученные облака точек совмещаются друг с другом в единое пространство в программном модуле. Все данные при этом имеют такие характеристики, как, координаты, интенсивность отражённого сигнала и реальный цвет точки.

В результате собранных данных получаем 3D-модель, с высокой степенью детализации, плоские чертежи и разрезы, профили и сечения, планы, площади и объемы поверхностей, сохраняющие полное геометрическое соответствие форм и размеров реального объекта. Кроме всего прочего, существует возможность обмена графическими данными, что позволяет легко встроить технологию лазерного сканирования в схему уже используемого программного обеспечения.

Обзор наземных лазерных сканеров

На сегодняшний день множество фирм занимается разработкой приборов для трёхмерного лазерного сканирования, ориентированных на различные цели. Но все современные наземные лазерные сканеры имеют ряд общих характеристик:

1. точность измерения расстояния, горизонтального и вертикального углов;
2. максимальное разрешение сканирования;
3. скорость сканирования;
4. дальность действия лазерного сканера;
5. расходимость лазерного луча;
6. поле зрения сканера;
7. используемые средства получения информации о реальном цвете;
8. класс безопасности используемого лазера;
9. портативность и особенности интерфейса.

Одним из мировых лидеров по производству наземных лазерных сканеров является компания Z+F (Zoller + Fröhlich). Приборы марки Z+F производятся в Германии, что не вызывает сомнений в качестве и точности прибора! На сегодняшний день, одним из наиболее популярных приборов этой марки является лазерный сканер IMAGER5010.

В отличие от своих предшественников, сканер имеет непревзойденную скорость сканирования, повышенную точность, огромное поле зрения, расширенный диапазон температур, цветной сенсорный экран, малый вес и компактность. К тому же, лазерный сканер имеет безопасный луч, причем не только для промышленного оборудования, но и для глаз человека! Все эти отличия ставят сканер на порядок выше своих «ровесников».

Цветное облако точек, сканер Z+F Imager 5010C

Немаловажное значение имеет и компактность прибора и его полная автономность от компьютера или каких-либо устройств, а сохраняются данные на встроенном в сканер накопителе. Цветной сенсорный экран позволяет легко задать режимы сканирования, просматривать полученные данные и проводить простейшие измерения по полученным облакам точек.

Сканер GLS-2000 является новейшей моделью в линейке наземных лазерных сканеров Topcon. В нем нашли свое применение как хорошо зарекомендовавшие себя ранее, так и совершенно новые технологические решения.

К отличительным особенностям сканера GLS-2000 можно отнести процедуру его установки и ориентирования на точке стояния, наличие двух встроенных фотокамер, возможность выбора типа лазера для выполнения измерений, систему питания сканера, систему хранения данных, большой сенсорный экран, баланс характеристик сканера.

Сканер GLS-2000. Процедура ориентирования.Процедура установки инструмента на точке и его ориентирования еще больше похожа на работу с традиционным электронным тахеометром. Это значительно упрощает работу с прибором, повышает удобство его использования, облегчает освоение инструмента. Ориентирование сканера может выполняться как по специальной марке, так и по обычной стеклянной призме, как в случае электронных тахеометров. Марка или призма устанавливается на вехе или штативе на точке ориентирования, сканер выполняет предварительное сканирование заданной оператором небольшой области точки ориентирования, в результате которого происходит точное определение местоположения цели. Для завершения процедуры ориентирования следует ввести в сканер значения высоты инструмента и цели. Более того, сканер сам может измерять свою высоту над точкой стояния с помощью лазерного излучения.

Сканер имеет две встроенные фотокамеры, каждая с разрешением 5МП. Одна из камер имеет широкий угол обзора 170° и используется в качестве панорамной. Она расположена в корпусе сканера рядом с объективом. Вторая камера с углом обзора 8,9° встроена в объектив сканера, она применяется для более точного выбора области сканирования или точки ориентирования. Переключение между камерами осуществляется с помощью одной кнопки, позволяя выбрать оптимальный режим фотоизображения для управления прибором.

