Skanowanie laserowe. Czym jest i jakie ma zastosowania?

Czym jest skanowanie laserowe? - definicja

Skanowanie laserowe to nowoczesna technologia pomiarowa wykorzystująca skanery laserowe. Instrumenty te mierzą odległość od obiektów lub obszarów otaczających skaner i jednocześnie zbierają informacje kątowe z serwomotorów odpowiedzialnych za obracanie skanera w płaszczyźnie poziomej i pionowej. W wyniku takich pomiarów otrzymujemy pojedynczy skan, który zawiera miliony punktów. W zależności od mierzonego obiektu lub obszaru, należy wykonać niezbędną liczbę skanów, aby uzyskać pełne pokrycie obiektu. Następnie, w procesie zwanym rejestracją, poszczególne skany są łączone w całość - chmurę punktów, która jest cyfrową reprezentacją obiektu. Ta chmura punktów może być wykorzystywana bezpośrednio w aplikacjach CAD do pomiarów i wizualizacji lub może służyć jako podstawa do dalszego przetwarzania przy użyciu różnych aplikacji, takich jak programy do tworzenia modeli 3D.

Jakie są rodzaje skanerów laserowych?

Oto główne rodzaje naziemnych skanerów laserowych:

• Skanery laserowe czasu lotu (ToF): Skanery te obliczają odległości, mierząc czas potrzebny impulsowi laserowemu na powrót z obiektu.
• Skanery laserowe fazowe: Światło emitowane przez skaner laserowy o różnych długościach jest porównywane, a przemieszczenie jest określane na podstawie przesunięcia fazowego.
• Laserowe skanery triangulacyjne: Skaner mierzy zniekształcenie wiązki lasera spowodowane kształtem obiektu, umożliwiając obliczenie odległości.

Technologia skanowania laserowego obejmuje różne typy urządzeń i metody pomiaru, dostosowane do specyfiki obiektu, środowiska i celu skanowania. Wyróżniamy:

Naziemny skaning laserowy (TLS – Terrestrial Laser Scanning)

Stacjonarne skanery laserowe montowane na statywach. Umożliwiają bardzo dokładne pomiary obiektów budowlanych, przemysłowych i terenowych z jednego lub wielu punktów. Stosowane m.in. w budownictwie, inwentaryzacji przemysłowej i dokumentacji architektonicznej.

Mobilny skaning laserowy (MLS – Mobile Laser Scanning)

Systemy montowane na pojazdach (samochodach, quadach, wózkach szynowych), które wykonują skanowanie w ruchu. Stosowane głównie do mapowania dróg, linii kolejowych, infrastruktury miejskiej. Pozwalają na szybkie pozyskanie danych z dużych odcinków terenu.

Lotniczy skaning laserowy (ALS – Airborne Laser Scanning)

Skanery instalowane na pokładach samolotów lub dronów. Umożliwiają pozyskanie danych z dużych obszarów, często z bardzo wysoką rozdzielczością (np. w leśnictwie, hydrologii, planowaniu przestrzennym). Doskonale sprawdzają się przy tworzeniu numerycznych modeli terenu (NMT).

Skanowanie laserowe - zalety i wady

Skanowanie laserowe posiada następujące zalety

• niezwykle szybkie i wydajne gromadzenie dużych ilości danych
• wysoka dokładność
• możliwość skanowania złożonych obiektów
• możliwość ponownego wykorzystania tych samych danych w różnych projektach i przez różnych kontrahentów
• możliwość prezentacji danych na kilka sposobów, takich jak chmury punktów czy internetowe przeglądarki danych
• chmury punktów mogą być wykorzystywane we wszystkich uznanych programach CAD i systemach takich liderów oprogramowania przemysłowego jak AVEVA, Intergraph, Bentley czy Autodesk
• ograniczony czas poświęcony na pomiary na miejscu
• bezkontaktowa technologia zmniejszająca potrzebę fizycznego dostępu geodetów do niebezpiecznych lub trudno dostępnych obszarówzw, tym samym zwiększając bezpieczeństwo.

Wadami skanowania laserowego są

• wrażliwość skanerów na niektóre warunki, takie jak niska lub wysoka temperatura
• ograniczone pokrycie powierzchni odbijających światło
• drogi sprzęt i oprogramowanie, co może skutkować nieefektywnością kosztową zakupu skanera do projektów o małej skali.

