De Techniek

De techniek van scannen is fundamenteel anders dan traditionele meetmethodieken. Het beoogde resultaat van uw opdracht bepaalt welke methode de beste is.

In heel veel meetwerkopdrachten kan gekozen worden voor meetwerk met een total station of lasertracker, maar steeds vaker ook voor 3D-scannen. In tegenstelling tot andere vormen van meetwerk levert scanwerk geen vooraf bepaalde set van gegevens op, maar genereert de scanner met snelheden tot een miljoen puntjes per seconde een enorme puntenwolk. Ieder puntje vertegenwoordigt een accuraat X-, Y- en Z-coördinaat, waarmee een millimetergetrouwe 3D weergave van een object gerealiseerd wordt. Alles wat zichtbaar is, wordt in enkele minuten volledig ingemeten, zonder ook maar iets te missen.

Ingenieursbureau Coenradie loopt voorop in 3D-scanwerk en werkt al jarenlang voor met name de Offshore Industrie waar bijvoorbeeld complete booreilanden en platforms volledig 3D in kaart worden gebracht om een volledige ‘as-built’ -situatie te hebben voor maintenance en repair.

3D-Scans kunnen ook worden gebruikt voor 3D-printing of reverse engineering.

Een laserscanner is een optische instrument. Het kan niet door dingen heen kijken, maar registreert alleen zichtbare punten. Daarom moeten meestal meerdere opstellingen worden gemaakt om tot een goed totaalbeeld te komen. In ruimtes met heel veel objecten lukt het daarom niet altijd om rondom een meting te doen. Bij zogenaamde primitieve vormen: cirkels, balken, vlakken, etc., is de software meestal wel in staat om op basis van een niet complete puntenwolk wél een compleet model te maken.

Er zijn twee soorten laserscannen: stationair en mobiel.

Stationair laserscannen

Onder stationair laserscannen wordt verstaan het scannen vanaf een statief; het instrument heeft een vaste opstelling gedurende het scanproces.

Nauwkeurigheid

In het scannen wordt een onderscheid gemaakt tussen de individuele puntnauwkeurigheid en de nauwkeurigheid waarmee een object gemodelleerd kan worden. Deze laatste nauwkeurigheid is aanzienlijk hoger, aangezien het model wordt gecreëerd op basis van dusdanig veel individuele punten dat de standaardafwijking van het gemodelleerde aanzienlijk beter is.

Onderstaand de individuele puntnauwkeurigheid:

  • Puls scanners: 4-6mm / 5-80m. Ofwel de nauwkeurigheid is nauwelijks afhankelijk van de te overbruggen afstand.
  • Fase-verschil scanners: 1-2mm/10m. De nauwkeurigheid loopt vrijwel lineair met de afstand.

Werkbereik

  • Puls-scanners: ca. 300m, hoewel voor optimale kwaliteit een werkafstand van ca. 125m aangehouden dient te worden.
  • Fase-verschil scanners: ca. 80m, waarbij de optimale kwaliteit tot 35-40m kan worden gerealiseerd.

Maten en gewichten

Laserscanners worden per generatie lichter.  Een complete set incl. scanner, externe accu, laptop, statief, accessoirekoffer, koffers, etc. weegt maximaal 40kg. De maten en gewichten zijn ondertussen dusdanig dat een complete uitrusting inmiddels met de helikopter mee offshore mag worden genomen, waar dit voorheen per supply-boot moest.

Vereisten ten aanzien van omstandigheden

Laserscanners zijn geschikt voor buitengebruik en worden ook steeds geschikter. Moest de vorige/deels huidige generatie bij regen nog worden beschermd met een paraplu, de laatste nieuwe instrumenten hebben een IP van 54, waarmee het staan in de regen voor het instrument geen gevaar meer is. Wel is meten in neerslag niet optimaal, omdat ook van regendruppels reflectie wordt verkregen. Je scant dus de regen ook. Daarnaast moet nog worden opgepast met het scannen van natte oppervlakken, dit kan tot meetfouten leiden. Ook extreem zonlicht heeft invloed op de metingen en bij sommige instrumenten levert het problemen op als al te goed reflecterend materiaal wordt gescand.

Benodigde software

Om iets te kunnen scannen is vaak al software nodig, hoewel een zogenaamde stand-alone oplossing meer gemeengoed aan het worden is. Maar voor registratie (koppelen) van scans en met name het verwerken tot een eindproduct is (veel) software nodig. Gewenste functionaliteit is zeer afhankelijk van het toepassingsgebied en de opdracht. De meeste leveranciers hebben een basispakket met de meest voorkomende functionaliteiten. Speciale software, met name voor het modelleren van complexe vormen en het analyseren van afwijkingen tussen scan en ontwerp, is soms onvermijdelijk.

Als leverancier van meetwerkoplossingen bieden wij ook altijd de juiste sofware oplossing voor uw opdracht.