Тип лазерного излучения

В сканере используется два источника лазерного излучения, имеющие сертификацию по классу 3R и классу 1М. Лазер класса 1 абсолютно безопасен для зрения человека и может использоваться в тех ситуациях, когда в зоне работы сканера находится много людей. Оператор может выбирать тип лазерного излучения в зависимости от условий измерений на объекте.

Сканер работает от 4-х аккумуляторных батарей, расположенных попарно с обеих сторон инструмента. Аккумуляторы имеют возможность «горячей замены» без выключения прибора. В сканере используются аккумуляторы того же типа, что и в электронных тахеометрах Topcon.

Где применяется наземное лазерное сканирование?

Цветное облако точек, сканер Z+F Imager 5010C

Цветное облако точек, Сцена аварии для исследования, сканер Z+F Imager 5006

Исходя из вышесказанного и опыта специалистов нашей компании при использовании данной технологии, можно сделать вывод, что технология наземного лазерного сканирования показала себя не только как высокоэффективная, но и во многих случаях как незаменимая, позволяющая в сжатые сроки произвести оперативную съемку различных объектов без потери точности и полноты собираемых данных. Она может быть применена практически в любой области в силу абсолютной объективности и отсутствия влияния человеческого фактора.

Трудно представить, сколько бы времени понадобилось нам для съемки коммуникаций электронным безотражательным тахеометром например в цехе пульпонасосов с габаритами 60×30×20 метров. Месяцы, а может быть год? С помощью лазерного сканера все «полевые» работы можно выполнить за несколько рабочих дней.

Какой лазерный сканер выбрать?

Гарантия успеха при выполнении работ, требующих применения технологии лазерного сканирования, заключается в правильно подобранном инструменте.

Оптимальный комплект оборудования для решения своего круга задач Вы сможете найти в семействе лазерных сканирующих систем, разработанных компанией Topcon и Z+F.

Источник

Лазерные 3D-сканеры: области применения и обзор моделей

Лазерное 3D-сканирование — создание цифровой модели физического тела при помощи луча лазера. Технология бесконтактная, работает на близких и дальних расстояниях, исключает повреждения объектов во время сканирования. Принцип работы лазерных 3D-сканеров: направленный лазерный луч отражается от поверхности предмета, образуя облако точек. Каждая точка имеет свои координаты в пространстве. Программное обеспечение определяет их и создает готовую трехмерную цифровую модель на основе этих данных.

Из обзора вы узнаете, где применяют лазерное сканирование и какое оборудование используют для решения связанных с ним задач.

Назначение лазерных сканеров

В сравнении с традиционными способами измерения, лазерные сканеры имеют важное преимущество — они могут оцифровывать объекты со сложными поверхностями и работать в труднодоступных для человека местах. Основные сферы применения приборов — входной и выходной контроль качества на производстве, инспекция работающих приборов с целью профилактики и устранения дефектов, реверс-инжиниринг и другие области.

Строительство, реконструкция и ремонт объектов

В ходе подготовки проекта здания необходимо оценить особенности участка и стоимость предстоящих работ. С помощью лазерных 3D-сканеров создают модель ландшафта, на базе которой ведутся дальнейшие работы. В процессе строительства требуется промежуточный контроль геометрии будущих зданий: стен, углов, проемов и т.п. Лазерное сканирование справляется с этой задачей точнее и быстрее привычных измерительных технологий.

Основой для внешней или внутренней реконструкции часто является точная цифровая модель, на базе которой планируют изменения и дополнения в текущем интерьере или экстерьере. В этой сфере также незаменимы лазерные сканеры.

