Ce este scanarea cu laser?
Ce trebuie făcut pentru a construi un model 3D precis al unei clădiri sau al unui desen al unui atelier? Desigur, mai întâi efectuați măsurători și obțineți coordonatele tuturor obiectelor (spațial x, y, z sau x, y în plan) și apoi le prezentați în forma grafică dorită. Sunt măsurătorile coordonatelor obiectului, cu alte cuvinte, ancheta, care constituie partea cea mai consumatoare de timp și mai costisitoare a întregii lucrări. De regulă, inspectorii sau alți specialiști care efectuează măsurători utilizează echipamente moderne, în principal stații electronice totale, care permit obținerea coordonatelor punctelor cu o precizie de câțiva milimetri.
Principiul de funcționare a instrumentului electronic se bazează pe reflexia unui fascicul laser focalizat de țintă reflectorizant și măsurarea distanței până la ea. Reflectorul în cazul general este o prismă specială, care este atașată la suprafața obiectului. Măsurarea a două unghiuri (verticale și orizontale) și a distanței face posibilă calcularea coordonatelor spațiale tridimensionale ale punctului de reflexie. Viteza de măsurare a stației totale este mică (nu mai mult de 2 măsurători pe secundă). Această metodă este eficientă atunci când răzlețe obiecte malozagruzhennoy zona, dar chiar și în acest caz, dificultatea pe care se întâlnește în atașarea prismelor reflectorizante (la mare altitudine, într-un loc de la distanță) este adesea insurmontabile.
Relativ apariția recentă a stațiilor totale Reflectorless care funcționează fără reflectoare speciale, a produs o „catifea“ revoluție în geodezie - este acum posibil pentru a efectua măsurători fără căutări lungi și obositoare de scări pentru a ridica reflectorul sub acoperișul casei, toate tipurile de suporturi pentru instalarea prismei deasupra podelei într-o cameră cu un grad ridicat plafoane și alte complicații similare - doar la punctul de la punctul dorit, deoarece fasciculul poate fi reflectată de pe orice suprafață netedă.
Când se utilizează metoda măsurărilor tahometrice tradiționale, cât de mult timp, de exemplu, este necesar pentru o analiză detaliată a unei fațade a unei clădiri de 20 de metri înălțime sau a unui atelier al unei fabrici metalurgice cu o suprafață de 2 hectare? Săptămâni, luni? Utilizarea unei stații totale fără reflectori poate scurta semnificativ timpul, dar, chiar și în acest caz, specialistul va petrece mult ore și zile în spatele instrumentului. Și cu ce densitate poate face un studiu al fatadei - un punct pe metru pătrat? Este puțin probabil ca acest lucru să fie suficient pentru a realiza un desen detaliat de înaltă calitate, cu toate elementele necesare. Iar acum imaginați-vă că aveți o stație totală fără reflectori care trage automat, fără implicarea operatorului, la o viteză de 5.000 de măsurători pe secundă! Mai recent, această propunere părea nu mai puțin fantastică decât zborul spre lună cu o sută de ani în urmă. Astăzi a devenit la fel de real ca urmele astronauților americani sau rusesc "Lunokhod" pe suprafața vecinului nostru ceresc. Numele acestui miracol este scanarea cu laser - o metodă care vă permite să creați un model digital al întregului spațiu din jur, introducându-l ca un set de puncte cu coordonate spațiale.
Diferențele dintre scanerul laser și stația electronică totală
Principalele diferențe ale scanerului cu laser de la orice statie totala convențională - o viteză de măsurare mult mai mare, complet automatizate servo rotirea capului de măsurare în cele două (atât pe orizontală și verticală) avioane și, cel mai important, - viteza (până la 5000 de măsurători pe secundă, sau o medie de - două sau trei măsurători complet convenționale totale stație) și densitatea zilei de lucru (până la zeci de puncte pe 1 centimetru pătrat de suprafață)! S-a obținut după model de obiecte de măsurare 3D reprezintă un set mare de puncte (de la sute de mii la câteva milioane), având coordonate cu mare precizie, milimetru. Nu trebuie să se uite prin ocularul instrumentului, în căutarea țintă necesară, nu este necesar să apăsați butonul pentru a porni EDM și înregistrarea datelor în memorie, și în cele din urmă, nu au nevoie de unitate pentru a rearanjarea la nesfârșit pentru a căuta poziția cea mai favorabilă pentru fotografiere. Acum se poate face doar cu un singur punct în picioare nesupravegheat și de sute de ori mai rapid, menținând în același timp precizia necesară.
Desigur, scanarea nu este un talisman minunat, permițându-vă să rezolvați toate problemele prin simpla apăsare a unui buton. Legile fizicii, teoria radiațiilor electromagnetice nu ne permite să efectueze măsurarea prin peretele țevii, orice obiecte netransparente, forțându-vă pentru a face mai multe scanări din diferite puncte pentru actuale, complete, și întreaga imagine, dar, în ciuda acestor circumstanțe, scanare cu laser - mult mai rapid, și, cel mai important, o metodă de informare de câteva sute de ori mai scurtă de obținere a datelor despre obiect.
Cum funcționează scanerul laser?
