三维扫描技术在智慧工厂中的应用.docx
三维激光扫描技术在智慧工厂中的应用随着科学技术的进步，越来越多的高新技术用于工厂的建设中，工厂也变的逐渐智能起来。但人类的追求也永无止境，为了适应世界经济一体化的发展，人们需要一个更加智慧的工厂，以满足工厂内生产、生活、管理的更高要求。智慧工厂就是以智能技术、数字技术、信息技术为基础，通过物理基础设施和信息基础设施的融合，整合工厂内的人员、机器、设备和基础设施实施多系统之间实时的管理、协调和控制，在此基础上，可以以更加精细和动态的方式管理生产，达到“智慧”状态，从而提高工厂的管理效率和生产效率。随着互联网科技的发展，智慧工厂理念越来越多地出现在工业创新的规划中。在智慧工厂中，工厂及设备的现状测绘，实现工业的智慧化管理，辅助工厂改造、维修，大型工业加工逆向设计等一系列工作，涉及到的数据量十分庞大，但是对于工程师而言，获取整个工厂的数据、模型等，掌握工厂的管道布局、走势以及相关参数乂是极其重要的。三维激光扫描技术可以很好地解决这一点。三维激光扫描技术介绍三维激光扫描技术是20世纪90年代中期随着科技不断发展而出现的一种高新技术，同时也是继GPS空间定位系统之后的又一项测绘技术新突破。三维激光扫描是一种实景复制技术，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息，是快速建立物体三维影像模型的一种技术手段。三维激光扫描技术具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，很好地解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的瓶颈。随着时代的需求，三维激光扫描技术已被广泛应用于智慧工厂建设、测绘工程、文物考古、机械制造、数字城市等多个领域，市场潜力极大。三维激光扫描技术在智慧工厂中的应用1、三维数据采集三维激光扫描技术在数据采集方面具有快速、准确的特点，具备便携、一体化的设备优势，可以满足厂区施工在各个阶段的三维数据采集要求，突破了传统测量的局限性，加快了工程的交付、安装、生产等进程。测量控制精度一般应能满足CHZ3017-2015地面三维激光扫描作业技术规程中四等点云精度的要求，即平面控制达到图根导线、高程控制达到图根水准的要求。2、内业数据处理三维激光扫描技术所采集到的是空间内的三维点云数据，既包括装置本身的数据，又包括周边不相干的点云数据。这就需要工作人员对点云数据进行除冗、去噪等操作，再进行数据拼接，从而得到完整的装置物点云数据。3、三维模型构建三维模型构建是利用处理好的点云数据来构成大量的空间三角面片，从而逼近还原实体模型，再采用曲面片拟合的方法直接创建曲面模型，这种方式可有效节省三维建模的时间，提高建模的效率。在石油化工企业，三维激光扫描技术可为三维数字化管理、事故仿真模拟、应急演练和评估等多方面的应用提供基础数据。随着三维技术的日益成熟，对设施的三维重建、三维存档、可视化管理打下了坚实的基础。近年来，金马公司积极探索将三维激光扫描技术应用于智慧工厂建设，高精度采集现场真实坐标数据，高效地构建地上装置和地下管网的三维实景模型，实现地上和地下设施三维可视化，以物联网技术为基础，对三维机组、地上装置及综合管廊资产可视化，厂区环境、动火点、危险品、监控视频等信息可视化。某石化企业为实现三维可视化、数字化管理，需采集厂区整体的建筑构造、设备结构、管道等物体的三维数据，并建立真实有效的三维数字化精细模型。金马公司接受委托后，经过现场踏勘、技术交流确定解决方案。1、外业三维扫描（1）制定扫描路线根据现场的实际情况，制定扫描路线。（2）架站扫描设置站点：入射角度大的地方架站，能确保数据质量。两站间的距离不宜过远，需保证相邻两站的重叠率达到40%以上，以保证拼接时的精度。开机整平:扫描仪本身带有电子水平气泡,仪器屏幕的右上角和左下角是水平偏差值,每次整平都需要把电子气泡调制最中心，水平偏差值显示±0.000。拼接数据时软件会识别到水平值，能保证数据拼接精度。（3）布置标靶，坐标联测受现场人流的影响，标靶放置在低处容易被遮挡，或是出于好奇去触碰，都会导致标靶无效。布设标靶注意事项：靶纸要展平，以获取到靶点的准确坐标。靶纸的分布尽量在不同高度、不同角度，这样可以得到准确坐标。（4）现场记录将现场的架站路线、位置以及标靶站（记录好靶点命名及顺序）、补站都需要做好记录,有助于后期数据拼接。2、点云数据处理（1）数据检查扫描完成后可通过仪器屏幕查看扫描数据的覆盖程度,有时也会因为仪器的轻微移动而报错。就需要检查采集数据的完整性，因报错而不能用的数据及时补扫。也可导入软件后查看点云的整体效果，对模糊的位置进行补扫。（2）点云数据拼接将点云逐级分割直到目标点云清晰可见后重建模型。模型分块后有每个人员进行分块后整个模型的重建，包括管道、设备、元件、结构等。模型重建工作的关键步骤是点云的切割化简，例如拟合一个储罐，需要从密密麻麻的点云当中剪切出储罐的清晰点云，然后运用相关命令进行拟合。（3）创建项目点云创建项目点云之后会看到很多的无用点，严重影响点云成果的视觉效果，需要手动将这部分点进行删除。(4)导出项目点云无用点去除之后，就可以将项目点云导出为需要的格式了。(5)点云成果经过一系列的数据处理之后，可以得到最终的可用于建模的点云成果。3、基于点云进行三维建模三维模型构建是利用点云数据来构成大量的空间三角面片，从而逼近还原实体模型，再采用曲面片拟合的方法直接创建曲面模型。依据外业扫描结果及收集资料使用专业的建模软件进行三维建模。通过扫描得到的工厂三维点云模型数据，建立数字化模拟体系，可以保证智慧工厂的真实性和有效性，这不仅使工厂的运作管理水平提高，还可以实现工厂实际运行的数字化、模型化、可视化、集成化。以三维可视化作为主要的展示方式和交互手段，能快捷、精确的掌握工厂信息，从而提高企业的生产效率、安全防范技术、应急的能力、预防风险的能力以及合理决策的能力。由此可见，与传统的测量手段相比较，三维激光扫描技术可以更加方便、高效、安全的对设备装置进行表面建模重建，为智慧工厂的发展提供精准的基础数据支持，其在智慧工厂建设中具有很高的现实意义和应用价值。我们相信，随着技术的不断发展和成熟，三维激光扫描将在智慧工厂建设中发挥更加重要的作用。
