En tant que pionnier de l'inspection multi-capteurs (MSI) pour l'évaluation avancée des pipelines, RedZone Robotics a une longue et riche histoire avec la robotique et la technologie des capteurs. Deux des concepts les plus mal compris sont 1) la différenciation entre les technologies LASER et LiDAR et 2) la collecte et l'interprétation de données 2D par rapport à 3D. Ce sont deux questions fondamentalement différentes, mais rares sont ceux qui prennent le temps d'expliquer pourquoi ils sont différents et comment ces technologies fonctionnent réellement. L'article d'aujourd'hui explorera les options de technologie des capteurs et discutera du meilleur cas d'utilisation et de la meilleure méthodologie associés à chaque type de technologie.
Qu'est-ce que le laser?
Les technologies d'amplification de la lumière par émission simulée de rayonnement (LASER) existent depuis les années 1960. Un LASER est un appareil capable de convertir la lumière ou l'énergie électrique en un faisceau concentré à haute énergie. La lumière laser est monochromatique (fréquence lumineuse unique - c'est-à-dire une couleur) et bien que le faisceau puisse parcourir de longues distances, il diverge et devient moins précis. LASER est un appareil ou une technologie, pas une méthodologie.
En ce qui concerne l'évaluation avancée des pipelines, le terme «laser» est souvent utilisé comme synonyme d'inspections «laser en anneau», «profilage laser» ou «lumière structurée». En substance, une lumière laser (faisceau, anneau, etc.) est projetée sur la paroi intérieure d'une surface de tuyau et une caméra séparée est utilisée pour enregistrer l'image de l'anneau lumineux.
Qu'est-ce que LiDAR?
Utilisé depuis plus de 30 ans, LiDAR est une méthodologie qui utilise l'utilisation de lasers. La détection et la télémétrie de la lumière (LiDAR) est une méthodologie de télédétection qui mesure les distances par rapport aux objets en éclairant la cible avec des lasers, puis en analysant la lumière réfléchie. En ce qui concerne le MSI, le LiDAR est fonctionnellement similaire aux techniques sonar en ce que le temps de vol (TOF) ou le temps de propagation de l'écho est la distance entre le capteur et la cible. LIDAR utilise la technologie LASER, mais l'inverse n'est pas vrai. Outre le TOF, les capteurs LiDAR peuvent être placés en modes Doppler (déphasage laser) ou Geiger (énergie laser) pour estimer les distances (distances).
Vous pouvez en savoir plus sur LiDAR ici.
Quelle technologie / méthodologie est la plus précise?
La précision dépend de la taille du diamètre du tuyau mesuré. Les lasers en anneau ont indiqué des inexactitudes qui sont un pourcentage de la distance mesurée (par exemple, +/- 0.5%), qui est le plus souvent fonction de la résolution de la caméra capturant l'image laser. Les capteurs LiDAR ont des processeurs internes avec des inexactitudes indiquées qui sont fixées sur la distance utile du capteur (par exemple, +/- 30 mm). En substance, les lasers annulaires sont plus précis dans les tuyaux de petite à moyenne taille et LiDAR est plus précis dans les tuyaux plus grands.
Inspection laser 2D vs 3D - Quelle est la différence?
Comme leur nom l'indique, les capteurs 2D utilisent un seul plan de lasers pour capturer les dimensions X et Y. Cela pourrait être accompli avec un anneau continu de lumière projetée ou un seul faisceau laser en rotation. Dans tous les cas, les lasers en anneau et les capteurs LiDAR 2D collectent le même type de données dimensionnelles X et Y. Le déplacement des capteurs le long d'un tuyau facilite la collecte de tranches successives de données 2D qui sont souvent présentées au format 3D. Cela peut être trompeur et ne doit pas être confondu avec un véritable LiDAR 3D. Les capteurs 2D sont les plus adaptés pour effectuer des tâches de détection et de télémétrie.
Les capteurs LiDAR 3D fonctionnent comme leurs homologues 2D, mais des mesures supplémentaires sont prises le long de l'axe Z pour collecter des données 3D réelles. La collecte de données sur le troisième axe est le plus souvent réalisée avec plusieurs lasers à différents angles ou lignes de projection verticale. Les technologies modernes de projection laser et de balayage à grande surface permettent de collecter des données 3D haute précision et haute résolution sans angles morts. Cependant, ce type de collecte de données a un coût: de l'argent et du temps. Les capteurs 3D sont nettement plus chers que leurs homologues 2D. En outre, les scanners LiDAR 3D traditionnels doivent être stables et stables (sans bouger) pendant l'acquisition de données et le traitement des données est par nature plus compliqué. Plus précisément, en ce qui concerne l'évaluation avancée des pipelines, le LiDAR 3D sera plus coûteux que les capteurs 2D en raison du temps nécessaire pour collecter et traiter les données. Le LiDAR 3D est le plus approprié pour la cartographie et l'analyse détaillée, comme le rayon de courbure, à utiliser pour les conceptions techniques.
Exemple de capteur et de plage LiDAR 2D (avec la permission de Hokuyo Automatic Co., LTD.)
Échantillon de LiDAR 3D et gamme (avec la permission de Hokuyo Automatic Co., LTD.)
Qu'est ce qui se profile à l'horizon
Au cours de la dernière décennie, il y a eu des progrès significatifs dans les technologies et méthodologies de capteurs 3D. Des technologies optiques qui facilitent l'intégration de la photogrammétrie et de la réalité augmentée aux nouveaux LiDAR à semi-conducteurs et flash, la technologie moderne permet une numérisation plus rapide, une résolution (précision) plus élevée, des capteurs de plus petite taille et des prix moins chers. Nous voyons cela tous les jours sur nos téléphones mobiles ou avec Google Maps. Cependant, une fois que ces capteurs terrestres sont placés dans un environnement corrosif et interdit au GPS, tel qu'un égout, le temps et les algorithmes nécessaires pour produire des informations significatives sont par nature plus longs et plus coûteux. La localisation et la cartographie simultanées (SLAM) de notre infrastructure enfouie détériorée est un problème de calcul qui n'a pas encore été résolu à grande échelle.
Au cours des prochaines années, je m'attendrais à ce que les capteurs et les technologies d'inspection deviennent plus normalisés, plus faciles à déployer, plus précis et plus facilement capables de produire les mêmes types de livrables que ceux que nous voyons chez nos homologues hors sol.
