Laser Scanner 3D

POR QUE O SCANNER 3D ESTÁ REVOLUCIONANDO A ENGENHARIA E O QUE VOCÊ PRECISA SABER PARA COMEÇAR A USÁ-LO NOS SEUS PROJETOS

Se você trabalha com Arquitetura, Engenharia ou profissões correlatas provavelmente já investiu muitos recursos em levantamentos, medições, análises de projetos antigos e desatualizados, execução de As Builts, etc.

Todos demandam tempo, dinheiro e, frequentemente, os resultados são imprecisos, pouco conclusivos ou parecem simplesmente não devolver o investimento realizado.

E estas são só algumas das razões pelas quais tecnologias como o Escaneamento a laser 3D vem assumindo uma fatia de mercado cada vez maior na Engenharia.

De acordo com o último relatório de Tecnologia nas Construções JB Knowledge, de 2019, os Scanners 3D são a segunda tecnologia de Inovação mais utilizada pelas empresas a nível global, contemplando 30,3% dos entrevistados. Conheça esse relatório clicando na imagem abaixo.

O que é Scanner Laser 3D?

O escaneamento 3D a laser é uma tecnologia não destrutiva e que não envolve contato. Ela captura digitalmente a forma de objetos físicos através da luz laser.

Scanners a laser 3D criam “nuvens de pontos” com os dados das superfícies de um objeto físico, refletindo tamanhos e formas com exatidão. Estes dados são usados para criar representações digitais em 3D.

O escaneamento 3D é ideal para medições e inspeções de superfícies de contornos e geometrias complexas: plantas industriais, estruturas pesadas de concreto armado ou metálicas, um edifício em funcionamento que precisa de um As-built preciso e rápido ou mesmo em locais onde os métodos tradicionais da metrologia são difíceis ou impraticáveis.

Aplicações tradicionais e inovadoras na Engenharia

O Escaneamento a Laser possui uma gama de aplicações na Engenharia, desde a substituição de ferramentas tradicionais de medição e inspeção até projetos complexos de Engenharia Reversa e Robótica, a tecnologia está cada vez mais presente no mercado:

Engenharia Reversa: a digitalização 3D é a maneira mais rápida, precisa e automatizada de adquirir dados digitais, seja para clonar um objeto ou criar um novo modelo a partir de um existente, corrigindo imperfeições;
Acompanhamento da execução de obras de engenharia;
As-built de edifícios, estruturas e plantas industriais;
Inspeção estrutural de fissuras;
Inspeção estrutural de estruturas metálicas com exemplo acima da análise de integridade dos tanques de Beirute. Para detalhes clique na imagem;
Planejamento de novos edifícios ou remodelações;
Manutenção preditivatais como vistorias e inspeções;
Perícias de engenharia e forenses;
Segurança do trabalho: o scanner de segurança a laser detecta a presença de pessoas na zona de perigo de uma máquina, interrompendo o funcionamento da mesma enquanto protege contra acidentes;
Integração à modelos BIM para monitoramento e gerenciamento de edifícios e estruturas;
Levantamentos topográficos, entre outras aplicações.

Como funciona o escaneamento 3D?

Scanners usam raios laser para medir a distância de um objeto ponto a ponto. O alcance de cada equipamento depende do modelo: alguns fabricantes dispõem de modelos que podem chegar a medir até 350m de distância. A velocidade de captura de dados do laser pode chegar a mais de um milhão de pontos por segundo.

Os objetos no entorno são digitalizados verticalmente em fileiras através de um espelho giratório.

Os espelhos giram em torno do eixo horizontal do equipamento e, simultaneamente, o scanner gira em torno de seu eixo vertical coletando dados em um arquivo ASCII (American Standard Code for Information Interchange) que contém os pontos de medição.

O arquivo ASCII contempla a coleta de uma nuvem de pontos. Cada ponto possui uma Intensidade e Coordenadas Polares (Distância, Ângulo Vertical e Horizontal) tendo como origem a posição do Scanner.

O arquivo ASCII gerado a partir de inúmeras varreduras com o laser requer processamento em Software para ser visualizado de forma similar à uma fotografia 3D, porém com medidas exatas.

Softwares como o FARO® SCENE, além de processar as imagens, também podem controlar os lasers remotamente.

O campo de visão do Laser Scanner 3D é, aproximadamente, o equivalente ao de uma pessoa na mesma posição do Scanner.

Na figura 1 não é possível captar o que está atrás do anteparo sem que o scanner seja posicionado novamente de modo a obter aquele campo de visão indicado na figura 2. Nesse exemplo a cobertura completa da área é realizada com duas posições de lasers.

