Från punktmoln till 3D – laserskanning inom industrin

Laserskanning metoden används i stor utsträckning inom industrin och byggsektorn, till exempel vid planering av bygg- och ombyggnadsprojekt samt vid underhåll av hela anläggningens livscykel.

Laserskanningens styrka ligger i att en befintlig miljö kan dokumenteras digitalt med hög måttnoggrannhet, snabbt och kostnadseffektivt. När det finns uppdaterade och tillförlitliga 3D-data från en fysisk anläggning kan dessa användas vid projektering, inspektioner, dokumentation, utbildning och beslutsfattande utan att allt behöver kontrolleras på plats.

Hur fungerar laserskanning?

Vid laserskanning dokumenteras en befintlig miljö som ett digitalt punktmoln. En laserskanner mäter med hjälp av laser ett stort antal punkter i sin omgivning. Av dessa punkter bildas ett tredimensionellt punktmoln som motsvarar det verkliga objektet eller den verkliga miljön i skala.

Ett punktmoln är ännu inte en egentlig 3D-modell, utan består av enskilda uppmätta punkter. Punkterna beskriver de ytor, konstruktioner, maskiner, utrustningar och omgivningar som skannern har registrerat. När det finns tillräckligt många punkter bildar helheten en mycket noggrann digital återgivning av det skannade utrymmet.

Jämfört med en totalstation mäter laserskannern så kallade “dumma” punkter. De innehåller i grunden ingen information om vilket objekt de beskriver, utan är mätpunkter i förhållande till skannerns position. Den faktiska betydelsen, till exempel om punkten representerar en utrustning, ett rör, ett plan eller en konstruktion, kan läggas till senare vid bearbetning, modellering eller till exempel i Reality Twin-miljön.

Med laserskanning kan även stora områden skannas snabbt och med hög måttnoggrannhet. Metoden lämpar sig särskilt väl för objekt där tillförlitlig information om den befintliga miljön behövs, men där traditionell mätning skulle vara långsam, svår eller utmanande ur säkerhetssynpunkt.

Olika typer av laserskannrar och deras användningsområden

Det finns olika typer av laserskannrar, och de bygger på olika mättekniker. Rätt metod väljs alltid utifrån användningsområde, krav på noggrannhet, objektets storlek och tidtabell.

En stativmonterad laserskanner mäter miljön från en skanningsposition i taget. Skannern roterar 360 grader och kan, beroende på inställningarna, mäta exempelvis cirka 30 miljoner punkter från en enda skanningsposition. Genom att kombinera flera skanningspositioner kan skuggområden i punktmolnet minskas och helheten göras mer noggrann.

Med stativskannrar uppnås normalt noggrannhet på millimeternivå. Därför lämpar de sig väl för allmän skanning av industrianläggningar, mer exakt mätning av utrustning, dokumentation av objekt som krossar och kvarnar samt situationer där måtten måste vara tillförlitliga för projektering eller kontroll av installationer.

Bärbara och mobila skannrar mäter däremot kontinuerligt medan de är i rörelse. Deras främsta fördel är hastigheten: stora områden kan dokumenteras betydligt snabbare än med enskilda stativskanningar. Noggrannheten är dock oftast lägre, typiskt på centimeternivå. Därför lämpar sig mobilskanning väl för snabb översiktlig skanning av till exempel kontorslokaler, gångvägar, allmänna fabriksområden eller stora utrymmen.

Skannrar tar ofta även fotografier i samband med mätningen. Bilderna kan användas för att färgsätta punktmolnet och för allmän visuell granskning. När ett måttnoggrant punktmoln och en fotografisk vy kompletterar varandra blir materialet lättare att tolka även för användare som inte dagligen arbetar med mätdata eller 3D-modeller.

Vad kan man göra med ett punktmoln?

Ett punktmoln består av ett stort antal uppmätta punkter som är i samma skala som den verkliga miljön. Med hjälp av punktmolnet kan objektet granskas från olika vinklar på en dator och avstånd kan mätas utan ett nytt platsbesök.

Exempelvis kan planer föras in ovanpå punktmolnet. Då kan man bedöma hur nya konstruktioner, rördragningar, utrustningar eller andra förändringar passar in i den befintliga miljön. Punktmolnet kan också användas för att jämföra utförda installationer med de ursprungliga planerna. På så sätt kan man kontrollera om utförandet motsvarar planeringen och om dokumentationen behöver uppdateras.

Punktmolnet kan även användas som underlag för 3D-modellering som motsvarar verkligheten. I praktiken innebär detta att 3D-objekt modelleras utifrån punktmolnet så att de motsvarar de skannade konstruktionerna och utrustningarna. En sådan modell kan vara användbar vid projektering, ombyggnadsarbeten, kollisionskontroller och dokumentation.

