Pistepilvestä 3D:hen – laserkeilaus teollisuudessa

Laserkeilausta käytetään laajasti teollisuudessa ja rakennusalalla esimerkiksi rakennus- ja muutosprojektien suunnittelussa ja koko laitoksen elinkaaren aikaisessa ylläpidossa.

Laserkeilauksen vahvuus on siinä, että olemassa oleva ympäristö voidaan tallentaa mittatarkasti digitaaliseen muotoon. Kun fyysisestä kohteesta on käytettävissä ajantasainen ja luotettava kolmiulotteinen aineisto, sitä voidaan hyödyntää suunnittelussa, tarkastuksissa, dokumentoinnissa, koulutuksessa ja päätöksenteossa ilman, että kaikkea tarvitsee tarkistaa paikan päällä.

Miten laserkeilaus toimii?

Laserkeilauksessa olemassa oleva ympäristö tallennetaan digitaaliseen pistepilvimuotoon. Laserskanneri mittaa laserin avulla suuren määrän pisteitä ympäristöstään. Näistä pisteistä muodostuu kolmiulotteinen pistepilvi, joka vastaa mittasuhteiltaan todellista kohdetta.

Pistepilvi ei ole vielä varsinainen 3D-malli, vaan se koostuu yksittäisistä mitatuista pisteistä. Pisteet kuvaavat skannerin havaitsemia pintoja, rakenteita, laitteita ja ympäristöä. Kun pisteitä on riittävän paljon, kokonaisuudesta muodostuu erittäin tarkka digitaalinen kuva skannatusta tilasta.

Täkymetriin verrattuna laserskanneri mittaa niin sanottuja “tyhmiä” pisteitä. Ne eivät lähtökohtaisesti sisällä tietoa siitä, mitä kohdetta ne kuvaavat, vaan ne ovat mittauspisteitä suhteessa skannerin sijaintiin. Varsinainen merkitys, kuten laite, putki, taso tai rakenne, voidaan lisätä aineistoon myöhemmässä käsittelyssä, mallinnuksessa tai esimerkiksi Reality Twin -ympäristössä.

Laserkeilauksella voidaan skannata suuriakin alueita nopeasti ja mittatarkasti. Menetelmä soveltuu erityisen hyvin kohteisiin, joissa tarvitaan luotettavaa tietoa olemassa olevasta ympäristöstä, mutta joissa perinteinen mittaaminen olisi hidasta, vaikeaa tai turvallisuuden kannalta hankalaa.

Erilaiset laserskannerit ja niiden käyttötarkoitukset

Laserskannereita on erilaisia, ja ne hyödyntävät erilaisia mittaustekniikoita. Oikea menetelmä valitaan aina käyttötarkoituksen, tarvittavan tarkkuuden, kohteen koon ja aikataulun perusteella.

Kolmijalalle asetettava laserskanneri mittaa ympäristöä yhdestä mittausasemasta kerrallaan. Skanneri pyörähtää 360 astetta ja mittaa ympärilleen laitteen asetuksista riippuen esimerkiksi noin 30 miljoonaa pistettä yhdellä skannausasemalla. Kun useita skannausasemia yhdistetään, pistepilven katvealueita voidaan vähentää ja kokonaisuudesta saadaan tarkempi.

Kolmijalkaskannereilla päästään tyypillisesti millimetriluokan tarkkuuteen. Siksi ne soveltuvat hyvin esimerkiksi teollisuuslaitosten yleisskannaukseen, laitteiden tarkempaan mittaamiseen, murskaimien ja myllyjen kaltaisten kohteiden dokumentointiin sekä tilanteisiin, joissa mittoihin täytyy voida luottaa suunnittelussa tai asennusten tarkastuksessa.

