Prof. Paulo Augusto Ferreira Borges

Uso de Laser Scanner Terrestre para

Modelagem de Estruturas Metálicas:

Aplicação na Inspeção de

Empilhadeiras de Minério Utilizando

a Técnica de Varredura por

Ultrassom

INTRODUÇÃO

A importância do As-Built 3D com a utilização de

Laser Scanner, no que tange a engenharia, visa tornar

sua documentação atualizada com relação à instalação

existente de forma rápida e eficiente, associada ou não

a um banco de dados. Atualmente têm-se empregado

ferramentas de maquete eletrônica “3D”, que

apresentam melhor qualidade de visualização e permite

melhor planejamento de manutenção, simulação de

risco, ampliações do projeto, etc.

✓ Medição sem contato

Acesso Reduzido nas Áreas de Risco / Perigosas – Segurança

Fácil captura de dados

Captura da integridade das cenas críticas

✓ Eficiências Operacionais

Redução do risco de retrabalho, tempo de parada, paralização do

cronograma, redução da contingência.

Reaproveitamento dos dados para responder a futuras solicitações do

mesmo cliente.

VANTAGENS DO LASER

SCANNER TERRESTRE

✓ Custos operacionais reduzidos

Sem necessidade de retorno de visitas no site.

Sem espera para permissões

Redução no tempo de projeto

✓ Confiança nos dados

Obtenção de informações dimensionais (nuvem de pontos).

Certeza de abrangência integral no levantamento

Compreensão fácil da cena (imagens calibradas)

Detalhes ricos dos dados = entregas compiladas

Ricos conjuntos de dados = compilando resultados = Precisão

VANTAGENS DO LASER

SCANNER TERRESTRE

Em geral, um TLS emite um pulso laser, o qual é

desviado por um pequeno dispositivo de rotação

(espelho ou prisma) em direção ao objeto. Este

dispositivo que permite desviar o feixe laser em duas

direções (horizontal e vertical) é considerado o segundo

componente mais importante de um TLS. O laser é

refletido e retorna ao sistema no qual são registradas

as distâncias entre o dispositivo laser e o objeto, além

da refletância (intensidade da energia refletida) e os

ângulos de elevação e azimute, a partir dos quais é

possível obter as coordenadas tridimensionais dos

pontos que definem os objetos escaneados

PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO

3D SCANNER

METODOLOGIA

DE TRABALHO

O CAE está sustentado em

ferramentas de CAD avançadas, as

quais permitem não apenas definir

as dimensões do produto concebido,

como também outras características,

como materiais, acabamentos,

processos de fabricação e

de montagem e até interações com

elementos externos,

como forças aplicadas, temperatura,

etc.

MATERIAIS

1. O LASER SCANNER FARO PHOTON 80

Alcance0.6 – 80.0 m com incidência normal em

superfícies com 90% de refletância;

Erro Padrão ± 2mm até 25m;

Velocidade de Medição até 120.000 pontos/segundo;

Campo de Visada Horizontal 360º;

Campo de Visada Vertical 320º;

Laser 20 mW (Laser Classe 3R);

Comprimento de Onda 785nm;

Tamanho da Projeção do

Laser3.3mm (circular).

Desvio Padrão

10m – dados brutos 0.8mm a 90% refl. / 1.4mm a 10% refl.;

10m – supressão de ruídos 0.4mm a 90% refl. / 0.7mm a 10% refl.;

25m – dados brutos 1.0mm a 90% refl. / 2.7mm a 10% refl.;

25m – supressão de ruídos 0.5mm a 90% refl. / 1.35mm a 10% refl.;

MATERIAIS

1. O LASER SCANNER FARO PHOTON 80

MATERIAIS

2. O LASER SCANNER FARO FOCUS 3D X330

MATERIAIS

2. O LASER SCANNER FARO FOCUS 3D X330

Alcance0.6 – 330.0 m com incidência normal em

superfícies com 90% de refletância

Erro Padrão ± 2mm até 25m

Velocidade de Medição 122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000 pontos/s

Campo de Visada

Horizontal/Vertical360º / 300º

Res. Angular Horizontal/Vertical ± 0,009º

Laser Laser Classe 1

Divergência do Feixe Laser 0.19 mrad

Comprimento de Onda 1550nm

Tamanho da Projeção do Laser 2.25mm (circular)

Desvio Padrão

10m – dados brutos 0.3mm a 90% refl. / 0.4mm a 10% refl.

10m – supressão de ruídos 0.15mm a 90% refl. / 0.2mm a 10% refl.

25m – dados brutos 0.3mm a 90% refl. / 0.5mm a 10% refl.

25m – supressão de ruídos 0.15mm a 90% refl. / 0.25mm a 10% refl.

