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圖1-3D激光掃描儀完整的采集著整套流程生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)，生成了3D－As－built的模型。

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，根據(jù)生產(chǎn)過程狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，進行技改項目的3D建模已經(jīng)越來越普遍。其中利用3D掃描儀就是一種高效的三維建模方法。

無論是在化學(xué)工業(yè)、石油化工或者在設(shè)備制造領(lǐng)域中，工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)改造方案始終是流程設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和技改項目責(zé)任企業(yè)需要解決的重點問題，也為它們提出了很高的要求。此時，由于現(xiàn)有流程設(shè)備各個零部件之間的相互安裝位置已定，剩余的可用空間非常狹小，因此在技改項目規(guī)劃的前期就必須制定較詳細的材料計劃，以便能夠在幾何尺寸和安裝位置等方面再現(xiàn)老設(shè)備的原有風(fēng)貌。另外還要考慮當前流程設(shè)備布置提出的要求。而尋找有價值的技術(shù)資料的嘗試通常都是無果而終，因為現(xiàn)有流程生產(chǎn)設(shè)備改動的內(nèi)容一般都沒有記錄下來。因此，很多流程設(shè)備設(shè)計規(guī)劃者都在推動、促進尋找解決這一問題的方案。其中，利用3D激光掃描儀進行掃描，并把掃描結(jié)果轉(zhuǎn)換為CAD三維圖形就是一種高效、高精度和經(jīng)濟的解決方案。

廠址位于德國Worms的EvonikR?hm公司是Evonik工業(yè)公司的一個下屬子公司，從開始著手技改項目的準備工作時起，它們就提供了滿足下一步技術(shù)服務(wù)的堅實基礎(chǔ)。在流程設(shè)備技術(shù)改造過程中，急需的是一份IntergraphPDS格式的管道連接圖。另一項要求很高的工作就是數(shù)據(jù)的采集范圍：1500m長的一段管道應(yīng)在給定的時間段里完成測繪、建模，從而保證按時完成技改方案的制定。

其他可以采用的替代方案有：視距測量法、準距快速測定法，攝像測量法或者手工測繪等。但出于流程設(shè)備的復(fù)雜性和對所繪制圖紙可靠性的要求，這些方法都無法采用。采用這些方法達到與3D掃描相同的精度和可靠性所支付的費用是相當驚人的。由于只有部分管道連接是可以方便的掃描測繪的，因此還要考慮其他的補充解決方案。項目負責(zé)人Karl-HeinzG?rlich先生和項目組中負責(zé)CAD技術(shù)的RainerFelger先生回憶說：“解決方案就在3D激光掃描技術(shù)之中，利用3D激光掃描技術(shù)對管道系統(tǒng)進行掃描，利用3DAs-built模塊進行建模。”

激光掃描的工作原理

掃描的范圍大小由事先設(shè)置的參考點范圍所確定，掃描范圍的長和高可以由激光掃描儀現(xiàn)場匹配確定。首先要對參考點進行檢測，并做好永久標記，這樣處理之后，這些參考點既可用于其他檢測任務(wù)，也可用于事后的復(fù)查。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環(huán)境進行探測。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉(zhuǎn)，從而以極高的精度采集周圍40m內(nèi)的可見物體的數(shù)據(jù)。在4min內(nèi)即可生成一幅被掃描對象的像素圖像，每一個像素點表示一個空間坐標。在這樣的像素圖片中，可以直接進行空間點的位置測量。在插入?yún)⒖键c之后，可在一張掃描圖片中得出整個設(shè)備現(xiàn)場的散點圖。

圖2-1500m長的交叉管道系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集并建立其相應(yīng)的模型。

這種技術(shù)的優(yōu)點在于：

速度快：掃描一張圖片所需的時間不足4min。

清晰度高：激光掃描儀具有很高的清晰度（4千萬檢測點＝坐標點）。

在技改項目的初步規(guī)劃設(shè)計時可以實現(xiàn)3D-CAD圖形與流程設(shè)備實際狀態(tài)掃描散點圖的對比。

利用3D圖片具有很好的可再現(xiàn)性。

通過與現(xiàn)有設(shè)計、模型的對比可以在早期避免管道的碰撞。

由于是一種無接觸式的檢測方法，因此可以對危險場合進行掃描。

當然這一技術(shù)的應(yīng)用也受到了一定的限制。其中之一就是被遮擋的、激光射束無法直接“看到”的部位。這些都可以記錄下來，最后再與用戶協(xié)商如何處理。

