在海面上空56米三維掃描舊金山大橋，完整采集橋梁鋼板數(shù)據(jù)
時間：2023-07-31 15:06 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：121次
導讀：舊金山里士滿-圣拉斐爾大橋建于20世紀50年代。在數(shù)十年的高強度使用后，在高溫、海水以及化學元素侵蝕的多重因素作用下，橋梁出現(xiàn)了較大程度的磨損，部分生銹的鋼板急需更換。由于當年的施工圖紙已經(jīng)散失，需要直接采集鋼板的測量數(shù)值。
一橋飛架東西，天塹變通途
早在20世紀20年代，加州政府就產(chǎn)生了初步想法，希望建造一座跨海大橋，連接舊金山東部和西部海灣。大橋建設方案自提出以后，經(jīng)歷了無數(shù)次修改和推遲。直至20世紀50年代，在二戰(zhàn)后人口增長和工業(yè)繁榮的背景下，舊金山灣區(qū)兩岸的交通需求極其旺盛。提案最終確定，建造一座連接東岸的里士滿和西岸的圣拉斐爾的跨海大橋。1953年3月，大橋開始破土動工。歷時三年半的建設，至1956年9月，大橋正式建成通車。從此，一橋飛架東西，舊金山灣區(qū)天塹變通途。
據(jù)統(tǒng)計，自1956年正式通車以來，平均每天有超過7萬輛汽車駛過大橋。海水蘊含的水汽和鹽分、灣區(qū)炎熱的氣候、汽車排放的尾氣和產(chǎn)生的震動……多種因素已經(jīng)對大橋造成了嚴重的損耗和破壞。橋梁整修迫在眉睫。Danny's Construction公司承接了本次里士滿-圣拉斐爾大橋的整修項目。該公司是一家專業(yè)從事鋼結構以及大型結構建造和維護的成熟供應商。由于上世紀50年代大橋的施工圖紙已經(jīng)散佚，且為了達到理想的整修效果，Danny's Construction公司希望找到一種全新方式，獲取到橋梁鋼板的精確測量值。幾經(jīng)周折，他們終于找到了Artec 3D金牌認證經(jīng)銷商Indicate Technologies Inc。
“客戶希望測量鋼板，以及鋼板上鉚釘?shù)臏蚀_位置。每塊鋼板上有超過250顆鉚釘。”Indicate Technologies Inc的工程師馬西奧·阿達米表示。為了確保新生產(chǎn)的用于替換的鋼板在安裝時能夠嚴絲合縫，所采集的測量數(shù)據(jù)必須高度精確。
特殊工況下的唯一解決方案
在敲定鋼板的測量方案時，需要考慮到以下因素：首先，操作位置懸在半空中，在海面上空56米的高處；其次，大橋保持正常通行狀態(tài)，車輛川流不息；當然灣區(qū)的強烈日照和肆虐的狂風也是一個問題；最后還有生態(tài)層面的考量，在鯨魚交配季節(jié)，限制人類近水活動。
簡而言之，需要一位操作員系著安全繩，快速滑到大橋的外側部分，捕獲每塊鋼板的所有表面細節(jié)。
在這種特殊工況下的解決方案已經(jīng)呼之欲出：Artec Leo。
Artec Leo是一款無線手持式三維掃描儀。這款設備具有機載數(shù)據(jù)處理能力，內(nèi)置電池，搭載觸控屏，在使用時無需連接電源線和筆記本電腦，真正實現(xiàn)了無線式操作。
無線式的掃描設備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩。即開即用，無需貼點，適應了跨海大橋上的特殊工況。高達3500萬點/秒的數(shù)據(jù)捕獲速度，在極短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，盡可能減少對交通的干擾。VCSEL光源不懼強光，在戶外陽光照射下仍可正常工作。
“沒有其它解決方案可以替代，Artec Leo正是為此而設計的。”
阿達米介紹道：“當?shù)玫街鞴懿块T的許可在橋上工作，我們只有一小段時間。我們需要在早上5:30-6:00之間到達，對掃描工作進行簡單規(guī)劃，然后穿戴安全繩和頭盔，開始掃描。上午9:30-10:30，我們開車回辦公室并導出數(shù)據(jù)。”
考慮到掃描時間緊，掃描工作量大，工況特殊以及天氣條件多變，整個項目前后耗費了數(shù)個月的時間。工程師共8次來到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，最終完成了所有鋼板的掃描。工作的第一階段——采集數(shù)據(jù)宣告結束。
一天時間搞定數(shù)據(jù)后處理
采集到鋼板的完整三維數(shù)據(jù)后，工作進入了第二階段——數(shù)據(jù)后處理。
“我們將數(shù)據(jù)導入到Artec Studio軟件，刪去不需要的部分，對齊數(shù)據(jù)，運行全局配準，并通過尖銳融合生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)，然后將文件以STL格式導出。”
隨后，工程師將STL文件導入Geomagic DesignX軟件進行下一步處理，并以PTS格式導出。接下來將文件導入Autodesk軟件，進行SBU繪圖。在某些情況下，后期處理可以在一天內(nèi)完成。
最大的困難其實是：“在大風、寒冷和日照的環(huán)境中克服你的恐懼。”
節(jié)約大量時間和成本
八個月后，大橋上的全部鋼板均已替換完成，安裝效果嚴絲合縫。據(jù)保守估計，采用Artec Leo三維掃描儀幫助項目方節(jié)省了75%-90%的測量時間。高精度的測量數(shù)據(jù)為隨后的鋼板制造提供了良好的參照，大大降低了返工率，從而降低了制造成本。
下一階段的計劃是：對替換上去的新鋼板進行三維掃描，數(shù)字化存檔，以供未來世代的橋梁檢修人員查看并參考。精確到0.1mm的測量數(shù)據(jù)將為無數(shù)代工程師、建筑師和檢查員所用。
