Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji

inwestycji w Koksownictwie

1

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz

KO

KSO

PR

OJEK

T

1. Skanowanie laserowe 3D – informacje ogólne;

2. Proces skanowania; 3. Proces tworzenia chmury

punktów; 4. Chmura punktów w

projektowaniu w koksowni; 5. Podsumowanie.

2

KO

KSO

PR

OJEK

T

Plan prezentacji

Skanowanie 3D – informacje ogólne

Skanowanie przestrzenne laserem ( Skaning 3D) to jedna z techniki

inżynierii odwrotnej (ang. reverse engineering) polegająca

na optycznym pomiarze obiektów trójwymiarowych.

Pomiar następuje poprzez wyznaczenie współrzędnych punktów,

z wysoką precyzją, na powierzchni badanego obiektu. Efektem

pomiaru jest zbiór punktów zwanych chmurą punktów – ang. point

cloud.

Ze względu na swoje zalety taki jak np. wysoka precyzja

w stosunkowo krótkim czasie pomiaru skaning laserowy znalazł

zastosowania wielu dziedzinach życia człowieka, przede wszystkim

związanym z przemysłem.

3

KO

KSO

PR

OJEK

T

Skanowanie - technologia

Skanery laserowe wykorzystują światło lasera jako nośniki informacji. Najpopularniejszy układ pomiarowy skanera składa się ze źródła promieniowania (laser), lustra obrotowego (sterownie), odbiornika (przetwornik CCD). Odbite światło lasera od obiektu przestrzennego pozwala na określenie współrzędnych punktu [x,y,z] „trafionego” przez skaner, a także współczynnika intensywności odbicia sygnału świetlnego [i]. Dzięki temu możemy określić współrzędne w przestrzeni, ale również odcień badanego punktu. Dodatkowo montując aparat fotograficzny zintegrowany ze skanerem istnieje możliwość rejestracji współrzędnych RGB, co umożliwia otrzymanie rzeczywistej barwy punktu, a co za tym idzie kolorowej chmury punktów.

4

KO

KSO

PR

OJEK

T

Skanowanie - technologia

Skanery laserowe różnią się między sobą systemem pomiaru odległości: • Metoda impulsowa – polega na pomiarze czasu, w którym

sygnał pokonuje drogę od skanera do mierzonego obiektu 3D i z powrotem

• Metoda fazowa – bazuje na pomiarze różnicy lub przesunięcia w fazie między transmitowanym, a odbieranym sygnałem (wykorzystując sinusoidalną charakterystykę sygnału laserowego)

Koksoprojekt wykorzystuje do swoich zadań skanery fazowe Z+F 5006h.

5

KO

KSO

PR

OJEK

T

PARAMETR SPECYFIKACJA

Błąd liniowości ≤ 1 mm

Zasięg Do 79 m

Prędkość skanowania 1 mln pkt/sec

Dokładność

Proces skanowania

Wykonywanie pomiarów skanerem

Pomiar wykonuje się ustawiając skaner w ten sposób by mierzony obiekt był osiągalny przez laser skanera. Następną czynnością jest wypoziomowanie skanera za pomocą poziomicy umieszczonej na podstawie skanera. Ze względu na technologię użytą do pomiarów skanerem 3d, odpowiednie ustawienie skanera jest bardzo istotne dla jakości pomiarów. Podczas pomiarów należy zwrócić uwagę na takie czynniki, które determinują nam proces skanowania: • Warunki meteorologiczne; • Kolor mierzonego obiektu; • Gładkość, rodzaj mierzonego obiektu; • Ruchu obiektów.

6

KO

KSO

PR

OJEK

T

Proces tworzenia chmury punktów

Z jednej pozycji skanera otrzymujemy chmurę punktów, która tylko częściowo objęła mierzony obiekt. Aby pomierzyć cały obiekt należy wykonać chmurę punktów z kilku pozycji. Aby połączyć (zarejestrować) chmury punktów należy użyć punktów referencyjnych tzw. ”target-ów”, które są widoczne na zależnych od siebie chmurach punktów.

7

Rzadziej stosowana jest metoda łącznia skanów poprzez porównanie tych samych obszarów sąsiednich chmur (cloud to cloud), która wymaga zwiększenia ilości pozycji położenia skanera.

KO

KSO

PR

OJEK

T

Proces tworzenia chmury punktów

Łączenie chmury punktów za pomocą programu Z+F Laser Control.

8

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

Skanerów 3D, ze względu na „bezdotykowy” pomiar możemy używać, w większości obiektów Koksowni. Ze względu na specyfikę obiektów w koksowni (szare, czarne), należy zwiększyć ilość pozycji z których będziemy skanować w stosunku do obiektów np. budownictwa komunalnego. Projektowanie przy użyciu chmury punktów pozwala na: • Zwiększeniu dokładności projektów, uwzględniając

rzeczywiste ustawienie geometryczne obiektów, Szczególnie jest to istotne podczas modernizacji,

• Przyspiesza proces rozpoczęcia projektowania w duży przedsięwzięciach,

• Precyzyjnie dopasowanie konstrukcji do istniejącego obiektu,

• Porównanie wybudowanej instalacji z trójwymiarową reprezentacją obiektu.

9

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów ze względu na dużą ilość danych, które składają się na jej strukturę, sprawia w programach inżynierskich sporo problemów z poprawnym działaniem. Wiodący producenci oprogramowania inżynierskiego w ostatnich latach kładą duży nacisk na rozwój algorytmów pozwalających wydajne projektowanie przy użyciu chmury punktów. Koksoprojekt bazując na rozwiązaniach firmy Autodesk, chmurę punktów wykorzystuje w programach: • AutoCad , AutoCAD Plant 3D – projektowanie • Inventor - projektowanie • Navisworks - koordynacja branż • ReCap – zarządzanie chmurą punktów • Kubit Plant PointSense – nakładka na Autocad’a

pozwalająca „wyciągnąć” z chmury punktów obiekty 3D

10

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

11

Kolorowa chmura punktów

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

12

Zdjęcie Obraz chmury punktów

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

13

Chmura punktów film

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

14

Mierzenie odległości w programie Autodesk ReCap.

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

15

Kubit PlantPointsense przykłady wykrywania średnicy rur i wymiarów profili stalowych

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

Porównanie wybudowanych obiektów z modelem 3D

16

Wzmocnienie zgodne z projektem

Wzmocnienie niezgodne z projektem

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

Porównanie wybudowanych obiektów z modelem 3D

Poziom wybudowanej rury

Poziom prawidłowy

17

KO

KSO

PR

OJEK

T

Chmura punktów w projektowaniu w koksowni

18

Analiza odchyłek rurociągu

KO

KSO

PR

OJEK

T

Podsumowanie

19

Skaning laserowy wymaga rzetelnych danych geodezyjnych i wysokiego poziomu wiedzy inżynierskiej. Chmura punktów podczas projektowania instalacji koksowniczych jest bardzo pomocna, bowiem pozwala doskonale zinwentaryzować wybudowany obiekt w odniesieniu do projektów technicznych, wykonywanych w postaci modelu 3D. Skaning laserowy może być również używany do bieżącej inwentaryzacji budynków i budowli oraz instalacji w całym zakładzie koksowniczym i innych.

KO

KSO

PR

OJEK

T

DZIĘKUJE ZA UWAGĘ!

KO

KSO

PR

OJEK

T