Punkterna kan också trianguleras, vilket innebär att ett ytmodellmaterial skapas av punktmolnet. En ytmodell gör objektet visuellt mer sammanhängande och enklare att hantera, men på grund av trianguleringen är den vanligtvis något mindre exakt än det ursprungliga punktmolnet. Därför avgör användningsområdet om det är mest ändamålsenligt att använda punktmoln, ytmodell, separat modellerad 3D-modell eller en kombination av dessa.

Reality Twin gör det möjligt att granska olika typer av material i samma miljö. Punktmoln, ytmodeller, 3D-modeller, 360°-bilder, fotografier och planer kan granskas parallellt, vilket ger användaren en helhetsbild av objektet och den information som är kopplad till det.

Vilket material kan levereras från laserskanning?

Som resultat av laserskanningen får kunden tillgång till måttnoggrant material från det skannade objektet. Leveransformatet väljs utifrån användningsområdet. Vanliga material och format är till exempel:

• Punktmoln: E57, PTS, PTX och Recap
• Ytmodeller: NWD, OBJ och STL
• 3D-modeller: DWG och STEP
• Bilder: 360°-bilder, bubbelbilder och vanliga fotografier
• Övriga format och material: Reality Twin, Scene2go-visningsprogram, Aveva LFD, eventuella beräkningar och rapporter samt listor över punkter uppmätta i fält

Materialet har många användningsområden. Det kan användas för planering av nya installationer, rivning av gamla strukturer, logistikplanering, kontroll av mått, utbildning av personal samt visualisering av investeringsplaner för ledning och andra intressenter.

Laserskanningens användningsområden inom industrin

Det är svårt att dra en exakt gräns för laserskanningens användningsområden. Metoden kan användas i nästan alla situationer där tillförlitlig information om en befintlig fysisk miljö behövs.

I början av ett installationsprojekt kan laserskanning användas för att skapa måttnoggrann dokumentation som stöd för projektering. När konstruktörer har tillgång till uppdaterat tredimensionellt material kan till exempel rörsystem, utrustning, gångvägar och konstruktioner bedömas innan själva genomförandet inleds.

Under projektets gång kan laserskanning användas för att följa upp framdrift och dokumentera förändringar. I slutet av projektet kan skanningen användas för att säkerställa att de utförda installationerna motsvarar planerna. Vid behov kan dokumentationen korrigeras så att den motsvarar verkligheten, vilket gör att framtida projekt inte bygger på föråldrad information.

Redan i början av ett projekt kan besparingarna vara betydande om verklighetsbaserat tredimensionellt material hjälper till att undvika till exempel kollisioner, felaktiga måttsättningar eller onödiga kontrollbesök. Laserskanningsmaterial kan också användas vid utbildning av personal och samarbetspartner samt för att minska behovet av att gå ut i fält enbart för att kontrollera mått eller positioner.

Laserskanning är ofta snabbare än traditionella mätningar som görs med måttband och fotografier. Metoden gör det möjligt att granska mått på en byggnad, utrustning eller produktionsmiljö från en dator och ur flera olika perspektiv. Detta minskar antalet platsbesök och underlättar arbetet särskilt när objektet finns på hög höjd, i slutna utrymmen, i riskfyllda miljöer eller på områden som endast kan nås när produktionen är stoppad.

Skillnader mellan laserskanningsmetoder och kompletterande tekniker

Olika mät- och dokumentationsmetoder har sina egna styrkor och begränsningar. Därför kombineras ofta flera tekniker i samma projekt.

Stativskanning, eller traditionell laserskanning

Stativskanning är en traditionell och mycket noggrann laserskanningsmetod. Den lämpar sig för allmän skanning inom industrin samt för objekt som kräver mer exakt mätning.

Fördelarna är noggrannhet på millimeternivå, god geometrisk tillförlitlighet och lämplighet även för krävande industrimiljöer. Stativskannrar kan också mäta på långa avstånd: vanligtvis upp till cirka hundra meter, och med vissa enheter betydligt längre än så. De tar dessutom fotografier som kan användas för färgsättning av punktmolnet och för granskning av objektet.

Metodens begränsning är att den är långsammare än mobilskanning, eftersom skanningarna görs från enskilda positioner. I stora objekt krävs flera mätstationer för att minimera skuggområden.

Läs mer

Mobil laserskanning

Mobil laserskanning lämpar sig särskilt väl för snabb översiktlig skanning av stora områden. Eftersom skanningen sker i rörelse kan stora utrymmen dokumenteras snabbt och kostnadseffektivt.

