W procesie projektowania instalacji technologicznych, które użytkowane będą w istniejącej już infrastrukturze przemysłowej, istotnym etapem prac projektowych jest pozyskanie danych przestrzennych dotyczących obiektu, w którym instalacja ta będzie funkcjonować. Informacje te niezbędne są nie tylko do prawidłowego, bezpośredniego zaprojektowania elementów składowych instalacji, ale również do ustalenia, w jaki sposób powinny być poprowadzone przestrzennie jej elementy, gdzie należy usadowić podpory czy jak zlokalizować np. ciągi transportowe.

Do skanowania istniejących obiektów wykorzystuje się technologię naziemnego skaningu laserowego TLS (ang. Terrestial Laser Scanning). Wykorzystywane tutaj laserowe skanery 3D podczas pomiarów rejestrują miliony punktów w trójwymiarowej przestrzeni, dla których zapisywane są współrzędne XYZ oraz parametry intensywności odbicia. Tak pozyskane dane pomiarowe nazywa się chmurą punktów, które mogą następnie zostać zaimportowane do aplikacji typu CAD lub 3D i być w dowolny sposób przetwarzane, o czym za chwilę.

Zastosowania
Jak widać, stosując skanowanie laserowe 3D można stworzyć wierny, trójwymiarowy model skanowanego obiektu, w którym idealnie oddane zostaną przestrzenne relacje między jego wszystkimi elementami. Skanowanie laserowe stosuje się wszędzie tam, gdzie stopień skomplikowania obiektu jest tak duży, że pomiar metodami klasycznymi nie przyniesie pożądanego efektu lub będzie czasochłonny. Co ważne, skanowanie obiektu możne być przeprowadzone bez konieczności stosowania przerw technologicznych i jednocześnie zachowane zostanie duże bezpieczeństwo pomiaru.

Skanery laserowe stosowane są przede wszystkim w pomiarach i projektowaniu instalacji przemysłowych – zarówno naziemnych, jak i podziemnych (w kopalniach). W ten sposób można inwentaryzować i przygotowywać dokumentację dla hal produkcyjnych, kominów, masztów telekomunikacyjnych, dróg, linii kolejowych, węzłów drogowych, mostów, wiaduktów, tuneli czy obiekty hydrotechniczne. Często skanuje się istniejące konstrukcje budowlane np. w przypadku remontów kamienic czy konieczności wykonani dla nich komputerowych symulacji wytrzymałościowych (np. na terenach szkód górniczych).

Działanie
Zasada pomiaru skanerem laserowym polega na bezreflektorowym zmierzeniu odległości i odchylenia wiązki lasera. Podstawą systemu pomiarowego jest bardzo szybki dalmierz impulsowy lub fazowy, który w ściśle określonych odstępach czasu wysyła wiązkę światła i odbiera odbity od obiektu sygnał. W wypadku metody impulsowej pomiar odległości dokonywany jest na podstawie sprawdzenia czasu, jaki upłynął od wysłania przez skaner krótkiego impulsu promienia laserowego w kierunku obiektu do chwili powrotu odbitego promienia do nadawcy. Na tej podstawie obliczana jest odległość od obiektu. W wypadku pomiarów fazowych oprócz czasu przelotu dodatkowo analizowane jest przesunięcie fazowe odbitej fali światła, co pozwala na zwiększenie dokładności pomiaru w stosunku do metody impulsowej. Nowoczesne skanery fazowe są w stanie mierzyć z dokładnością dochodząca do 0,2-0,4 mm przypadającą na każde 10 m odległości przedmiotu od skanera, impulsowe uzyskują zwykle dokładność rzędu 6-8 mm na odległości 100 m. W skanerach laserowych wykorzystuje się lasery podczerwone o długości fali od 690 do 1500 nm.

Skanery fazowe to urządzenia znacznie szybsze i dokładniejsze, ale o zasięgu pomiaru ograniczonym zwykle do 50-70 metrów, choć są modele zdolne do pomiarów na odległości ponad 100 metrów (np. Faro Focus3D X330 o zasięgu 330 m). Sprzęt impulsowy jest wolniejszy, ale charakteryzuje się znacznie większą odległością pomiarową dochodzącą do 600-800 metrów. Istnieją też urządzenia, które są w stanie mierzyć na odległości rzędu 4-6 km. Z kolei należąca do firmy Hexagon Leica Geosystem w swoich urządzeniach stosuje do nieco inny sposób pomiarów. Korzysta ona z połączenia impulsowego pomiaru odległości z technologią cyfrowego formowania wiązki WFD (ang. Waveform Digitising). Dzięki temu możliwe jest skanowanie obszaru na odległości ponad 100 metrów z dużą szybkością cechującą skanery fazowe.

