센서 기술 : 2D 대 3D

고급 파이프 라인 평가를위한 다중 센서 검사 (MSI)의 선구자 인 RedZone Robotics는 로봇 공학 및 센서 기술에 대한 오랜 역사와 풍부한 역사를 가지고 있습니다. 가장 오해받는 두 가지 개념은 1) LASER와 LiDAR 기술의 차별화와 2) 2D 대 3D 데이터의 수집 및 해석입니다. 이것들은 근본적으로 다른 두 가지 질문이지만, 왜 그들이 다른지 그리고 이러한 기술이 실제로 어떻게 작동하는지 설명하는 데 시간을 할애하지 않습니다. 오늘의 게시물에서는 센서 기술 옵션을 살펴보고 각 기술 유형과 관련된 최상의 사용 사례 및 방법론에 대해 논의합니다.

레이저 란?

레이저 (Simulated Emission of Radiation) 기술에 의한 광 증폭은 1960 년대부터 사용되어 왔습니다. 레이저는 빛 또는 전기 에너지를 집중된 고 에너지 빔으로 변환 할 수있는 장치입니다. 레이저 광은 단색 (단일 광 주파수 – 즉, 하나의 색상)이며 빔이 장거리를 이동할 수 있지만 발산되어 정확도가 떨어집니다. 레이저는 방법론이 아니라 장치 또는 기술입니다.

고급 파이프 라인 평가와 관련하여 "레이저"라는 용어는 "링 레이저", "레이저 프로파일 링"또는 "구조 광"검사와 동의어로 자주 사용됩니다. 본질적으로 레이저 광 (빔, 링 등)이 파이프 표면의 내부 벽에 투사되고 별도의 카메라가 라이트 링의 이미지를 기록하는 데 사용됩니다.

LiDAR는 무엇입니까?

30 년 이상 사용 된 LiDAR는 레이저를 사용하는 방법론입니다. Light Detection and Ranging (LiDAR)은 레이저로 대상을 비춘 다음 반사 된 빛을 분석하여 물체까지의 거리를 측정하는 원격 감지 방법입니다. MSI와 관련하여 LiDAR은 TOF (Time of Flight) 또는 에코의 전파 시간이 센서와 대상 사이의 거리라는 점에서 소나 기술과 기능적으로 유사합니다. LIDAR는 LASER 기술을 사용하지만 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. TOF 외에도 LiDAR 센서를 도플러 (레이저 위상 편이) 또는 가이거 (레이저 에너지) 모드에 배치하여 범위 (거리)를 추정 할 수 있습니다.

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어떤 기술 / 방법이 더 정확합니까?

정확도는 측정되는 파이프 직경의 크기에 따라 다릅니다. 링 레이저는 측정되는 거리의 백분율 (예 : +/- 0.5 %) 인 부정확성을 언급했으며, 이는 대부분 레이저 이미지를 캡처하는 카메라 해상도의 함수입니다. LiDAR 센서에는 센서의 유용한 거리 (예 : +/- 30mm)에 걸쳐 고정 된 부정확성이 명시된 내부 프로세서가 있습니다. 본질적으로 링 레이저는 중소형 파이프에서 더 정확하고 LiDAR는 더 큰 파이프에서 더 정확합니다.

2D 대 3D 레이저 검사 - 차이점이 뭐야?

이름에서 알 수 있듯이 2D 센서는 단일 레이저 평면을 사용하여 X 및 Y 치수를 캡처합니다. 이것은 투사 된 빛의 연속 링 또는 단일 회전 레이저 빔으로 달성 될 수 있습니다. 어느 쪽이든 링 레이저와 2D LiDAR 센서는 동일한 유형의 X 및 Y 차원 데이터를 수집합니다. 센서를 파이프 아래로 이동하면 종종 2D 형식으로 표시되는 3D 데이터의 연속적인 조각을 쉽게 수집 할 수 있습니다. 이것은 오해의 소지가 있으며 진정한 3D LiDAR와 혼동해서는 안됩니다. 2D 센서는 감지 및 범위 지정 작업을 수행하는 데 가장 적합합니다.

3D LiDAR 센서는 2D 센서처럼 작동하지만 실제 3D 데이터를 수집하기 위해 Z 축을 따라 추가 측정이 수행됩니다. 세 번째 축 데이터 수집은 다양한 각도 또는 수직 투영 선에서 여러 레이저를 사용하여 가장 자주 수행됩니다. 최신 레이저 프로젝션 및 광역 스캔 기술을 사용하면 사각 지대없이 고정밀 고해상도 3D 데이터를 수집 할 수 있습니다. 그러나 이러한 유형의 데이터 수집에는 비용과 시간이 수반됩니다. 3D 센서는 2D 센서보다 훨씬 비쌉니다. 또한 기존의 3D LiDAR 스캐너는 데이터 수집 중에 안정적이고 안정적 ​​(움직이지 않음)이어야하며 데이터 처리는 본질적으로 더 복잡합니다. 특히 고급 파이프 라인 평가와 관련하여 3D LiDAR는 데이터 수집 및 처리에 필요한 시간으로 인해 2D 센서보다 비용이 많이 듭니다. 3D LiDAR는 엔지니어링 설계에 사용되는 굴곡 반경과 같은 매핑 및 상세 분석에 가장 적합합니다.

지평선에 무엇이 있는가?

지난 3 년 동안 XNUMXD 센서 기술과 방법론에서 상당한 발전이있었습니다. 사진 측량과 증강 현실의 통합을 촉진하는 광학 기술부터 새로운 솔리드 스테이트 및 플래시 LiDAR에 이르기까지 현대 기술은 더 빠른 스캔, 더 높은 해상도 (정확도), 더 작은 크기의 센서 및 더 저렴한 가격을 가능하게합니다. 우리는 휴대 전화 나 Google지도에서 매일 이것을 봅니다. 그러나 이러한 지상 센서가 하수도와 같이 GPS가 거부 된 부식성 환경에 배치되면 의미있는 정보를 생성하는 데 필요한 시간과 알고리즘은 본질적으로 더 길고 비용이 많이 듭니다. 노후화 된 매립 인프라의 동시 현지화 및 매핑 (SLAM)은 아직 대규모로 해결되지 않은 계산 문제입니다.

앞으로 몇 년 동안 검사 센서와 기술이 더 표준화되고 배포하기 쉬우 며 더 정확하고 지상에서 볼 수있는 것과 동일한 유형의 결과물을 더 쉽게 생산할 수있을 것으로 기대합니다.