Medición 3D con Escáner láser (LIDAR)

En FOVEA realizamos mediciones y levantamientos mediante escáner láser 3D terrestre, capturando con rapidez y precisión la geometría de edificios, fachadas, instalaciones industriales y espacios de grandes dimensiones. La tecnología LIDAR genera nubes de puntos detalladas que permiten obtener planos, modelos 3D, documentación as-built y datos fiables para proyectos de arquitectura, ingeniería, rehabilitación y control de deformaciones.

¿Qué es el escáner láser 3D o LIDAR?

El escáner láser 3D es un avanzado instrumento de medición, del ámbito topográfico, que nos permite documentar la realidad física de una forma rápida y precisa. El potencial que disponen estos aparatos es muy alto, pudiendo documentar en cuestión de minutos, sin necesidad de contacto.

También denominado LIDAR (Light Detection and Ranging), dispositivo el cual es capaz de medir distancias mediante un emisor laser sobre un objeto o superficie.

Dentro de los escáneres LIDAR, el más usado en Ingeniería y Arquitectura, por cuestión de precisión es el escáner láser terrestre (TLS: Terrestrial Laser Scanning). El cual utiliza un haz laser que mediante un barrido de 360º y un rango hasta 300-1000 metros (según el modelo) consigue medir con una velocidad de hasta 2 millones de puntos por segundo. Este laser junto con los datos de ángulo y rotación consigue determinar las coordenadas 3d de cada punto en el espacio.

Medición con escáner láser 3D, FOVEA

El resultado de millones de estas coordenadas 3d(x,y,z), son lo que se denomina nube de puntos, tal y como hablamos en este post. Esta nube de puntos es interpretada por un software que permite tratarla, filtrarla y poder obtener un resultado final óptimo.

Además del sistema láser, los instrumentos más avanzados disponen de una o varias cámaras que permiten capturar imágenes esféricas, de hasta 165 megapíxeles en el caso de nuestros equipos. Estas cámaras permiten documentar el color verdadero, trasladándonse a las nubes de puntos, facilitando la interpretación y de dotarlas de un gran realismo.

¿Cómo funciona el escáner láser 3D?

Prácticamente la mayoría de escáner láser terrestres que hay en el mercado funcionan de una manera similar, un emisor de láser infrarrojo situado en un lateral del instrumento, emite un haz sobre un espejo giratorio 360º (300º efectivos), este espejo rebota el láser de forma perfecta 90º saliendo por la parte central del aparato. Sumado al giro propio del aparato también en 360º, se consigue hacer que el haz laser se emita en todas las direcciones.

Funcionamiento de escáner láser 3D, FARO

A continuación os dejamos un video donde se explica el funcionamiento indicado del escáner láser, en concreto de un Faro Focus.

Tipos de escáner láser terrestre

Los escáner láser de larga distancia se pueden clasificar en dos tipos:

Escáner de diferencia de fase:

Estos se basan en generar diferentes longitudes de onda sobre el objeto medido, tras ser emitido y llegar nuevamente al receptor llega con una onda distinta. El cálculo de esta diferencia de ondas permite obtener la distancia del emisor al objeto.

Este tipo de tecnología genera mayor resolución y aporta más velocidad (hasta 2 millones de puntos por segundo )que los escáneres de tiempo de vuelo.

escaner-laser-diferencia-fase-tecnologia

Escáner de tiempo de vuelo:

Estos escáneres 3d se basan en la medición del tiempo que tarda el haz laser, desde que sale desde el emisor incide en el objeto, y vuelve este nuevamente hasta el receptor. Al conocer la velocidad de la luz láser, el sistema dispone de relojes de alta precisión que se encargan de calcular el tiempo de manera muy precisa. Sabiendo la velocidad y el tiempo transcurrido se obtienen las medidas. Este tipo de escáneres son útiles para alcanzar distancias grandes, utilizados en labores de topografía y obra civil de grandes dimensiones. Son algo más lentos (menor número de medidas por segundo) que los de diferencia de fase.

Usos y aplicaciones

Arquitectura

Digitalizado del estado actual, y planificación.
Posibilidad de ver el progreso de la construcción.
Análisis y control de deformaciones.
Inspección de cubiertas y Fachadas.
Cálculo de despiece de Fachadas con elementos prefabricados.
AS BUILT
Planimetrías y modelado BIM

Ingeniería

Levantamientos mineros y subterráneos.
Ingeniería inversa.
AS BUILT
Digitalizado del estado actual, y planificación.
Obtención de un digital twin de instalaciones.
Análisis y control de deformaciones.
Obtención de layout real
Cálculo de geometrías para reubicación de maquinaria.

Patrimonio

Digitalizado del estado actual, y conservación.
Obtención de una copia digital de la obra.
Análisis y control de deformaciones.
Posibilidad de reproducción de elementos.
Difusión del patrimonio con visitas virtuales.

¿Qué ventajas tiene el escáner laser? ¿Es útil en mi proyecto?

