فناوری اسکن لیزری سه بعدی

اولین نشانه های تکنولوژی اسکن و مهندسی معکوس قطعات به اوایل سالهای 1990 باز میگردد. زمانی که تولید کنندگان قطعات صنعتی دریافته بودند که بجای صرف هزینه های زیاد برای مباحث تحقیق و توسعه جهت ساخت و تولید ماشین آلات، راه های میانبری برای درو کردن نتیجه تحقیقات شرکت های بزرگ تر در حال شکل گیری است. این موضوع در آن سالها بشکل بسیار جدی در چین مطرح بوده و اسکن اپتیکی قطعات روشی بود که در آنجا پا گرفته بود. اما مانند همه مباحث مهندسی که در آغاز با موانع ریز و درشت مواجه بوده، اسکنر های ابتدایی برای کپی کردن شکل فیزیکی قطعات صنعتی محدودیت های زیادی داشتند.

بین سالهای 1990 تا 2000 تمام تلاش های مرتبط با مهندسی معکوس روی اسکن اپتیکی قطعات کوچک متمرکز بود، همزمان در ارتباط با مهندسی معکوس قطعات بزرگتر و حتی اسکن محیط های باز درخواست رو به رشدی در بازار وجود داشت. اسکنر های اپتیکی نسل اول فاقد این ویژگی ها بودند و این موضوع یک چالش بسیار جدی برای محققین به شمار میرفت. راه حل های پراکنده ای که تا آن موقع برای مواجهه با این پروژه ها مطرح بوده آنچنان که باید از جهت اقتصادی و مهندسی راهگشا و رضایت بخش نبودند  و راه بجایی نمی بردند. متناسب با این درخواست بازار، به تدریج رد پای اسکن لیزری در صنعت دیده میشود. اولین متقاضی این تکنولوژی شرکت هایی هستند که در ارتباط با پروژه های مرمت و بازسازی آثار باستانی فعالیت میکنند. شرکت هایی که در بازسازی پل ها و برج ها و ساختمان های قدیمی تخصص دارند یک مشتری جدی با سهم بازار بزرگتر بشمار میروند.

در کمتر از یک دهه موانع و مشکلات اسکن لیزری محیطی رفع شده و تجهیزات اسکن لیزری در محیط های آزمایشگاهی و باز بسرعت پیشرفت میکنند. همزمان با رشد سیستم های کامپیوتری سر و کله انواع نرم افزارهای کامپیوتری متناسب برای بارگذاری این اطلاعات پیدا شد و از اوائل سالهای 2000 اسکنرهای محیطی در پروژه های آثار باستانی،  مباحث معماری و ... بصورت جدی بکار گرفته میشوند.

کارفرمایان و طراحان مهندسی در کارخانجات و پروژه های مرتبط با محوطه های بهره برداری، مشکلات مشابهی را در پروژه های خود دارند. بسیاری از کارخانجات اساسا اطلاعات آرشیوی ندارند و در سایر موارد نیز کمبود اطلاعات آرشیوی مجتمع ها یک مشکل مزمن در پروژه های مرتبط با مباحث افزایش ظرفیت و نوسازی صنعتی می باشد. با تعمیرات دوره ای در محوطه های صنعتی و یا پروژه هایی که به هر ترتیبی در این محوطه ها مطرح میگردد اعتبار نقشه های آرشیوی کمتر و کمتر می شود.. با فرض وجود مستندات آرشیوی هم حتی ثبت و ضبط این تغییرات کاری بسیار دشوار و بعضا غیر ممکن می باشد.

اما انبوه اطلاعات دیتیل در محوطه های صنعتی و فرایندی یک مانع بزرگ برای اسکن لیزری بشمار میرود و اسکن لیزری سه بعدی در این زمینه های تخصصی، ماموریتی به سادگی کار در محوطه های معماری و باستانی نیست. بی تردید تجهیزات سخت افزاری و نرم افزاری پیشرفته تری مورد نیاز است. حد فاصل سالهای 2000 تا 2005 شرکت Z+F که یک شرکت آلمانی – آمریکایی است با یک پیشینه طولانی در زمینه های مرتبط، اولین اسکنرهای محیطی را برای استفاده تخصصی در محیط های صنعتی به بازار عرضه میکند.

