Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam tổng hợp, dịch và biên soạn.

MỨC ĐỘ PHẢN XẠ CỦA VẬT LIỆU BỀ MẶT ĐỐI TƯỢNG

Nguyên lý hoạt động, tính toán và xác định tọa độ các đối tượng thực tiễn của kỹ thuật quét laser 3D dựa vào khả năng phản xạ khi tia laser tiếp cận với bề mặt. Cường độ phản xạ của tia laser phụ thuộc vào mức độ phản xạ của các đối tượng. Mỗi đối tượng trong thực tiễn có mức độ phản xạ khác nhau, ví dụ bề mặt than (màu đen) có mức độ phản xạ khác với bề mặt đá (màu xám), mức độ phản xạ của lá cây (màu xanh) khác với mặt đất (màu nâu), mức độ phản xạ của bề mặt thép khác với bề mặt gỗ hay bê tông …Mức độ phản xạ cũng là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng tới chất lượng và độ chính xác của số liệu quét laser 3D. Thực tiễn cho thấy có nhiều đối tượng máy quét laser 3D gần như không thu được thông tin phản xạ của tia laser trong quá trình quét như bề mặt kính (mặt kính của các tòa nhà), bề mặt sơn bóng (bề mặt của các bồn bể chứa chất lỏng có sơn sáng bóng hoặc bề mặt inox), bề mặt sứ (trụ sứ của đường dây truyền tải điện) … Tuy nhiên tới thời điểm hiện tại, với việc áp dụng các kỹ thuật phát xạ laser cao cấp, máy quét laser 3D thế hệ mới có khả năng khắc phục được một phần những hạn chế do mức độ phản xạ bề mặt khác nhau của các đối tượng trong thực tiễn.

Cường độ phản xạ của tín hiệu laser bị ảnh hưởng bởi khả năng phản xạ của bề mặt các đối tượng (bên cạnh các yếu tố ảnh hưởng khác như khoảng cách, điều kiện khí quyển khu vực, góc tiếp cận đối tượng của tia laser). Các bề mặt trắng thường có khả năng phản xạ tốt trong khi các bề mặt tối màu có mức độ phản xạ yếu hơn. Ngoài ra màu sắc của bề mặt đối tượng cũng có ảnh hưởng tới mức độ phản xạ tuy nhiên nó cũng còn phụ thuộc vào đặc tính phổ của tia laser (tia màu xanh, màu đỏ, cận hồng ngoại).

Mức độ phản xạ của các dạng bề mặt khác nhau gây ra những sai số hệ thống trong việc xác định khoảng cách đối tượng bằng kỹ thuật quét laser 3D, điều này đã được kiểm tra và chứng minh trong thực tiễn. Đối với một số loại chất liệu bề mặt, những sai số này có thể lớn hơn tới vài lần so với biến thiên sai số thông thường của các phép đo khoảng cách độc lập. Một số loại máy quét cung cấp chức năng đặc biệt có khả năng hiển thị các sai số của những điểm quét đầu tiên sau khi tia laser tiếp cận với một khu vực có bề mặt khác với bề mặt đã quét qua trước đó. Trong thực tiễn khi triển khai ứng dụng kỹ thuật quét laser 3D cho các đối tượng có bề mặt được cấu thành bởi nhiều loại vật liệu, được sơn phủ thành nhiều phần và mỗi phần lại có mức độ phản xạ khác nhau, chắc chắn sẽ xuất hiện những sai số hơn là các đối tượng có bề mặt đồng nhất. Cần sử dụng các phương pháp kiểm chứng độ chính xác trước khi đi đến kết luận hoặc cho ra các bản vẽ cuối cùng.  

GÓC TIA QUÉT LASER TIẾP XÚC ĐỐI TƯỢNG

Nhìn chung hầu hết các máy quét tới thời điểm hiện tại đều được thiết kế với khả năng quét theo chiều ngang hoàn chỉnh một góc 360⁰ và theo chiều đứng một góc 300 đến 320⁰ do bị khuyết phần chân máy. Khi hoàn thành một chu trình quét tại một vị trí đặt máy, tia laser sẽ tiếp xúc với các đối tượng thực tiễn ở các góc độ khác nhau có đối tượng nằm vuông góc với hướng đến của tia laser nhưng cũng sẽ có đối tượng nằm gần như song song với tia laser và chính góc mà tia laser tiếp xúc với đối tượng cũng gây ra những ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng cũng như độ chính xác số liệu quét chúng ta thu được.

Thông thường với các đối tượng nằm trực diện khi tia laser quét qua sẽ có chất lượng và độ chính xác tốt hơn so với các đối tượng phân bố gần như song song với tia laser hoặc có góc tiếp xúc với tia laser rất nhỏ. Để khắc phục ảnh hưởng này có thể sử dụng kỹ thuật tăng số trạm quét trong một khu vực, tuy nhiên việc tăng số trạm quét cũng cần được cân nhắc bởi sự ra tăng dung lượng số liệu đo cũng như thời gian tiêu tốn thêm để bổ sung các trạm quét mới.

SAI SỐ CỦA CÁC TẤM MỤC TIÊU HOẶC QUẢ CẦU VÀ THIẾT BỊ ĐO TỌA ĐỘ

Việc sử dụng các tấm mục tiêu (Target) và quả cầu (Sphere) làm tiêu đo trong quá trình triển khai thực địa là quy trình phổ biến trong kỹ thuật quét laser 3D. Các tấm mục tiêu và quả cầu giữ nhiệm vụ là các điểm sử dụng trong quá trình kết nối các trạm đo rời rạc để tạo thành mô hình đám mây điểm tổng thể của một khu vực lớn như nhà máy, công trường hay địa hình.

Bản thân các tấm mục tiêu, quả cầu cũng là nguồn gây sai số trong quá trình quét thu số liệu thực địa bởi các yếu tố như vị trí đặt tấm mục tiêu, quá trình di chuyển khi quét, chuyển động của các đối tượng xung quanh, sự rung lắc của các vật mang … theo đó vị trí của các tấm mục tiêu về mặt nguyên tắc cần được cố định, nhưng dưới tác động của các yếu tố nêu trên chúng có thể bị dịch chuyển gây ra sự sai khác về vị trí giữa các trạm quét khác nhau cùng quan trắc chung những tấm mục tiêu đó. Khi nắn ghép hàng trăm trạm quét rời rạc lại với nhau, sự sai khác về vị trí của các tấm mục tiêu hoặc quả cầu có thể gây ra những sai số nghiêm trọng. Trong thực tiễn để hạn chế sai số gây ra do sự thay đổi vị trí các tấm mục tiêu hoặc khó nhận biết tấm mục tiêu trên mô hình đám mây điểm, các hãng cung cấp giải pháp phần mềm đã tích hợp khả năng kiểm soát chất lượng của tất cả các tấm mục tiêu hoặc quả cầu tham gia vào quá trình nắn ghép các trạm quét với nhau, theo đó nếu có bất kỳ tấm mục tiêu nào có sai số vượt hạn sai cho phép, hoàn toàn có thể loại bỏ khỏi quá trình nắn ghép trạm đo để đảm bảo độ chính xác cần thiết.

Ngoài ra đối với những dự án có yêu cầu cụ thể về hệ thống tọa độ hoặc các dự án đòi hỏi độ chính xác của quá trình nắn ghép đặc biệt cao, sẽ phải sử dụng thiết bị đo có độ chính xác được coi là cao hơn so với độ chính xác của máy quét laser 3D công bố.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn