Лазерное 3D-сканирование: сферы применения и обзор основных производителей
Несмотря на то, что трехмерное лазерное сканирование появилось около 20 лет назад, относительно доступным это оборудование стало недавно. В статье будут рассмотрены основные сферы применения лазерных 3D-сканеров, крупные производители оборудования и примеры успешного применения технологии.
Назначение лазерного сканирования
Лазерный 3D-сканер использует лазерные лучи для измерения расстояния до сканируемых объектов, тем образом создавая облако точек, которое используется в дальнейшем при создании трехмерной цифровой модели этого предмета или пространства.
Наибольшее распространение эта технология получила в ниже перечисленных областях.
Строительство и ремонт зданий и сооружений
Любое строительство подразумевает проведение инженерно-геодезических работ. При помощи лазерного сканера возможно получить трехмерную модель окружающего пространства, рельефа территории, зданий с точностью до миллиметра.
Создать точную модель исторических зданий и современные конструкции с большим количеством изогнутых элементов часто трудно с помощью обычных геодезических инструментов. Возможности современных лазерных сканеров позволяют провести эти операции без труда. Полученное облако точек служит основой для создания поэтажных планов, вертикальных разрезов, планов фасадов. Такие детали, как расположение дверей, окон, декоративных элементов, балконов также могут быть включены в эти планы. Подобная информация необходима при реставрации зданий и сохранении данных об архитектурном наследии.
СПРАВКА: Сгоревший Нотр-Дам-де-Пари может быть в точности восстановлен благодаря трехмерной модели, сделанной в 2015 году историком Эндрю Таллоном при помощи лазерного 3D-сканера.
Трехмерное лазерное сканирование также позволяет оперативно отследить деформации готовых или строящихся объектов. При своевременном обнаружении отклонений от проекта можно быстро принять верное решение.
Транспорт
Объекты транспорта – мосты, тоннели, эстакады, вокзалы, перроны – требуют регулярного контроля, с чем великолепно справляется технология лазерного сканирования. Целью этих работ является актуализация или восстановление исполнительной документации, а также выявление деформаций.
Коммунальные предприятия и технологические установки
то касается производственных предприятий, то трехмерное лазерное сканирование помогает решить сложные задачи при реконструкции, модернизации и строительстве цехов и промышленных объектов, где большое значение имеет понимание пространственного расположения оборудования и элементов инфраструктуры здания. Наличие актуальной 3D-модели помогает осуществлять контроль за ходом работ.
Морские установки по добыче нефти
Морские нефтегазовые платформы – это сложное сооружение, контроль за техническим состоянием которых очень важен. Любые поломки могут стоит жизни персонала или привести к техногенным катастрофам. Лазерное сканирование используется в этом случае для проверки геометрии платформы и оценки ее физического состояния: коррозия и механические повреждения, проверка внутреннего состояния труб, уровень деградации и прогнозируемый срок службы отдельных деталей.
Судебная экспертиза
Использование трехмерного лазерного сканирования в случае ДТП или на месте преступления позволяют точно, а главное, очень быстро зафиксировать расположение предметов в пространстве.
СПРАВКА: Фиксация ДТП сотрудниками ДПС в среднем составляет 40–60 минут. При использовании трехмерных сканеров это время можно сократить до 15 минут.
Эта информация в дальнейшем может использоваться во время следственных мероприятий – при моделировании ситуации.
Производители
Creaform
Канадский производитель Creaform с 2002 года выпускает высокоточные промышленные сканеры. Линейка оборудования включает 3 портативные модели, каждая из которых была отмечена наградой Reddot award. Но кроме красивого и удобного дизайна, оборудование от Creaform обладает хорошими техническими показателями.
MetraSCAN, Go! SCAN, HandySCAN – каждая из этих моделей ведет сбор данных и определяет свое положение относительно сканируемого объекта, используя разные алгоритмы.
Go!SCAN 3D – профессиональный портативный 3D-сканер. Простая, но функциональная модель для профессионалов, имеющих минимальный опыт использования подобного оборудования. Без труда создаст модель поверхности сложной произвольной формы в цвете.
