Como pioneros de la inspección de múltiples sensores (MSI) para la evaluación avanzada de tuberías, RedZone Robotics tiene una larga y rica historia en robótica y tecnología de sensores. Dos de los conceptos más incomprendidos son 1) diferenciación entre tecnologías LÁSER y LiDAR y 2) recopilación e interpretación de datos 2D versus 3D. Estas son dos preguntas fundamentalmente diferentes, pero pocos se toman el tiempo para explicar por qué son diferentes y cómo funcionan realmente estas tecnologías. La publicación de hoy explorará las opciones de tecnología de sensores y discutirá el mejor caso de uso y metodología asociados con cada tipo de tecnología.
¿Qué es el LASER?
Las tecnologías de amplificación de luz mediante emisión simulada de radiación (LASER) existen desde la década de 1960. Un LÁSER es un dispositivo capaz de convertir luz o energía eléctrica en un rayo de alta energía enfocado. La luz láser es monocromática (frecuencia de luz única, es decir, un color) y, aunque el haz puede viajar largas distancias, diverge y se vuelve menos preciso. LASER es un dispositivo o tecnología, no una metodología.
Con respecto a la evaluación avanzada de tuberías, el término "láser" se utiliza a menudo como sinónimo de "láser de anillo", "perfilado láser" o inspecciones de "luz estructurada". En esencia, se proyecta una luz láser (haz, anillo, etc.) sobre la pared interior de la superficie de una tubería y se usa una cámara separada para registrar la imagen del anillo de luz.
¿Qué es LiDAR?
Con más de 30 años de uso, LiDAR es una metodología que emplea el uso de láseres. Light Detection and Ranging (LiDAR) es una metodología de detección remota que mide las distancias a los objetos iluminando el objetivo con láseres y luego analizando la luz reflejada. En lo que respecta a MSI, LiDAR es funcionalmente similar a las técnicas de sonar en que el tiempo de vuelo (TOF) o tiempo de propagación del eco es la distancia entre el sensor y el objetivo. LIDAR utiliza tecnología LASER, pero viceversa no es cierto. Además de TOF, los sensores LiDAR se pueden colocar en los modos Doppler (cambios de fase del láser) o Geiger (energía del láser) para estimar rangos (distancias).
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¿Qué tecnología / metodología es más precisa?
La precisión depende del tamaño del diámetro de la tubería que se mide. Los láseres de anillo han declarado inexactitudes que son un porcentaje de la distancia que se mide (por ejemplo, +/- 0.5%), que suele ser una función de la resolución de la cámara que captura la imagen láser. Los sensores LiDAR tienen procesadores internos con inexactitudes declaradas que se fijan a lo largo de la distancia útil del sensor (por ejemplo, +/- 30 mm). En esencia, los láseres de anillo son más precisos en tuberías de tamaño pequeño a mediano y LiDAR es más preciso en tuberías más grandes.
Inspección láser 2D frente a 3D , ¿Cual es la diferencia?
Como su nombre lo indica, los sensores 2D utilizan un solo plano de láseres para capturar las dimensiones X e Y. Esto podría lograrse con un anillo continuo de luz proyectada o con un solo rayo láser giratorio. De cualquier manera, los láseres de anillo y los sensores LiDAR 2D recopilan el mismo tipo de datos dimensionales X e Y. El movimiento de los sensores por una tubería facilita la recopilación de segmentos sucesivos de datos 2D que a menudo se presentan en formatos 3D. Esto puede ser engañoso y no debe confundirse con el verdadero 3D LiDAR. Los sensores 2D son los más adecuados para realizar tareas de detección y alcance.
Los sensores 3D LiDAR funcionan como sus homólogos 2D, pero se toman medidas adicionales a lo largo del eje Z para recopilar datos 3D reales. La recopilación de datos del tercer eje se logra con mayor frecuencia con múltiples láseres en diferentes ángulos o líneas de proyección vertical. Las tecnologías modernas de proyección láser y escaneo de área amplia permiten recopilar datos 3D de alta precisión y alta resolución sin puntos ciegos. Sin embargo, este tipo de recopilación de datos tiene un costo: dinero y tiempo. Los sensores 3D son significativamente más caros que sus contrapartes 2D. Además, los escáneres 3D LiDAR tradicionales deben ser estables y estables (sin moverse) durante la adquisición de datos y el procesamiento de datos es inherentemente más complicado. Específicamente, en lo que respecta a la evaluación avanzada de tuberías, el LiDAR 3D será más costoso que los sensores 2D debido al tiempo necesario para recopilar y procesar los datos. 3D LiDAR es más adecuado para mapeo y análisis detallado, como radio de curvatura, que se utilizará para diseños de ingeniería.
Ejemplo de rango y sensor LiDAR 2D (cortesía de Hokuyo Automatic Co., LTD.)
Muestra 3D LiDAR y rango (cortesía de Hokuyo Automatic Co., LTD.)
¿Qué hay en el horizonte?
Durante la última década, ha habido avances significativos en tecnologías y metodologías de sensores 3D. Desde tecnologías ópticas que facilitan la integración de fotogrametría y realidad aumentada hasta nuevos LiDAR de estado sólido y flash, la tecnología moderna permite un escaneo más rápido, mayor resolución (precisión), sensores de menor tamaño y precios más económicos. Vemos esto todos los días en nuestros teléfonos móviles o con mapas de Google. Sin embargo, una vez que estos sensores terrestres se colocan en un entorno corrosivo sin GPS, como una alcantarilla, el tiempo y los algoritmos necesarios para producir información significativa son intrínsecamente más largos y más costosos. La localización y mapeo simultáneos (SLAM) de nuestra deteriorada infraestructura enterrada es un problema computacional que aún no se ha resuelto a escala.
En los próximos años, esperaría que los sensores y las tecnologías de inspección se vuelvan más estandarizados, más fáciles de implementar, más precisos y más fáciles de producir los mismos tipos de entregables que vemos en nuestras contrapartes sobre el suelo.
