Lézerszkennelés – jövő a jelenben

Ha valaki azt mondja, hogy “lézer”, a legtöbbünknek egy kicsi, kézi műszer jut eszébe, amivel az építkezéseken a távolságot szoktuk mérni. Van ennek a gépnek egy sokkal-sokkal okosabb ükunokája. Nagyon meggyőző dolgokat tud: beszkenneli az egész épületet 3D-ben. Olyan minőségű képet kapunk, mintha ott állnánk a csarnok/ház/iparterület belsejében, sőt, mintha benne sétálnánk. Mivel ezek a képek milliónyi pontból állnak össze szép színes egésszé – ezért is hívják pontfelhőnek –, ezeken a képeken bármikor lemérhetjük az épület bármelyik két pontja közötti távolságot. Ezt bárki értékelni tudja, aki hosszú órákat töltött egy girbegurba régi épület felmérésével, aztán mégsem lett tökéletes a terv. De remekül jön ez a szupergép akkor is, ha mondjuk kivitelezőként árajánlatot kell adnunk egy munkára, vagy bizonyítanunk kell, hogy milyen állapotban kaptuk meg a munkaterületet és milyen munkát végeztünk el, ha műszaki ellenőrként lépésről lépésre nyomon kell követnünk egy épület építését, vagy ha tervezőként ellenőriznünk kell, hogy a megépült épület miben tér el az eredeti tervtől. Nézzük meg közelebbről, hogyan és mennyiért léphet a szolgálatunkba ez a szupererő! 

A berendezést Gábriel Miklós, a FARO hivatalos magyarországi képviselőjének, a SIDEX Trade Kft. munkatársának segítségével ismertük meg, akinek köszönjük, hogy a hasznos tapasztalatait megosztotta velünk!

Maguk a szkennerek körülbelül akkorák, mint egy kenyérpirító. A súlya pedig akkumulátorral együtt is csak 4,4 kg. Tehát egy könnyű, kompakt készülékről van szó.

Így működik

A gép lézersugarat bocsát ki, ez a sugár pedig visszaverődik az útjába kerülő felületről és visszajut a szkennerbe. Távolságot a kibocsátott és visszaérkező lézersugarak összehasonlítása alapján mér. A modern lézerszkennerek másodpercenként akár 2 millió pont mérésére is képesek. Minden pont x,y,z koordinátákat kap. A mérésünk végeredménye egy úgynevezett pontfelhő, ami tulajdonképpen a sok millió mérési pont összefüggő halmaza. A lézerszkennelés tehát a valóság milliméterre pontos, teljes digitális leképezése.

A helyszínen először is választunk egy olyan pontot, ahonnan aránylag jól belátható a terület, felállítjuk a műszert és elindítjuk a mérést. Egy-egy felvétel időigénye a beállításoktól függ, de még nagyon részletgazdag pontfelhők is néhány perc alatt elkészülnek.

Nem elég egy pontból szkennelni, hanem több helyről is kell. – Csak azt tudjuk digitalizálni, ami látható, amiről visszaverődik a lézersugár – hangsúlyozza szakértőnk. Minden olyan részlet, ami takarásban volt, az hiányozni fog. Éppen ezért egy épületet több álláspontból kell felmérni, az épületen belül és azon kívül is. Fontos, hogy legyen valamekkora átfedés, “kapcsolat” a pontfelhők között: magyarul ne csak a szobák közepén állítsuk fel a műszert, hanem az ajtónyílásokban is. Az ajtónyílásban “látunk egy kicsit” az egyik szobából is, meg a másik szobából is.

Ezután a különböző helyeken felvett adatokat a mobil applikáció egyesíti. Hatalmas előny, hogy már a felvétel közben, a helyszínen látjuk az eredményt, az applikáción azonnal meg tudjuk nézni a felvett pontfelhőt. – A mérés végeztével biztos lehetek benne, hogy minden rendben van, és nem az irodában jövök rá, hogy egy hiányzó álláspont miatt esetleg az ország másik végébe kell visszautazni – fűzte hozzá Gábriel Miklós.

Hol vehetjük hasznát? 

• A pontfelhő, mint sablon: Ebben az esetben a felvett pontfelhőt referenciaként, ha úgy tetszik, sablonként használjuk. Képzeljünk el egy félbemaradt kivitelezést, ahol a falak már állnak, de a szerkezet nem került tető alá. Új kivitelező csapat, de a tetőszerkezet korábbi terve már csak emlék. Az új tetőszerkezet tervezéséhez beszkenneljük a falakat és a koszorút, majd egy az egyben “rátervezzük” a tetőt a felvett pontfelhőre.
• A pontfelhő mint az épületmodellezés alapja. A felvett pontfelhő másik népszerű felhasználási módja CAD/BIM modell készítése a meglévő épületről. Ebben az esetben metszeteket, alaprajzokat és 3D-s modellt készítünk a pontfelhőből.
• A pontfelhő, mint a minőség záloga: Milyen jó lenne, ha a hibát a lehető leghamarabb észrevennénk, és akkor javítanánk ki, amikor még viszonylag olcsón megúszhatjuk. Tipikus példa a lemezalapok vízszintessége. Hányszor fordult elő, hogy a betonalap vízszinttől való eltérését már csak a száradás után vettük észre? A villámgyors mérésnek és a valós idejű megjelenítésnek köszönhetően a pontfelhő segítségével a betonalap még nedves állapotában leellenőrizhető, és a hiba azonnal korrigálható. De persze ugyanígy könnyen ki lehet szúrni falak, tartószerkezeti elemek helytelen pozícióit is.

• 

  Barlangok, pincék, egyéb nehezen hozzáférhető helyek feltérképezése.

• Tetőszerkezetek mérése, megtervezése.
• Tartályok térfogatának meghatározása. Gondoljunk például egy gabonasilóra vagy folyadéktartályra! A pontfelhő segítségével pillanatok alatt láthatjuk, hogy pontosan mekkora a tartály térfogata anélkül, hogy feltöltenénk. Ugyanez a helyzet “visszafelé” is, nagyon gyorsan le tudjuk mérni, hogy mennyi folyadék vagy gabona van benne, ha pl. csak harmadáig van tele.
• Örökségvédelem: Műemléki épületek felmérése, dokumentálása.

• Gyilkossági, baleseti helyszínek dokumentálása: a szakértőnek megfelelő információt ad akkor is, ha a helyszín utólag megváltozik (pl. láthatta-e a bűntényt a szemtanú az adott szögből, a töltény becsapódása a falba stb.)

Előnyök és hátrányok

– A lézerszkenneres mérések egyik legnagyobb előnye, hogy olyan eredményeket kapunk, amik hagyományos mérési módszerekkel elképzelhetetlenek. Az eszköz emellett kiküszöböli az emberi tényezőt, pl.: egy rossz leolvasás miatti mérési hibát. Komoly előny a gyorsaság, a pontosság és a megbízhatóság. A felvétel időtartama függ a beállításoktól és a szkennertől, de egy pontfelhő akár 1 perc alatt is elkészíthető. Ez azt jelenti, hogy mivel pl. egy 20 m2-es szoba akár egy állásból is megmérhető, tényleg villámgyorsan végzünk. Nem összehasonlítható a kézi mérések időigényével, ráadásul évről évre még ez az idő is csökken, ahogyan fejlődik a technika – összegezi az előnyöket szakértőnk.

A szkenner használatához elég egy ember, és mivel a valóságot teljes egészében digitalizáljuk, így nem kell visszamenni a helyszínre egy kimaradt méret miatt. A mérés során valós idejű eredményeket kapunk, ami azt is jelenti, hogy ha pl. kiöntjük a betont, azonnal tudjuk a vízszintet ellenőrizni és eldolgozni az anyagot, ha szükséges, nem kell utólag csiszolni.

A kapott pontfelhők csaknem 15 féle formátumba exportálhatóak, a teljesség igénye nélkül ReCAP, E57, XXY pontfelhő formátum, sőt a legnépszerűbb tervező szoftverekbe akár közvetlenül is át tudjuk tölteni az állományt. A pontfelhőket akár BIM modellben is alkalmazhatjuk, így a különböző szakágakat is össze tudjuk kötni. Az állomány mérete nem igényel nagy teljesítményű számítógépet, aki 3D modellezik, tudni fogja a pontfelhőt is kezelni – magyarázta. Ráadásul a projektnek megfelelően állíthatjuk be a felbontást, minőséget, és hogy akarunk-e fényképeket készíteni stb.