HandySCAN 3D – самый быстрый портативный лазерный 3D-сканер метрологического класса на рынке среди аналогов, предлагающий высочайшую скорость измерения и точность, который остается при этом очень простым в использовании. Стабильная работа в любых условиях и средах.
MetraSCAN 3D – промышленный оптический 3D-сканер, который справится с измерением сложных объектов, в самых тяжелых условиях работы. Наиболее точный из всех, выпускаемых компанией Creaform. Этот сканер с легкостью может заменить традиционные портативные координатно-измерительные машины.
ScanTech
Китайская компания ScanTech специализируется на разработке, производстве и продаже интеллектуального оборудования для визуального контроля и предлагает профессиональные трехмерные цифровые решения. Производственная программа включает 4 модельных ряда: KSCAN, TRACKSCAN, PRINCE, MSCAN.
Особое распространение в России получила система KSCAN20 из-за ее широкого спектра возможностей. Трехмерный лазерный сканнер KSCAN20 объединил в себе встроенную систему фотограмметрии и режим двойного лазерного сканирования.
Благодаря использованию режима сканирования красным и синим лазером, KSCAN20 обеспечивает высокую эффективность – 650 000 измерений/с – и сверхвысокую детализацию с разрешением 10 мкм и точностью 0,020 мм. Встроенная фотограмметрическая система позволяет увеличить область сканирования до площади размером 2500 мм × 3000 мм и повышает объемную точность до 0,035 мм / м.
SHINING 3D
SHINING 3D является одной из первых компаний, кто начал проводить независимые исследования и разработки технологий 3D-оцифровки и аддитивного производства. На руках у компании на сегодняшний день имеется более 300 патентов и около 100 разработок, защищенных авторскими правами.
Новая серия FreeScan от SHINING 3D – это ультрапортативные ручные лазерные 3D-сканеры. Отличительная особенность моделей этого ряда – удобные режимы сканирования, высокая точность и стабильность работы. Сканеры серии FreeScan могут быть использованы в различных рабочих условиях для создания моделей сложных для измерения объектов.
Преимущества сканеров FreeScan:
- Небольшой вес (удобно держать в руке даже в ситуациях, когда объекты находятся в труднодоступных местах).
- Высокая точность и скорость.
- Продолжительное время работы от аккумулятора.
FARO Focus
Продукция этого производителя является самой популярной на сегодняшний день. Американская по происхождению, с производством в Швейцарии, компания долгие годы сотрудничает с признанными мировыми лидерами, такими как Airbus, Caterpillar, Siemens, Daimler и др.
Faro предлагает широкий спектр оборудования, которое можно разделить на 4 основные группы:
- Faro Arm – мобильные контактно-измерительные машины;
- FARO Focus 3D, Freestyle3d – лазерные 3D-сканеры;
- FARO Laser Tracker – лазерные трекеры;
- Программное обеспечение.
Последняя серия ультрапортативных лазерных сканеров FocusS от FARO® позволяет быстро, просто и точно производить измерение сложных объектов и зданий. Встроенная 8-мегапиксельная HDR-камера с легкостью захватывает мельчайшие детали объектов, обеспечивая естественное наложение цветов на данные сканирования даже при низкой освещенности.
Присущие всем лазерным сканерам Faro такие параметры, как малый вес, небольшой размер, 4,5 часа автономной работы, делают FocusS по-настоящему мобильным и удобным в эксплуатации.
Leica Geosystems
Швейцарская компания с почти вековой историей занимается производством измерительного и геодезического оборудования. Продукция под брендом Leica известна своим безупречным качеством и по праву является незаменимым помощником в сборе и анализе информации о пространстве, рельефе, поверхности земли и объектах, на ней расположенных.
Компания предлагает оборудование, позволяющее решить весь спектр задач, связанных с измерением на местности: геодезические работы, топографическая съемка, картографирование, навигация, метрология, кадастровые съемки, фотограмметрия.