Mobiel laserscannen

Mobiel laserscannen is het scannen vanaf een bewegend object. Om mobiel te kunnen laserscannen is een combinatie van instrumenten nodig, aangezien het een vereiste is dat je continu weet waar de laserscanner zich bevindt en hoe hij ruimtelijk georiënteerd is. Om dit mogelijk te maken wordt gebruik gemaakt van een (of meerdere) GNSS-antennes (voorheen bekend als GPS), een IMU (inertie/versnellingsmeter) en bijvoorbeeld een wielsensor (tachometer). Systemen worden verder uitgebreid met digitale foto/videocamera(‘s), bijvoorbeeld om de puntenwolk te kunnen kleuren. Daarnaast is het van cruciaal belang dat deze instrumenten onderling zijn uitgelijnd (kalibratie!) en gesynchroniseerd. Voor de synchronisatie zorgt meestal een centrale computer waarop alle signalen binnenkomen en wordt de GNSS-tijd gebruikt.

Nauwkeurigheid

Ook bij deze systemen zijn de nauwkeurigheden uiteenlopend. Bepalende factor is de positie/routebepaling (Engels: trajectory). En daarin wordt het nooit beter dan de zwakste schakel. Bijkomend probleem is het wegvallen van GNSS-signalen onder bomen, in tunnels of in (hoog)bebouwd gebied. Want dan is de bepaling afhankelijk van de IMU en die heeft last van ‘driften’, langzaam kwijtraken van de werkelijke richting. Door de grote bandbreedte in GNSS-nauwkeurigheid (real-time vs. post-processing, al dan niet gebruik maken van een referentienetwerk) en IMU’s zijn de verschillen groot. Daarnaast is er een belangrijk verschil tussen absolute en relatieve nauwkeurigheid. Onder absoluut wordt verstaan de positie op aarde, de relatieve nauwkeurigheid is van de punten onderling. Absolute nauwkeurigheid: de beste systemen halen hier een nauwkeurigheid (op zo’n 10m van de scanner) van ca. 1cm, bij een gemiddeld systeem is dit eerder 3-5cm. Relatieve nauwkeurigheid: onder ideale omstandigheden en op maximaal 10m van de scanner ca. 5mm, gemiddeld 1-1,5cm. De genoemde nauwkeurigheden zijn ook bij optimale rijsnelheid, die bij veel systemen zo’n 40-50km/h bedraagt.

Werkbereik

Afhankelijk van de gekozen laserscanner kan vanaf het voer-/vaartuig een afstand van 20-150m worden overbrugd. Bij het mobiel laserscannen is het van belang om ieder traject tenminste 2 maal te meten, bij voorkeur in tegengestelde richting rijdend. Op een werkdag kan zo, afhankelijk van de gereden snelheid, meer dan 100km route worden gemeten.

Maten en gewichten

Aangezien de apparatuur op een voertuig wordt geplaatst is gewicht niet altijd interessant, maar het is van belang dat alle apparatuur op hetzelfde frame wordt geplaatst. Dit om de kalibratieprocedure eenvoudig te houden. Een frame met alle apparatuur erop weegt al snel meer dan 100kg en is dus niet eenvoudig te demonteren. Het is dus zaak om het voertuig in een garage te kunnen stallen.

Vereisten ten aanzien van omstandigheden

De problematiek die bij het stationair laserscannen is beschreven is volledig van toepassing op het mobiel laserscannen. Daarmee is het werken met regen eigenlijk vrijwel onmogelijk.

Benodigde software

Naast de vermelde problematiek bij de software voor het stationaire laserscannen is nu ook nog software nodig om het gereden traject en daarmee de puntenwolk te vereffenen.

800 – 1000GB per dag

Het mobiele laserscannen moet niet worden verward met systemen waarmee alleen wordt gefilmd/gefotografeerd. Deze leveren beduidend minder nauwkeurige (0,5-1m) 3D-informatie op. Daarnaast neemt deze techniek nu een vlucht, maar staat hij nog in de kinderschoenen. Een niet te onderschatten organisatorisch probleem is de omgang met de gigantische hoeveelheid data die wordt ingewonnen. De meest complete systemen genereren zo´n 20GB aan data per minuut, ofwel 800GB-1TB per dag! Na verwerking/vereffening wordt dit wel minder maar het zijn hoeveelheden waar een kantoornetwerk meestal niet standaard op is voorbereid.

Voor meer informatie over de mogelijkheden van 3D-laserscannen neem even contact op met een van onze experts Jos Westra.

Ook voor maatvoeren, uitzetten, waterpassen, 3D-laserscannen of andere meetkundige oplossingen kunt u bij ons terecht, zie onze contactpagina.

Kunnen wij u van dienst zijn?

Ingenieursbureau Coenradie is een dienstverlenend bedrijf dat zich richt op (land)meetkunde. U bent van harte welkom om ons om advies te vragen.