Veja um vídeo da Faro demonstrando o funcionamento de um Laser Scanner 3D clicando aqui.

Como funciona o registro das imagens?

Para ter uma visão completa do campo, é fundamental que todas as varreduras sejam mescladas e alinhadas umas às outras: esta etapa é denominada “registro”.

A precisão do registro pode ser otimizada com o uso de alvos, por exemplo: esferas 3D com diâmetro conhecido.

Os scanners FARO® possibilitam conexão sem fio com o software SCENE e, através de um laptop, é possível executar a etapa de registro in loco, contemplando dentre as principais vantagens:

Mitigar os riscos de novos registros;
Otimizar o tempo de uso do equipamento e horas do profissional;
Promover uma base de dados mais confiável.

Scan-to-BIM

O Scan-to-BIM é uma aplicação do Escaneamento 3D associado ao BIM que tem se tornado cada vez mais comum porque resolve um problema antigo dos Engenheiros Civis e Arquitetos: ausência de projetos as builts das edificações.

O Escaneamento para BIM é normalmente aplicado em projetos nos quais um edifício existente precisa ser capturado, como uma reforma, um projeto de conservação ou uma extensão de um edifício existente. No entanto, também se mostrou útil para:

novos projetos de construção, usado para criar um registro do contexto existente e edifícios e estruturas adjacentes;
ou quando um edifício precisa ser capturado antes da demolição.

Um modelo BIM em projetos de engenharia pode economizar milhares de reais em medições de obras, pedidos de alteração de projetos, etc. A alternativa é ainda mais atrativa quando se considera a economia potencial de longo prazo que o compartilhamento transparente de dados e design inteligente 3D podem trazer aos projetos.

Gerenciamento de projetos com Scanner 3D

Como planejar um projeto?

As informações mais relevantes para o planejamento e uma cotação adequada envolvem:

Necessidades/objetivos do levantamento 3D.
Pessoal necessário (normalmente, apenas um funcionário pode realizar um escaneamento 3D de pequeno porte);
Posicionamento e número de varreduras: podem ser obtidas através de plantas 2D ou munido de uma ferramenta digital que possibilite um mapeamento rápido;
Densidade de pontos adequada, que varia conforme a distância do objeto medido com scanner;
Tempo de duração do escaneamento;
Como os dados serão tratados e onde serão armazenados;

Dicas para capturar dados em campo

Se necessários use vários scanners 3D para reduzir a carga horária de trabalho em grandes projetos.
Utilize alvos e esferas como referências para auxiliar o escaneamento e promover controle de qualidade adequado.
Assuma controle sobre a execução, garantindo que a equipe vai seguir o plano estabelecido.
Mantenha a qualidade na densidade do escaneamento: com uma frequência dominante, maior precisão e maior número de varreduras de objetos complexos.
Considere o uso de drones, pois, adicionar um drone ao conjunto de ferramentas pode fazer toda a diferença no resultado de um levantamento. As imagens de um drone fotogramétrico podem ser transformadas em nuvens de pontos combinadas às varreduras da estrutura interna.

Dicas para modelagem

Conheça bem os softwares disponíveis no mercado, por exemplo: AutoCAD 3D, Revit,
Utilize ferramentas de controle de qualidade: o escaneamento a laser captura tudo que um laser pode detectar. Como resultado, a extração automática de dados pode criar “falsos positivos”, ou seja, informações irrelevantes para o projeto presentes nos dados. O Edgewise também é recomendado para classificar estas informações e separá-las do projeto.
Use o Verity como verificador de modelo. Embora seja amplamente usado para análise da qualidade de construção, o Verity pode verificar um modelo de escaneamento 3D e fornecer dados quantitativos confiáveis sobre mudança no mundo real, por exemplo: deflexão de uma viga de concreto.
Saiba usar os softwares de forma combinada: como Edgewise e AutoCAD 3D;
Adicione especificações: softwares como Edgewise contam com extenso banco de dados atualizado conforme os padrões industriais dos materiais, porém, é possível e recomendável inserir novas especificações ao modelo se necessário

FARO® Scan Plan

A ferramenta é ideal para realizar o planejamento de projetos de digitalização: ela captura plantas baixas com uma simples caminhada pelo local a ser levantado e o complementa com imagens panorâmicas 360 graus.

