Raggiungere nuove vette con la scansione Artec 3D: ispezione di una barriera anti-inondazione alta otto metri

Lo scanner 3D Ray II di GoMeasure3D vicino alla barriera di Richmond, in Virginia. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

Il 19 giugno 1972 accadde qualcosa che avrebbe cambiato per sempre il lungomare di Richmond. Quando l'uragano Agnes iniziò a colpire la costa degli Stati Uniti, il vicino fiume James esondò, innescando inondazioni nelle città, sulle autostrade e lungo le linee ferroviarie.

Nella sola Virginia, questo disastro causò 14,8 milioni di dollari di danni stradali (110 milioni di dollari con il cambio attuale) lasciando abitazioni, sistemi fognari e altre infrastrutture in bisogno di riparazioni. Quattro persone persero la vita dopo che la loro auto venne spazzata via dalle inondazioni. Tuttavia, è stato solo quando un'altra grande alluvione nel 1985 ha colpito questo territorio che le autorità locali hanno finalmente cambiato rotta, introducendo nuove misure preventive.

Presto iniziarono i lavori per una massiccia barriera anti-inondazione, che proteggeva sia la sponda nord che quella sud del fiume James. Dieci anni dopo la barriera era ultimata, e nonostante la bufera di neve del 1996 abbia fatto salire il fiume a un'altezza di 6,7 metri, la barriera si è dimostrata abbastanza alta, e lo è tutt'ora.

Detto questo, l'area rimane a grave rischio e il muro stesso non è mai stato utilizzato fino in fondo. Come fare a sapere con certezza se rimarrà un fermo difensore di Richmond, una città industriale di 230.000 persone, piena di insostituibili architetture storiche di epoca coloniale?

Il partner certificato Artec 3D Gold GoMeasure3D entra in gioco. Avendo appena messo le mani su un nuovo scanner 3D Artec Ray II, il team lo ha messo direttamente alla prova, insieme allo scanner wireless Artec Leo, per raccogliere rapidamente tutti i dati necessari per un ispezione di precisione.

Ray II: "Un salto in avanti" nella scansione 3D

L'ambiziosa impresa di scansione 3D di GoMeasure3D è iniziata con l'Application Engineer (e abitante di Richmond) Art Pekun che si dirigeva verso il sito impugnando Ray II. Tuttavia, per quanto fosse entusiasta di testare il nuovo dispositivo LiDAR sul campo, la portata della sfida che stava affrontando è divenuta subito chiara.

I dati di scansione della barriera anti-inondazione di Richmond di GoMeasured3D. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

Prima ancora di scendere dal marciapiede, Art ha notato il ponte che si affacciava sulla barriera e sul passaggio pedonale delle strade circostanti, e ha capito che poteva causare l'interruzione del tracciamento GPS e sfocatura del movimento. Poi, c'erano da tener conto delle dimensioni. Non molti dispositivi offrono il feedback in tempo reale, l'autonomia e la durata della batteria necessarie per catturare una barriera anti-inondazione così grande da più angolazioni in una sola sessione.

Ma una volta montato Ray II sul suo treppiede, Art ha capito rapidamente perché era un'aggiunta preziosa alla gamma di scanner Artec 3D. Con un display integrato e un tracciamento senza target, l'installazione richiede pochi secondi, mentre il sistema inerziale visivo (VIS) del dispositivo garantisce che "sappia sempre dove si trova."

In questo caso, il suo VIS ha reso facile e veloce digitalizzare la barriera da nove diverse angolazioni e catturare qualsiasi segno di danno, creando punti di allineamento istantaneamente. Secondo Paul Motley, COO di GoMeasure3D, Ray II permette un processo di acquisizione dati ultra accurato di soli 20 minuti che non è solo impressionante, ma non sarebbe stato possibile prima, con altri mezzi.

Il display integrato di Ray II indica che manca poco a una scansione 3D completa. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

"Prima di Ray II, probabilmente non ci avremmo nemmeno provato perché tutte queste sfide sarebbero esistite ma sarebbero state esponenzialmente più difficili", ha spiegato Paul. "Senza il monitoraggio dell'allineamento, come fai a unire i dati? Solo la semplice idea di passare da un lato all'altro del muro sarebbe stata molto difficile."

"In passato, probabilmente non avremmo nemmeno lontanamente pensato di provarci. Ma con tutte le sue funzionalità avanzate, Ray II è un vero e proprio balzo in avanti."

Quando si è trattato di ispezionare le porte della barriera, che includevano aree più intricate con chiari segni di ruggine, Art ha utilizzato Artec Leo. Sebbene nelle scansioni "circolari" possa essere difficile far combaciare le due estremità, il tracciamento della texture del dispositivo è così avanzato che questo compito non ha dato nessun problema.

Unendo questa scansione ad alta precisione di Leo con i dati di Ray II, Art afferma che è possibile ottenere mesh a più risoluzioni che catturano i dettagli più piccoli per un'analisi approfondita. Nei casi in cui è necessario valutare le proprietà di tenuta delle porte, ad esempio, avere questi dettagli può fare la differenza tra una parete a tenuta stagna e una che perde.