Лазерные сканирующие системы, которые в том числе входят в производственную программу компании Leica Geosystem, представлены следующими сериями:
- Leica RTC360 – компактный наземный сканер. Скорость измерения составляет 2 000 000 точек/сек. Максимальная дальность работы – 130 метров. Автоматическая сшивка сканов и фильтрация движущихся объектов.
- Лазерные 3D-сканеры Leica ScanStation серии P P30 / P40 / P50 обеспечивают высочайшее качество 3D-данных и изображений с высоким динамическим диапазоном (HDR) при скорости сканирования, равной 1 миллиону точек в секунду, на расстоянии до 1000 м. Точность дальномера на всем диапазоне расстояний, угловая точность, равная 8 дюймам, в сочетании с двухосевым компенсатором – все это позволяет получать высоко детализированные трехмерные облака точек в цвете, отображаемые с реалистичной точностью.
Применение лазерных 3D-сканеров для трехмерного сканирования
Создание прототипа трехколесного автомобиля Cirbin V13R
Канадская компания Corbin Motors, специализирующаяся на разработке и производстве оригинальных трехколесных машин, столкнулась с небольшими трудностями в своей работе.
Задача: для привода автомобиля был выбран двигатель Harley Davidson. Требовалась его точная трехмерная модель для проектирования и расположения его относительно других, связанных с ним, узлов.
Решение: специалисты компании Creaform произвели все необходимые измерения при помощи лазерного сканера REVscan.
Результат: использование лазерного трехмерного сканера позволило сократить этап проектирования почти на 50 %, что позволило компании уложиться в требуемый срок.
Убийство в Канзас-Сити было раскрыто в рекордный срок
Когда начальнику криминалистической лаборатории округа Джонсону Райану Реззеллу сообщили об убийстве в Канзас-Сити, он решил протестировать свой новый 3D-сканер Leica ScanStation.
Убитый мужчина находился на переднем сиденье автомобиля. Криминалист быстро настроил сканер и произвел три снимка местности. Это заняло порядка 45 минут. После того как тело было извлечено из салона, Реззелл установил сканер на приборную панель и сделал еще пять снимков интерьера автомобиля. Фиксация в целом заняла не больше 90 минут. Для сравнения: при использовании традиционных измерительных инструментов потребовалось бы порядка 8–10 часов работы.
Полученные данные позволили в точности воссоздать место преступления и провести анализ, который дал возможность раскрыть найти убийцу всего за одну неделю.
Создание виртуальной реальности в Национальном музее «Шевроле Корвет»
Рано утром 12 февраля 2014 года в одной из части Национального музея провалился пол. Необходимо было создать цифровую симуляцию этого момента, которая по задумке должна проецироваться на стены, потолок и пол, чтобы создать реалистичную для посетителей по ощущениям ситуацию. Для достижения высокого уровня реализма данные сканирования поверхности должны быть максимально точными. Специалисты выбрали для решения этой задачи лазерный 3D-сканер Leica P40.
Если бы эта технология не существовала, создать эту симуляцию не представлялось бы возможным, так как стены помещения были выложены неровным, рельефным камнем.
Сканирование здания собора в г. Филадельфия
Собор в Филадельфии был построен в 1897 году и нуждался в реставрации. Чтобы создать 3D- и 2D-чертежи в AutoCAD, необходимо было произвести большое количество измерений.
При капитальном ремонте любого исторического здания важны точность и предварительное планирование. Крыша и купол здания находились в аварийном состоянии. Поставленная задача заключалась в том, чтобы определить конкретные области кровли, требующие ремонта, который необходимо было производить согласно историческим стандартам здания.
Для выполнения поставленной задачи использовался сканер Leica P50. Было выполнено 65 снимков с разных точек. Благодаря использованию передовых технологий архитектор смог получить важные данные, которые были использованы для реконструкции здания.
Технология лазерного 3D-сканирования позволяет решить большое количество задач в различных сферах. Кроме сокращения времени на производимую операцию, использование трехмерного сканирования увеличивает эффективность работ и облегчает труд.
Количество предлагаемого оборудования постоянно увеличивается. Производители находят новые интересные технические решения, которые позволят использовать лазерное 3D-сканирование повсеместно.
Оставить комментарий