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      金馬新聞

      三維激光掃描技術在智慧工廠中的應用

      提供者: 時間:2022-08-26
             隨著科學技術的進步,越來越多的高新技術用于工廠的建設中,工廠也變的逐漸智能起來。但人類的追求也永無止境,為了適應世界經濟一體化的發展,人們需要一個更加智慧的工廠,以滿足工廠內生產、生活、管理的更高要求。

             智慧工廠就是以智能技術、數字技術、信息技術為基礎,通過物理基礎設施和信息基礎設施的融合,整合工廠內的人員、機器、設備和基礎設施實施多系統之間實時的管理、協調和控制,在此基礎上,可以以更加精細和動態的方式管理生產,達到“智慧”狀態,從而提高工廠的管理效率和生產效率。

             隨著互聯網科技的發展,智慧工廠理念越來越多地出現在工業創新的規劃中。在智慧工廠中,工廠及設備的現狀測繪,實現工業的智慧化管理,輔助工廠改造、維修,大型工業加工逆向設計等一系列工作,涉及到的數據量十分龐大,但是對于工程師而言,獲取整個工廠的數據、模型等,掌握工廠的管道布局、走勢以及相關參數又是極其重要的。三維激光掃描技術可以很好地解決這一點。

      三維激光掃描技術介紹

             三維激光掃描技術是20世紀90年代中期隨著科技不斷發展而出現的一種高新技術,同時也是繼GPS空間定位系統之后的又一項測繪技術新突破。

             三維激光掃描是一種實景復制技術,主要通過高速激光掃描測量的方法,大面積高分率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據,大量的空間點位信息,是快速建立物體三維影像模型的一種技術手段。

             三維激光掃描技術具有快速性,不接觸性,實時、動態、主動性,高密度、高精度,數字化、自動化等特性,很好地解決了目前空間信息技術發展實時性與準確性的瓶頸。隨著時代的需求,三維激光掃描技術已被廣泛應用于智慧工廠建設、測繪工程、文物考古、機械制造、數字城市等多個領域,市場潛力極大。



      三維激光掃描技術在智慧工廠中的應用

             1、三維數據采集

             三維激光掃描技術在數據采集方面具有快速、準確的特點,具備便攜、一體化的設備優勢,可以滿足廠區施工在各個階段的三維數據采集要求,突破了傳統測量的局限性,加快了工程的交付、安裝、生產等進程。

             測量控制精度一般應能滿足CHZ3017-2015《地面三維激光掃描作業技術規程》中四等點云精度的要求,即平面控制達到圖根導線、高程控制達到圖根水準的要求。

             2、內業數據處理

             三維激光掃描技術所采集到的是空間內的三維點云數據,既包括裝置本身的數據,又包括周邊不相干的點云數據。這就需要工作人員對點云數據進行除冗、去噪等操作,再進行數據拼接,從而得到完整的裝置物點云數據。

             3、三維模型構建

             三維模型構建是利用處理好的點云數據來構成大量的空間三角面片,從而逼近還原實體模型,再采用曲面片擬合的方法直接創建曲面模型,這種方式可有效節省三維建模的時間,提高建模的效率。

             在石油化工企業,三維激光掃描技術可為三維數字化管理、事故仿真模擬、應急演練和評估等多方面的應用提供基礎數據。隨著三維技術的日益成熟,對設施的三維重建、三維存檔、可視化管理打下了堅實的基礎。

             近年來,金馬公司積極探索將三維激光掃描技術應用于智慧工廠建設,高精度采集現場真實坐標數據,高效地構建地上裝置和地下管網的三維實景模型,實現地上和地下設施三維可視化,以物聯網技術為基礎,對三維機組、地上裝置及綜合管廊資產可視化,廠區環境、動火點、危險品、監控視頻等信息可視化。

             某石化企業為實現三維可視化、數字化管理,需采集廠區整體的建筑構造、設備結構、管道等物體的三維數據,并建立真實有效的三維數字化精細模型。金馬公司接受委托后,經過現場踏勘、技術交流確定解決方案。

             1、外業三維掃描

             (1)制定掃描路線
             根據現場的實際情況,制定掃描路線。

             (2)架站掃描
             ①設置站點:入射角度大的地方架站,能確保數據質量。
             兩站間的距離不宜過遠,需保證相鄰兩站的重疊率達到40%以上,以保證拼接時的精度。
             ②開機整平:掃描儀本身帶有電子水平氣泡,儀器屏幕的右上角和左下角是水平偏差值,每次整平都需要把電子氣泡調制最中心,水平偏差值顯示±0.000。拼接數據時軟件會識別到水平值,能保證數據拼接精度。

             (3)布置標靶,坐標聯測
             受現場人流的影響,標靶放置在低處容易被遮擋,或是出于好奇去觸碰,都會導致標靶無效。
             布設標靶注意事項:
             ①靶紙要展平,以獲取到靶點的準確坐標。
             ②靶紙的分布盡量在不同高度、不同角度,這樣可以得到準確坐標。

             (4)現場記錄

             將現場的架站路線、位置以及標靶站(記錄好靶點命名及順序)、補站都需要做好記錄,有助于后期數據拼接。



             2、點云數據處理

             (1)數據檢查
             掃描完成后可通過儀器屏幕查看掃描數據的覆蓋程度,有時也會因為儀器的輕微移動而報錯。就需要檢查采集數據的完整性,因報錯而不能用的數據及時補掃。也可導入軟件后查看點云的整體效果,對模糊的位置進行補掃。

             (2)點云數據拼接
             將點云逐級分割直到目標點云清晰可見后重建模型。模型分塊后有每個人員進行分塊后整個模型的重建,包括管道、設備、元件、結構等。模型重建工作的關鍵步驟是點云的切割化簡,例如擬合一個儲罐,需要從密密麻麻的點云當中剪切出儲罐的清晰點云,然后運用相關命令進行擬合。

             (3)創建項目點云
             創建項目點云之后會看到很多的無用點,嚴重影響點云成果的視覺效果,需要手動將這部分點進行刪除。

             (4)導出項目點云
             無用點去除之后,就可以將項目點云導出為需要的格式了。

             (5)點云成果
             經過一系列的數據處理之后,可以得到最終的可用于建模的點云成果。

             3、基于點云進行三維建模

             三維模型構建是利用點云數據來構成大量的空間三角面片,從而逼近還原實體模型,再采用曲面片擬合的方法直接創建曲面模型。

             依據外業掃描結果及收集資料使用專業的建模軟件進行三維建模。

             通過掃描得到的工廠三維點云模型數據,建立數字化模擬體系,可以保證智慧工廠的真實性和有效性,這不僅使工廠的運作管理水平提高,還可以實現工廠實際運行的數字化、模型化、可視化、集成化。

             以三維可視化作為主要的展示方式和交互手段,能快捷、精確的掌握工廠信息,從而提高企業的生產效率、安全防范技術、應急的能力、預防風險的能力以及合理決策的能力。

             由此可見,與傳統的測量手段相比較,三維激光掃描技術可以更加方便、高效、安全的對設備裝置進行表面建模重建,為智慧工廠的發展提供精準的基礎數據支持,其在智慧工廠建設中具有很高的現實意義和應用價值。我們相信,隨著技術的不斷發展和成熟,三維激光掃描將在智慧工廠建設中發揮更加重要的作用。

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