Nieuws

3D scanning: Van “Capture Reality” naar een strakke schematische voorstelling van de werkelijkheid

  1. I. Introductie

3D-laserscanning is in opkomst en wint steeds meer in populariteit en het toepassingsgebied breidt langzaam uit. Scannen is het inmeten van objecten voor o.a. tekeningen, 3D modellering, BIM, reverse engineering, clashing en 3D printen. Maar wat is dat 3D-lasercanning nou eigenlijk? In dit artikel zullen een aantal belangrijke items de revue passeren, op deze wijze willen wij als Asbuilt 3D scanning u op een correcte wijze informeren over de mogelijkheden van deze relatief nieuwe techniek. Wat we verstaan onder 3D scanning lijkt een nogal basale vraag maar wel degelijk van belang om eerst wat nuance aan te brengen in dit verhaal en daarmee ook de verwachtingen iets wat te managen. Een 3D-scannner maakt een beeld middels laserstralen met als belangrijkste eigenschap dat ook de afstand van het apparaat tot object wordt bepaald, middels de reflectietijd. Doordat de lasterstraal steeds een “ander” deel van het object raakt kan ook de ruimtehoek worden vastgelegd, kortom er ontstaat een driedimensionaal beeld met x,y en z coördinaten. Het resultaat van deze scan heet in het jargon ook wel de puntenwolk/pointcloud. In de praktijk zal de scanner vaak ook nog uitgerust zijn met een interne fotocamera om later in het verwerkingsproces de juiste kleurwaarde te combineren met de puntenwolk.

Het meten van afstanden en hoeken is natuurlijk niks nieuws, we kennen bijvoorbeeld de “Disto”, alleen geschikt voor het meten van afstanden en de “Total Station” die de afstand combineert met de hoek. Ik hoor u denken wat is dan nou eigenlijk het verschil? Een 3D-laserscanner kan dus best vergeleken worden met een “Total Station” alleen dan wel volledig automatisch en meet een laserscanner met een veel hogere frequentie, tot wel 1.000.000 meetpunten per seconde. Kortom de techniek zelf verschilt weinig, alleen het eindresultaat: de puntenwolk is vele malen completer en gedetailleerder en biedt daarmee een brede basis voor verdere verwerking. Zoals u zult begrijpen wordt door deze volledige opname van de werkelijkheid de grip op complexe structuren groter waardoor de foutmarge drastische zal dalen.

  1. II. 3D-scanners

Dit neergeschreven stukje commercie klinkt leuk en aardig maar komt zeker niet zomaar uit de lucht vallen. Het gevarieerde aanbod van de High-end en Low-end scanners met prijzen van €2000 tot €350.000 geeft stof tot nadenken en geeft eigenlijk ook weer met wat voor complexe techniek we te maken hebben. Het grootste verschil zit hem voornamelijk in de nauwkeurigheid en detailniveau van de pointcloud.

 
 

Nauwkeurigheid

Een vaak voorkomende vraag bij het scannen is hoe nauwkeurig kunnen jullie nou eigenlijk werken? Nauwkeurig wordt in de scan wereld vertaald naar maataccuratie. Accuaratie is dus de gemeten afstand vergeleken met de werkelijke afstand waarin 1 scanpunt zich begeeft in een bol met een straal x waarbij een afwijking van 2mm dus een maximaal verschil van 4mm met betrekking tot de werkelijkheid kan geven. Belangrijke factoren nauwkeurigheid:

·      De kwaliteit van de scanner en jaarlijkse ijking (kalibratie)

·      De hoeknauwkeurigheid van de scanner (horizontaal en verticaal)

·      De eigenschappen van de compensator

·      De laserklasse en afstandnauwkeurigheid van de laser (lineaire fout)

·      De ruisonderdrukking (range noise)

·      De afstand tot de te meten onderdelen en de hoek van aanmeting

·      De kleur, reflectie-eigenschappen en structuur van gemeten materiaal

·      De weers- en atmosferische invloeden (luchtvochtigheid, stof, temperatuur, druk)

·      De mogelijke stralingsinterferentie van andere lichtbronnen

·      De correcte registratiemethode en de kwaliteit van de gekozen registratiesoftware

·      De correcte omzetting van het bronbestand naar het gevraagde bestand (.ptx, .pts, .rcp, etc.)

