Что такое 3D-лазерный сканер?

Что такое 3D-лазерный сканер?

3D-лазерный сканер — это устройство, предназначенное для точного измерения формы и положения объектов или сред в трех измерениях с высокой точностью.

Когда лазерный луч излучается в направлении целевого объекта, лазерный луч достигает объекта, отражается и возвращается. Измеряя время и угол до его возвращения, можно определить расстояние и положение. 3D-лазерный сканер использует это лазерное измерение для быстрого и объемного получения данных о расстоянии и положении, генерируя цифровые данные (данные облака точек), которые воспроизводят трехмерную форму путем объединения этих данных.

Благодаря своей способности измерять данные о расстоянии и положении с чрезвычайно высокой точностью, он выгоден в приложениях, где требуются точные трехмерные модели или измерения.

Кроме того, он может работать быстро и бесконтактно, что позволяет получать большой объем данных, не повреждая поверхность объекта. Следовательно, он считается высокопроизводительным устройством, используемым в различных приложениях, таких как архитектурные, гражданские и топографические съемки, способствуя решению задач, связанных с исследованием городского пространства.

Применение 3D-лазерного сканера

3D-лазерные сканеры находят применение в различных отраслях промышленности, и основными из них являются следующие:

1. Архитектура

3D-лазерные сканеры используются для точного и неинвазивного захвата сложных форм и деталей на высокой скорости. Они используются в обследованиях текущего состояния существующих зданий и сооружений, а также при планировании реноваций и расширений зданий без чертежей. Быстрое и бесконтактное измерение, наряду с возможностью визуализации данных облака точек и 3D-моделей в цифровом виде, повышает точность архитектурного проектирования, что приводит к экономии затрат с точки зрения рабочего времени и труда.

2. Гражданское строительство

В гражданском строительстве 3D-лазерные сканеры используются для обслуживания, проектирования и строительства гражданской инфраструктуры, такой как дороги, мосты, туннели и плотины. Они используются для таких задач, как обнаружение неровностей и трещин на дорожных покрытиях, оценка безопасности конструкций, таких как мосты и туннели, и проведение обследований состояния во время стихийных бедствий.

Более того, на строительных площадках они используются для оценки прогресса и качества в реальном времени, а также для обнаружения различий между проектными планами и фактической строительной площадкой. В области гражданского строительства они служат эффективными инструментами для повышения качества инфраструктуры, продления срока службы и улучшения управления и качества на строительных площадках.

3. Управление заводом, объектом и оборудованием

Благодаря своей способности точно понимать сложные ситуации, 3D-лазеры применяются в управлении заводами, объектами и оборудованием. Заводы и объекты часто подвергаются частой замене и расширению оборудования, что затрудняет понимание макета через чертежи. 3D-лазеры оцифровывают текущую ситуацию, облегчая оптимизацию макетов и конфигураций оборудования, планирование реновации объектов и управление периодической заменой оборудования, способствуя эффективному управлению заводами, объектами и оборудованием.

4. Культурное наследие

3D-лазерные сканеры используются в исследовании, сохранении и использовании культурного наследия. Они используются для регистрации руин и выкопанных предметов на раскопках, а также для цифровой фиксации подробной информации о широком спектре культурного наследия, включая исторические здания и скульптуры. Оцифровка культурного наследия позволяет решать такие задачи, как реставрация, создание копий, мониторинг прогрессирования повреждений, виртуальная публичная демонстрация и образовательное использование культурного наследия в отдаленных или ограниченных местах.

5. Цифровой контент

3D-лазеры используются для воспроизведения реальных мест и объектов в виде высокоточных цифровых данных, создавая цифровые двойные пространства, которые очень похожи на реальность. Кроме того, путем редактирования и обработки данных с 3D-лазеров, более эффективно производить новый цифровой контент с реалистичным ощущением по сравнению с созданием его с нуля. Это делает 3D-лазеры важными инструментами для создания широкого спектра цифрового контента, включая 3DCG, игровых персонажей, фоновые дизайны, видеопроизводство, туристический контент и приложения метавселенной.

Принципы 3D-лазера

3D Laser Scanner направляет очень тонкие лазерные лучи на поверхность целевого объекта. Эти лазерные лучи, характеризующиеся своей линейностью, частично отражаются при попадании на поверхность объекта, а 3D Laser Scanner обнаруживает отраженный свет.

Существует несколько методов измерения расстояния, два основных из которых — метод «Time of Flight (TOF)» и метод «Phase Shift». Метод TOF вычисляет расстояние, измеряя время, необходимое для испускания и возврата лазерного луча. С другой стороны, метод Phase Shift модулирует фазу лазерного света при его облучении и обнаруживает разность фаз в отраженном свете для вычисления расстояния до объекта.

3D-лазерный сканер охватывает всю область сканирования, вращая источник лазерного света, что позволяет получать множество точек данных о расстоянии одновременно. Собранные данные о расстоянии интегрируются с информацией об угле облучения, что приводит к расчету пространственных координат положения XYZ. Эти данные составляют трехмерные данные облака точек, набор данных, которые воспроизводят положение и форму объекта в цифровой области.

Как выбрать 3D-лазерный сканер

Существуют факторы, которые следует учитывать при выборе 3D-лазерного сканера. Поскольку области применения 3D-лазерных сканеров разнообразны, необходим выбор на основе предполагаемого использования. Ниже приведены некоторые примеры критериев выбора для 3D-лазерных сканеров, обычно используемых в помещении и на открытом воздухе:

1. Точность измерения

Точность измерения показывает, насколько точно 3D-лазерный сканер может воспроизводить фактическую форму объекта. Обычно она выражается в миллиметрах. Выбор 3D-сканера должен основываться на требуемой точности.

2. Максимальное расстояние измерения

Максимальное расстояние измерения показывает, на каком расстоянии 3D-лазерный сканер может измерять расстояние до объекта. В частности, на открытом воздухе или на больших площадях требуются продукты с более длинными максимальными расстояниями измерения.

3. Разрешение

Разрешение показывает детализацию 3D-данных, генерируемых 3D-сканером. Более высокое разрешение позволяет детально фиксировать поверхность объекта и мелкие детали.

4. Защита от воды и пыли

В зависимости от среды использования могут быть важны водостойкость и защита от пыли. Обычно они обозначаются рейтингом IP, где две цифры представляют уровень защиты. Более высокая первая цифра указывает на более высокую водонепроницаемость, а более высокая вторая цифра указывает на более высокую пыленепроницаемость.