一橋飛架東西，天塹變通途
早在20世紀20年代，加州政府就產(chǎn)生了初步想法，希望建造一座跨海大橋，連接舊金山東部和西部海灣。大橋建設方案自提出以后，經(jīng)歷了無數(shù)次修改和推遲。直至20世紀50年代，在二戰(zhàn)后人口增長和工業(yè)繁榮的背景下，舊金山灣區(qū)兩岸的交通需求極其旺盛。提案最終確定，建造一座連接東岸的里士滿和西岸的圣拉斐爾的跨海大橋。1953年3月，大橋開始破土動工。歷時三年半的建設，至1956年9月，大橋正式建成通車。從此，一橋飛架東西，舊金山灣區(qū)天塹變通途。
據(jù)統(tǒng)計，自1956年正式通車以來，平均每天有超過7萬輛汽車駛過大橋。海水蘊含的水汽和鹽分、灣區(qū)炎熱的氣候、汽車排放的尾氣和產(chǎn)生的震動……多種因素已經(jīng)對大橋造成了嚴重的損耗和破壞。橋梁整修迫在眉睫。Danny's Construction公司承接了本次里士滿-圣拉斐爾大橋的整修項目。該公司是一家專業(yè)從事鋼結構以及大型結構建造和維護的成熟供應商。由于上世紀50年代大橋的施工圖紙已經(jīng)散佚，且為了達到理想的整修效果，Danny's Construction公司希望找到一種全新方式，獲取到橋梁鋼板的精確測量值。幾經(jīng)周折，他們終于找到了Artec 3D金牌認證經(jīng)銷商Indicate Technologies Inc。
“客戶希望測量鋼板，以及鋼板上鉚釘?shù)臏蚀_位置。每塊鋼板上有超過250顆鉚釘。”Indicate Technologies Inc的工程師馬西奧·阿達米表示。為了確保新生產(chǎn)的用于替換的鋼板在安裝時能夠嚴絲合縫，所采集的測量數(shù)據(jù)必須高度精確。
△每塊鋼板上有超過250個鉚釘，每個鉚釘都需要準確捕獲
特殊工況下的唯一解決方案
在敲定鋼板的測量方案時，需要考慮到以下因素：首先，操作位置懸在半空中，在海面上空56米的高處；其次，大橋保持正常通行狀態(tài)，車輛川流不息；當然灣區(qū)的強烈日照和肆虐的狂風也是一個問題；最后還有生態(tài)層面的考量，在鯨魚交配季節(jié)，限制人類近水活動。
簡而言之，需要一位操作員系著安全繩，快速滑到大橋的外側部分，捕獲每塊鋼板的所有表面細節(jié)。
在這種特殊工況下的解決方案已經(jīng)呼之欲出：Artec Leo。
Artec Leo是一款無線手持式三維掃描儀。這款設備具有機載數(shù)據(jù)處理能力，內(nèi)置電池，搭載觸控屏，在使用時無需連接電源線和筆記本電腦，真正實現(xiàn)了無線式操作。
無線式的掃描設備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩。即開即用，無需貼點，適應了跨海大橋上的特殊工況。高達3500萬點/秒的數(shù)據(jù)捕獲速度，在極短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，盡可能減少對交通的干擾。VCSEL光源不懼強光，在戶外陽光照射下仍可正常工作。
“沒有其它解決方案可以替代，Artec Leo正是為此而設計的。”
△位于海面上空56米的高處，掃描工作必須快速安全地完成。Artec Leo的無線式操作，無標記點數(shù)據(jù)跟蹤起到了至關重要的作用
阿達米介紹道：“當?shù)玫街鞴懿块T的許可在橋上工作，我們只有一小段時間。我們需要在早上5:30-6:00之間到達，對掃描工作進行簡單規(guī)劃，然后穿戴安全繩和頭盔，開始掃描。上午9:30-10:30，我們開車回辦公室并導出數(shù)據(jù)。”
考慮到掃描時間緊，掃描工作量大，工況特殊以及天氣條件多變，整個項目前后耗費了數(shù)個月的時間。工程師共8次來到現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，最終完成了所有鋼板的掃描。工作的第一階段——采集數(shù)據(jù)宣告結束。
一天時間搞定數(shù)據(jù)后處理
采集到鋼板的完整三維數(shù)據(jù)后，工作進入了第二階段——數(shù)據(jù)后處理。
“我們將數(shù)據(jù)導入到Artec Studio軟件，刪去不需要的部分，對齊數(shù)據(jù)，運行全局配準，并通過尖銳融合生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)，然后將文件以STL格式導出。”
隨后，工程師將STL文件導入Geomagic DesignX軟件進行下一步處理，并以PTS格式導出。接下來將文件導入Autodesk軟件，進行SBU繪圖。在某些情況下，后期處理可以在一天內(nèi)完成。
最大的困難其實是：“在大風、寒冷和日照的環(huán)境中克服你的恐懼。”
△想象一下身下就是滔滔海浪
節(jié)約大量時間和成本
八個月后，大橋上的全部鋼板均已替換完成，安裝效果嚴絲合縫。據(jù)保守估計，采用Artec Leo三維掃描儀幫助項目方節(jié)省了75%-90%的測量時間。高精度的測量數(shù)據(jù)為隨后的鋼板制造提供了良好的參照，大大降低了返工率，從而降低了制造成本。
下一階段的計劃是：對替換上去的新鋼板進行三維掃描，數(shù)字化存檔，以供未來世代的橋梁檢修人員查看并參考。精確到0.1mm的測量數(shù)據(jù)將為無數(shù)代工程師、建筑師和檢查員所用。
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