Kannettavat ja mobiilit skannerit puolestaan mittaavat jatkuvasti liikkeessä. Niiden etuna on nopeus: suuria alueita voidaan tallentaa huomattavasti nopeammin kuin yksittäisillä kolmijalkaskannauksilla. Tarkkuus on kuitenkin yleensä heikompi, tyypillisesti senttimetriluokkaa. Siksi mobiiliskannaus sopii hyvin esimerkiksi toimistotilojen, kulkureittien, yleisten tehdasalueiden tai laajojen tilojen nopeaan yleisskannaukseen.

Skannerit ottavat usein mittauksen yhteydessä myös valokuvia. Näitä kuvia voidaan käyttää pistepilven värjäämiseen sekä yleiseen visuaaliseen tarkasteluun. Kun mittatarkka pistepilvi ja valokuvamainen näkymä täydentävät toisiaan, aineistoa on helpompi tulkita myös niille käyttäjille, jotka eivät työskentele päivittäin mittausdatan tai 3D-mallien parissa.

Mitä pistepilvestä voidaan tehdä?

Pistepilvi koostuu suuresta määrästä mitattuja pisteitä, jotka ovat samassa mittasuhteessa todellisen ympäristön kanssa. Sen avulla voidaan tarkastella kohdetta tietokoneelta käsin eri kulmista ja mitata etäisyyksiä ilman uutta kenttäkäyntiä.

Pistepilven päälle voidaan tuoda esimerkiksi suunnitelmia, jolloin voidaan arvioida, miten uudet rakenteet, putkilinjat, laitteet tai muut muutokset sopivat olemassa olevaan ympäristöön. Sitä voidaan myös käyttää toteutuneiden asennusten vertaamiseen alkuperäisiin suunnitelmiin. Näin voidaan tarkistaa, vastaako toteutus suunniteltua ja tarvitseeko dokumentaatiota päivittää.

Pistepilven pohjalta voidaan tehdä myös todellisuutta vastaava 3D-mallinnus. Käytännössä tämä tarkoittaa, että pistepilven perusteella mallinnetaan 3D-objekteja, jotka vastaavat skannattuja rakenteita ja laitteita. Tällainen malli voi olla hyödyllinen esimerkiksi suunnittelussa, muutostöissä, törmäystarkasteluissa ja dokumentoinnissa.

Pisteet voidaan myös kolmioida, jolloin pistepilvestä muodostetaan pintamalli. Pintamalli tekee kohteesta visuaalisesti yhtenäisemmän ja helpommin käsiteltävän, mutta kolmioinnin vuoksi se on yleensä hieman alkuperäistä pistepilveä epätarkempi. Siksi käyttötarkoitus ratkaisee, kannattaako aineistona käyttää pistepilveä, pintamallia, erikseen mallinnettua 3D-mallia vai näiden yhdistelmää.

Reality Twin mahdollistaa erilaisten aineistojen tarkastelun samassa ympäristössä. Pistepilviä, pintamalleja, 3D-malleja, 360-kuvia, valokuvia ja suunnitelmia voidaan tarkastella rinnakkain, jolloin käyttäjä saa kokonaiskuvan kohteesta ja siihen liittyvästä tiedosta.

Mitä aineistoa laserkeilauksesta voidaan toimittaa?

Laserkeilauksen lopputuloksena asiakas saa käyttöönsä mittatarkan aineiston skannauskohteesta. Toimitettava formaatti valitaan käyttötarkoituksen mukaan. Yleisimpiä aineistoja ovat esimerkiksi:

• Pistepilvet: E57, PTS, PTX ja Recap
• Pintamallit: NWD, OBJ ja STL
• 3D-mallit: DWG ja STEP
• Kuvat: 360-kuvat, kuplakuvat ja tavalliset valokuvat
• Muut formaatit ja aineistot: Reality Twin, Scene2go-katseluohjelma, Aveva LFD, mahdolliset laskelmat ja raportit sekä kentällä mitatut pisteet listattuna

Aineistolla on monia käyttötarkoituksia. Sitä voidaan käyttää uuden suunnitteluun, vanhan purkamiseen, logistiikan suunnitteluun, mittojen tarkistamiseen, henkilöstön kouluttamiseen sekä investointisuunnitelmien havainnollistamiseen johdolle ja muille sidosryhmille.