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結(jié)果進行評估。這一技術(shù)的當前水平做到了將掃描得到的散點圖進行建模，保存到數(shù)據(jù)庫中供隨時調(diào)用。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數(shù)據(jù)格式下建立。在本文介紹的項目實例中，數(shù)據(jù)的采集和PDS模型都是由eSZett和iQvolution公司來完成的。

EvonikR?hm公司提供的建模方法是圖像的干擾邊模式（St?rkantenmodell）。在位置比例要求嚴格的情況下，這種方法是非常有優(yōu)勢的。例如用于表達帶有管道控制件、鋼結(jié)構(gòu)件以及操作件的管道。另外，建成后的模型也可以附帶其他技改項目所需的信息。

采用這一技術(shù)之后，可以通過以下途徑為用戶節(jié)約資金：

技改項目一開始就實現(xiàn)了現(xiàn)有流程設(shè)備的全數(shù)字化。從而可以大大的減少現(xiàn)場的詳細工作。

激光掃描是惟一高速、高精度和可再現(xiàn)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)采集方法。

激光掃描的結(jié)果不僅可以用來建立3D-CAD模型，而且還可以用來繪制裝配圖和軸測圖等等。

G?rlich先生補充說：“在有限的資金投入情況下得到最高的準確度是最重要的。因此我們決定采用這種技術(shù)。”對他們來講，這一技術(shù)的出現(xiàn)是非常及時的。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，也使他們更加信任這一技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗。

RainerFelger先生解釋說：“這一技術(shù)的速度之快、精度之高給我們留下了深刻的印象。技改項目的進度得到了保障，企業(yè)的生產(chǎn)沒有受到影響。生成的模型尺寸比例非常準確、完整。采集到的數(shù)據(jù)對流程設(shè)備的技術(shù)改造非常有價值。”

圖1-3D激光掃描儀完整的采集著整套流程生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)，生成了3D－As－built的模型。

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，根據(jù)生產(chǎn)過程狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，進行技改項目的3D建模已經(jīng)越來越普遍。其中利用3D掃描儀就是一種高效的三維建模方法。

無論是在化學(xué)工業(yè)、石油化工或者在設(shè)備制造領(lǐng)域中，工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)改造方案始終是流程設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和技改項目責(zé)任企業(yè)需要解決的重點問題，也為它們提出了很高的要求。此時，由于現(xiàn)有流程設(shè)備各個零部件之間的相互安裝位置已定，剩余的可用空間非常狹小，因此在技改項目規(guī)劃的前期就必須制定較詳細的材料計劃，以便能夠在幾何尺寸和安裝位置等方面再現(xiàn)老設(shè)備的原有風(fēng)貌。另外還要考慮當前流程設(shè)備布置提出的要求。而尋找有價值的技術(shù)資料的嘗試通常都是無果而終，因為現(xiàn)有流程生產(chǎn)設(shè)備改動的內(nèi)容一般都沒有記錄下來。因此，很多流程設(shè)備設(shè)計規(guī)劃者都在推動、促進尋找解決這一問題的方案。其中，利用3D激光掃描儀進行掃描，并把掃描結(jié)果轉(zhuǎn)換為CAD三維圖形就是一種高效、高精度和經(jīng)濟的解決方案。

廠址位于德國Worms的EvonikR?hm公司是Evonik工業(yè)公司的一個下屬子公司，從開始著手技改項目的準備工作時起，它們就提供了滿足下一步技術(shù)服務(wù)的堅實基礎(chǔ)。在流程設(shè)備技術(shù)改造過程中，急需的是一份IntergraphPDS格式的管道連接圖。另一項要求很高的工作就是數(shù)據(jù)的采集范圍：1500m長的一段管道應(yīng)在給定的時間段里完成測繪、建模，從而保證按時完成技改方案的制定。