·      De scanmethode en het scanplan (juiste kwaliteits- en resolutieinstellingen)

 

 

Een vaak voorkomend risico van een Low-end scanner door de geringe accuraatheid, is dat software matig de onnauwkeurigheid niet verwerkbaar/aanpasbaar is waardoor eigenlijk een volstrekt waardeloze pointcloud ontstaat. Bijkomend voordeel van de High-end scanner is de interne camera, deze kent namelijk het zelfde centrumpunt als de laser waardoor er geen verschuiving van de pointcloud ten opzichte van de foto ontstaat. Dit werkt als volgt: eerst wordt de laserscan gemaakt van het object waarna vervolgens een “foto” ronde wordt gemaakt die automatisch de HDR foto’s aan elkaar plakt zonder overgang. De combinatie camera en laserscanner wordt gecomplementeerd met een stabilisator die tijdens of achteraf de gemaakte beweging compenseert, dit allemaal om zo nauwkeurig mogelijk te werken. Kortom de High-end scanners leveren de beste datakwaliteit, ook in minder optimale omstandigheden! Minder optimale omstandigheden zijn vaak gerelateerd aan materiaal- eigenschappen van de gescande oppervlaktes. Hierbij kan gedacht worden aan kleur, reflectie, structuur en transparantie. Let op een dure scanner is geen garantie voor het beste eindresultaat, maatwerk blijft namelijk vereist een combinatie van de juiste scanner, operator en software tesamen zal hieraan ten grondslag liggen. Nu we de 3D scanner zelf uitvoerig hebben besproken zal in de volgende alinea een korte toelichting geven worden over het proces: van klantopdracht tot opdracht aflevering.

 
 

Resolutie

De resolutie van een scanner bepaald mede het te behalen detail niveau. Het is de kleinste hoek waarbij twee losse punten nog steeds waarneembaar zijn. Resolutie eenheden worden op kunnen op twee manieren worden weergegeven. De tussenafstand van twee punten op een vast afstand op 50m. De hoekverdraaiing tussen de twee punten ten opzicht van de assen van de 3D-laserscanner. Let op veel meetpunten/ hoge resolutie draagt per definitie niet bij aan een hogere accuratie.

 

 

III.          Stappenplan: van scanopdracht to oplevering

1: De start van een scanopdracht zal op kantoor of online plaatsvinden waarin de klant zijn wensen aangeeft en vragen zal moeten beantwoorden over wat er gescand moet worden tot wat de klant nou eigenlijk voor “eind product” verwacht? Een rare vraag misschien maar het maken van een 3D-scan en de bijbehorende pointcloud is vaak nog geen toepasbaar eindproduct (natuurlijk zijn er situaties mogelijk waarin alleen een pointcloud voldoende is). 2:  Het selecteren van de juiste 3D High-end scanner gebaseerd op de klantenwensen en het te scannen object. 3: Na het in kaart brengen van de eisen en de geselecteerde scanner kan een offerte uitgebracht worden. Na goedkeurig van de offerte kan de volgende stap beginnen. 4: Het scannen zelf start met het maken van scanplan waarin de plaats van de scanner heel belangrijk is voor compleetheid, overlapping is geen punt. Een gescande schuwvlek is onbruikbaar! Eindproduct in deze stap is dus een pointcloud. 5: De daadwerkelijke engineering begint hier pas, het “scan to BIM” is tot op heden een fabel. De pointcloud zal omgevormd moeten worden naar een tekening met informatie. Vanuit hier zijn er diverse toepassingen beschikbaar: reverse engineering, BIM, clash detection en 3D tekeningen. 6: Oplevering van het eindproduct zowel de pointcloud als de hieruit voorkomende gevraagde eindproducten.

Wij van Asbuilt 3D Scanning helpen u graag verder bij het aanbieden van een juist 3D scan advies.

 

Kijk op onze linkedin pagina voor nieuws, projecten en meer.

https://www.linkedin.com/company/asbuilt-3d-scanning/

Asbuilt 3D Scanning heeft sinds kort een nieuwe website.