7 473 261 36 60
7 473 261 36 59
Сканирование крупногабаритных объектов

Сканирование крупногабаритных объектов - данная технология предназначена для сканирования крупногабаритных объектов с целью выявления отклонений геометрии при сравнении эталонной модели объекта со сканируемой. Метод был реализован в технологии правки грузовых вагонов. Система получила название АЛСИ и может применятся в различных направлениях.

Измерительная система изначально разработана как модульная, т. е. может включать в себя несколько модулей сканирования, связанный в единую измерительную сеть, что позволяет быстро решать задачи контроля объектов, требующих сканирования с разных ракурсов.

Управление всеми электромеханическими и электронными компонентами модуля сканирования реализовано с помощью ПО нашей собственной разработки, которое позволяет по команде выполнить задачу сканирования пространства в заданном секторе углов (по вертикали и горизонтали) и получить облако точек. 

Метод, основанный на геометрической оптике (триангуляционные)

Используются «геометрические» свойства света.

Данный метод позволяет добиться очень высокой точности, но в весьма ограниченном диапазоне измерений. Применительно к 3D-сканированию это означает очень высокое разрешение у данного типа сканеров широкого назначения — порядка 40..100 мкм (иногда 20мкм и ниже) и при этом ограниченный диапазон измерения дальности (глубины) -  порядка 100..500мм (при указанном разрешении).

Физический принцип работы такого оптического радара — это измерение времени прохождения луча к цели и обратно. Измерение дальности производится либо напрямую, путем оценки время между фронтами посланного и принятого импульса (TOF, time-of-flight), либо более сложным способом, путем измерения разности фаз посланного и принятого сигнала  (Phase-shift method).

 

Радиолокационный метод

Используются свойства света как электромагнитной волны. Принцип работы такого сканера — тот же самый, что и у радиолокационной станции (РЛС).  Разница состоит в том, что вместо радиоволн УКВ- и СВЧ- диапазонов, используются более короткие волны — излучение в видимой и в ИК-части спектра. Название, закрепившееся за этим классом приборов - LiDAR (Light Detection and Ranging).

 

Точность приборов, входящих в данный метод, в среднем, ограничена величиной порядка 1..5 мм. В тоже время диапазон измерения дальности у этих приборов  очень большой, от 1м до нескольких километров, причем точность измерения от дальности зависит очень незначительно. (У некоторых сканеров специального назначения точность заявлена в диапазоне 0,2..1мм, и диапазон измерения по дальности уже скромнее, но тоже велик по сравнению с 1-й группой методов, - от 1 до 20..80 метров). Это означает, что таким прибором очень удобно сканировать, например, внутренний объем больших помещений (цеха заводов), при этом порядок точности измерения будет примерно одинаковым для поверхностей вблизи сканера и вдали от него.

 

Техническая реализация. Метод, основанный на геометрической оптике (триангуляционные)

            От внешних воздействий прибор защищен кожухом с крышкой, которая автоматически открывается перед началом сканирования и закрывается после его окончания. Данное решение позволяет размещать прибор непосредственно в цехе и не терять время на развертывание и свертывание системы.

            Основные технические характеристики модуля сканирования

1 Максимальное измеряемое расстояние, м, не менее

16

2 Минимальное измеряемое расстояние, м, не более

1,0

3 Разрешение по дистанции, мм, не менее

1,0

4 Скорость сканирования, точек/сек, не менее

50000

5 *Угол обзора по горизонтали, не менее, град.

160

6 *Угол обзора по вертикали, не менее, град.

50

7 Оптический приемопередатчик:

-

    лазер, длина волны, нм

785

    расходимость луча лазера, мрад

0,22

    диаметр луча на 1 м расстояния, мм

3

8 Погрешность, град. ср. квадр

-

     вертикальное сканирование

0,007

     горизонтальное сканирование

0,007

9 Интерфейс передачи данных

Ethernet/

 

USB 2.0

10 Запоминающее устройство для данных

внутренний

 

накопитель

 

на жестком

 

диске

11 Напряжение питания, В:

220

 

*  Углы обзора определяются конструкцией кожуха, при необходимости могут быть увеличены, или уменьшены. Без кожуха угол обзора модуля сканирования в горизонтальной плоскости оставляет 360 градусов и порядка 280 градусов  в вертикальной плоскости.

 

Метод, основанный на геометрической оптике (триангуляционные)

Все подобные сканеры представляют собой высокоскоростной лазерный дальномер с устройством механической развертки лазерного пучка по двум плоскостям — вертикальной и горизонтальной.   Устройство механической развертки обязательно снабжено датчиками отсчета углов положения лазерного пучка в этих двух плоскостях, т.о. в каждый момент времени сканер возвращает нам координаты измеряемой точки объекта в сферической системе координат (2 угла и расстояние до измеряемой точки).

 

            На примере сканирования детали обшивки крыла самолета (подкрылок). Процесс состоит из следующих этапов.

1. Деталь устанавливается перед апертурой модуля сканирования с учетом следующих рекомендаций:

- желательно, чтобы угол падения лазерного пучка (между пучком и нормалью к поверхности) был минимальным для всех точек поверхности;

- расстояние между   модулем сканирования и поверхностью также следует минимизировать для того, чтобы:

а) повысить угловое разрешение облака точек;

б) повысить соотношение сигнал /шум на входе приемника лазерного излучения.

Рис.1 Взаимное расположение модуля 3D-сканирования и контролируемого объекта.       

            Таким образом, слишком далеко размещать объект измерения не следует, но и слишком малое расстояние может оказаться неудачным. Для объекта с линейным размером около 1..1,5м оптимальное расстояние составляет около 1,5..2м, что мы и наблюдаем в видеоклипе.

2. С удаленного терминала посылается команда на сканирование заданного диапазона пространства ( в угловых величинах).

            После получения команды модуль сканирования открывает защитную крышку и выполняет сканирование объекта.

В данном случае время сканирования составляет около 7 минут.

Рис.2 Модуль сканирования в процессе работы с открытой крышкой

            Время сканирования зависит от требуемого углового разрешения (чем больше точек, тем больше требуется времени) и требуемой точности по дальности (чем точнее, тем  больше требуется времени на обработку входного сигнала приемником излучения).

3. Фильтрация — выделение целевой области.

            Строго говоря, не является необходимым этапом, но желательна, поскольку убирает лишние объекты (мусор), тем самым повышая надежность срабатывания дальнейших алгоритмов обработки. На видео не показана, т. к. является рутинной операцией. В данном случае выполнена вручную, но может быть автоматизирована при однотипных измерениях.

4. Сравнение с эталоном.

            Сравнение с эталоном выполняется с помощью специализированного ПО, которое  может быть как сторонним, так и нашей собственной разработки. Какой именно вариант будет использован, принципиального значения не имеет, это будет зависеть от деталей ТЗ. В программу загружается файл с отснятым облаком точек и файл с эталоном. Эталон представлен в виде полигональной 3D-модели (поверхность в виде сетки), на видео показан зеленым цветом.

Рис.3 Облако точек, отснятое сканером

 

Рис.4 Эталон в виде полигональной модели

Далее мы указываем, какой из объектов является эталоном, а какой контролируемым.

 

Рис.5 Указание контролируемого объекта

 

После этого ПО вычисляет нам «разность» между  объектами по заранее заданной метрике (есть несколько стандартных подходов, но, при необходимости, всегда можно задать свою методику расчета). В итоге мы наблюдаем на экране результат вычисления в виде цветовой карты отклонений.

Рис.6. Цветовая карта отклонений (в мм). 

Технологии
и услуги

Записей не найдено.