Los escáneres son cada vez más usados debido a las considerables ventajas que aportan. Sumado al menor coste de los equipos comparado con hace una década, puede decirse que es factible usarlos en prácticamente en todos los proyectos donde es necesario disponer de una documentación fiel a la realidad.

Esto engloba desde los ámbitos de ingeniería e industria, como el digitalizado de maquinaria o elementos industriales donde se necesita una precisión muy alta. La creación de planimetrías/modelado 3d de un edificio para uso constructivo o el digitalizado de bienes históricos y patrimoniales.

Como ventaja respecto a otros métodos de captura de datos son:

La velocidad de adquisición de los datos.

Mayor volumen de información/tiempo generada.

Fiabilidad de toma de datos, y evitando el posible error humano más que otras técnicas.

Rentabilidad, una vez realizada la digitalización, se evitan visitas a campo y se pueden prever y adelantarse a posibles problemas con el análisis de la nube de puntos.

Medición 24/7 se pueden realizar mediciones en cualquier momento, ya que no es necesaria luz ambiental para que el instrumento funcione.

Ejemplo de nube de puntos seccionada de edificio, FOVEA

Nuestro objetivo es simplificar y agilizar al máximo el trabajo de medición de nuestro cliente. Pudiendo realizar mediciones a larga distancia, sin necesidad de andamios, y en tiempos récord.

Video de medición mediante escáner láser 3D de un edificio. FOVEA

La respuesta a si es útil en mi proyecto es, SI. Cada vez nuestros clientes están más concienciados de que el uso del escáner 3d es una evolución, que les permite no gastar mas tiempo en realizar mediciones, comprobaciones e invertirlo a proyectar sobre la realidad digitalizada.

Levantamiento mediante escáner láser 3D de solar. FOVEA

¿Cuánto cuesta un escaneado laser?

Metodología de trabajo

Después de conocer que tipos de escáner existen, como funcionan, y sabiendo la utilidad que le podemos dar, os contamos como es el proceso de trabajo con escáner láser.:

Numero de posicionamientos:

El tiempo, que conlleva un trabajo de escaneado láser, no se puede contabilizar por superficie y m2 medidos, ya que al escáner láser le cuesta lo mismo medir una habitación de 10 m2 que una sala de 100m2.

El haz laser una vez colisiona con un objeto ya no mide lo que hay detrás de este, por lo que normalmente hay que posicionarlo en diferentes posiciones para registrar por completo un objeto, espacio etc…

Para poder dar un presupuesto a nuestros clientes, solicitamos normalmente un croquis/planos o imágenes donde nos muestran el tipo de edificio u objeto a digitalizar. Con esta información ya se puede empezar a calcular el número de posicionamientos necesarios para dar al cliente una solución adecuada.

Resolucion = cantidad y de puntos (¿y calidad?):

Otra variable importante a tener en cuenta es el (1)objetivo de la medición. (2)Para qué lo necesita el cliente y (3)que quiere ver en la nube de puntos, modelo 3d, planos etc… Por ejemplo un cliente puede estar interesado en ver una grieta de una bóveda o saber que espesor tiene una perfilería metálica, y otro sólo le puede interesar las medidas globales de un edificio para saber m2 de estancia…

El escáner láser es capaz de medir con distintas resoluciones, esto significa que podemos hacer que el escáner digitalice con una distancia entre puntos menor a 2 milímetros, o que tenga 50 milímetros entre punto y punto. Esta claro que se deberá medir con una resolución mayor al objeto mínimo que el cliente requiera digitalizar. Obviamente la resolución tiene un coste en tiempo, variando que una toma puede durar menos de 1 minuto a durar casi 2 horas….

Tabla de velocidad y calidad del escáner láser 3D

Si has mirado la tabla anterior, habrás visto que hay factor que determina el tiempo mucho, y es la CALIDAD. Puede hacer que un escaneado muy frecuente, con una resolución media de 1/4 puede variar entre 1:30 min a 115:09 minutos. ¿Y por qué esta diferencia? La respuesta es en la cantidad de veces que mide el laser por segundo, y las diferentes frecuencias a las que se toma cada punto. El resultado de esto es tener una nube con o sin ruido.

Si pensamos en un plano escaneado, el ruido es la variabilidad que tienen los puntos de estar fuera de dicho plano, creando una superficie rugosa en vez de ser plana. Esto se puede ver acentuado dependiendo del tipo de material sobre el que se escanea, luz que incide sobre el etc… Por lo que hay que saber en que ocasiones usar la calidad adecuada.

Una vez llegados a este punto, podrás ver que un servicio de escaneado 3d puede variar mucho en precio de otro, ya que ya solo por los ajustes escogidos entre una digitalización a otra puede determinar que un trabaja dure una o varias jornadas.

Una de las cosas más importantes para ajustar el presupuesto a los requerimientos del cliente, es la comunicación, y conocer que necesita. Y que al final, el coste de una nube de puntos, dependerá en gran medida de la calidad con la que se entregue.

Ejemplo de ruido de escáner 3d. Fuente arxiv.org (PointCleanNet)