Principiul de funcționare al scanerului cu laser 3D este identic cu cel al unui instrument obișnuit - măsurarea distanței la obiect și cele două unghiuri care, în cele din urmă, face posibilă pentru a calcula coordonatele. Fasciculul laser emite de la emițător, se reflectă de la suprafața obiectului și se întoarce la receptor. Prisma rotativ (sau oglinda) distribuie grinda vertical, la un pas predeterminat (de exemplu, 0,1 °). Astfel, într-un singur punct, cu toate creșteri de 0,1 ° scanare verticală trebuie măsurate (de exemplu, la un unghi vertical de scanare maximă 3D de 140 ° va fi, în consecință, 1400). Apoi, unitatea de acționare se oprește automat pe unghiul capului de măsurare al etapei de măsurare (cu aceleași 0,1 ° în discretă o rotație completă a scanerului este format din 3600 planuri verticale separate). Ca rezultat, o imagine digitală completă a spațiului din jur va fi prezentată sub forma unui set de 5.04 milioane de puncte. Cinci milioane de puncte cu o precizie ridicată în 30 de minute de lucru! O imagine digitală mai completă nu poate fi furnizată de nicio altă metodă cunoscută. De regulă, întregul proces de fotografiere este complet automatizat. Măsurătorile în timp real sunt înregistrate pe suporturi externe sau interne.
Schematic, orice scanner cu laser poate fi împărțit în mai multe blocuri principale:
- cap de măsurare (de regulă, există un emițător laser și un receptor în el);
- prisma rotativă care asigură distribuția fasciculului în plan vertical;
- servomotorul cercului orizontal, prin rotirea capului de măsurare în plan orizontal;
- computer (extern, intern), conceput pentru a controla înregistrarea și înregistrarea datelor pe mediu.
Cum se procesează datele în scanarea cu laser?
După ce au fost efectuate toate măsurătorile, începe prelucrarea datelor primite. Inițial, „Măsurarea brute“ sunt stabilite ( „nor“) de puncte, care trebuie să fie prezente sub formă de desene sau de circuit în format CAD. Desigur, nu există nici un software-ul existent poate acum rezolvat cu succes problema recunoașterii model sau automate sau semi-automate cu gradul de fiabilitate, care este necesară pentru utilizator. Din acest motiv, că întregul proces de date necesită intervenția umană - fără muncă manuală silitor, în viitorul apropiat nu se poate face. Prelucrarea depinde de rezultatul final dorit, care este deosebit de necesar pentru a primi: poate fi în mod direct și cel mai punct nor, suprafata triangulat (TIN), setul de secțiuni, un plan, un complex model tridimensional, sau un set de dimensiuni (lungime, perimetru, diametrul , zona, volumul).
În general, prelucrarea datelor în scanarea cu laser constă din câteva etape principale, care sunt enumerate mai jos.
Cusarea scanărilor.
De regulă, în timpul filmărilor, scanarea este efectuată secvențial din mai multe puncte pentru a acoperi complet suprafața obiectului. Atunci când procesați datele pentru a crea un model 3D cu un singur punct, este necesar să îmbinați scanările individuale într-una. Există multe metode de scanare a cusăturilor cu diferite grade de automatizare. Se utilizează adesea metoda de combinare a scanărilor cu puncte de referință, care sunt afișate pe scanări adiacente. Ca astfel de puncte, pot fi utilizate prisme speciale, plăci reflectorizante sau etichete cu un coeficient de reflecție mai mare și, prin urmare, sunt complet determinate în mod unic. Dacă scanerul laser are un compensator de înclinare (așa cum este implementat, de exemplu, în scanerul Trimble GX), este necesar doar un singur punct de referință inițial.
Transformarea coordonatelor.
Pentru a reprezenta cu exactitate desenul sau schema viitoare, trebuie să specificați un singur sistem de coordonate unificat. Originea sistemului de coordonate pentru fiecare scanare individuală se află în centrul capului de măsurare al scanerului. Când se deplasează acest centru, se schimbă și poziția originii sistemului de coordonate al scanării. Pentru conectarea tuturor coordonatelor obiectelor obținute din diferite scanări au nevoie pentru a selecta un singur sistem de coordonate pentru a defini aceasta scanare Centrul 3D pentru fiecare caz (de exemplu, prin intermediul unui instrument electronic), și apoi să se transforme toate coordonatele într-un singur sistem.
Unde se utilizează scanarea cu laser?
La fel ca multe inovații și tehnologii tehnice lansate recent de la laboratoarele de cercetători, scanarea cu laser este doar la începutul dezvoltării unei varietăți de aplicații. Dar deja este posibilă listarea mai multor zone tehnologice, în care scanerele sunt folosite din ce în ce mai activ:
- fotografierea obiectelor industriale (fabrici, rafinării de petrol, producție complexă);
- împușcarea podurilor;
- sondaj și profilare a tunelurilor;
- măsurători industriale (determinarea volumelor rezervoarelor);
- industria minieră;
- restaurare și construcție;
- arhitectura și arheologia.
Desigur, tehnologia de scanare laser are un viitor mare, iar lista va fi completată cu aplicații noi, poate la prima vedere, imposibile. Cu toate acestea, este destul de evident astăzi: scanarea cu laser este mai rapidă, mai precisă și mai informativă decât majoritatea metodelor de măsurare existente.