Szybkość skanowania współczesnych skanerów laserowych 3D dochodzi do miliona punktów na sekundę w wypadku najszybszych skanerów impulsowych (np. Leica ScanStation P20 – milion pkt/s, Faro3D X130 – 976 tys. pkt/s), a w wypadku skanerów fazowych skanowanie może odbywa się z prędkością przekraczającą milion punktów na sekundę. W większości dostępnych na rynku skanerów stosuje się dwa prostopadłe do siebie obracane lustra – kierują one wiązkę laserową na powierzchnię skanowanego obiektu. Dzięki możliwości obrotu luster promień lasera może swobodnie omiatać skanowane pomieszczenie bądź obiekt i na tej podstawie tworzona jest chmura punktów.

Chmura punktów
W wyniku samego pomiaru skanerem TLS otrzymujemy chmurę punktów o współrzędnych XYZ oraz tzw. intensity image, czyli obraz intensywności tych punktów zarejestrowany przez detektor laserowy. Oba zbiory danych stanowi podstawę do przygotowania dokumentacji zeskanowanego obiektu. Do pracy z chmurą punktów użyć można specjalnych programów, które mogą korzystać z jednej z dwóch metod obróbki danych – obrazów wygenerowanych na podstawie próbkowania natężenia odbitego promieniowania laserowego lub bezpośredniej pracy na chmurze punktów. Niezależnie od sposobu pracy w oprogramowaniu do obróbki i analizy chmury punktów istotne są takie funkcje, jak automatyczne wykrywanie kształtów, wizualizacja obiektu, dokonywanie prostych pomiarów, a także narzędzia do odfiltrowywania niepotrzebnych danych poprzez przycinanie i modyfikowanie gęstości zbioru. Przydaje się to w sytuacji, gdy chmura jest zbyt duża w stosunku do rzeczywistych potrzeb. Trzeba pamiętać, że w celu otrzymania trójwymiarowej chmury punktów dla całego skanowanego obiektu należy wcześniej połączyć ze sobą w całość wszystkie skany wykonane z w różnych rozstawieniach skanera. Po to, aby dopasowanie było precyzyjne, wykorzystuje się tzw. punkty referencyjne, którymi najczęściej są plansze wykorzystywane w pomiarach geodezyjnych. Większość programów dostarczanych wraz ze skanerami ma możliwość automatycznego rozpoznania punktów referencyjnych i połączenia obrazu w całość. Istotne jest też odpowiednie zorientowanie chmury punktów względem globalnego układu współrzędnych. Dzięki temu w dalszej pracy będzie można korzystać ze standardowych widoków dostępnych w programach CAD. Na koniec należy „wyczyścić” chmurę punktów z niepotrzebnych danych (np. widoków spoza zamierzonego obszaru skanowania), dzięki czemu dane będą szybciej przetwarzane i zwiększy się ich przejrzystość.

Modelowanie
Kolejnym etapem obróbki danych zarejestrowanych w chmurze punktów jest ich modelowanie, czyli tworzenie modeli 2D lub 3D zeskanowanych obiektów. Najczęściej podczas tego procesu chmurę wykorzystuje się jako tzw. kalkę, obrysowując charakterystyczne krawędzie i kształty. W ten sposób powstaje dokumentacja techniczna obiektu – metoda ta najczęściej wykorzystywana jest w budownictwie i zastosowaniach architektonicznych. Proces ten może być w znacznym stopniu zautomatyzowany. Inną metodą tworzenia dokumentacji jest korzystanie z chmury punktów jako zbioru wymiarów. Odczytując charakterystyczne wymiary, można również szybko sporządzić dokumentację obiektu.
W zastosowaniach architektonicznych (np. inwentaryzacja) często stosuje się algorytmy rozpoznające automatycznie charakterystyczne powierzchnie, dzięki czemu przyspiesza się odwzorowywanie detali. Programy wykorzystywane przez konserwatorów zabytków pozwalają też podłożyć pod chmurę punktów zdjęcia obiektu wykonane podczas skanowania.

Jednak do tworzenia dokumentacji instalacji przemysłowych najczęściej do modelowania wykorzystywane są katalogi obiektów. Konstruktorzy tworzą katalog znormalizowanych modeli 3D typowych części np. rur, zaworów, manometrów, kół, śród, łańcuchów, przekładni itp., a oprogramowanie je rozpoznanie i dopasowanie części katalogowe do chmury punktów. Niestety, technika ta wymaga sporego nakładu pracy na przygotowanie katalogu elementów, ale dzięki temu można przekształcić w błyskawiczny sposób chmurę punktów w model 3D.