این اسکنر ها با شرایط فضای باز سازگار شده اند و قادر هستند مختصات دهها میلیون نقطه را در هر نوبت برداشت ثبت و ضبط نمایند. همزمان نرم افزارهای تخصصی نیز توسط این شرکت عرضه میگردد و یکی از اثرگذارترین تکنولوژی های عصر حاضر بصورت گسترده در اختیار مهندسان قرار میگیرد. به این ترتیب آنچه که شرط لازم و کافی برای نفوذ گسترده این تکنولوژی در جهان است اتفاق می افتد و استفاده از این تجهیزات بصورت بسیار معنا داری کیفیت پروژه های مهندسی را ارتقا داده و همزمان کار کردن با آن ساده و اقتصادی هم می باشد.  با ورود سیستم های به روز شده سخت افزاری و نرم افزاری به بازار در طی حدود 15 سال گذشته، این تکنولوژی با رویکردهای تخصصی تر به تمام زمینه های مهندسی و زندگی نفوذ کرده و جهان را به تسخیر خود درآورده است.

ابر نقاط

ابر نقاط به مجموعه ای از نقاط در فضای اسکن شده گفته می شود. این مجموعه از نقاط در یک سیستم مختصات سه بعدی مشخص تعریف شده قرار دارند. یک مجموعه ابر نقاط، حاصل یک نوبت عملیات برداشت می باشد که اسکنر از محیط پیرامونی خود گرفته است. مجموعه نقاط قابل مشاهده از تمام عوامل در معرض اسکنر لیزری یک توده ابر نقاط واحد می باشد. حجم و دانسیته این توده ابر نقاط با تجهیزات به روز اسکن لیزری در حدی است که مشاهده تصاویر آن برای برای یک ناظر معمولی تداعی کننده عکس با کیفیتی است که از محوطه گرفته شده است. اما کاربران تحت نرم افزارهای تخصصی در هر برداشتی با مدلی سه بعدی سر و کار دار. بصورت معمول یک فایل ابر نقاط واحد نمی تواند شکل کامل سه بعدی از یک ایتم هندسی ( مثلا مکعب مربع) را نشان بدهد، اما با در کنار هم قرار گرفتن چند برداشت مستقل که از جهت مختصاتی بهم متصل میگردند میتوان به مدل بی نقص آن ایتم مورد نظر در قالب ابر نقاط دست یافت که طبیعتا شکل واقعی و فیزیکی آن آیتم را به بهترین شکل منعکس مینماید. این مجموعه نقاط میتواند یک قطعه کوچک یا یک محوطه عملیاتی در سایت های صنعتی یا ساختمانی باشد. از ابرهای نقاط برای ایجاد مش­های سه بعدی و انواع مدلهای مورد استفاده در مدل سازی سه بعدی استفاده می شود. مدل های ابر نقاط به طور کلی به عنوان خروجی فرآیندهای اسکن سه بعدی توسط اسکنرهای سه بعدی تولید می شوند که نقاط زیادی را در ابعاد میلیونی و میلیاردی در سطوح خارجی اجسام یا محوطه اطراف خود اندازه گیری می کنند.

مزایای اسکن لیزری سه بعدی

1. حجم بسیار بالای اطلاعات قابل برداشت در حین عملیات کارگاهی
2. دقت حداکثری در اندازه گیری های ابعادی محوطه های صنعتی.
3. سرعت عمل بسیار زیاد در جمع آوری اطلاعات.
4. سهولت جمع آوری اطلاعات کارگاهی و کارآمدی منحصر بفرد آن در مقایسه با روشهای قدیمی.
5. کاهش هزینه های اقتصادی غیر مستقیم برای واحدهای صنعتی از جمله حذف هزینه های مراجعات مکرر کارشناسان به محل سایت.   
6. سازگاری اطلاعات این مدل ها با تمام نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی رایج و امکان بکارگیری مستقیم آن در جهت اهداف طراحی مهندسی.
7. امکان به روز رسانی اطلاعات سه بعدی As built موازی با تغییرات شرایط محیطی ناشی از بهره برداری.
8. امکان بررسی کامل مدل های مربوط به پروژه های آتی با وضعیت موجود محوطه به منظور پرهیز از تداخل(Clash) عوامل مختلف فیزیکی در عکس های Bubble view
9. فراهم آوردن ایمنی بالاتر برای نفرات عملیاتی در کارگاه (با کاهش زمان حضور در محوطه های در حال بهره برداری، مناطق Hazardous و همچنین پرهیز از رفتن به ارتفاع و ... )
10. امکان مشاهده و بررسی کامل وضعیت هندسی ناحیه اسکن شده در کارگاه از زوایای مختلف و نقاطی که ناظر معمولی هرگز نمی تواند به آن دسترسی داشته باشد.