3 - 2014

Новые модели лазерного сканера FARO Focus3D

Павел Музыкин
Начальник отдела координатно-измерительного оборудования ООО «ТЕСИС»

В октябре 2013 года на выставке «Интергео» в Германии фирма Faro Technologies представила новый лазерный сканер наземного базирования FARO Focus3D X330, а в начале марта 2014-го анонсировала новую бюджетную модель FARO Focus3D X130. Две модели отличаются между собой только рабочей дальностью и базовой комплектацией.

Модели лазерного сканера FARO Focus3D не перестают удивлять рынок. Время показало, что небольшой размер, малый вес, низкая цена, увеличенный диапазон измерений, расширенные возможности сканирования — всё это становится ключевыми элементами инновационного развития лазерных технологий фирмы FARO. Сегодня сканер FARO Focus3D является единственной в мире моделью, которую без труда можно положить в небольшой кейс, вылететь на объект, взяв его в салон самолета, быстро установить в месте измерений и качественно выполнить работу.

Лазерные сканеры FARO Focus3D X330/130 являются новейшими моделями линейки фазовых сканеров средней дальности, маркировка 330 и 130 указывает на рабочую дальность оборудования, которая составляет 330 и 130 м соответственно.

Для повышения качества «сшивки» сканов в единое целое новые сканеры FARO Focus3D X330/130 используют встроенный GPS­приемник, высотомер и компас. Кроме того, в этих моделях применена улучшенная система шумоподавления и возможность сканирования даже при прямом солнечном свете. Улучшился также функционал программного обеспечения, в первую очередь в плане предварительной обработки отсканированного облака точек. Например, появилась возможность с помощью недорогих дополнительных программных модулей мгновенно вычислить объем сканируемого объекта, посчитать его площадь, сделать анимацию — «облет» внутри облака точек и т.д.

В стандартную комплектацию сканера FARO Focus3D X330/130 входит автомобильная зарядка, дополнительный защитный кожух и быстросъемное устройство для установки на любой фотоштатив и на трегер.

Технические характеристики моделей FARO Focus3D X330/X130

Блок измерений

Системные шумы**:

  • диапазон измерений модели Focus3DX330/X130*: 0,6 м — 330/130 м внутри/вне помещений с рассеянным светом 90% отражающими поверхностями;
  • скорость измерения: 122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000 точек/с, изменяемая;
  • системная ошибка*: ±2 мм на 10 и 25 м, каждая при 90­ и 10% отражении
  • на расстоянии 10 м — «сырые» данные: 0,3 мм при 90% отражении; | 0,4 мм при 10% отражении;
  • на расстоянии 10 м фильтр шумов***: 0,15 мм при 90% отражении; | 0,2 мм при 10% отражении;
  • на расстоянии 25 м — «сырые» данные: 0,3 мм при 90% отражении; | 0,5 мм при 10% отражении;
  • на расстоянии 25 м — фильтр шумов***: 0,15 мм при 90% отражении; | 0,25 мм при 10% отражении

Камера

Оптическая часть

  • разрешение: до 70 Мп в цветном скане;
  • динамический цвет: автоматическая адаптация яркости;
  • параллакс: отсутствует, соосное размещение
  • вертикальное поле зрения: 300°
  • горизонтальное поле зрения: 360°
  • вертикальный шаг: 0,009° (40,960 3D пкс на 360°)
  • горизонтальный шаг: 0.009° (40,960 3D пкс на 360°)
  • максимальная вертикальная скорость сканирования: 5,820 об./м или 97 Гц

Лазер (Оптический трансмиттер)

Управление данными

  • лазерный класс: 1;
  • длина волны: 1550 нм;
  • расхождение луча: Типичное 0,19 мрад (0.011°);
  • диаметр луча на выходе: 2,25 мм
  • хранение данных: SD, SDHC, SDXC; 32­Гбайт SD­карта в комплекте;
  • управление сканером: сенсорный дисплей и удаленный контроль через Wi­Fi;
  • новый Wi­Fi (WLAN) доступ: удаленный контроль, визуализация скана и скачивание при помощи мобильных устройств с технологий Flash

Multi­Sensor

Общие данные

  • двухосевой инклинометр: уровень для каждого скана: точность 0,015°; диапазон ± 5°
  • высотомер: электронный барометр
  • компас: электронный компас, добавляющий ориентацию по сторонам света в каждый скан
  • встроенный GPS, повышающий точность при «сшивке» данных
  • напряжение: 19 V (внешнее питание), 14,4 V (батарея);
  • мощность: 40 W и 80 W (при зарядке батареи);
  • время работы батареи: до 5 ч;
  • температура окружающей среды: от +5 до + 40 °C;
  • влажность: без конденсата;
  • кабельный разъем: расположен на основании сканера;
  • вес: 5,0 кг;
  • габаритные размеры: 240Ѕ200Ѕ100 мм

* Системная ошибка определяется как максимальная ошибка на дистанции между точкой привязки сканера и точкой на плоской цели.

** Системные шумы определяются как стандартные отклонения значений от реальной поверхности.

*** Алгоритм уменьшения шума может быть активирован для усреднения по четырем или 16 точкам, таким образом «сжатый» шум может иметь фактор 2 или 4.