Podsumowując, skanowanie laserowe oferuje niezwykłą wydajność, precyzję i zasięg, ale początkowa inwestycja może być wyzwaniem dla mniejszych przedsięwzięć.

Skanowanie laserowe - jakie ma zastosowanie? 

Technologia skanowania laserowego 3D ma szeroki zakres zastosowań w różnych dziedzinach:

1. Zastosowania w przemyśle:

• Nowe inwestycje: Skanowanie laserowe jest wykorzystywane tam, gdzie nowo wybudowany obiekt musi być wpasowany w istniejące otoczenie lub infrastrukturę.
• Inżynieria odwrotna: Pomaga odtworzyć fizyczne obiekty w formie cyfrowej, co jest przydatne przy przeprojektowywaniu lub ulepszaniu istniejących obiektów.
• Montaż: Skanowanie laserowe pomaga w dopasowywaniu komponentów podczas montażu.
• Dokumentacja powykonawcza: Technologia ta jest wykorzystywana tam, gdzie w zakładzie brakuje dokumentacji powykonawczej, a konieczne jest uchwycenie istniejącej geometrii obiektu na potrzeby dalszych działań, takich jak projektowanie inżynierskie, modernizacje itp.

2. Pomiary w ramach projektów architektoniczno - budowlanych:

• BIM: Skanowanie laserowe rejestruje szczegółowe dane w celu tworzenia dokładnych modeli 3D budynków i infrastruktury.
• Konserwacja zabytków: Pomaga w dokumentowaniu historycznych budynków i stanowisk archeologicznych.
• Topografia miejska: Skanowanie laserowe zapewnia precyzyjne dane wysokościowe do planowania i rozwoju obszarów miejskich.

3. Górnictwo i geologia:

• Obliczenia objętościowe: Skanowanie laserowe pomaga oszacować objętość hałd i monitorować prace wydobywcze.
• Analiza stabilności zboczy: Ocenia stabilność ścian skalnych i zboczy na obszarach górniczych.

4. Kryminalistyka i badanie miejsc zbrodni:

• Skanery laserowe pomagają w dokumentowaniu miejsc zbrodni, rejestrując dokładne dane przestrzenne na potrzeby dochodzeń śledczych.

5. Stomatologia i medycyna:

• Ortodoncja: Skanowanie laserowe jest wykorzystywane do tworzenia cyfrowych wycisków zębów.
• Protetyka i implanty: Precyzyjne pomiary pomagają w projektowaniu niestandardowych implantów dentystycznych.

6. Kontrola wymiarów mechanicznych:

• Skanowanie laserowe weryfikuje wymiary i tolerancje części mechanicznych.

7. Architektura i budownictwo:

• Dokumentacja powykonawcza: Skanowanie laserowe rejestruje istniejące konstrukcje na potrzeby projektów renowacji lub przebudowy.
• Monitorowanie postępu budowy: Śledzi postęp budowy poprzez porównywanie skanów w czasie.

8. Branża rozrywkowa i wirtualna rzeczywistość:

• Skanowanie laserowe rejestruje rzeczywiste środowiska na potrzeby gier wideo, filmów i wirtualnej rzeczywistości.

9. Monitorowanie środowiska:

• Zarządzanie lasami: Skanowanie laserowe ocenia wysokość drzew, gęstość koron drzew i stan lasów.
• Badania erozji wybrzeża: Mierzy zmiany w krajobrazach przybrzeżnych w czasie.
• Ochrona zboczy: Skanowanie laserowe wspiera proces monitorowania kształtu terenu w celu ochrony przed spadającymi skałami lub lawinami.

10. Transport i infrastruktura:

• Pomiary linii kolejowych i autostrad: Skanowanie laserowe dostarcza dokładnych danych do wyznaczania torów i projektowania dróg.
• Inspekcje mostów: Pomaga ocenić stan mostów i wykryć ich wady konstrukcyjne.

Skanowanie laserowe 3D jest wykorzystywane wszędzie tam, gdzie konieczne jest szybkie i dokładne odwzorowanie istniejącego obiektu lub terenu.