Laserkeilauksen käyttökohteet teollisuudessa

Laserkeilauksen käyttökohteille on vaikea määritellä yhtä tarkkaa rajaa. Sitä voidaan hyödyntää lähes kaikissa tilanteissa, joissa tarvitaan luotettavaa tietoa olemassa olevasta fyysisestä ympäristöstä.

Asennusprojektin alkuvaiheessa laserkeilauksella voidaan luoda mittatarkka dokumentaatio suunnittelun tueksi. Kun suunnittelijoilla on käytössään ajantasainen kolmiulotteinen aineisto, voidaan esimerkiksi putkistojen, laitteiden, kulkureittien ja rakenteiden yhteensopivuutta arvioida ennen varsinaista toteutusta.

Projektin aikana laserkeilauksella voidaan seurata etenemistä ja dokumentoida muutoksia. Projektin lopussa sen avulla voidaan varmistaa, että toteutuneet asennukset vastaavat suunnitelmia. Tarvittaessa dokumentaatio voidaan korjata vastaamaan todellisuutta, jolloin tulevat projektit eivät perustu vanhentuneeseen tietoon.

Jo projektin alkuvaiheessa säästöt voivat olla merkittäviä, jos todellisuutta vastaava kolmiulotteinen aineisto auttaa välttämään esimerkiksi törmäyksiä, virheellisiä mitoituksia tai ylimääräisiä tarkistuskäyntejä. Laserkeilausaineistoa voidaan hyödyntää myös henkilöstön ja yhteistyökumppanien kouluttamisessa sekä vähentää tarvetta mennä kentälle vain tarkistamaan mittoja tai sijainteja.

Laserkeilaus on usein nopeampaa kuin perinteiset mittanauhalla ja valokuvilla tehtävät mittaukset. Menetelmän avulla voidaan tarkastella rakennuksen, laitteen tai tuotantoympäristön mittoja tietokoneelta käsin useista eri näkökulmista. Tämä vähentää työmaakäyntejä ja helpottaa työskentelyä erityisesti silloin, kun kohde sijaitsee korkealla, suljetussa tilassa, vaarallisessa ympäristössä tai alueella, johon pääsee vain tuotannon ollessa pysäytettynä.

Laserkeilaustapojen ja täydentävien menetelmien erot

Eri mittaus- ja dokumentointimenetelmillä on omat vahvuutensa ja rajoituksensa. Siksi samaan projektiin voidaan usein yhdistää useita teknologioita.

Kolmijalkaskannaus eli perinteinen laserkeilaus

Kolmijalkaskannaus on perinteinen ja erittäin tarkka laserkeilausmenetelmä. Se soveltuu teollisuuden yleisskannaukseen sekä tarkempaa mittausta vaativiin kohteisiin.

Sen etuja ovat millimetriluokan tarkkuus, hyvä geometrinen luotettavuus ja soveltuvuus myös vaativiin teollisuusympäristöihin. Kolmijalkaskannerit mittaavat myös pitkälle: tavallisesti noin sadan metrin etäisyyksille, ja eräillä laitteilla vielä huomattavasti kauemmas. Ne ottavat lisäksi valokuvia, joita voidaan hyödyntää pistepilven värityksessä ja kohteen tarkastelussa.

Menetelmän rajoitteena on hitaampi eteneminen verrattuna mobiiliskannaukseen, koska skannaukset tehdään yksittäisistä asemista. Laajoissa kohteissa mittausasemia tarvitaan useita, jotta katvealueet saadaan minimoitua.

Lue lisää

Mobiililaserskannaus

Mobiililaserskannaus soveltuu erityisesti suurten alueiden nopeaan yleisskannaukseen. Koska skannaus tapahtuu liikkeessä, laajoja tiloja voidaan tallentaa nopeasti ja kustannustehokkaasti.