Noggrannheten vid mobilskanning är vanligtvis på centimeternivå, vilket innebär att metoden inte ersätter stativskanning när måttnoggrannhet på millimeternivå krävs. Däremot passar den väl i situationer där det viktigaste är att snabbt få en heltäckande översikt över utrymmen, gångvägar eller större områden.

Även mobilskanning kan omfatta fotografier, vilket förbättrar materialets tolkningsbarhet och gör det lättare att identifiera objekt.

Läs mer

Handhållna skannrar

Handhållna skannrar lämpar sig för noggrann skanning av små objekt. Deras fördel är att enheten ryms i trånga utrymmen där en större skanner inte nödvändigtvis får plats.

Noggrannheten kan vara på millimeternivå, men användningsområdet är vanligtvis begränsat. En handhållen skanner behövs främst för detaljskanning av mindre objekt. I många industriella användningsfall ersätter stativskannern den handhållna skannern, eftersom den kan producera noggrant material även från större områden.

Markradar, eller georadar

Markradar används för att lokalisera och modellera underjordiska strukturer, såsom rör, kablar och andra dolda objekt. Det är en användbar metod exempelvis vid planering av schaktarbeten, nya fundament eller förändringar på gårdsområden.

På äldre fabriksområden finns det inte nödvändigtvis någon tillförlitlig information om vad som har byggts under marken på olika platser under de senaste 100 åren. Uppdaterade och tillförlitliga ritningar och dokumentation kan saknas. I sådana fall är markradar det effektivaste sättet att uppdatera informationen på ett tillförlitligt sätt.

Resultaten från markradar kräver dock tolkning. Materialet är inte lika direkt avläsbart som laserskanning av en synlig miljö, utan bedömningen kräver erfarenhet och sakkunskap.

Läs mer

Drönarfotografering och fotogrammetri

En drönare skannar egentligen inte, utan tar fotografier. Utifrån bilderna kan man med hjälp av fotogrammetri skapa tredimensionella ytmodeller och områdesmodeller. Metoden lämpar sig särskilt väl för utomhusområden, till exempel fabriksområden, tak, tanktoppar, fasader och stora områden som skulle vara svåra att dokumentera enbart från marknivå.

Fördelarna med drönarfotografering är snabb dokumentation av stora områden och ett omfattande visuellt material. Noggrannheten är vanligtvis på centimeternivå. Drönarmaterial kan komplettera laserskanning när de olika materialen kopplas till samma koordinatsystem. På så sätt kan även objekt som inte är praktiska eller säkra att mäta med markbaserad skanning göras synliga.

Läs mer

Gaussian Visuals ger en fotografisk vy av industrimiljön

Gaussian Visuals är en ny, nästan fotorealistisk vy i SolidComp Reality Twin. Den bygger på Gaussian splatting-teknik, som gör det möjligt att presentera en produktionsanläggning som en mycket verklighetstrogen, navigerbar 3D-miljö. Med dagens teknik kräver resultat på Gaussian Visuals-nivå laserskanning med en skanner som är särskilt utformad för detta ändamål, vilket bör beaktas redan i planeringsfasen av ett laserskanningsprojekt.

Metoden bygger på miljontals Gaussian “splats” som återger färger, djup, skuggningar och texturer. Resultatet är en visuellt tydlig och lättolkad vy där utrustning, utrymmen och konstruktioner är enkla att känna igen och placera i rätt sammanhang.

Gaussian Visuals ersätter inte ett måttnoggrant punktmoln, en ytmodell eller annat tekniskt material, utan kompletterar dem. Dess styrka ligger i visuell realism och tydlighet. När miljön ser bekant och verklighetstrogen ut blir den enklare att använda i diskussioner, planering, utbildning och samarbete mellan olika team och partner.

Läs mer

Hur väljer man rätt skanningsmetod?

Rätt skanningsmetod beror på vad materialet ska användas till. Behövs noggrannhet på millimeternivå som underlag för projektering? Vill man snabbt få en översikt över ett stort område? Behövs en modell av utomhusområden, eller vill man lokalisera underjordiska strukturer?

I praktiken kan den bästa lösningen vara en kombination av flera metoder.

Till exempel skulle dokumentationen av ett helt pappersbruk kunna genomföras som en hybridmodell. Inomhusutrymmena skulle i regel skannas med mobilskanning för att snabbt få en omfattande helhetsbild. Områden där mer exakt material behövs skulle skannas med stativskannrar. Exempelvis miljön kring pappersmaskinen kunde mätas mer noggrant, medan mobilskanning kunde vara tillräckligt för andra nivåer.

