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Z+F扫描仪

 

华测Z+F三维激光扫描

 

 

 

产品介绍

 

     Z+F IMAGER 5010C是由德国生产的相位式三维激光扫描仪,在世界上享有盛名,在国内由上海华测导航技术有限公司总代理销售和技术服务。

2.1产品硬件

    Zoller + Fröhlich公司于1963年成立于德国Wangen。早在上世纪九十年代Z+F公司就就开始了激光测量技术的研究,并于1988年11月被授予了授予鲁道夫·埃贝勒奖。在九十年代初Z+F公司就研制了第一台应用于铁路和隧道的激光测量设备。在2012年研制出Z+F IMAGER 5010C产品并推向市场。

 

 

IMAGER 5010C是从最可靠的相位式技术发展而来的高端设备,最大的特点就是扫描速度快、操作简单,这能极大的提高扫描效率。

 

2。2。1。1 技术参数

激光单元

激光安全等级

光束发散度

<0.3 毫弧度

光束直径

 3.5 毫米(距 0.1 米时)

测程

187.3 米(明确区间)

最小测程

0。3 米

分辨率

0.1 毫米

数据获取速率

≤ 1016 000 点/

线性误差

≤1 毫米

50m 处的误差范围(均方根误差)

反射率 14%时(黑色)

2.7 毫米

反射率 37%时(暗灰)

1.2 毫米

反射率 80%时(白色)

0.8 毫米

温差引起的误差

可忽略

发射单元

垂直系统

完全封闭式镜面旋转

水平系统

机械绕垂直轴旋转

垂直视野范围

320 

水平视野范围

360 度

垂直分辨率

0。0004 度

水平分辨率

0.0002度

垂直精度

0.007 度RMS

水平精度

0。007 度RMS

扫描速度

50/秒(3000/分)

    

其他

双轴补偿器

分辨率

0。001 

测量范围

+/-0.5 度

精度

<0。007 度

激光垂准仪

激光安全等级

2

垂准仪精度

0。5 毫米/1 米

激光点直径

1.5 毫米(1。5 米处)

水平显示

在显示屏和 LRC 中配备电子水平仪

网络连接

1GB以太网/ W-LAN

数据存储

内置 64GB 闪存卡,2×外置 64GB USB 闪存驱动器

数据传输

以太网/USB2。0

综合操作面板

触摸屏操作,用于显示3D激光扫描数据和彩色图像的彩色显示屏,具备测量和导航功能

通讯接口

2×USBLEMO 9 /7 芯连接器,连接 M-Cam 以及 GPS、里程表等外部传感器

电源

输入电压

24V DC(扫描仪主机) | 100–240V AC (外接电源)

功率

平均<65W

工作时长

>3小时(内部电池)

环境条件

操作温度

-10 摄氏度 ~ +45 摄氏度

存放温度

-20 摄氏度 ~ +50 摄氏度

光线条件

在日光下或黑暗中均可操作

湿度

无冷凝

保护级别

IP53

尺寸和重量

扫描主机尺寸(W/D/H)、重量

170 毫米 x 286 毫米 x 395 毫米

9。8 公斤

电池尺寸(W/D/H)、重量

170 毫米 x 88 毫米 x 61 毫米

1.2 公斤

AC 机组尺寸(W/D/H)、重量

35 毫米 x67 毫米 x 167 毫米

0.54 公斤

 

 

2.2 产品软件

2.2.1 LaserControl软件

    Z+F LaserControl软件是Z+F三维激光扫描仪的标准配套软件。可用于扫描仪的操控。通过下载管理器,数据可以直接转为电脑可识别的格式,用于后期应用。

Z+F LaserControl软件中,滤波器能去除点云中的噪声,进行数据标定前还需要将所有点转化为常用投影下的坐标系,然后进行配准,采用最小二乘法进行标定,完成的数据可导出多种数据格式。

   

     除此之外,Z+F LaserControl软件还能提供很多功能用于扫描数据的提取和选择区域的分析,可以进行3D的量测,可以进行点云动画的制作2.2.2 Pointshape软件

    Pointshape软件是一款专门处理3D点云数据的软件。软件可应用于点云数据处理、3D建模、逆向工程、3D对比分析及检测等。

Pointshape有基于Microsoft Station平台的模块,在处理三维数据方便高效、流畅、快速;有基于AutoCAD平台的模块,对于习惯了AutoCAD做设计、作图方面的人员更加容易上手。

  

  在文物保护领域,Pointshape软件可应用于三维真实模型的建立,包括在不同视角进行点云切片,并能根据点元数据生成二维DLG成果。

    在BIM三维建模方面,基于Pointshape建立的三维模型可直接导入Autodesk RevitNavisworksBIM系统的软件中,实现预拼装或BIM模型的优化。

