3D掃描技術(shù)有助于過山車維護和事故預防

項目背景

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在游樂園景點方面，過山車似乎是我們體驗驚險游樂設施的。有時候我們會排上數(shù)小時等待體驗這個精密設計的游樂設施，但你會想象它是如何設計，建造和檢查的嗎？我們通常不會思考這些游樂設施的機械設計過程和裝配物流。 其實就像任何其他大型結(jié)構(gòu)一樣，無論是橋梁，飛機，還是摩天大樓，幕后都有大量的工程工作，使人們可以安全地享受日常生活。 安全是游樂園的首要任務！

在過去的的幾年里，對橋梁和其他結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測進行研究，一般通過使用應變計，加速度計，傾斜儀，熱電偶，光學傳感器和各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等儀器，收集測量和處理信息，通過這些信息能夠全面評估這些結(jié)構(gòu)的狀況。

挑戰(zhàn)

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為了確定過山車結(jié)構(gòu)的健康狀況，首先必須創(chuàng)建一個基于物理的數(shù)字模型來解釋和評估結(jié)構(gòu)與實際測量結(jié)果相比變化。為了創(chuàng)建這些數(shù)字模型，需要具有過山車結(jié)構(gòu)的精確幾何形狀和材料屬性。

目前幾乎所有較新的過山車都有數(shù)字設計文件，因此更容易定期檢查和測試。但是，較舊的結(jié)構(gòu)一般沒有這樣的竣工圖紙。沒有進行研究所需的這種特殊過山車所需的幾何形狀，所以還需要快速有效地完成激光掃描，同時圍繞非常嚴格的教學計劃進行操作。獲得過山車的竣工模型，在該模型中，可以使用感興趣的區(qū)域來運行數(shù)字模型和模擬。該模型由基礎和主支撐柱的所有組件以及與箱梁，支撐架和管狀導軌的連接組成。

在過去的幾年中，將過山車的數(shù)字設計模型與竣工設計進行比較是不常見的。工程師使用硬拷貝圖紙來實現(xiàn)設計。雖然較新的過山車有數(shù)字設計文件，但這些文件通常無法反映結(jié)構(gòu)在其使用壽命期間的實際構(gòu)建或改造方式。過山車在工廠內(nèi)大塊建造。然后將這些碎片運送到目的地，這是次裝配在一起。很多時候，這些部件不會像設計的那樣終裝配在一起，因此必須進行修改以適應其正確的位置。這幾乎適用于任何大型結(jié)構(gòu)。因此，這些被改變的區(qū)域偏離了原始圖紙。此外，在搭建之后，產(chǎn)生額外的不確定區(qū)域。通過擁有竣工模型，我可以相信模擬的準確性。

適合設備

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基于應用范圍，包括測量和建模，用戶選擇Faro大空間三維激光掃描儀來有效地捕獲廣泛的區(qū)域。

捕獲到所需的數(shù)據(jù)，再通過使用FARO 掃描臂對這些掃描結(jié)果進行補充，以更準確地進行焊接部分的交叉掃描，從而創(chuàng)建研究范圍內(nèi)高應力區(qū)域的完整數(shù)字幾何模型。在選擇用于作業(yè)的掃描儀時，必須考慮幾個變量，例如結(jié)構(gòu)尺寸，掃描感興趣區(qū)域，目標結(jié)構(gòu)距離，天氣條件，移動和可訪問性。

注意！

在掃描非常高的室外結(jié)構(gòu)時，需要注意溫度和風的影響。受天氣條件的限制，會難以捕獲創(chuàng)建數(shù)字模型所需的清潔，高容差數(shù)據(jù)。因此，在選擇用于工作的測量設備和天氣時必須非常小心。

解決方案

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使用磁性底座幫助將設備固定到過山車的邊緣，同時使用升降機進入頂部，能夠在30米范圍內(nèi)捕獲360度的目標視線覆蓋范圍。目標是在相對較短的時間內(nèi)以盡可能少的噪聲獲取盡可能多的數(shù)據(jù)（過多的數(shù)據(jù)無關緊要）。 “由于附近有許多灌木叢和灌木叢以及其他結(jié)構(gòu)，因此在這個過山車的特定區(qū)域下面是一個挑戰(zhàn)，但我們能夠?qū)呙鑳x放置得足夠高，以便在不犧牲質(zhì)量的情況下捕獲我們所需的數(shù)據(jù)。

在一旦掃描階段完成，開始其后處理階段。這包括將所有掃描數(shù)據(jù)相互拼接，創(chuàng)建一個包含所有點云以及疊加圖像的大文件。 刪除任何多余的數(shù)據(jù)（地面覆蓋物，周圍的樹木，其他結(jié)構(gòu)和噪音），然后創(chuàng)建了一個多邊形網(wǎng)格。一步是制作大量的平面和草圖，這些平面和草圖被繪制，擠壓，放樣和合并，所有這些都制作了一個完整的實體模型。這就是我們所說的“竣工"數(shù)字模型，因為它是一個完整的參數(shù)模型，是收集的計量數(shù)據(jù)的表示。

測量測試部分，所有傳感器和儀器都經(jīng)過校準，以獲得準確的結(jié)果;但是，隨位置使用的儀器的數(shù)量和類型取決于所監(jiān)測的內(nèi)容。還需要檢驗和驗證測量，以確保一切正常。通過將從傳感器和量具獲得的測量值與從3D掃描中收集的數(shù)據(jù)進行配對，這樣就可以完整地驗證整個部分并進行精確監(jiān)控。

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