Artec 3D 스캐닝을 통해 일류 레이싱 팀의 랩타임 향상을 추구하는 Catesby Projects

Artec Leo로 로드카를 3D 스캐닝하는 Catesby Projects 엔지니어

모터스포츠 세계에서는 미세한 차이가 성공과 실패를 가르는 경우가 많습니다. 몇 십 분의 1초는 엄청나게 짧은 시간처럼 느껴질 수 있지만, 경쟁자에게 각 바퀴를 놓치면 금방 팀이 뒤처지는 것을 알게 될 것입니다.

그렇다면 이러한 레이싱 복장은 어떻게 랩타임을 단축할 수 있는 방법을 알아낼 수 있을까요? 이는 우리가 이야기하고 있는 시리즈에 따라 크게 달라집니다. Formula 1에서는 각 팀이 처음부터 자동차를 설계하고 제조합니다. 일부 팀은 다른 팀으로부터 영감을 얻기도 하지만, 이 스포츠의 경쟁 모델은 시즌 내내 랩타임을 단축하기 위해 경쟁하는 '개발 경주'를 지향합니다.

실제로 F1 컨스트럭터는 바닥, 사이드 포드, 앞 날개, 뒷날개 및 기타 공기역학적 부품을 재구성하여 자동차가 공중을 보다 효율적으로 활공할 수 있도록 합니다.

하지만 단일 제작(single-make) 시리즈에서는 상황이 약간 달라집니다. 이 챔피언십은 완전히 동일한 차량으로 경쟁하기 때문에 우위를 찾기가 더 어려울 수 있으며, 팀 엔지니어는 개발 경주에 참여하는 대신 설정을 최적화하는 데 집중해야 합니다.

Artec Leo로 3D 스캔 중인 오토바이

그러나 시뮬레이션 작업의 문제점은 테스트할 정확한 3D 모델이 있어야 한다는 것이며, 제조사는 이러한 모델 뒤에 있는 귀중한 CAD 데이터를 제공하지 않으려는 경우가 많습니다. 여기서 Catesby Projects가 도움이 될 수 있습니다. 이 영국에 본사를 둔 공기역학 및 시뮬레이션 전문업체는 이러한 자동차를 스캔하여 단일 및 다중 제작 시리즈 팀을 위한 R&D용 3D 모델을 제작합니다.

Catesby Projects의 프로젝트 매니저인 Jon Paton은 "누군가가 시리즈에 참가하기 위해 자동차를 구매했다고 가정해 보겠습니다. 자동차를 변경하거나 수정하는 것은 허용되지 않지만 그들은 가능한 한 최상의 설정을 얻으려고 노력할 것입니다.

우리는 자동차를 스캔하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 공기역학적으로 어떤 변화가 일어날 수 있는지 알아냅니다. 그런 다음 앞쪽 날개 각도를 변경하거나 레이크(바닥 각도)를 조금 더 추가하는 것이 특정 경주로에서 도움이 되는지 확인하도록 도와줍니다."라고 설명합니다.

"3D 스캐닝을 사용하면 실제 모델을 만들기 위해 CAD 데이터를 확인하지 않고도 모든 시뮬레이션 작업을 가상으로 수행할 수 있습니다."

"선택의 대안이 없는" 3D 스캐닝

폭넓은 엔지니어링 컨설팅 그룹인 TotalSim의 일부로서 운영되는 Catesby는 항공 개발 및 검증을 용이하게 하는 물리적 및 전산 테스트 서비스를 제공합니다. 이 중 많은 부분은 이제 Artec 3D 스캐닝으로 가능하지만 항상 그런 것은 아니었습니다.

내장형 디스플레이에 표시되는 캡처된 데이터를 사용하여 Artec Leo로 수행 중인 3D 스캐닝

단일 제작 챔피언십 경주용 차량 제조업체가 CAD 데이터 공유를 꺼리기 때문에 엔지니어는 "사실상 선택의 여지가 없으며 3D 스캐너가 필요합니다."라고 Paton은 말합니다.

