Отсканировать выработку - это примерно половина дела. В итоге мы получаем облако точек, которое, конечно, можно необычно использовать, но хотелось бы, чтобы оно принесло практическую пользу, помимо тех задач, которые уже решаются в вашей практике. И что немаловажно, как в случае с реверсом в машиностроении, наша основная задача - ускорить процесс решения задач, а не осложнить его.
В этой статье разберём несколько задач, которые можно решить в программе Geomagic Design X, имея на руках облака точек подземной выработки. В качестве примера возьмём сканы железорудного рудника.Обратив внимание на скриншоты, можно увидеть всю сеть выработок целиком. Два параллельных штрека, сбойки между ними, рельсовые пути, техника. Было бы очень круто сразу обработать всё облако разом, но не у каждого человека на руках есть компьютер, который смог бы обработать такой массив, поэтому обработаем небольшой кусочек.
P.S. И уж тем более, для маркшейдерского учёта по всему руднику существуют специализированные горные пакеты, которые гораздо лучше справляются с этими вопросами. А вот с отдельным участком, камерой или сопряжением можно сделать довольно много полезного.
Рис. 1. Облако точек: вид изнутри выработки
Рис. 2. Сеть выработок целиком
Самый базовый вопрос: какое у выработки фактическое сечение (под базовым подразумевается «часто» встречающийся). Обычно его замеряют рулеткой или дальномером в нескольких точках с определённым шагом, но скан даёт другую возможность - сечение можно построить в любом месте участка и в любой момент. Это, в принципе, огромное преимущество цифровых двойников.
Как это сделать. Постараюсь не нагружать материал техническими описаниями, но базовую последовательность желательно понимать. Полигональная сетка не знает, как она стоит в пространстве, поэтому сначала ей нужно задать направление. Ровных плоскостей в выработке нет, так что базой становится вектор вдоль её оси (на скриншоте он подписан как Vector1). Дальше плоскости, перпендикулярные этому вектору, разрезают сетку, и таким образом мы можем получить контуры профилей, которые будем использовать позднее.
Рис. 3. Вектор вдоль оси выработки
Рис. 4. Два сечения на участке
Рис. 5. Первое сечение: 22,46 м²
Рис. 6. Второе сечение: 18,36 м²
На нашем участке два сечения, взятые недалеко друг от друга, показали 22,46 и 18,36 м². Разница около 4 м², что составляет около 20%. Насколько я могу судить, для выработок после взрывных работ это вообще не экстраординарные значения, но хорошо видно, насколько быстро можно оценить ситуацию. И, что самое главное, эти результаты можно будет сверить через некоторое время, чтобы оценить, изменилась ли ситуация в худшую сторону.
Ещё одна полезная вещь, которую можно получить с тех же построений, - это высоты от почвы до кровли. Для этого строится продольное сечение по плоскости вдоль оси выработки, эту плоскость можно пустить буквально в любом направлении и под любым углом к почве. Дальше с одинаковым шагом от почвы до кровли проводятся перпендикуляры, и на каждом проставляется размер.
Зачем это нужно? Самое логичное - проход техники: машине важна не средняя высота выработки, а самая низкая точка на маршруте. Второй пример - это монтаж под кровлей. Вентиляционные трубы, кабели и освещение крепятся к кровле и забирают часть высоты. Если заранее не знать реальную высоту, легко получить ситуацию, когда после монтажа техника перестаёт проходить там, где раньше проходила без проблем.
Рис. 7. Продольное сечение вдоль оси выработки
Рис. 8. Высоты от почвы до кровли на скане
Рис. 9. Эскиз с высотами от почвы до кровли
Объём нужен как минимум в двух случаях: чтобы понять, сколько породы вынуто на самом деле, и чтобы посчитать материалы на крепление.
Как это сделать. Сетку нужно замкнуть, то бишь закрыть торцы участка, чтобы получилось цельное тело.
Рис. 10. Замкнутая модель участка и её объём
Очень практическое применение, что на выработке нужно разместить новое оборудование, насосную, подстанцию, привод конвейера и т. д. Но для если вы попробуете дать проектировщику облако точек или сырую сетку, то за реакцию вашего специалиста я ручаться не стану. Зато, если принести ему готовые поверхности или уж тем более твёрдое тело, то рабочий процесс упростится в несколько раз.
Как это сделать. Для форм, в которых нет ни одной правильной геометрии, в Design X есть инструмент Auto Surface. Программа, ориентируясь по предварительным настройкам, описывает границы потенциальной сетки и сама же вписывает в эти границы поверхности. Дальше модель можно экспортировать в ваш привычный САПР в STEP-формате и работать как с обычной геометрией. В неё можно ставить оборудование, проверять монтаж, проектировать крепь по фактическому контуру.
Рис. 11. Сеть поверхностей, построенная Auto Surface
Рис. 12. Проверка поверхности по исходной сетке
Рис. 13. Готовая поверхность участка
Ценность 3D-сканирования заключается не только в получении облака точек, но и в том, что с ним можно делать дальше. Профилирование выработок, расчёт объёмов, оценка габаритов и подготовка CAD-моделей - всё это позволяет превратить результаты сканирования в рабочий инструмент для инженерных и производственных задач.
Geomagic Design X открывает широкие возможности для обработки таких данных и их дальнейшего использования в привычных CAD-системах.