Branża	Typowe zastosowanie
Przemysł	Inwentaryzacja instalacji, maszyn, rurociągów i konstrukcji stalowych
Budownictwo	Dokumentacja powykonawcza, pomiary elewacji i kontrola postępu prac
Architektura	Tworzenie modeli BIM, pomiary budynków i planowanie modernizacji
Energetyka	Inwentaryzacja elektrowni, kotłowni, turbin i instalacji technologicznych
Przemysł stoczniowy	Pomiary kadłubów, maszynowni, rurociągów i konstrukcji okrętowych
Drogownictwo i kolej	Pomiary dróg, torowisk, tuneli, mostów i infrastruktury technicznej
Górnictwo	Obliczanie objętości hałd, pomiary wyrobisk i analiza zboczy
Ochrona zabytków	Cyfrowa dokumentacja obiektów historycznych i detali architektonicznych
Inżynieria odwrotna	Odtwarzanie geometrii części, urządzeń i konstrukcji bez dokumentacji
Kontrola jakości	Porównywanie wykonanych elementów z modelem projektowym

Jak działa skanowanie laserowe?

Skanowanie laserowe polega na wysyłaniu wiązki lasera w kierunku mierzonego obiektu i rejestrowaniu czasu lub zmiany fazy odbitego światła. Na tej podstawie skaner oblicza odległość oraz położenie milionów punktów w przestrzeni.

Pomiary wykonuje się z kilku stanowisk, aby dokładnie odwzorować cały obiekt. Poszczególne skany są następnie łączone w jedną chmurę punktów, która stanowi cyfrową reprezentację budynku, instalacji lub konstrukcji. Dane mogą być dalej wykorzystywane do pomiarów, modelowania 3D, projektowania oraz kontroli kolizji.

Jak przygotować obiekt do skanowania laserowego?

Przed rozpoczęciem skanowania należy określić zakres pomiaru oraz zapewnić dostęp do najważniejszych elementów obiektu. W miarę możliwości warto usunąć przeszkody zasłaniające instalacje, konstrukcje lub urządzenia.

Należy również poinformować wykonawcę o strefach niebezpiecznych, ograniczeniach dostępu i obowiązujących zasadach BHP. W zakładach przemysłowych pomocne może być ograniczenie ruchu maszyn i pracowników podczas pomiaru, aby zmniejszyć liczbę zakłóceń w chmurze punktów.

Usługi skanowania laserowego oferowane przez Capnor

Capnor specjalizuje się w skanowaniu laserowym dla przemysłu naftowego i gazowego, chemicznego, stoczniowego, energetycznego, celulozowo-papierniczego i budowlanego.

Naszymi głównymi klientami są

• rafinerie
• platformy wydobywcze
• zakłady chemiczne
• armatorzy
• elektrownie i elektrociepłownie
• biura projektowe
• warsztaty i stocznie

Zatrudniamy wysoko wykwalifikowany personel z wieloletnim doświadczeniem popartym regularnymi szkoleniami branżowymi, takimi jak BOSIET, EBS, HUET & CA-EBS, Fall Protection i inne. Dysponujemy również najnowocześniejszym sprzętem i oprogramowaniem. Od lat posiadamy certyfikat ISO 9001:2015, co świadczy o dbałości o jakość naszych projektów. Realizujemy różnorodne projekty na całym świecie.

Co powstaje po skanowaniu? Czyli o chmurze punktów

Chmura punktów to zbiór milionów trójwymiarowych punktów, z których każdy opisuje dokładną lokalizację powierzchni danego obiektu lub obszaru. Punkty te powstają w wyniku pomiarów prowadzonych przez skanery laserowe lub systemy LiDAR. Każdy punkt zawiera współrzędne X, Y, Z, a często również dodatkowe informacje, takie jak kolor (RGB), intensywność odbicia lub czas pomiaru.

Chmura punktów jest podstawowym i uniwersalnym wynikiem skanowania laserowego, wykorzystywanym do:

• tworzenia modeli 3D obiektów i infrastruktury,
• wykonywania dokładnych pomiarów bez potrzeby powrotu na miejsce skanowania,
• wykrywania kolizji projektowanych instalacji z istniejącą infrastrukturą,
• inżynierii odwrotnej i analizy zmian geometrycznych w czasie,
• integracji z oprogramowaniem CAD, BIM lub systemami GIS.

Chmury punktów można dalej przetwarzać do postaci siatek trójkątów (mesh), modeli powierzchniowych (NURBS) lub modeli bryłowych (solid), co pozwala na ich szerokie zastosowanie w inżynierii, architekturze, przemyśle i ochronie środowiska.