Технология трехмерного лазерного сканирования

Новые технологии чаще всего кажутся недоступно дорогими, и их применение, помимо больших первоначальных инвестиций, требует хорошо обученного высококвалифицированного персонала. Все это справедливо для систем, внедряемых непосредственно от разработчика, собранных в экспериментальных экземплярах. Гораздо проще обстоят дела с уже налаженными технологиями, выпуск которых продолжается в течение нескольких лет.

Одной из таких технологий в современных измерительных системах является трехмерное лазерное сканирование. Эта технология уже достаточно хорошо освоена не только за рубежом, но и в России. Подавляющее большинство фирм, предоставляющих услуги по созданию чертежей и обследованию существующих конструкций сложных объектов, перешло на эту технологию.

В целом задача может быть сформулирована таким образом — есть какой-то объект (завод, фабрика и т.д.), который эксплуатируется достаточно продолжительное время. На определенном этапе назрела необходимость в реконструкции этого объекта. Чертежи, по которым шло строительство, по различным причинам устарели. Может быть, из-за давности лет, может, из-за большого количества изменений, сделанных в процессе строительства и эксплуатации, но на сегодняшний день стоит задача получения чертежей всех конструкций заводских территорий. Точность местоположения любого элемента конструкции (трубы, балки, и др.) должна быть определена не менее 5 мм.

Итак, общая задача поставлена.

Теперь разберем цели, для которых создается съемка. Их может быть несколько: 1. Создание плоских чертежей со всеми размерами. 2. Моделирование новых конструкций, дополнительных коммуникаций или установка нового оборудования взамен старого. 3. Создание полного трехмерного виртуального объекта для целей моделирования различных процессов, проверок и др.

Все три цели имеют одно единственное начало — создание трехмерного облака точек, полученного в результате лазерного сканирования.

Что лежит в основе технологии? Новое оборудование, о котором идет речь, — трехмерный лазерный сканер HDS3000, или его последняя модификация ScanStation. Эти устройства работают по принципу измерения длины с помощью импульсного лазерного дальномера, который не требует присутствия отражателя (призмы) на месте, до которого измеряется расстояние. Дальномер посылает узконаправленный лазерный импульс в сторону объекта. Отражение импульса от любой поверхности достигает сканера и фиксируется время прохождения луча. Скорость посылки и приема импульсов достаточно высока — несколько тысяч импульсов в секунду. Внутри сканера установлена система, которая последовательно отклоняет лазерный луч на небольшой угол. Этот угол — регулируемый, что позволяет получать различное разрешение материала съемки, который называют сканом, или облаком точек. Практически это цифровая фотография, каждый пиксел которой имеет три координаты. А выглядит облако точек так, будто объект съемки превратили в большое количество точек. Сканы можно крутить, увеличивать до бесконечности, проходить насквозь, измерять расстояние между отдельными точками и многое другое.

После нескольких установок сканера с разных сторон от объекта мы получаем полную картину съемки. Все эти установки или отдельные сканы уравниваются в единое облако точек с одной геометрической системой координат, которое всесторонне описывает поверхности интересующего нас объекта. Также как и с отдельными сканами, появляется возможность «путешествовать» по облаку точек и извлекать необходимую геометрическую информацию. Только теперь у нас имеется наиболее полная информация, а не разрозненные измерения, сделанные с разных ракурсов.

После получения уравненных в единое геометрическое пространство сканов мы можем приступать непосредственно к решению наших задач.

Плоские чертежи создаются самым простым образом. Парадоксально, но факт — для получения двухмерных чертежей нет необходимости создавать по облаку точек никаких объектов! Достаточно «разрезать» облако точек в том месте, которое нас интересует, обвести все трубы и металлоконструкции, расставить все размеры, и чертеж готов. Самое главное, что все это можно делать в давно известных всем средах САПР: AutoCAD, MicroStation, Inter graph SmartPlant® Review и AVEVA PDMS — кому что нравится! Все дело в том, что в программном обеспечении Cyclone, поставляемым для работы со сканером HDS3000, есть модули, которые являются plug-in’ами (встраиваемыми программными модулями) для этих программ. Эти модули называются Cloudworx и предназначены для загрузки результатов лазерного сканирования в вышеуказанные пакеты без ограничения количества точек.

Моделирование новых конструкций, дополнительных коммуникаций или установка нового оборудования взамен старого может быть выполнена двумя способами. Первый — ввести все облака точек в САПР программу с помощью модуля CloudWorx и выполнять моделирование, делая привязку к уже существующим точкам. Второй — создать трехмерную модель вновь встраиваемого объекта в программе САПР и с помощью обменного формата ввести в Cyclone, в котором есть специальная функция контроля пересечений модели с облаком точек. Корректирование объекта можно выполнить и в самом Cyclone, поскольку эта программа имеет собственные средства редактирования трехмерных моделей.

Третья задача самая сложная, так как очень большое время тратится на моделирование всех деталей и соединений, присвоение каждому элементу нужной спецификации. И эта задача, на первый взгляд, необыкновенно трудоемкая, решается почти как детская игра с волшебной палочкой. Стоит только указать в облаке точек одну, которая, по вашему мнению, является одной из точек конструкции (труба, плоскость, сглаженная поверхность и др.) и указать программе, чтобы она построила этот элемент, как умная программа с помощью математических закономерностей построения поверхности заданного элемента создаст его. Трубы могут быть соединены между собой различными элементами — поворотом, редуктором, клапаном, крышкой и другими вариантами. Все элементы можно объединить в один. Например, если труба состоит из различных частей (прямая, разветвление и т.д.), то их можно объединить в одну трубу, присвоить ей наименование. Все это очень помогает для дальнейшей обработки в программах САПР.

Помимо всего прочего в Cyclone имеется очень полезная функция проверки спецификации. Что это такое? Вы только что создали какой-то объект, например, трубу или швеллер. Известно, что все элементы должны иметь стандартные размеры, соответствовать какому-то ГОСТу. А получившийся у вас элемент, например, не совпадает с ГОСТом на пару миллиметров. В этом случае можно включить функцию автоматической коррекции размеров. Эта функция проверяет все размеры вновь созданного элемента и корректирует его в соответствии со значениями, которые находятся в специально подготовленной таблице.

Результаты созданной модели передаются в программы САПР через стандартные форматы dxf, dwg, txt, дополнительно имеется специально разработанный формат COE (Cyclone Object Exchange). С помощью этого формата можно передавать не только геометрические значения моделей, но и некоторую семантическую информацию. Например, для труб передается спецификация, номер линии или название, ключевые построения и т.д.

В заключение хочется сказать, что новые технологии лазерного сканирования таят в себе невиданные до сих пор возможности. Их главное достоинство даже не в том, что можно конструировать трехмерные объекты по результатам съемки, а скорее, в наибольшей полноте съемки и возможности интерпретировать облако точек любым методом, наиболее доступном и дешевом для определенного вида работ! И самое главное — съемка и обработка производятся за кратчайшее время. Плоские чертежи можно получать непосредственно сразу же после выполнения съемки и минимальной обработки. Даже построение трехмерных моделей в программе Cyclone происходит быстрее, чем при создании таких же моделей без использования облака точек.

Антикоррозионное силикатно-эмалевое покрытие труб: проверено временем.

Качественная продукция под маркой ПЕТРОФЛЕКС.

Системы автономного газоснабжения.

«Топливно-энергетические ресурсы Юга России»: хорошие возможности для обмена опытом.

Новые серии электроустановочных изделий.

Перспективный акцент юбилея.

Традиционно высокое качество при чрезмерно низких температурах!.

Главная Публикации