其他可以采用的替代方案有：視距測量法、準距快速測定法，攝像測量法或者手工測繪等。但出于流程設(shè)備的復(fù)雜性和對所繪制圖紙可靠性的要求，這些方法都無法采用。采用這些方法達到與3D掃描相同的精度和可靠性所支付的費用是相當驚人的。由于只有部分管道連接是可以方便的掃描測繪的，因此還要考慮其他的補充解決方案。項目負責(zé)人Karl-HeinzG?rlich先生和項目組中負責(zé)CAD技術(shù)的RainerFelger先生回憶說：“解決方案就在3D激光掃描技術(shù)之中，利用3D激光掃描技術(shù)對管道系統(tǒng)進行掃描，利用3DAs-built模塊進行建模。”

激光掃描的工作原理

掃描的范圍大小由事先設(shè)置的參考點范圍所確定，掃描范圍的長和高可以由激光掃描儀現(xiàn)場匹配確定。首先要對參考點進行檢測，并做好永久標記，這樣處理之后，這些參考點既可用于其他檢測任務(wù)，也可用于事后的復(fù)查。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環(huán)境進行探測。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉(zhuǎn)，從而以極高的精度采集周圍40m內(nèi)的可見物體的數(shù)據(jù)。在4min內(nèi)即可生成一幅被掃描對象的像素圖像，每一個像素點表示一個空間坐標。在這樣的像素圖片中，可以直接進行空間點的位置測量。在插入?yún)⒖键c之后，可在一張掃描圖片中得出整個設(shè)備現(xiàn)場的散點圖。

圖21500m長的交叉管道系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集并建立其相應(yīng)的模型。

這種技術(shù)的優(yōu)點在于：

速度快：掃描一張圖片所需的時間不足4min。

清晰度高：激光掃描儀具有很高的清晰度（4千萬檢測點＝坐標點）。

在技改項目的初步規(guī)劃設(shè)計時可以實現(xiàn)3D-CAD圖形與流程設(shè)備實際狀態(tài)掃描散點圖的對比。

利用3D圖片具有很好的可再現(xiàn)性。

通過與現(xiàn)有設(shè)計、模型的對比可以在早期避免管道的碰撞。

由于是一種無接觸式的檢測方法，因此可以對危險場合進行掃描。

當然這一技術(shù)的應(yīng)用也受到了一定的限制。其中之一就是被遮擋的、激光射束無法直接“看到”的部位。這些都可以記錄下來，最后再與用戶協(xié)商如何處理。

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結(jié)果進行評估。這一技術(shù)的當前水平做到了將掃描得到的散點圖進行建模，保存到數(shù)據(jù)庫中供隨時調(diào)用。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數(shù)據(jù)格式下建立。在本文介紹的項目實例中，數(shù)據(jù)的采集和PDS模型都是由eSZett和iQvolution公司來完成的。

EvonikR?hm公司提供的建模方法是圖像的干擾邊模式（St?rkantenmodell）。在位置比例要求嚴格的情況下，這種方法是非常有優(yōu)勢的。例如用于表達帶有管道控制件、鋼結(jié)構(gòu)件以及操作件的管道。另外，建成后的模型也可以附帶其他技改項目所需的信息。

采用這一技術(shù)之后，可以通過以下途徑為用戶節(jié)約資金：

技改項目一開始就實現(xiàn)了現(xiàn)有流程設(shè)備的全數(shù)字化。從而可以大大的減少現(xiàn)場的詳細工作。

激光掃描是惟一高速、高精度和可再現(xiàn)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)采集方法。

激光掃描的結(jié)果不僅可以用來建立3D-CAD模型，而且還可以用來繪制裝配圖和軸測圖等等。

G?rlich先生補充說：“在有限的資金投入情況下得到最高的準確度是最重要的。因此我們決定采用這種技術(shù)。”對他們來講，這一技術(shù)的出現(xiàn)是非常及時的。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，也使他們更加信任這一技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗。

RainerFelger先生解釋說：“這一技術(shù)的速度之快、精度之高給我們留下了深刻的印象。技改項目的進度得到了保障，企業(yè)的生產(chǎn)沒有受到影響。生成的模型尺寸比例非常準確、完整。采集到的數(shù)據(jù)對流程設(shè)備的技術(shù)改造非常有價值。”