圖1 3D激光掃描儀完整的采集著整套流程生產設備的數據，生成了3D－As－built的模型。

在工業(yè)生產領域中，根據生產過程狀態(tài)數據的采集佃却，進行技改項目的3D建模已經越來越普遍。其中利用3D掃描儀就是一種高效的三維建模方法窘俺。

無論是在化學工業(yè)、石油化工或者在設備制造領域中复凳，工業(yè)化生產設備的技術改造方案始終是流程設備生產企業(yè)和技改項目責任企業(yè)需要解決的重點問題瘤泪，也為它們提出了很高的要求。此時育八，由于現有流程設備各個零部件之間的相互安裝位置已定对途，剩余的可用空間非常狹小赦邻，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老設備的原有風貌锉寿。另外還要考慮當前流程設備布置提出的要求轻樟。而尋找有價值的技術資料的嘗試通常都是無果而終，因為現有流程生產設備改動的內容一般都沒有記錄下來泣虚。因此舟门，很多流程設備設計規(guī)劃者都在推動、促進尋找解決這一問題的方案坠痒。其中锅星，利用3D激光掃描儀進行掃描，并把掃描結果轉換為CAD三維圖形就是一種高效选阔、高精度和經濟的解決方案家统。

廠址位于德國Worms的Evonik R?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坎扰，它們就提供了滿足下一步技術服務的堅實基礎曹均。在流程設備技術改造過程中，急需的是一份Intergraph PDS格式的管道連接圖物虑。另一項要求很高的工作就是數據的采集范圍：1500m長的一段管道應在給定的時間段里完成測繪纤悉、建模，從而保證按時完成技改方案的制定求泰。

其他可以采用的替代方案有：視距測量法央渣、準距快速測定法，攝像測量法或者手工測繪等渴频。但出于流程設備的復雜性和對所繪制圖紙可靠性的要求芽丹，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卜朗。由于只有部分管道連接是可以方便的掃描測繪的拔第，因此還要考慮其他的補充解決方案。項目負責人Karl-Heinz G?rlich先生和項目組中負責CAD技術的Rainer Felger先生回憶說：“解決方案就在3D激光掃描技術之中场钉，利用3D激光掃描技術對管道系統進行掃描蚊俺，利用3D As-built模塊進行建模」渫颍”

激光掃描的工作原理

掃描的范圍大小由事先設置的參考點范圍所確定泳猬，掃描范圍的長和高可以由激光掃描儀現場匹配確定。首先要對參考點進行檢測宇植，并做好永久標記得封，這樣處理之后，這些參考點既可用于其他檢測任務，也可用于事后的復查奈揩。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環(huán)境進行探測造蒋。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉效蝎，從而以極高的精度采集周圍40m內的可見物體的數據篱辫。在4min內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腰燕。在這樣的像素圖片中彪珍，可以直接進行空間點的位置測量。在插入參考點之后钟骏，可在一張掃描圖片中得出整個設備現場的散點圖讽钻。

圖2 1500m長的交叉管道系統必須在規(guī)定的時間內完成數據采集并建立其相應的模型。

這種技術的優(yōu)點在于：

速度快：掃描一張圖片所需的時間不足4min企鄙。

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）扎矾。

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

利用3D圖片具有很好的可再現性倘谢。

通過與現有設計唉侄、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野建，因此可以對危險場合進行掃描属划。

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

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結果進行評估须蜗。這一技術的當前水平做到了將掃描得到的散點圖進行建模，保存到數據庫中供隨時調用目溉。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數據格式下建立明肮。在本文介紹的項目實例中，數據的采集和PDS模型都是由eSZett和iQvolution公司來完成的缭付。

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

采用這一技術之后淀然，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了現有流程設備的全數字化。從而可以大大的減少現場的詳細工作秋豌。

激光掃描是惟一高速、高精度和可再現檢測結果的數據采集方法悼锻。

激光掃描的結果不僅可以用來建立3D-CAD模型劲旗，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透辜。因此我們決定采用這種技術常孕。”對他們來講使萨，這一技術的出現是非常及時的逐会。通過這一技術的應用，也使他們更加信任這一技術锰扶，積累了豐富的經驗献酗。

Rainer Felger先生解釋說：“這一技術的速度之快、精度之高給我們留下了深刻的印象坷牛。技改項目的進度得到了保障罕偎，企業(yè)的生產沒有受到影響。生成的模型尺寸比例非常準確京闰、完整颜及。采集到的數據對流程設備的技術改造非常有價值□彘梗”