그의 회사의 초기 노력은 실제로 전역 정확도를 제공하는 사진 측량 키트와 미세한 디테일을 캡처하는 Artec Eva를 사용하는 데 중점을 두었습니다. 그 후, 이 회사는 Artec 앰배서더인 Central Scanning과 협력하여 더욱 개선된 Artec Leo 및 Ray로 전환하여 프로세스의 정확성과 속도를 더욱 향상했습니다.

Patron은 "이러한 장치를 사용하면 일반적으로 현장에서 이틀에 걸쳐 경주용 자동차를 스캔할 수 있습니다. 우리는 자동차를 분해한 후 Ray를 사용하여 약 4시간 만에 모든 것을 스캔합니다. 그런 다음 점차적으로 조금씩 분해하여 모든 덕트를 스캔하고, 휠을 떼어내고, Leo를 사용하여 캘리퍼, 패드 등을 스캔한 다음 모든 것을 다시 조립할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

처음에 Catesby는 Ray를 통해 멀리서도 더 높은 정확도를 달성하고 야심찬 목표를 확장할 수 있었으며, 어느 시점에서는 팀이 헬리콥터 전체를 캡처할 수 있게 되었습니다. 하지만 더 빠르고 거리가 더 길어진 Ray의 후속 제품인 Artec Ray II를 도입한 이후 그들은 작업 흐름을 완전히 다른 차원으로 끌어올렸습니다.

자동차 스캔에 남은 시간을 표시하는 Artec Ray II의 내장 디스플레이

이제 Ray II를 사용하면 차량을 더욱 빠르게 스캔한 후 다용도 무선 Leo로 설계에 중요한 부분을 디지털화하고 각각에서 얻은 최고 해상도 데이터를 사용하여 모델을 구축할 수 있습니다. 6개월 전 이 회사에 입사하면서 Leo 3D 스캐닝을 처음 경험한 수습 설계 엔지니어 Tom Parrish는 이 장치를 사용하는 것은 매우 쉬웠다고 말합니다.

Parrish는 “Leo를 처음 사용하기 시작했을 때 매우 직관적이었던 것으로 기억합니다. 매우 사용자 친화적이고 인터페이스가 워낙 훌륭하기 때문에 실제로 잘못될 수 있는 일은 거의 없습니다. 연습 삼아 소파와 의자를 스캔해 봤는데, 내장형 디스플레이에 3D 모델이 실시간으로 나타나는 것을 처음 봤을 때 정말 멋있었습니다!"라고 설명했습니다.

자사의 미국 사무소에서 Paton은 Catesby는 더 저렴한 유선 스캐너도 사용하고 있지만, Artec Leo는 케이블이 필요 없어 유연할 뿐만 아니라 상대적으로 훨씬 빠르다고 덧붙였습니다.

Artec Leo를 사용하여 매우 세밀하게 캡처할 수 있도록 약간 기울어진 오토바이

"브라질, 프랑스, 독일로 출장을 가는데, Leo를 가지고 비행기를 타고 가서 이틀 동안 스캔을 하고 돌아오면 됩니다."

스캔 기반 CFD 시뮬레이션 작업

Artec Studio 또한 Catesby의 3D 스캐닝 작업 흐름의 핵심입니다. 회사는 캡처 프로세스가 완료되면 업계 최고의 소프트웨어를 사용하여 메시를 정렬하고 정리합니다. Parrish는 "패치를 한데 묶을 수 있는" 정렬 도구를 특히 좋아하는데, "한 스캔에서 데이터가 누락되더라도 다른 스캔과 정렬하여 완전한 모델을 얻을 수 있습니다.”

스캔 데이터 처리를 자동화하고자 하는 사람들을 위해 Artec Studio에는 특정 데이터 집합을 처리하는 데 최적의 알고리즘을 선택하는 자체 Autopilot 모드도 함께 제공됩니다. 하지만 원하는 경우 사용자가 설정에 들어가 개별적으로 조정할 수 있습니다.