MATERIAIS

2. O LASER SCANNER STONEX X300

MATERIAIS

2. O LASER SCANNER STONEX X300

Alcance0.6 – 300 m com 100% de refletância

(superfície branca)

Erro Padrão < 6mm até 50m e < 40mm até 300m

Velocidade de Medição até 40,000 pontos/s

Campo de Visada Horizontal 360º

Campo de Visada Vertical 90º (-25º a 65º)

Laser Classe 1M (IEC 60825-1)

Divergência do Feixe Laser 0.37 mrad

Comprimento de Onda 905nm

Resolução Angular

Horizontal/Vertical± 0,0225º

MATERIAIS

3. ALVOS PLANOS E ESFÉRICOS

APLICAÇÃO NA INSPEÇÃO DE

EMPILHADEIRAS DE MINÉRIO

O ensaio por ultrassom caracteriza-se num

método não destrutivo que tem por objetivo a detecção

de defeitos ou descontinuidades internas, presentes

nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos

ou não ferrosos (ANDREUCCI, R. 2011).

O sinal de ultrassom é composto de ondas

sonoras com frequência acima de 20 kHz geradas por

um aparelho eletrônico. No ensaio as ondas se

propagam em um meio elástico em direção à peça a

ser ensaiada e, se for encontrado algum tipo de

descontinuidade, é gerado um eco de reflexo na tela do

aparelho de ultrassom, caracterizando uma peça não

conforme

ENSAIO NÃO DESTRUTIVO POR

ULTRASSOM

As figuras 01 e 02 mostram o princípio básico do

ultrassom em ensaios não destrutivos utilizando a

técnica pulso-eco. O aparelho produz um pulso no

instante (T1), esse se propaga pela peça, e neste

instante (T1) o circuito de controle do aparelho inicia a

contagem do tempo.

ENSAIO NÃO DESTRUTIVO POR

ULTRASSOM

ENSAIO NÃO DESTRUTIVO POR

ULTRASSOM

Ao incidir numa descontinuidade (interface), figura 02,

que se encontra na distância (S), ocorre a reflexão da

onda emitida pelo cristal que é representado pelo eco

de reflexão na tela do aparelho de ultrassom.

(ANDREUCCI, R., 2011)

ENSAIO NÃO DESTRUTIVO POR

ULTRASSOM

ENSAIO NÃO DESTRUTIVO POR

ULTRASSOM

O teste ultra-sónico

convencional, ou UT, utiliza

transdutores de elemento

único ou duplo para gerarem

ondas sonoras de altas

frequências e extremamente

direccionadas para medições

da espessura não destrutivas

ou detecção de falhas ocultas

existentes no interior de

materiais como metais,

plásticos, cerâmicas e

compostos.

ULTRASSOM CONVENCIONAL

O teste de Phased Array, ou

PA, é um tipo especializado

de teste ultra-sónico que

utiliza transdutores de matriz

de múltiplos elementos e um

software completo para

conduzir feixes sonoros de

alta frequência através de um

elemento de teste.

ULTRASSOM POR PHASED

ARRAY

DETECÇÃO DE PROFUNDIDADE

A degradação de um material depende de

vários fatores:

✓ Fatores de degradação que agem no local

onde o material está empregado;

✓ Da natureza físico–química do material

✓ De detalhes de projeto, dispositivos de

proteção

✓ Eficiência da manutenção (preventiva e

corretivas).

DEGRADAÇÃO

DEGRADAÇÃO

TRABALHO DE CAMPO

Etapa 1: Definição do Sistemas de Coordenadas

Para definir o sistema de referência foram materializados

pontos de apoio no entorno do local onde se encontrava a

empilhadeira de minério. Em seguida, as coordenadas

destes pontos de apoio foram determinadas utilizando-se

uma estação total.

Etapa 2: Transporte de Coordenadas para os alvos

do Scanner

Utilizando a função de interseção a ré disponível na

Estação Total possibilitou-se transportar as

coordenadas dos marcos conhecidos para os targuets

utilizados pelo Laser Scanner 3D, assim, possibilitando

a rotação e translação da nuvem de pontos para sua

posição correta, ou seja, para o mesmo sistema de

referência dos marcos de apoio.

TRABALHO DE CAMPO

Etapa 3: Varredura Laser Scanner Terrestre

Esta etapa normalmente é realizada concomitante à etapa 2,

uma vez que o LST levava em torno de 7 minutos para uma

varredura completa.

TRABALHO DE CAMPO

Etapa 4: Consolidação e Registro da Nuvem de Pontos

O processo de consolidação consiste na

transformação de toda a nuvem de pontos num sistema

único de coordenadas através de transformações

matemáticas, fazendo com que se tenha ao final, uma

nuvem de pontos única e precisa, com detalhes de toda a

área levantada e pronta para o processo de modelagem ou

até mesmo para análise de interferência.

Esse processo pode ser feito de modo automático,

deixando a cargo do operador responsável, validar a nuvem

de pontos consolidada e, se necessário, refinar o processo

através de processos semi-automáticos.

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 5: Segmentação da Nuvem de Pontos

Consiste em separar a nuvem de pontos conforme a

estrutura a ser modelada.

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

Trabalho integrado com Plataformas CAD e Softwares de

Plant Design.

✓ Auto Desk AutoCAD

✓ Bentley MicroStation

✓ Integra CAST3D

✓ Aveva PDMS

✓ Intergraph PDS

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

Etapa 6: Modelagem das diferentes estruras

TRABALHO DE ESCRITÓRIO

PELA ATENÇÃO