Výstava na mezinárodní konferenci »Optická 3-D měřící technika« ve Vídni

Ve dnech 1. - 4. října 2001 se konala ve Vídni v hotelu Holiday Inn na jižním okraji města v pořadí již pátá mezinárodní konference »Optická 3-D měřící technika«. Pořadatelem byla Katedra aplikované a inženýrské geodézie Rakouské Technische Universität (TU) Wien a Institut geodézie a fotogrammetrie Švýcarské Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zűrich.o 5,6 bodu a proti červenci o 17,8 bodu.

  Na konferenci bylo přihlášeno 168 osob především z evropských států, dále z Kanady, USA, Malajsie, Japonska, Číny a Austrálie. Z České republiky byli přítomni pouze tři účastníci (dva z ČVUT Praha a jeden z VUT Brno) a jeden ze Slovenska (STU Bratislava). Technický program se skládal z technických a posterových sekcí. Celkem bylo presentováno 95 přednášek a cca 15 posterů, které jsou uloženy na CD disku, dostupném v knihovně ODIS VÚGTK Zdiby [1]. V posterové sekci byli zastoupeni P. Hánek, M. Kašpar, (oba ČVUT FSv) a V. Voštová (docentka Fakulty strojní ČVUT) společným příspěvkem: »Progressive Measuring Techniques in Civil Engineering and Industry«.
   Zajímavá byla doprovodná výstava jejíž nosným programem byla optická 3-D měřící technika a laserové skenovací systémy. Aplikace těchto dálkově ovládaných systémů spočívají v měření objektů a jejich interiéru pro dokumentaci, projektování a automatické zpracování současného stavu. Již v rámci technického programu konference zazněly příspěvky, vztahující se k vystaveným exponátům.
   Z šesti firem, které obeslaly tuto výstavu, upozorňujeme na firmu LEICA , která kromě automatického tachymetru s výkonným pulsním dálkoměrem TPS 1100plus , předváděla laserový skenovací systém Cyrax 2500  [3].
   3D skenovací systém Cyrax (obr. 1) je založen na použití pulsního laseru, který vysílá až 1000 pulsů v jednom sloupci a pro získání vzdálenosti měří tranzitní čas. Pro dosažení dané přesnosti je skener schopen měřit čas s rozlišením na pikosekundy. Mimo tranzitního času systém registruje rovněž intenzitu zachyceného záření. Při pracovní vzdálenosti 50 m je dosaženo přesnosti 6 mm na jeden měřený bod nebo 2 mm pro modelovanou plochu. Software Cyklone 3.0 dovoluje pozorovat objekt na monitoru z libovolné perspektivy a měřit vzdálenost mezi jednotlivými body. Výsledky lze přenést do všech známých CAD systémů ve 2D nebo 3D. Snímky z více stanovisek lze spojit pomocí vlícovacích bodů. V konkrétních praktických aplikacích laserového skenovacího systému Cyrax 2500 dosahují uživatelé této nové technologie v systému 3D a 2D ve stavebnictví a v dalších příbuzných oborech inženýrské geodézie až desetinásobné produktivity proti dosavadním konvenčním metodám.
   Německá firma CALLIDUS Precision Systems [2] předvedla v provozu svůj 3D laserový systém (obr. 2). Dosah laserového svazku v infračervené oblasti (vlnová délka 905 nm, bezpečnostní třída 1) je sice až 150 m, ale praktický dosah měřícího zařízení je 32 m s přesností lepší než 5 mm. Rozměry hlavice měřícího zařízení jsou 460 × 300 mm (v × Ć), hmotnost je 13 kg. Měření rotujícím zrcátkem probíhá v celém rozsahu 360⁰. Během měřícího procesu se CALLIDUS otáčí kolem vlastní osy. Nová technologie ukazuje na nové perspektivy prostřednictvím jednoduchého a robusního hardwaru. Výsledky software 3D Extractor mohou být transformovány do CAD systémů. Bližší informace jsou uvedeny ve sborníku [1] nebo na http://www.callidus.de.
   Rakouská firma RIEGL Laser Measurement Systems [2] předvedla laserový profilový měřící systém RIEGL LPM-VHS, 2D - laserový zrcadlový skener LMS-Q1 40i a 3D – obrazový senzor LMS-Z210. Ve své firemní nabídce má dále dálkoměry, totální stanice s pasivním odrazem, laserové měřiče rychlosti vozidel, různé senzory pro určení vzdálenosti vodorovné roviny a rychlosti a přístroje s vláknovou optikou spojené s optickou hlavicí. Zaměříme se na poslední typ.
   Laserový skener (3D imaging sensor) LMS – Z210 [4] je přenosné zařízení k snímání 3D obrazu (obr. 3). Základem je laserový dálkoměr RIEGL LD90-3 s vlnovou délkou záření 900 nm (bezpečnostní třída 1) přizpůsobený vysoké frekvenci měření. Maximální dosah je 350 m, přesnost 25 mm. Svazek je upravován hranolem rotujícím s nastavitelnou rychlostí. Výškový rozsah odklonu svazku je 80⁰, pootáčení ve vodorovné rovině má rozsah 333⁰. Doba skenování je od 10 do 240 sekund. Rozměr válcového pouzdra přístroje je 435 × 210 mm (d×Ć). Pracuje se standardním PC nebo notebookem. Získané údaje jsou zpracovány programem RIEGL SCAN a na monitoru počítače vizualizovány programem 3D RiSCAN. Panoramatický záběr je vykreslen v pseudobarvách, kde červená přísluší nejbližším a fialová barva nejvzdálenějším bodům měřených objektů. Programem lze vyhotovit vrstevnicové řezy, vyrovnat zkreslení obrazu, znázornit tzv. drátový model objektu nebo přirozené kolorování. Použití přístroje se předpokládá v exteriérech a v uzavřených prostorách různého původu. Je určen pro 3D zobrazení prostor a staveb, pro topografické mapování v kamenolomech, dolech a tunelech. Bližší informace www.riegl.com.
   Americko-francouzská firma MENSI [2] předvedla 3D laserový skenovací systém (obr. 4). Systém je přenosný a účinný. Rozměry přístroje 250 × 300 × 320 mm hmotnost je 9,5 kg. 3D modelování umožňuje provádět rekonstrukce geometrických modelů a povrchových ploch. Skenovací zařízení MENSI vytváří přesný laserový mapovací systém s výstupem na průmyslový PC (notebook s možností předání do systému CAD/CAM). Bod dopadu měřícího laserového infračerveného svazku lze sledovat s použitím červeného laserového pointeru. Software MENSI 3D se nazývá SOISIC. Zařízení je určeno pro krátké vzdálenosti v rozsahu 0,8 – 10 m a pro velké vzdálenosti 2,5 – 25 m. Výkon kontinuálního laseru je 2,5 mW v bezpečnostní třídě 3B (IEC/EN60825-1:1994). Skener pro krátkou vzdálenost má rozměr 728 × 206 × 284 mm (dך×v), hmotnost 16,3 kg. Skener pro velkou vzdálenost má rozměr 1003 × 206 × 284 mm a hmotnost 18,6 kg. Zorné pole skeneru ve vodorovné rovině je u obou typů 46⁰ a ve svislé 320⁰. MENSI 3D laserový systém umožňuje plošné automatické zpracování zaměřovaného stavu v prostorových 3D souřadnicích, dálkové ovládání, univerzální nasazení v laboratorním i průmyslovém prostředí. Mezi hlavní aplikace systému patří získání skutečného stavu v průmyslových podmínkách. Porovnání průvodního stavu se současným aktualizovaným. Mezi příklady uplatnění tohoto systému patří modelování dokončených objektů (chemických, petrochemických, jaderných apod.), přestavby v průmyslu, modelování průmyslových okolních prostor, návrhy, modely, prototypy, oblast architektury a ochrana památek (při archivování, 3-D archeologie, virtuální obrazy), robotizace a ergonomie.