圖1 3D激光掃描儀完整的采集著整套流程生產設備的數據俏站，生成了3D－As－built的模型。

在工業(yè)生產領域中痊土，根據生產過程狀態(tài)數據的采集肄扎，進行技改項目的3D建模已經越來越普遍。其中利用3D掃描儀就是一種高效的三維建模方法施戴。

無論是在化學工業(yè)反浓、石油化工或者在設備制造領域中，工業(yè)化生產設備的技術改造方案始終是流程設備生產企業(yè)和技改項目責任企業(yè)需要解決的重點問題赞哗，也為它們提出了很高的要求峡哥。此時，由于現有流程設備各個零部件之間的相互安裝位置已定蕴脯，剩余的可用空間非常狹小烙昼，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老設備的原有風貌曼沐。另外還要考慮當前流程設備布置提出的要求泛红。而尋找有價值的技術資料的嘗試通常都是無果而終，因為現有流程生產設備改動的內容一般都沒有記錄下來。因此麻镶，很多流程設備設計規(guī)劃者都在推動桨檬、促進尋找解決這一問題的方案。其中端葵，利用3D激光掃描儀進行掃描众凝，并把掃描結果轉換為CAD三維圖形就是一種高效、高精度和經濟的解決方案新框。

廠址位于德國Worms的Evonik R?hm公司是Evonik工業(yè)公司的一個下屬子公司倍工，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服務的堅實基礎公般。在流程設備技術改造過程中万搔，急需的是一份Intergraph PDS格式的管道連接圖。另一項要求很高的工作就是數據的采集范圍：1500m長的一段管道應在給定的時間段里完成測繪官帘、建模瞬雹，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：視距測量法遏佣、準距快速測定法挖炬，攝像測量法或者手工測繪等。但出于流程設備的復雜性和對所繪制圖紙可靠性的要求状婶，這些方法都無法采用意敛。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膛虫，因此還要考慮其他的補充解決方案草姻。項目負責人Karl-Heinz G?rlich先生和項目組中負責CAD技術的Rainer Felger先生回憶說：“解決方案就在3D激光掃描技術之中，利用3D激光掃描技術對管道系統進行掃描稍刀，利用3D As-built模塊進行建模撩独。”

激光掃描的工作原理

掃描的范圍大小由事先設置的參考點范圍所確定赔绒，掃描范圍的長和高可以由激光掃描儀現場匹配確定匠凤。首先要對參考點進行檢測，并做好永久標記衡孽，這樣處理之后厂跋，這些參考點既可用于其他檢測任務，也可用于事后的復查谨寂。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環(huán)境進行探測猫降。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉脆携，從而以極高的精度采集周圍40m內的可見物體的數據淫沧。在4min內即可生成一幅被掃描對象的像素圖像豌魏，每一個像素點表示一個空間坐標。在這樣的像素圖片中院抛，可以直接進行空間點的位置測量唉私。在插入參考點之后，可在一張掃描圖片中得出整個設備現場的散點圖染突。

圖2 1500m長的交叉管道系統必須在規(guī)定的時間內完成數據采集并建立其相應的模型匪傍。

這種技術的優(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）觉痛。

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

利用3D圖片具有很好的可再現性茵休。

通過與現有設計薪棒、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榕莺，因此可以對危險場合進行掃描俐芯。

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

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結果進行評估贸营。這一技術的當前水平做到了將掃描得到的散點圖進行建模，保存到數據庫中供隨時調用岩睁。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數據格式下建立钞脂。在本文介紹的項目實例中，數據的采集和PDS模型都是由eSZett和iQvolution公司來完成的湖生。

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

采用這一技術之后，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了現有流程設備的全數字化仲蔼。從而可以大大的減少現場的詳細工作晾充。

激光掃描是惟一高速、高精度和可再現檢測結果的數據采集方法些搅。

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

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猛蔽“颍”對他們來講，這一技術的出現是非常及時的曼库。通過這一技術的應用区岗，也使他們更加信任這一技術，積累了豐富的經驗毁枯。

Rainer Felger先生解釋說：“這一技術的速度之快慈缔、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种玛，企業(yè)的生產沒有受到影響藐鹤。生成的模型尺寸比例非常準確、完整赂韵。采集到的數據對流程設備的技術改造非常有價值娱节。”

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