O software otimiza e sugere o posicionamento dos scanners 3D além de fornecer varreduras mais interessantes e o tempo necessário de duração conforme requisitos de projeto. Por exemplo: Para determinada densidade de pontos de projeto, são necessárias 20 varreduras em locais específicos com duração de 5 minutos cada uma.

O tempo total de registro será de 1h e 40 minutos.

Com o planejamento adequado e registro no local, o tempo de processamento no escritório é reduzido a zero e o escaneamento pode ser compartilhado na nuvem com stakeholders de projeto instantaneamente.

Vantagens competitivas para o seu negócio

Os custos nacionais da construção por metro quadrado acumulam alta de 3,33% nos últimos 12 meses de acordo com dados do IBGE (1) e 47,6% do custo básico da construção civil está associado à mão de obra.

Ao mesmo tempo os sistemas de automação e controle estão evoluindo rapidamente e gerando novas oportunidades de negócio para as empresas de Engenharia.

Nesse contexto, a fim de obter vantagens competitivas, é indispensável recorrer à tecnologia para:

Aumentar a produtividade;
Reduzir custos de mão de obra;
Reduzir o retrabalho;
Trazer inovação à atividades essenciais de campo e escritório: incorporando aplicativos, smartphones, tablets e outros dispositivos ao dia-a-dia.

O escaneamento a laser 3D substitui os levantamentos tradicionais, que são lentos e propícios ao erro humano. Os layouts produzidos após o escaneamento são rápidos e precisos, além de não requerer várias visitas ao local.

Quanto mais cedo as empresas implementarem esta solução, mais rapidamente elas serão beneficiadas em produtividade, redução de falhas entre outras vitórias operacionais. Deixar de lado uma tecnologia como essa pode colocar todo o seu negócio em risco no curto-médio prazo.

O que vem por ai?

Em Agosto de 2020, a FARO ® anunciou o lançamento do FARO ® Trek.

O equipamento, que foi desenvolvido junto à Boston Dynamics, integra um laser 3D à um robô quadrúpede, capaz de realizar varreduras de precisão com rapidez em ambientes desafiadores. Com ele, independente da etapa de projeto, as informações coletadas são sempre as mesmas, garantindo análises e relatórios aprimorados.

O Autowalk automatiza o processo de inspeção após os operadores inicialmente programarem a rota caminhando ao lado do robô. Contando com sensores sofisticados, o Spot é então capaz de repetir a mesma rota de forma autônoma e até mesmo fazer pequenos ajustes para concluir o trabalho.

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A AXIOMA Engenharia possui equipamentos especialmente desenvolvidos para atender às necessidades dos profissionais de Engenharia Civil, Mecânica, Elétrica, Naval, Aeroespacial, de Mineração, Metrologia, Arquitetura, entre outros.

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Referências:

JB Knowledge Construction Technology Report – 2019. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: (https://jbknowledge.com/wp-content/uploads/2019/12/2019-JBKnowledge-Construction-Technology-Report.pdf. Acesso em: 16 ago. 2020.
INTEGRITY analysis of API650 storage tanks damaged during Beirut’s Port Explosion, using Faro Laser Scanner “Focus 3D”. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: https://www.linkedin.com/posts/jeansayah_farofocus-laserscanning-api650-activity-6699722986372571136-d0FP. Acesso em: 16 ago. 2020.
HOW scan-to-BIM is used in Construction. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: https://www.navvis.com/blog/53-scan-to-bim. Acesso em: 16 ago. 2020.
SAFETY Laser Scanner for Outdoor Use as per TS 62998. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: https://www.industrialautomationindia.in/newsitm/8676/T%C3%9CV-Rheinland-%E2%80%93-Safety-Laser-Scanner-for-Outdoor-Use-as-per-TS-62998/news. Acesso em: 16 ago. 2020.
LEICA RTC 360. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: https://leica-geosystems.com/pt-br/products/laser-scanners/scanners. Acesso em: 16 ago. 2020.
CUSTO da construção civil aumenta 0,49% em julho, mostra IBGE. [S. l.], 7 ago. 2020. Disponível em: https://valor.globo.com/brasil/noticia/2020/08/07/custo-da-construcao-civil-aumenta-049percent-em-julho-mostra-ibge.ghtml. Acesso em: 16 ago. 2020.
FARO® Launches Trek, the Automated 3D Laser Scanning Integration with Boston Dynamics Spot® Mobile Robot. [S. l.], 1 dez. 2019. Disponível em: https://informedinfrastructure.com/56951/faro-launches-trek-the-automated-3d-laser-scanning-integration-with-boston-dynamics-spot-mobile-robot/. Acesso em: 16 ago. 2020.
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