Firma TRIMBLE-SPECTRA PRECISION [2]
Spojením těchto gigantů vznikla organizace nabízející sortiment přístrojů pro řízení strojů v průmyslu od nejmenších zařízení až po rozměrné planýrovací stroje. Nahrazení různých technologií jedním integrovaným systémem (Integrated Surveying) s přímým přenosem dat mezi terénním pracovištěm a projekční kanceláří, zdokonalení samostatných laserových a GPS systémů a totálních stanic, vývoj ultrazvukových senzorů a příslušného software umožňuje automatické řízení různých typů stavebních strojů a dalších mechanizmů.
   TRIMBLE TOOLBOX zahrnuje v sobě GPS a totální stanice TRIMBLE i lasery SPECTRA PRECISION a geodetické přístroje GEODIMETER A ZEISS. Veškeré informace o poloze stroje jsou přeneseny do kabiny řidiče. Tím se zvyšuje produktivita práce, snižují se materiálové náklady, zvyšuje rychlost postupu a přesnost provedených prací. Na výstavě byly předvedeny nové systémy antén pro GPS technologie a totální stanice řady 5600. Na obr. 5 je ukázka TRIMBLE TOOLBOX - automatická totální stanice spolu se systémem GPS. Systém automatického řízení grejdru Blade Pro 3D je na obr. 6.
   K dalším vystavovatelům patřily softwarové firmy HAITEC (zpracovatelské centrum) a  HITACHI (Data System S).
   Vlastní konferenci i doprovodná výstavu nejnovější 3D měřící techniky a laserových skenovacích systémů lze hodnotit jak po stránce organizační, odborné i společenské velmi vysoko. Laserové skenovací systémy byly v nabídce hned několika firem. Tato zájmová oblast je v praxi velmi živá, o čemž svědčí i skutečnost, že na květen roku 2002 je připravována v Berlíně konference »Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering« s navazující problematikou a rovněž s doprovodnou výstavou.

