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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。

在工業生產領域中，根據生產過程狀態數據的采集，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。

無論是在化學工業、石油化工或者在設備制造領域中，工業化生產設備的技術改造方案始終是流程設備生產企業和技改項目責任企業需要解決的重點問題，也為它們提出了很高的要求。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，剩余的可用空間非常狹小，因此在技改項目規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。另外還要考慮當前流程設備布置提出的要求。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，很多流程設備設計規劃者都在推動、促進尋找解決這一問題的方案。其中，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、高精度和經濟的解決方案。

廠址位于德國Worms的EvonikR?hm公司是Evonik工業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，它們就提供了滿足下一步技術服務的堅實基礎。在流程設備技術改造過程中，急需的是一份IntergraphPDS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、建模，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、準距快速測定法，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，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。由于只有部分管道連接是可以方便的掃描測繪的，因此還要考慮其他的補充解決方案。項目負責人Karl-HeinzG?rlich先生和項目組中負責CAD技術的RainerFelger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，利用3DAs-built模塊進行建模。”

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，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，并做好永久標記，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。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環境進行探測。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉，從而以極高的精度采集周圍40m內的可見物體的數據。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。在這樣的像素圖片中，可以直接進行空間點的位置測量。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。

圖2-1500m長的交叉管道系統必須在規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）。

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

利用3D圖片具有很好的可再現性。

通過與現有設計、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，因此可以對危險場合進行掃描。

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、激光射束無法直接“看到”的部位。這些都可以記錄下來，最后再與用戶協商如何處理。

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結果進行評估。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。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數據格式下建立。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。

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

采用這一技術之后，可以通過以下途徑為用戶節約資金：

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。

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。

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

RainerFelger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。技改項目的進度得到了保障，企業的生產沒有受到影響。生成的模型尺寸比例非常準確、完整。采集到的數據對流程設備的技術改造非常有價值。”

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。

在工業生產領域中，根據生產過程狀態數據的采集，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。

無論是在化學工業、石油化工或者在設備制造領域中，工業化生產設備的技術改造方案始終是流程設備生產企業和技改項目責任企業需要解決的重點問題，也為它們提出了很高的要求。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，剩余的可用空間非常狹小，因此在技改項目規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。另外還要考慮當前流程設備布置提出的要求。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，很多流程設備設計規劃者都在推動、促進尋找解決這一問題的方案。其中，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、高精度和經濟的解決方案。

廠址位于德國Worms的EvonikR?hm公司是Evonik工業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，它們就提供了滿足下一步技術服務的堅實基礎。在流程設備技術改造過程中，急需的是一份IntergraphPDS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、建模，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、準距快速測定法，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，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。由于只有部分管道連接是可以方便的掃描測繪的，因此還要考慮其他的補充解決方案。項目負責人Karl-HeinzG?rlich先生和項目組中負責CAD技術的RainerFelger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，利用3DAs-built模塊進行建模。”

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，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，并做好永久標記，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。激光掃描儀用速度很高的不可見激光束對周圍環境進行探測。在探測時，激光光束沿水平和垂直方向旋轉，從而以極高的精度采集周圍40m內的可見物體的數據。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。在這樣的像素圖片中，可以直接進行空間點的位置測量。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。

圖21500m長的交叉管道系統必須在規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）。

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

利用3D圖片具有很好的可再現性。

通過與現有設計、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，因此可以對危險場合進行掃描。

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、激光射束無法直接“看到”的部位。這些都可以記錄下來，最后再與用戶協商如何處理。

CAD建模

人們可以從不同角度對激光掃描的結果進行評估。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。3D-CAD模型要在用戶使用的基本數據格式下建立。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。

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

采用這一技術之后，可以通過以下途徑為用戶節約資金：

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。

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。

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

RainerFelger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。技改項目的進度得到了保障，企業的生產沒有受到影響。生成的模型尺寸比例非常準確、完整。采集到的數據對流程設備的技術改造非常有價值。”