Дорожные сети и транспорт

Лазерное сканирование становится неотъемлемой частью планирования и создания городских и загородных дорожно-транспортных сетей, тоннелей, пешеходных участков, железных дорог, портов. Технологию используют для оценки текущего состояния покрытий, планирования и оценки стоимости ремонтных работ, для получения моделей многолетних конструкций, например, мостов. Оборудование задействовано в проектировании, изготовлении, ремонте и тюнинге автомобилей, воздушного транспорта и судов.

Объекты коммунального хозяйства

При помощи лазерных 3D-сканеров стала возможным быстрая оцифровка и документирование инженерных коммуникаций. Сканирование значительно экономит время при техническом обслуживании и реконструкции. Устройства работают дистанционно, минимизируют риски людей при работе в неблагоприятных условиях и на труднодоступных участках.

Нефтедобывающие установки

Нефтедобывающие комплексы, расположенные в воде, нуждаются в постоянном контроле рабочих процессов. Объекты регулярно подвергаются неблагоприятным и переменчивым воздействиям окружающей среды: ветров разной силы и направлений, течений, перепадов температур и т.п. Лазерное 3D-сканирование становится неотъемлемой частью инспекции нефтедобывающих установок. Оборудование позволяет быстро определять и фиксировать деформации и другие повреждения, контролировать износ, рассчитывать сроки планового технического обслуживания, предотвращать аварии.

Судебная экспертиза

На смену фотографиям и ручным измерениям в следственных процессах и судмедэкспертизе приходит лазерное 3D-сканирование. Приборы создают трехмерные модели мест происшествия с точной фиксацией расположения объектов и расстояний между ними. Данные используют в процессе досудебных и судебных разбирательств.

Другие области применения

Лазерные 3D-сканеры облегчают и оптимизирует рабочие процессы в следующих областях:

Обзор моделей и производителей

FARO Focus

FARO входит в пул популярных производителей лазерных сканирующих устройств. Новые приборы серии S модельного ряда Focus3D выделяются на фоне других сканеров легкостью и компактными размерами, а также возможностью работать в условиях яркого солнечного освещения и поддерживать связь с участком расположения при помощи GPS.

Сканер FOCUS 3D S 150 работает на расстоянии до ста пятидесяти метров, с точностью на максимальной дистанции до ±2000 мкм. Прибор используют в дизайне, архитектуре и строительстве, для оцифровки оборудования и других объектов.

Узнать больше об этой модели вы можете на сайте.

Focus3D S 350 сканирует с такой же точностью, как и предыдущий прибор, однако расстояние до объекта измерений увеличено до 0,35 км. Устройство разработано для работы вне помещений.

SHINING 3D

FreeScan — линейка известного китайского производителя цифрового оборудования SHINING 3D. Это универсальные лазерные ручные 3D-сканеры FreeScan X5 (X5+), FreeScan X7 (X7+) весом до 1 кг, с отличными набором профессиональных характеристик.

Основные параметры:
Технические характеристики

Creaform

Отличительные особенности модельного ряда SCAN 3D компании Creaform — высокое качество сканирования в сочетании с простотой использования. Портативные лазерные сканеры HandySCAN 3D, MetraSCAN 3D обладают понятным интерфейсом, не требуют специальных навыков и сложного обучения пользователя.

ScanTech

Модельный ряд Handheld

Источник: cmmxyz.com

Серия устройств HandHeld Prince работает на базе синих и красных лазерных лучей, что позволяет сканировать с высокой точностью крупные и мелкие объекты. Сканеры могут работать в условиях яркого солнечного света и при недостаточном освещении. Благодаря компактному размеру, высокой скорости и детализации, оборудование широко используют в обратном проектировании, инспекции качества, оцифровке музейный, археологических и других объектов.

Серия Composite

Кроме режима двойного сканирования KSCAN20 оснащен системой фотограмметрии, благодаря которой рабочая область прибора составляет 2,5м*3м с точностью до 35 мкм/м.