Mobiiliskannauksen tarkkuus on yleensä senttimetriluokkaa, joten se ei korvaa kolmijalkaskannausta silloin, kun tarvitaan millimetriluokan mittatarkkuutta. Sen sijaan se sopii hyvin tilanteisiin, joissa tärkeintä on saada nopeasti kattava yleiskuva tiloista, kulkureiteistä tai laajoista alueista.

Myös mobiiliskannaus voi sisältää valokuvia, mikä parantaa aineiston tulkittavuutta ja helpottaa kohteiden tunnistamista.

Lue lisää

Käsiskanneri

Käsiskannerit soveltuvat pienten kohteiden tarkkaan skannaukseen. Niiden etuna on se, että laite mahtuu ahtaisiin tiloihin, joihin suurempi skanneri ei välttämättä mahdu.

Tarkkuus voi olla millimetriluokkaa, mutta käyttökohde on yleensä rajallinen. Käsiskanneria tarvitaan lähinnä pikkutarkkaan skannaukseen pienissä kohteissa. Monissa teollisuuden käyttötapauksissa kolmijalkaskanneri korvaa käsiskannerin, koska sillä saadaan tarkkaa aineistoa myös suuremmilta alueilta.

Maatutkaus (Georadar)

Maatutkausta käytetään maanalaisten rakenteiden, kuten putkien, kaapeleiden ja muiden piilossa olevien kohteiden etsimiseen ja mallintamiseen. Se on hyödyllinen menetelmä esimerkiksi silloin, kun suunnitellaan kaivuutöitä, uusia perustuksia tai muutoksia piha-alueilla.

Vanhemmilla tehdasalueilla ei ole välttämättä lainkaan tietoa siitä, mitä kaikkea minnekin kohti on maan alle rakennettu edellisen 100 vuoden aikana. Ajantasaiset ja luotettavat kuvat ja dokumentointi puuttuvat. Tällöin maatutkaus on tehokkain tapa saada tiedot luotettavasti ajan tasalle.

Maatutkauksen tulokset vaativat kuitenkin tulkintaa. Aineisto ei ole samalla tavalla suoraviivaista kuin näkyvän ympäristön laserkeilaus, vaan tulosten arviointi edellyttää kokemusta ja asiantuntemusta.

Lue lisää

Dronekuvaus ja fotogrammetria

Drone ei varsinaisesti skannaa, vaan ottaa valokuvia. Kuvien pohjalta voidaan fotogrammetrian avulla luoda kolmiulotteisia pintamalleja ja aluemalleja. Menetelmä soveltuu erityisesti ulkoalueille, kuten tehdasalueiden pihoille, katoille, säiliöiden päälle, julkisivuihin ja laajoihin alueisiin, joita olisi hankala dokumentoida pelkästään maasta käsin.

Dronekuvauksen etuna on suurten alueiden nopea kuvaaminen ja runsas visuaalinen aineisto. Tarkkuus on yleensä senttimetriluokkaa. Droneaineisto voi täydentää laserkeilausta, kun eri aineistot sidotaan samaan koordinaatistoon. Näin saadaan näkyviin myös kohteita, joita ei ole järkevää tai turvallista mitata pelkällä maaskannauksella.

Lue lisää

Gaussian Visuals tuo valokuvamaisen näkymän teollisuusympäristöön

Gaussian Visuals on uusi, lähes valokuvantarkka näkymä SolidComp Reality Twinissä. Se hyödyntää Gaussian splatting -menetelmää, jonka avulla tuotantolaitos voidaan esittää hyvin todentuntuisena, navigoitavana 3D-ympäristönä. Tämänhetkinen teknologia vaatii Gaussian visuals –tason tulokselle laserkeilausta siihen erityisesti suunnitellulla skannerilla, joten tarve kannattaa ottaa huomioon jo laserkeilasprojektin suunnitteluvaiheessa.