Literatura: [1] Grün, A. - Kahmen, H. (edit.): Optical 3-D Measurement Techniques V. Vienna University of Technology 2001, str. 599
[2] Firemní literatura
[3] Kašpar, M. – Štroner, M.: Laserový skenovací systém Cyrax. Stavebnictví a interiér 9, 2001, č. 11, str. 62 - 63
[4] Hánek, P. – Janžurová, I.: Veletrh památkové péče DENKMAL 2000 a měřické přístroje. GaKO 47 (89), 2001, č. 1, str. 21 - 22

Účast na konferenci byla podpořena Výzkumným záměrem MŠMT ČR č. J04098:210000022. 

---

Informace o nové knize »Lasery ve stavebnictví a navigace strojů«

Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků v Praze vydává ve IV. čtvrtletí 2001 s názvem »Lasery ve stavebnictví a navigace strojů« autorů Doc. Ing. Milana Kašpara, CSc. a Doc. Ing. Věry Voštové, CSc. z ČVUT Praha (ze Stavební a Strojní fakulty).

  Kniha pojednává především o uplatňování laserové techniky v řízení hlavních funkcí stavebních strojů, tzn. v řízení směru stroje a polohy pracovního nástroje. Nevýhody mechanické stabilizované základny odstranila tzv. nehmotná stabilizovaná základna - svazek laseru.
   Lasery tvoří důležitou část oboru nazvaného optoelektronika. Teorie laseru je založena na zákonech statistické a kvantové fyziky a fyziky atomového jádra. Laserové záření se vyznačuje monochromatičností, koherencí a vysokou hustotou energie.
   Laserové nivelační systémy řízení mají vysílací a přijímací část, a tyto jsou doplněny bohatým příslušenstvím. Rozlišujeme vizuální a fotoelektrický způsob kontroly polohy pracovního orgánu nebo směru stavebního stroje.
   Značná pozornost je věnována zdrojům laserového záření a jejich snímačům - detektorům. Podrobně jsou popsány vytyčovací laserové přístroje a přístroje pro pokládku potrubí včetně interiérových laserů a laserových teodolitů vhodných pro řízení tunelovacích strojů, laserové provažovače, víceúčelové laserové přístroje a detektory určené pro řízení stavebních strojů.
   V návaznosti na tuto kapitolu jsou uvedeni největší světoví výrobci stavebních strojů, kteří laserové automatické řízení využívají a přímo spolupracují s velkými firmami vyrábějícími tyto laserové systémy. Jsou seřazeni abecedně a jsou zde uvedeny přehledně v tabulkách základní stavební stroje s hlavními parametry.
   Bezpečnost a ochrana zdraví při práci s laserovou technikou je zajištěna podle českých a mezinárodních norem. Vyplývají z nich jak povinnosti pro výrobce resp. dodavatele, tak i pro uživatele.
   V části nazvané nové směry při řízení stavebních strojů jsou kromě již dříve uvedeného výškového 1D systému a plošného 2D systému realizovaných výlučně laserovou technikou upozorněno zejména na trojrozměrný prostorový 3D systém. Jedná se o důležité směry při využití měřických dat v reálném čase a pro přímé určování polohy a pro řízení a kontrolu strojů. Tento nový způsob využívá novou generaci měřických systémů, s cílem automatizovat a robotizovat tuto činnost s řadou aplikací. Vedle moderní laserové techniky sem patří akustické a ultrazvukové metody, inklinometry, systémy GPS (Global Positioning System) a motorizované a automatizované totální stanice. Především posledně uvedené systémy doplněné moderní výpočetní a vyhodnocovací technikou umožňují za pohybu kinematickým způsobem určovat průběžnou polohu řízených strojů a robotizovaných systémů v reálném čase a s vysokou přesností.
   V závěru je popsán technologický postup prací stavebním strojem, který je vybaven řídící laserovou technikou pro řízení polohy pracovního nástroje a pro řízení směru stroje. Je načrtnut systém dalšího vývoje tohoto zařízení a je provedeno ekonomické zhodnocení.
   Publikace je rozdělena do deseti kapitol, bohatě ilustrována obrázky a schématy a doplněna řadou tabulek v textu a dvaceti tabulkovými přehledy s hlavními technickými údaji nejnovějších laserových přístrojů na konci knihy.
   Kniha je určena odborné veřejnosti a to nejen výrobcům a uživatelům stavební a zemědělské techniky, stane se vítanou pomůckou pro pedagogy a studenty odborných a vysokých škol. Kniha bude v prodeji přímo v vČKAITu Praha a v jeho oblastních prodejnách a ve vybraných knihkupectvích.