Una porta della barriera anti-inondazioni in fase di analisi iniziale in Artec Studio. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

"Ray II è ottimo per ottenere posizioni e misurazioni, ma Leo consente di ispezionare più da vicino e ottenere un quadro di riferimento più dettagliato", ha affermato Art. "Tutti vorrebbero uno scanner in grado di svolgere ogni compito. Tale scanner non esiste, ma il modo in cui Artec Studio ti consente di combinare i dati con Smart Fusion è qualcosa che non ho mai visto fare da nessun altro software."

Ispezione della barriera anti-inondazione di Richmond

Quando si è trattato di elaborare i dati in Artec Studio, il team ha iniziato triangolando i dati a disposizione e utilizzando l'algoritmo di registrazione globale con un solo clic del programma per allineare tutte le scansioni. Per semplificare e ridurre le dimensioni della loro mesh, hanno quindi rimosso eventuali cornici non necessarie prima di dividerle in tre strati: i ponti, la strada e il muro stesso.

Una volta ottimizzata, questa mesh è stata analizzata con il set di strumenti di ispezione della qualità di Artec Studio. La mappatura della distanza ha permesso di trovare le deviazioni confrontando le feature, mentre i piani di compensazione si sono rivelati ideali per misurare la planarità e analizzare se le superfici potessero chiudersi per formare una tenuta stagna.

La scansione 3D completa della barriera in Artec Studio. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

Per un'ispezione più approfondita, in seguito hanno inviato i dati su Geomagic Design X, un software di reverse engineering ricco di strumenti per la creazione di modelli CAD basati su feature partendo dai dati di scansione. Paul afferma di aver trovato rapidamente degli strumenti di segmentazione particolarmente utili, in quanto "prendono parti complesse e le riducono a forme fondamentali" in un modo che "aumenta notevolmente il risparmio di tempo."

Da lì, è stato possibile trasformare tutte queste forme in oggetti CAD utilizzabili esportandole in SolidWorks con Design X SolidWorks LiveTransfer. Così non si è solo trasferito tutto il loro lavoro, ma anche mantenuto tutte le relazioni parametriche, assicurando che rimanesse fedele ai dati originali.

Dopo aver suddiviso questa mesh in elementi isolati che potevano essere elaborati o esaminati in modo più dettagliato, l'hanno inviata su Geomagic Control X. Lì, le caratteristiche di analisi delle deviazioni come il montaggio superficiale organico hanno permesso al team GoMeasure3D di identificare rapidamente le deformazioni che costituivano potenziali problemi prima di analizzare profondità, volume e perdita di materiale.

"Con le strutture in calcestruzzo, non è possibile vedere se corrispondono esattamente al disegno CAD. Stiamo cercando erosione, picchettatura, deformazione e danni fisici," ha aggiunto Paul. "Il montaggio superficiale organico, che è esclusivo di Control X, ti dà la possibilità di trovare il volume dei difetti e usarlo come quadro di riferimento per vedere quanto sono strutturalmente solidi i materiali in esame."

"Una volta identificate le posizioni dei difetti, puoi vedere se c'è un gruppo di esse intorno a una particolare area e, se necessario, dire: 'dobbiamo eseguire una riparazione'."

Analisi della deviazione della barriera anti-inondazione di Richmond in corso su Geomagic Control X. Immagine per gentile concessione di GoMeasure3D

Un flusso di lavoro “estremamente facile” da adottare

Il flusso di ispezione basata su scansioni di GoMeasure3D può richiedere pochi passaggi, ma grazie all'allineamento intuitivo e gli strumenti scan-to-CAD (più un po' di pratica), Paul afferma che può diventare "estremamente facile."

Alla fine, lui e i suoi colleghi non hanno trovato deviazioni consistenti nella barriera anti-indonazione, ma hanno dimostrato come utilizzare questi metodi in altre situazioni. Il loro flusso di lavoro è ideale per acquisire dati accurati e dettagliati per l'ispezione, il controllo di qualità e la manutenzione in una vasta gamma di altre applicazioni, tra cui produzione industriale, estrazione mineraria e aerospaziale.

"Con questo flusso di lavoro, non hai bisogno di dati CAD, quindi è correlato con molte altre applicazioni di ingegneria civile", ha concluso Paul. "C'è molta domanda per queste funzioni nell'ambito del nucleare e di altre aree in cui è necessario verificare l'integrità delle strutture in calcestruzzo e monitorarle nel tempo. Quindi c'è un enorme mercato per queste ispezioni apparentemente semplici ma in realtà piuttosto complesse."

"Alcuni vogliono una precisione da 10 a 20 micron, altri potrebbero non preoccuparsi se è inferiore a un pollice, ma gli stessi principi valgono per ispezionare qualsiasi cosa, dalle pale di una turbina alle barriere anti-inondazione."

In definitiva, Art afferma che il progetto dimostra le "notevoli capacità" della scansione moderna come strumento per aumentare la sicurezza e l'efficienza della manutenzione. Oltre a sottolineare l'importanza della tecnologia nel mantenimento del muro di Richmond, osserva che il progetto evidenzia il suo potenziale come strumento con applicazioni in più settori.