Menetelmä perustuu miljooniin Gaussian “splateihin”, jotka toistavat värejä, syvyyksiä, varjostuksia ja tekstuureja. Lopputuloksena on visuaalisesti selkeä ja helposti tulkittava näkymä, jossa laitteet, tilat ja rakenteet on helppo tunnistaa ja sijoittaa oikeaan kontekstiin.

Gaussian Visuals ei korvaa mittatarkkaa pistepilveä, pintamallia tai muuta teknistä aineistoa, vaan täydentää niitä. Sen vahvuus on visuaalisessa uskollisuudessa ja selkeydessä. Kun ympäristö näyttää tutulta ja todentuntuiselta, sitä on helpompi käyttää keskusteluissa, suunnittelussa, koulutuksessa ja yhteistyössä eri tiimien sekä kumppaneiden välillä.

Lue lisää

Miten oikea skannaustapa valitaan?

Oikea skannaustapa riippuu siitä, mitä aineistolla halutaan tehdä. Tarvitaanko millimetriluokan tarkkuutta suunnittelun lähtötiedoksi? Haluammeko nopeasti yleiskuvan suuresta alueesta? Tarvitaanko ulkoalueista malli, tai halutaanko selvittää maanalaisten rakenteiden sijainteja?

Käytännössä paras ratkaisu voi olla useiden menetelmien yhdistelmä.

Esimerkiksi paperitehtaan koko alueen dokumentointi voitaisiin toteuttaa hybridimallina. Sisätilat skannattaisiin yleisesti mobiiliskannauksella, jotta kattava kokonaisuus saadaan nopeasti talteen. Alueet, joilta vaaditaan tarkempaa aineistoa, skannattaisiin kolmijalkaskannereilla. Esimerkiksi paperikoneen ympäristö voitaisiin mitata tarkemmin, kun taas muille tasoille mobiiliskannaus voisi olla riittävä.

Rakennuksen ulkopuoli ja piha-alueet voitaisiin kuvata dronella. Katvealueita, kuten säiliöiden välejä, täydennettäisiin maasta tehtävällä skannauksella. Piha-alueita voitaisiin täydentää maatutkauksella, jos halutaan saada näkyviin myös maanalaisten rakenteiden sijainteja.

Kaikki aineistot liitettäisiin samaan koordinaatistoon esimerkiksi täkymetrin tai GPS avulla. Tämä helpottaa aineistojen yhdistämistä ja mahdollistaa sen, että kohdetta voidaan täydentää myöhemmin. Jos esimerkiksi tiettyä aluetta täytyy tulevaisuudessa tarkentaa kolmijalkaskannauksella, olemassa oleva yleisskannaus ja koordinaatisto muodostavat valmiin pohjan. Tämä helpottaa työtä ja voi pienentää myös asiakkaan kustannuksia.

Miksi aineiston jatkokäyttö kannattaa huomioida jo alussa?

Laserkeilaus voidaan toteuttaa yksittäisenä projektimittauksena, mutta aineiston todellinen arvo kasvaa, kun sitä ajatellaan pitkäikäisenä lähtötietona. Pistepilveä voidaan käyttää sellaisenaan, mutta sen pohjalta voidaan myöhemmin tehdä myös pintamalleja, 3D-malleja, analyysejä, raportteja ja digitaalisen kaksosen ympäristöjä.

Jos asiakas tarvitsee pelkän pistepilven, se voidaan toimittaa. Usein on kuitenkin hyödyllistä, että samasta paikasta saa myös jatkokäsittelypalvelut, kuten mallinnuksen, pintamallit tai analyysit. Tällöin asiakkaan ei tarvitse etsiä erillistä alihankkijaa jokaiseen jatkotarpeeseen.

Ostopäätöksissä hinta on usein merkittävä tekijä. Pelkkä skannaus on kilpailtu palvelu, ja sen voi joskus toteuttaa suhteellisen edullisesti. Jos aineistoa kuitenkin halutaan hyödyntää pitkällä aikavälillä suunnittelussa, kunnossapidossa, turvallisuudessa ja dokumentoinnissa, kannattaa arvioida myös aineiston laatu, yhteensopivuus ja jatkokäyttömahdollisuudet.