    在数字工厂行业,Pointshape软件提供了多种结构部件快捷模型,并能方便地根据点云数据的成果自动拟合管道或多种构件。

在数字交通方面,Pointshape软件可根据道路标识线、路阶、防护栏等自动提取道路的边线和中线。

2.1 点云预处理

    外业扫描的数据储存在Z+F IMAGER5010C仪器的机身U盘中,使用3.0USB口将其拷贝到笔记本电脑中。打开Z+F厂家自带的软件LaserControl,将数据打开,第一步工作进行拼接,分别将两站扫描数据中的标靶球进行标定,然后采用最小二乘法平差后,得到平均误差精度在0.2mm的点云数据;第二步工作使用LaserControl软件的上色功能将点云和图像数据融合并上色,得到真彩色点云和8000万像素影像数据。这两步工作共花费时间约25分钟。

     通过点云数据可以量测距离仪器27米远的点云间距为8.7mm

 

 

 

 

2.2 生成立面图

    生成立面图工作有两种方式,一种采用LaserControl软件生成楼房立面的正射影像图,得到具有真实尺寸的图像数据,再将图像导入CAD软件中根据图像描绘线框;两一种方式将点云数据转换为PCG格式,导入CAD软件中,采用基于CAD平台的插件PointShape软件,将点云切片,得到楼房立面的点云数据,再采用自动加手工方式描绘线框图。建立立面图花费时间30分钟。

楼房立面正射影像

楼房立面线画图

 

 

相关案例

    德国Z+F IMAGER 5010C三维激光扫描仪由于其精度高、速度快、操作便捷等特点可方便应用于隧道工程、钢结构工程、古建筑保护、BIM三维建模、桥梁检测、矿井工程等多个行业,在此主要介绍在考古及文保的案例。

4.1 敦煌莫高窟古建筑保护

4.1.1 案例总览

    案例名称:敦煌莫高窟96号窟文物保护

    案例时间:20138月—12

    案例地点:甘肃敦煌莫高窟

    使用仪器:Z+F IMAGER 5010C

    人员配备:外业2人、内业1

    作业时间:外业8天、内业1

    使用软件:LaserControlPointShape

    成果需求:点云数据存档、三维模型建设数字化展馆、DLG成果验收

4.1.2 外业工作

    96号洞窟是莫高窟的标志性建筑——九层楼,楼高45米,是莫高窟最高的洞窟,依山崖而建,里边供奉的是目前世界最大的窟内佛像,始建于初唐时期。

    由于受到2011年强降雨影响,导致九层楼崖体与建筑之间发生渗漏,加之局部古建筑结构因年久失修而发生位移、松动和腐朽,所以在20135月对其进行第六次修复工作。借此机会对整个外部结构和佛像整体进行三维扫描。

    本次三维扫描项目采用德国Z+F IMAGER 5010C设备,该扫描仪是相位式三维激光扫描仪,最高精度可达0.3mm,有效测量距离可达187米,内置相机可生成一站8000万像素的高分辨率影像数据,角度分辨率水平达到0.0002°垂直0.0004°,所以对建筑物细枝末节的角落都不会错过,对凹凸曲面也能完美反应出来。

    由于脚手架搭建繁密,在扫描时会遮挡很多文物表面,影响扫描的效果,所以按照方案设计,定期进行扫描。在脚手架拆除一部分扫描一次,一方面能保证扫描数据的完整,另一方面也不影响修缮工作的工期。从20138月—11月,基本每隔一个月对文物进行一次扫描,每次扫描投入技术人员三名,每次扫描时间约2天,大概40站数据。

工程阶段

扫描内容

扫描时间

第一次(729日)

6789层,佛像顶部

2

第二次(828日)

45层,佛像肩部以上

2

第三次(1012日)

34层,佛像膝盖以上

2

第四次(1121日)

12层,佛像脚部及地面层

2

内业阶段(12月)

佛像、九层楼建筑建模

30

    测量人员事先在一些位置摆设标靶球以及贴标靶纸,便于两站数据之间的拼接,然后使用Z+F 5010C设备进行三维扫描,扫描完的数据直接存储于扫描仪专用的USB内存中,之后再将数据拷贝出来即可。

4.1.3 内业处理及成果

    原始数据采用Z+F LaserControl软件对数据进行拼接,拼接时可采用标靶球和标靶纸同时拼接,采用最小二乘法,近200测站数据最后拼接精度达到2cm

    采用基于CAD平台的PointShape软件,可直接快速导入点云数据,对点云进行切片,可描画二维线画图。

     PointShape软件也可对建筑结构进行建模。由于九层楼的结构非常复杂,木结构特别多,所以可以采用软件的切片功能对局部进行精细化建模再合并。

    整个建模过程周期约一个月。

    基于扫描仪的三维点云数据,利用Geomagic软件对佛像进行三维建模,分别需要进行抽稀、去噪、删除孤点、统一采样、封装、补洞、合并等步骤,最后生成三维模型。

 

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