Byggnadens utsida och gårdsområden kunde fotograferas med drönare. Skuggområden, till exempel mellan tankar, skulle kompletteras med markbaserad skanning. Gårdsområdena kunde även kompletteras med markradar om man vill få fram positioner för underjordiska strukturer.

Allt material skulle kopplas till samma koordinatsystem, exempelvis med hjälp av totalstation eller GPS. Detta underlättar sammanslagning av olika material och gör det möjligt att komplettera objektet senare. Om ett visst område i framtiden behöver mätas mer noggrant med stativskannrar utgör den befintliga översiktsskanningen och koordinatsystemet en färdig grund. Detta underlättar arbetet och kan även minska kundens kostnader.

Varför bör materialets fortsatta användning beaktas redan från början?

Laserskanning kan genomföras som en enskild projektmätning, men materialets verkliga värde ökar när det betraktas som långsiktig grunddata. Ett punktmoln kan användas som det är, men det kan senare också ligga till grund för ytmodeller, 3D-modeller, analyser, rapporter och digitala tvillingmiljöer.

Om kunden endast behöver ett punktmoln kan det levereras. Ofta är det dock värdefullt att även kunna få efterbearbetningstjänster från samma leverantör, såsom modellering, ytmodeller eller analyser. Då behöver kunden inte söka en separat underleverantör för varje vidare behov.

Vid inköpsbeslut är priset ofta en viktig faktor. Enbart skanning är en konkurrensutsatt tjänst och kan ibland genomföras relativt kostnadseffektivt. Om materialet däremot ska användas långsiktigt inom projektering, underhåll, säkerhet och dokumentation är det också viktigt att bedöma materialets kvalitet, kompatibilitet och möjligheter till vidarebearbetning.

Vid projektbaserade beslut betonas ofta snabb leverans och pris. Vid långsiktig användning får det också betydelse hur väl materialet förblir användbart, hur det kan uppdateras och hur enkelt det kan göras tillgängligt för olika roller i organisationen.

Vanliga frågor om laserskanning

Hur noggranna är laserskanningsdata?

Noggrannheten beror på den metod och utrustning som används. Vid stativskanning uppnås vanligtvis noggrannhet på millimeternivå, medan mobilskanning i regel ger noggrannhet på centimeternivå.

Ett punktmoln är i allmänhet mer exakt än en ytmodell eller en modellerad 3D-modell som har skapats utifrån det. Punktmolnet kan vara på millimeternivå, medan vidarebearbetade modeller ofta har noggrannhet på centimeternivå beroende på användningsområde.

Kan laserskanningsmaterial användas direkt i projektering?

Ja, laserskanningsmaterial kan användas direkt i projektering om det aktuella projekteringsprogrammet stöder de levererade formaten. Punktmoln, ytmodeller och 3D-modeller kan användas som underlag till exempel vid ombyggnadsprojektering, kollisionskontroller och installationsplanering.

I Reality Twin kan olika format granskas samtidigt. Det är också möjligt att föra in egna planer ovanpå befintligt material och granska dem i förhållande till den verkliga miljön.

Hur ofta bör laserskanning uppdateras?

Laserskanning bör uppdateras när förändringar görs på ett område som tidigare har skannats. Sådana förändringar kan exempelvis vara nya tankar, utrustningar, rörledningar, konstruktioner eller andra installationer.

Uppdateringar gör att materialet förblir aktuellt och användbart. Ur kostnadssynpunkt är det bra att notera att uppdateringsbesök vanligtvis är lättare än den ursprungliga kartläggningen, eftersom grundarbetet, koordinatsystemet och det tidigare materialet redan finns. Då kan arbetet avgränsas till endast det område som behöver uppdateras.

Laserskanning gör den fysiska miljön till användbar information

Värdet av laserskanning uppstår inte enbart genom att ett objekt får tredimensionellt material. Den verkliga nyttan uppstår när materialet kan användas som stöd i arbetet: vid projektering, underhåll, säkerhet, utbildning, dokumentation och beslutsfattande.

När den fysiska miljön har dokumenterats med hög måttnoggrannhet och materialet finns lätt tillgängligt kan många saker kontrolleras, planeras och visualiseras utan onödiga platsbesök. Detta förbättrar arbetets smidighet och minskar osäkerheten, särskilt i komplexa industrimiljöer.

Laserskanning är därför mycket mer än en mätmetod. Det är ett sätt att omvandla en befintlig fabrik, anläggning eller byggd miljö till långlivad digital grunddata som kan användas om och om igen för olika behov.

Prenumerera på SolidComps nyhetsbrev

Få ett nyhetsbrev från SolidComp ungefär en gång i månaden. Där delar vi de senaste uppdateringarna från branschen, SolidComp och SolidComp Reality Twin.

Prenumerera på nyhetsbrevet