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工厂改造解决方案
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工厂改造解决方案


  随着新时代新形势下石油化工等工业领域的快速发展,部分工厂无论是在功能还是在规模上都已经不能满足新时代发展的需要,如果需要扩大产能,就需要拆除、更换、新增大量的设备和管线等。


  然而,由于很多石化厂装置建于70年代后,大部分工厂几经改造,现有的工厂图纸资料并不完整,不能满足工厂改造扩建的需要,给设计工作带来了很大困难。现有的比较完整的图纸只有当年的最原始装置的管道轴测图,厂里的多次技术改造和多年工厂运营维护的相关资料并不完整,并且也与实际有较大出入。而改扩建设计质量的关键取决于对现状的了解程度,已有图纸与现状不符,现场情况复杂,给设计带来了很大难度,所以如何获取到准确的工厂现状资料就是第一个要解决的问题。



解决方案

一、现状和困难

为了给设计工作提供基础输入资料并且为后续的运行维护和管理提供很好的基础数据平台,需要对工厂进行现场测量以获取现场设备和管道的位置关系及分布情况。原始手工测量是传统获取现场资料的最常见并且最经济的方法,但工厂的改造设计是在不停工的前提下进行的,进行时很多区域是人员危险区,不能靠近测量。而且人工测量的误差也往往难以避免,测量的结果不能满足设计的基本要求。现代常规测量方法是采用全站仪或GPS进行单点位置采集,但是工厂内部设备和管道分布错综复杂,极易造成测量盲点,加之厂区内部高压设备区域测量人员不能到达等不利因素的影响,使测量工作十分困难,工作效率低下。这时,我们需要将目光转向更先进和准确的测量方式。


二、技术优势

三维激光扫描技术是一种面测量,点的采集密度大、精度高,且是主动式非接触测量,无需设置反射棱镜,因此在人员难以到达的危险区域使用优势更加明显,突破了传统的手工测量及单点测量方式,以高密度、高分辨率获取扫描物体的三维点云数据,能够得到完整、全面的三维空间信息,成为一种良好的解决方案。

(一)技术特点

与传统测量方法相比,三维激光扫描技术既可以节省外业工作时间,缩短工期,又可以将建筑、管道等信息全部记录下来,方便后期二维出图和三维建模,从而更好的对工厂设施进行管理。

在西方发达国家核电站、化工厂、炼油厂等项目的改造中,已经大量采用三维激光扫描仪对现场进行扫描,然后通过软件后处理得到三维几何模型或工厂模型,再对所得的模型进行进一步应用。而在国内,三维激光扫描主要是用于文物考古及古建筑维修、地形测绘研究等领域,而在工厂改造方面的应用尚处在起步阶段。

(二)设备概况

      1、硬件

Z+F 5016三维激光扫描仪是一种相位式三维激光扫描仪,最高噪声精度可达0.2mm,有效测量距离可达187,内置相机可生成8000万像素的高分辨率影像数据,角度分辨率高达水平0.00018°垂直0.00026°;其创新性的率先采用GPS、里程表、热成像仪等外部传感器,可以辅助外业快速无标靶定位拼接,真正实现了高效率的扫完即拼接。使用该设备可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集,非常适合于在复杂的工厂环境内进行测量,其点云数据具备非常优良的质量。

5016侧面.jpg

Z+F 5016 三维激光扫描仪

             2、软件

LupoScan适用于从激光扫描数据和任何其他点云中轻松有效地提取所需信息,支持多种交换格式(包括DXF、VRML、JPEG、E57......),可直接连接到 VIS-All、AutoCAD、BricsCAD、ProgeCAD、Rhino 和 ARES 接口,兼容性非常高软件界面设计清晰,易于学习,是一款非常有效的工具,适合所有初学者和经验丰富员使用。LupoScan己成功应用于建筑、文化遗产、考古学、地质学、土木工程和工业设计领域的测量工程中。

  软件特点:

1. 有效地过滤和消除错误测量;

2. 用户自定义的分段功能;

3. 创建正射影像并铺展成一个平面;

4. 简单快速生成三角和四边形网格;

5.   通过分组管理轻松地处


3、系统搭建

三维扫描技术现已成为大空间获取点云、逆向工程的快捷方式。通过搭配Z+F IMAGER 5016激光扫描硬件与luposcan专业软件组成的解决方案,成功的让工业厂房、逆向扫描等领域的企业的运用激光技术,得到真实的数字化信息。并能轻松的运用其生成的影像提取有效的工程信息,以做布局规划、虚拟现实游览分享、工程规划等使用。


三、解决方案

(一) 数据采集与处理



1、扫描前踏勘

在进行点云数据获取之前,需要进行现场实地踏勘,根据厂区大小、设备和管道分布情况,以保证在扫描仪的有效范围内发挥其最大功效,避免重复扫描。再通过三维激光扫描仪扫描获取现场数据。

工厂环境

2、方案制定

由于Z+FIMAGER5016支持全自动实测同步无标靶拼接,整个扫描过程无需布设标靶即可完成各站点云之间的拼接。

鉴于大部分工厂组成复杂,如果站间拼接误差较大,可以进行手动拼接,软件将自动进行拼接精度检查,保证两站间拼接精度再1cm以内。依次进行相邻站间的拼接,得到完整的三维点云数据。

但出于坐标系转换到地理坐标系的用途,需要在扫描区域布设目标标靶(标靶纸或标靶球),至少布设3个,以便于后续将测站扫描坐标系转换到测量坐标系。


3、获取精度的现场数据

扫描站点和标靶布设完成后,将Z+F IMAGER 5016三维激光扫描仪架设在扫描站点上并进行整平。安置好一起后,开机设置扫描参数(主要包括分辨率及点云质量),设置完成后,按下扫描按钮然后等待机器扫描,按照一般推荐模式单站约1分30秒即可完成扫描。扫描完成后,可在显示屏中查看点云数据,对点云数据获取不理想的区域或局部复杂程度比较高的区域,可调整局部扫描级别重新进行局部扫描。


原始点云图


4、点云数据的去噪

扫描取得的原始点云数据还需要进行一系列处理工作,才能交付给设计人员使用。根据现场的扫描对象复杂成都不同,扫描过程中外界环境因素对扫描目标会造成阻挡和遮掩,如移动的车辆、行人和树的遮挡,以及实体本身的反射特征不均匀等,导致最终获取的点云数据可能包含不稳定点和噪声点,只有把这些噪声点去除后,才可以继续进行其他的操作,有助于后续建模。这个过程称为点云数据去噪或点云的过滤。应用软件的去噪模块能去除灰尘噪点,移动的物体等。最终得到需要的点云数据。


点云数据去噪前后对比


5、点云数据的简化与分割

根据现场的扫描对象的复杂程度不同,扫描得到的点云数据大小差别很大,对范围较大且组成复杂的现场来说,扫描得到的点云往往很大,数以亿计的点,会影响软件的运转速度,各种处理软件都提供了若干数据化简的功能,如剔除植被功能,空间点过滤功能等,经简化处理可大大减少数据量,为后处理提供便利。

对较大的项目来说,后期处理一般需要配置较多的人员参与模型重建工作,这样需要把整体的点云数据进行规范化的切割分块,交由每个人员协同工作,以提高了模型重建的效率,加快模型重建速度。




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