Catesby의 경우 후자의 작업 흐름이 사업에 더 적합하다는 것이 입증되었습니다. 실제로 Parrish는 '다양한 설정을 조정'할 수 있는 기능을 통해 '작은 물체를 적절하게 정렬하고 함께 융합'하는 방법을 알아내는 동시에 내보낸 파일의 크기를 최소화하는 수단으로 '메시의 다각형 개수를 줄이는' 방법을 알아낼 수 있었다고 말합니다.

Catesby는 Artec Studio에서 Geomagic 및 Hypermesh와 같은 고급 엔지니어링 프로그램으로 메시를 보내 구멍 채우기 및 CFD 지원 3D 모델 생성과 같은 추가 다듬기 작업을 수행합니다. 그런 다음 Paton과 그의 동료들은 CFD 시뮬레이션을 통해 팀이 경주용 자동차 항력 및 다운포스 성능을 최적화할 수 있는 기회를 신속하게 알아내도록 도울 수 있습니다.

Paton은 “레이스 엔지니어가 차량을 신속히 설정하여 성능을 발휘할 수 있도록 돕는 것이 중요합니다. "엔지니어는 트랙에서 테스트할 시간이 충분하다면 물리적으로 그렇게 할 수 있지만 연습 세션이 제한되어 있기 때문에 트랙에 나갔을 때 실질적으로 좋은 출발점을 확보하고 싶어 합니다."

"경주로는 각양각색이지만 우리는 도울 수 있습니다. 항력이 낮은 경주로와 다운포스가 높은 경주로인 경우 시뮬레이션 도구를 통해 올바른 설정 조합을 선택할 수 있습니다."

“스캐닝 세차장” 설치

Catesby는 챔피언십 우승 레이스 팀과 협력하고 있으므로 다음 목표는 무엇인지 물어볼 만한 합니다. 자동차의 경우 Paton은 자동차를 한 번에 완벽하게 캡처할 수 있는 더욱 간소화된 '스캐닝 세차장' 작업 흐름을 만드는 것을 목표로 삼았습니다.

이미 Ray II로 업그레이드한 후 외부 디지털화 작업 리드타임이 절반으로 단축되었으며, 차체 하부나 휠 아치와 같은 숨겨진 디테일을 더 잘 캡처하고 Leo 후속 스캔이 덜 필요한 고품질의 결과를 얻을 수 있게 되었습니다. Ray II의 데이터 처리 및 융합 속도 또한 훨씬 빨라졌기 때문에, 팀은 이제 테스트 사이에 1인승 차량의 설정 변경 사항을 분석하기에 충분히  빠른 2일 이내에 CAD 모델을 처음부터 다시 만드는 것을 목표로 하고 있습니다.

하지만 이 회사는 자동차에만 관심이 있는 것이 아니라 사람의 3D 모델도 만들려고 합니다. 자매 회사인 Vorteq는 이전에 경주용 자전거 개발을 위해 3D 스캐닝을 사용했지만 Catesby는 현재 2.7km의 지하 테스트 시설을 운영하고 있으며, 그곳에서 3D 스캐닝을 사용하여 터널을 통과하는 모든 차량을 캡처하려는 야심 찬 계획을 갖고 있습니다.

Catesby 테스트 터널 시설을 3D 스캔하고 있는 Artec Ray II

그 외에도 올림픽 선수들과 협력하여 최대한 피부에 밀착되는 공기역학적인 장비를 만드는 데 도움을 주는 운동선수 스캐닝 사업도 자체적으로 진행하고 있습니다. Paton은 앞으로 Catesby가 모터스포츠에서 경쟁자를 분석할 수 있는 기회를 열고 사이클링 세계에서 "실질적으로 속도를 내는" 스캐닝을 통해 두 응용 분야 모두에서 가능성을 보고 있다고 말합니다.

Paton은 “사이클링 세계에서는 스킨슈트든 자전거든 맞춤형 핏이 점점 더 중요해지고 있습니다.” 그래서 최대한 빨리 형상을 캡처할 수 있으면 더할 나위 없이 좋습니다."라고 결론지었습니다.

"Artec Leo는 거리에 따라 운동선수의 장비를 맞춤 제작하는 데 있어 우리가 찾은 최고의 솔루션일 것입니다."