A hátrány, ahogy már írtunk, hogy csak azt tudjuk szkennelni, amit látunk. Azok a részletek, amik takarásban vannak, azokat egy másik szögből is meg kell mérni, így előfordulhat, hogy egy helyiségben akár több álláspontból is mérni kell. S habár a készülék por- és vízálló, ennek ellenére esőben nem javasolt a használata. Köd és szálló por esetén pedig csökken a hatótávolság, és emelni kell a minőséget, ami növeli a felvétel idejét is. (A beállításokról bővebben keretes írásunkban olvashat.)

Pár gondolat a beállításokról

Említettük már, hogy a beállítások meghatározzák a felvétel időigényét – és azt is, hogy később mire használhatjuk a pontfelhőt. Három olyan fő paraméter van, amivel érdemes megismerkednünk: a színezés, a felbontás és a minőség.

Színezés

A műszerben található egy nagyfelbontású kamera is, ami HDR képek készítésére alkalmas (A HDR lényege, hogy ugyanarról a dologról több kép is készül, az egyiken ez látszik jobban, a másikon az, és ha ezeket összerakjuk, akkor minden tökéletesen megjelenik, a világos és a sötét részek is.) Ha a felhasználó engedélyezi a színezést, akkor a pontfelhő felvételét követően a szkenner automatikusan fényképeket is készít. Egy álláspontban legalább 66 képet. A fényképeknek köszönhetően a végeredmény egy élethű, színes pontfelhő állomány.

Felbontás

Minél nagyobb felbontást állítunk be, annál nagyobb lesz a pontfelhő sűrűsége, azaz a felbontás növelésével egyre kisebb lesz a pontok közötti távolság. Érdemes megemlíteni, hogy a térszkenner-gyártók a felbontást egységesen a műszertől 10 méterre lévő síkon adják meg. A FARO térszkennerek esetén jelenleg a legnagyobb felbontás 1,5 mm. 

Minőség

Minél jobb minőségben mérünk, annál kisebb lesz a “mérési zaj”, azaz annál kisebb lesz a pontok elszóródása a felületektől.

Vegyünk egy nagyon egyszerű példát! Ahhoz, hogy az elkészült pontfelhőben pontosan tudjuk meghatározni két falsík távolságát, nagyon fontos, hogy a falakra felvett pontok ugyanabba a síkba essenek. Ha ez nem így lenne, akkor a mért távolság függene attól, hogy a kiértékeléshez használt pontok kicsit jobban, vagy kicsit kevésbé “lógnak” ki a felületből. Ezt természetesen szeretnénk elkerülni.

A távolságmérés alapja a kibocsátott és visszaérkező lézersugarak összehasonlítása. Ahhoz tehát, hogy pontos távolságmérést tudjunk megvalósítani, elengedhetetlenül fontos, hogy a lézer visszajusson a szkennerbe. Vannak olyan felületek, amik nehezebben szkennelhetők. Ilyenek például a nagyon sötét felületek vagy épp a tükrös felületek. Előbbiek a lézersugarat elnyelik, utóbbiak pedig szétverik a környezetbe. A nehezen szkennelhető felületek esetén érdemes minél nagyobb minőség-paraméter beállítást használni, hogy a problémás jellegük ellenére is pontos állományt készíthessünk.

A felbontáshoz hasonlóan a gyártók a szórás értékeket is a műszertől 10 méterre lévő síkon adják meg. A FARO térszkennereknél jól szkennelhető felületek esetén a pontok kiszóródása maximum 0.1 mm.

Méretek és méterek: a készülék jellemzői, hatótávolság és mérési hibahatár

Többféle szkenner van, különböző mérési távolsággal és pontossággal. – A FARO legnagyobb hatótávolságú műszere 350 m sugarú körben képes mérni. Ezt a hatótávot nagyméretű ipari létesítményeknél tudjuk jól kihasználni, továbbá számos olyan alkalmazás is elképzelhető, ahol fizikailag nem tudjuk megközelíteni a mérendő objektumot (pl.: hidak, magas tornyok). Ebben az esetben nagyon jól jön a nagy mérési tartomány. Tapasztalataink szerint a 70 és 150 méteres hatósugarú térszkennerek a legkeresettebbek. Ez az “arany középút”, bent és kint is jól használható. A 70 métereset jellemzően belső terekhez, illetve kisebb külső mérésekhez ajánljuk – magyarázta szakemberünk.