Projektikohtaisessa päätöksenteossa korostuvat usein nopea toteutus ja hinta. Pitkäjänteisessä käytössä merkitystä on myös sillä, miten hyvin aineisto säilyy käyttökelpoisena, miten sitä voidaan päivittää ja miten helposti se saadaan käyttöön eri rooleille organisaatiossa.

Usein kysyttyjä kysymyksiä laserkeilauksesta

Kuinka tarkkaa laserkeilausdata on?

Tarkkuus riippuu käytetystä menetelmästä ja laitteesta. Kolmijalkaskannauksessa päästään tyypillisesti millimetriluokan tarkkuuteen, kun taas mobiiliskannauksessa tarkkuus on yleensä senttimetriluokkaa.

Pistepilvi on yleensä tarkempi kuin siitä muodostettu pintamalli tai mallinnettu 3D-malli. Pistepilvi voi olla millimetriluokassa, kun taas jatkojalostetut mallit ovat usein käyttötarkoituksesta riippuen senttimetriluokan tarkkuuksissa.

Voiko laserkeilausaineistoa käyttää suoraan suunnittelussa?

Kyllä, laserkeilausaineistoa voidaan käyttää suoraan suunnittelussa, jos käytettävä suunnitteluohjelma tukee toimitettuja formaatteja. Pistepilviä, pintamalleja ja 3D-malleja voidaan käyttää lähtötietona esimerkiksi muutossuunnittelussa, törmäystarkasteluissa ja asennusten suunnittelussa.

Reality Twinissä erilaisia formaatteja voidaan tarkastella yhtä aikaa. Sen avulla voidaan tuoda myös omia suunnitelmia olemassa olevan aineiston päälle ja tarkastella niitä suhteessa todelliseen ympäristöön.

Kuinka usein laserkeilaus kannattaa uusia?

Laserkeilaus kannattaa päivittää silloin, kun aiemmin skannatulle alueelle tulee muutoksia. Tällaisia muutoksia voivat olla esimerkiksi uudet säiliöt, laitteet, putkistot, rakenteet tai muut asennukset.

Päivitysten avulla aineisto pysyy ajankohtaisena ja käyttökelpoisena. Kustannusten kannalta on hyvä huomioida, että päivityskäynnit ovat yleensä alkuperäistä kartoitusta kevyempiä, koska pohjatyöt, koordinaatisto ja aiempi aineisto ovat jo olemassa. Tällöin työ voidaan rajata vain päivitettävälle alueelle.

Laserkeilaus tekee fyysisestä ympäristöstä käytettävää tietoa

Laserkeilauksen arvo ei synny pelkästään siitä, että kohteesta saadaan kolmiulotteinen aineisto. Sen todellinen hyöty syntyy, kun aineistoa voidaan käyttää työn tukena: suunnittelussa, kunnossapidossa, turvallisuudessa, koulutuksessa, dokumentoinnissa ja päätöksenteossa.

Kun fyysinen ympäristö on tallennettu mittatarkasti ja aineisto on helposti saavutettavassa muodossa, monia asioita voidaan tarkistaa, suunnitella ja havainnollistaa ilman ylimääräisiä kenttäkäyntejä. Tämä parantaa työn sujuvuutta ja vähentää epävarmuutta erityisesti monimutkaisissa teollisuusympäristöissä.

Laserkeilaus on siksi paljon enemmän kuin mittausmenetelmä. Se on tapa muuttaa olemassa oleva tehdas, laitos tai rakennettu ympäristö pitkäikäiseksi digitaaliseksi lähtötiedoksi, jota voidaan hyödyntää yhä uudelleen eri tarpeisiin.

Tilaa SolidCompin uutiskirje

Saat SolidCompilta uutiskirjeen noin kerran kuussa. Kerromme kirjeessä teollisuuden, SolidCompin sekä SolidComp Reality Twinin uusimmista tapahtumista.

Tilaa uutiskirje