Синий и красный лазеры обеспечивают высокоскоростное сканирование до 650 тыс измерений в секунду с разрешением 0,01 мм.

Области применение лазерных 3D-сканеров

Уменьшение финансовых и временных затрат в строительстве с помощью FARO Focus

Построение цифровой модели воздуховодов и других систем позволили избежать ошибок при монтаже физических объектов, который мог занимать несколько недель. Использование FARO Focus при сборке водопроводных, электрических и механических установок помогло оптимизировать затраты на всех этапах работы

Кейс “Модернизация корпуса Университета Майами”

На момент начала работ в распоряжении архитекторов были чертежи, сделанные 85 лет назад, и чуть больше 4,5 тысяч квадратных метров старой постройки. Используя лазерный 3D-сканер, специалисты Gilbane оцифровали учебные площади за один рабочий день. Модернизация несущих конструкций, а также основных коммунальных систем: водопровода, электрики и вентиляции, базировалась на данных, полученных при сканировании.

Инспекция качества с помощью ScanTech

Преимущество технологии штамповки металла, перед ковкой и литьем, заключается в меньшем весе и толщине получаемых деталей. Использование пресс-форм дает высокую точность и максимальное соответствие полученных деталей заданным характеристикам, однако полностью не исключает отклонений и деформаций. Что, в свою очередь, может привести к трудностям при сборке готовых изделий и снижению качества продукции. Поэтому постоянная инспекция качества является необходимой составляющей производства.

Разобравшись в задачах производителя, специалисты ScanTech предложили проверять качество штампованных деталей при помощи лазерного сканера PRINCE. Возможность переключения режимов синего и красного лазера позволили устройству объединить функционал традиционных портативных и метрологических 3D-сканеров. Режим работы с активным лучом красного лазера обеспечивает быструю оцифровку предметов. В случае повышенных требований к точности и детализации, включают режим синего лазерного луча.

На фото представлены этапы работы:

1. Установка маркеров — занимает около двух минут.

2. Оцифровка детали — занимает около трех минут.

3. Выявление отклонений — длится 3 минуты.

Цифровая модель демонстрирует параметры и отклонения, позволяет исправлять ошибки на этапе проектирования. Кейс наглядно показывает, что процесс потребовал минимум времени и усилий.

Использование 3D-сканеров FARO в мировом турне Джастина Тимберлейка

Декорациями к программе Тимберлейка под названием «Man of the Woods» стали “ожившие” на сцене природные пейзажи. Сначала команда ScanLAB оцифровала ряд уголков леса в Американском штате Орегон. Затем лазерные проекторы направляли изображения над зрительным залом и сценой, рисуя удивительные картины Портлендского ландшафта на подвешенных в воздухе полупрозрачных полотнах.

Для подготовки визуальных эффектов использовали два лазерных сканера Faro Focus X 330, программное обеспечение Faro Scene 6.2. Всего потребовалось 40 цифровых копий и 1 рабочий день в концертном зале.

Учитывая ограниченное время для подготовки, большие площади поверхностей для демонстрации изображения и, соответственно, потребность в высоком разрешении картинки, создание визуальных эффектов в короткие сроки без использования выбранной технологии было невозможно.

Рекомендации по подбору лазерных 3D-сканеров

В обзоре мы познакомили вас с оборудованием лидеров рынка с отличной репутацией. Все описанные приборы имеют высокие рабочие показатели, поэтому мы рекомендуем обратить внимание на эти устройства для использования в различных сферах:

Итоги

Рассмотренные примеры наглядно доказывают, что применение лазерного 3D-сканирования оптимизирует рабочие процессы во множестве сфер. Круг задач, решаемых при помощи лазерных 3D-сканеров, постоянно расширяется.

Купите профессиональный лазерный 3D-сканер в Top 3D Shop — опытные специалисты помогут подобрать наиболее подходящее для вашего бизнеса оборудование, ПО, предложат проект модернизации производства.

Источник