A FARO Focus Premium térszkennerek esetén az elérhető távolságmérési pontosság +/- 1 mm, ami akár gépészeti rendszerek, csővezetékek szkennelését is lehetővé teszi. Mérsékeltebb pontossági igényű alkalmazásokhoz a +/- 2 mm távolságmérési pontosságot garantáló FARO Focus Core szkennert ajánlja Gábriel Miklós (Pl. hegesztett szerkezetek deformációjának vizsgálatához vagy tetőszerkezetek digitalizálásához stb.)

A műszer pontosságához hozzáadódik az összefűzés pontossága, de lévén, hogy itt tizedmilliméteres hibákról beszélünk, ez jelentős mértékben nem befolyásolja a végeredményt – tette hozzá. Tehát összességében elmondhatjuk, hogy mm-es mérési hibahatárokról beszélünk.

Meg kell tanulni használni, de nem ördöngösség

A térszkennerek használata egy nap alatt megtanulható. – Persze a magabiztos gépkezeléshez valamennyi szkennelési tapasztalatra azért szükség lesz, illetve azt is meg kell tanulni, hogy mikor hova tegyük a gépet. Ezt hívjuk projekt-tervezésnek, amikor meghatározzuk az épület felméréséhez szükséges álláspontok számát és helyét, és hogy milyen beállításokat fogunk használni. Egy átlagos családi ház kívül-belül hozzávetőlegesen 30-40 álláspontból felmérhető. 

Egy készülék eladásakor a három napos képzés során az első napon magát a gépkezelést oktatjuk, a 2.-3. napon pedig azt, hogy hova állítsuk fel a gépet ahhoz, hogy a lehető legkevesebb álláspontból felmérhető legyen az épület. A térszkenner használatához nem szükséges tehát semmiféle végzettség, csak egy kis térlátás. De ez a mérnököknél, kivitelezőknél legtöbbször adott – tette hozzá Gábriel Miklós.

Árak, fenntartási költségek és bérlési lehetőségek

A SIDEX Trade Kft.-nél egyedi ajánlatkérés alapján kaphatunk pontos árakat. A műszer nem olcsó, de a befektetés néhány év alatt megtérülhet, ha sokat dolgozunk vele, akkor még hamarabb. A lézerszkennelés használata csökkenti az emberi erőforrás igényt, plusz nem kell mérnöki végzettség ahhoz, hogy “benyomjunk” rajta egy gombot.

A karbantartás kapcsán szakértőnk mindenképpen javasolja, hogy időnként küldjük szervizbe a készüléket. Ilyenkor kitisztítják, kalibrálják, szükség esetén cserélik a kopó alkatrészeket. A javítási költségeket leggyakrabban “felhasználói bakik” okozzák, a legtöbb esetben pl. a leejtés. Ennek ellenére napi használat esetén mindenképpen évenkénti szerviz ajánlott.

Ha csak kipróbálnánk a lézerszkennelést, akkor van lehetőség bérlésre és bérszkennelésre is. A SIDEX-nél a műszer bérlés napi díjának nagyságrendje 80.000 forint + ÁFA, a bérszkennelést 180.000 forint + ÁFA napidíjtól vállalják. Utóbbi persze függ a projekttől is, hogy hány nap alatt szkennelhető be az épület, kell-e szállás, van-e szükség speciális utómunkára stb. A bérlés előtt részt kell venni egy néhány órás kötelező oktatáson is, hogy biztonságosan tudjuk kezelni a műszert, és biztosan azt a végeredményt kapjuk, amit várunk. A gépbérléssel és bérméréssel kapcsolatban a következő elérhetőségeken lehet érdeklődni: 

e-mail: faro@sidextrade.hu, tel: +36 30 934 9611

Kis Zsuzsanna