Вкратце рассмотрим принцип работы лазерного сканера. С помощью лазерного луча сканер измеряет расстояние до объекта и два угла, что дает возможность вычислить координаты точки на объекте. Пучок лазера исходит из излучателя, расположенного в измерительной головке сканера, отражается от поверхности объекта и возвращается в приемник (также расположенный в измерительной головке). Оператор задает шаг сканирования, вращающаяся призма распределяет лазерный пучок по вертикали, а сервопривод, поворачивая блок измерительной головки, обеспечивает распределение пучка по горизонтали с заданным шагом. Данные измерений автоматически записываются на внешний или внутренний носитель памяти.

В лазерных сканерах FARO Focus3D используется фазовый метод измерения расстояний, основанный на определении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов. В этом случае расстояние вычисляется по формуле: R = φ2R Ѕ c / (4π Ѕ ƒ), где φ2R — разность фаз между опорным и рабочим сигналом; ƒ — частота модуляции.

Для фиксации про­стран­ст­венно­геометрических данных объекта необходимо определить оптимальные позиции или места установки сканера, откуда хорошо просматриваются все секторы объекта. Места установок сканера выбираются оператором таким образом, чтобы в итоге все участки нужного объекта были быстро зафиксированы и не оставалось «слепых зон». Это один из главных принципов, от которого зависит эффективность всей работы. При сканировании система координат каждого отдельного скана, производимого с определенной точки установки прибора, находится в центре измерительной головки сканера. Для связи координат объекта, полученных с разных мест установки сканера, необходимо выбрать единую систему координат, определить в ней центр сканирования для каждого случая и трансформировать все полученные координаты в единую систему. Процедура создания единого скана из нескольких называется «сшивкой» сканов. Самым распространенным методом «сшивки» является метод совмещения сканов по опорным точкам, которые присутствуют на смежных сканах. Для обработки сканов и сшивки их в одну картину компания FARO предлагает использовать специальную программу FARO Scene, поставляемую со сканером. В качестве опорных точек можно выбирать некие произвольные точки, отметить их на каждом из сканов и по ним «сшить» данные в единое целое. Для увеличения точности «сшивки» данных компания FARO рекомендует применять свою методику. В этом случае в качестве опорных точек предлагается использовать специальные маркеры. Очень хорошо зарекомендовали себя маркеры­сферы диаметром 145 мм, покрытые специальной светоотражающей краской. Для «сшивки» двух сканов необходимо использовать, как минимум, три опорные точки (сферы).

Качество и точность получения информации об объемно­пространственных параметрах объекта в виде облака точек (цифрового массива данных) зависит от многих технических параметров применяемого оборудования и программного обеспечения, но в первую очередь, конечно, от опыта и профессиональных навыков оператора.

Новые модели лазерных сканеров FARO Focus3D значительно расширяют сферы применения подобных устройств:

  • архитектура — архитектурные обмеры, геодезическое обеспечение проектирования и монтажа фасадных конструкций; контроль деформаций; 3D­моделирование зданий, улиц и кварталов; составление подробных планов и 2D­чертежей; мониторинг фасадов; создание и восстановление исполнительной документации, создание рабочих чертежей;
  • строительство и эксплуатация сооружений — 3D­моделирование; корректировка проекта в процессе строительства; оптимальное планирование и контроль перемещения, монтаж/демонтаж крупных частей сооружений или оборудования; сопровождение монтажных работ; мониторинг состояния объекта при эксплуатации; восстановление утраченных чертежей;
  • строительство и эксплуатация автомобильных и железных дорог — съемка дорожного полотна, создание 3D­модели рельефа; проектирование, реконструкция и строительство объектов инфраструктуры; диагностика состояния рельсовой колеи, строительство подъездных путей, контроль предельных величин отклонений;
  • горная промышленность — 3D­моде­лирование открытых карьеров и подземных выработок; определение объемов выработок и складов, маркшейдерское сопровождение буровзрывных работ, строительство и проектирование объектов обустройства месторождений;
  • нефтегазовая промышленность — 3D­моде­лирование месторождений, продуктопроводов, открытых карьеров и подземных выработок; высокоточные цифровые модели сложных технологических объектов и узлов; инвентаризация и мониторинг; геометричес­кий контроль резервуаров; маркшейдерское сопровождение буровзрывных работ; проектирование объектов обустройства месторождений;
  • энергетика — съемка объектов (кабели, опорные конструкции), создание 3D­моделей, сопровождение монтажных работ; мониторинг состояния объекта, контроль деформаций, составление планов и чертежей;
  • криминалистика — фиксация следов аварий, террористических актов, дорожно­транспортных происшествий.

Преимущества лазерных сканеров наземного базирования:

  • автоматизация процесса измерений и обработки данных, быстрая съемка труднодоступных и сложных объектов;
  • многократное использование отсканированных данных;
  • отимизация временных и финансовых затрат;
  • минимизация трудозатрат измерительных и геодезических работ;
  • возможность проведения измерений без остановки производственного процесса;
  • совместимость данных сканирования с форматами данных таких систем, как AutoCAD, MicroStation, AVEVA PDMS и других CAD­программ (данные со сканеров FARO напрямую передаются в AutoCAD 2011 и Civil 3D).

В целом можно отметить, что новые сканеры FARO Focus3D X330/X130 стали более удобными, мощными и функциональными.

С описанными в данной статье сканерами уже сегодня можно ознакомиться в офисе компании ТЕСИС — официального дистрибьютора оборудования фирмы Faro Technologies в России. 

САПР и графика 3`2014