휴대용 3D 스캐너가 열차 탈선 방지를 돕는 방법

급커브를 따라 굽이굽이 달리던 남태평양 열차가 탈선하여 기관차 1대와 유조 탱크 차량 7대가 버팀 다리 옆으로 곤두박질친 것은 캘리포니아의 어느 늦은 여름밤이었습니다.

유조 탱크 중 하나가 새크라멘토 강 한가운데에 거꾸로 처박히고 그곳에서 독성이 강한 수용성 살충제인 메탐소듐(metam-sodium)이 유출되기 시작했습니다.

위험 물질 전문가들이 나타나기까지 6시간이 걸렸고 유황 살충제 19,000갤런이 이미 한 때 깨끗했던 강물로 쏟아져 셀 수 없이 많은 연어, 송어 그리고 조류에 이르기까지 그리고 모든 다른 수생 생물의 징후를 죽였다고 확인하는 데 또 6시간이 걸렸습니다.

그 후 며칠 동안, 유출된 독성 녹색 플륨(plume)이 멀리 남쪽 샤스타 호수까지 도달하면서 강변의 지역 주민 수백 명이 심각한 피부, 눈, 호흡기 질환을 앓아 병원으로 긴급 이송되었습니다.

그 영향은 실로 심각했습니다. 즉각적인 환경 파괴 외에도 수백만 달러의 피해와 그 후 몇 달, 몇 년 동안 지역 관광 산업에 헤아릴 수 없는 손실이 있었습니다.

열차 탈선: 세계적인 위협

매년 전 세계적으로 수천 건의 열차 탈선 사고가 발생합니다. 사고의 대부분은 사망자나 생태학적 파괴 없이 발생하지만, 재산 및 기반 시설 피해와 서비스 중단으로 인한 영향은 수십 년 후에도 철로 회사 전체에 반향을 불러일으킬 수 있습니다.

탈선의 대부분은 파손된 철로와 같은 선로 결함으로 인해 발생합니다. 다른 원인으로는 "궤간 편차", 선로 오정렬, 스위치 및 바퀴 파손 등이 있습니다. 많은 국가에서 정부 규정에 따라 분기별 또는 심지어 월별로 회사의 철도 전체에 걸쳐 모든 선로 구간을 직접 점검해야 합니다.

미국에만 160,000마일이 넘는 선로가 있는 상황에서 철로를 점검하는 것은 만만치 않은 작업입니다.

이러한 철도 회사 중 많은 수가 자동화된 고속 초음파 점검 솔루션을 사용하여 철로 균열 및 기타 이상 징후와 결함을 감지하였습니다.  이러한 솔루션은 정기적으로 수천 킬로미터의 선로를 점검해야 할 때 효과가 있는 것으로 입증되었습니다.

고속에서 직접 철로 점검까지

그런 다음 의심스러운 선로 구간이 발견되면 철로 점검원을 이곳으로 파견하여 가까이서 심층적인 육안 점검을 할 수 있습니다.

그러나 점검원이 한 번의 교대 근무 중에 선로를 돌아보고 안정적으로 점검할 수 있는 범위에는 한계가 있습니다. 뿐만 아니라 표면 결함은 발생했을 때 시각적으로 눈에 띄는 정도에 따라 감지될 수도 있고 감지되지 않을 수도 있습니다.

매우 빈번하게 작은 균열, 금속 피로, 치수 및 위치 변경 등은 눈에 띄지 않아 다음 예정된 점검이 이루어지기 전에 결함이 생길 정도로 커질 수 있습니다.

탈선으로 이어질 수 있는 철로 체결 장치 어셈블리의 고장

또한 육안 점검은 각 점검원이 철로 구성 요소 또는 선로 구간을 점검해야 하는지 여부를 주관적으로 결정하므로 기록 관점에서 어려울 수 있습니다.

그렇지 않으면 해당 시점부터 정량화할 수 있는 측정값을 사용할 수 없으므로 안전 점검 기록에 잠재적으로 위험한 사각지대가 남게 됩니다.

철도 선로의 파손 구간

3D 스캐닝이 등장하는 곳

이러한 이유로 점점 더 많은 철로 점검원들이 비용 효율적이고 시기적절한 방법으로 그 공백을 해소하기 위한 해결책으로 전문 휴대용 3D 스캐너에 의존하기 시작했습니다.

그러나 많은 철로 점검원에게 이러한 장치의 이점은 스캐너는 물론 노트북, 전원 팩 및 케이블을 휴대해야 한다는 생각으로 인해 감소합니다.

철로 점검원들은 품질 관리 전문가들을 보고 힌트를 얻어 Artec Leo를 자신들의 육안 점검 도구 목록에 추가했습니다. 초음파 철로 점검 시스템과 마찬가지로 Leo는 비파괴 검사(NDT) 솔루션입니다.

Artec Leo: 다른 것과 차별화되는 3D 스캐너

그러나 다른 3D 스캐너뿐만 아니라 고속 초음파 철로 기반 점검 시스템과 달리 Leo는 100% 무선 및 휴대용이며 자체 내장형 파워 팩과 터치스크린 디스플레이를 갖추고 있어 1mm 미만의 정확도로 선로의 의심스러운 부분을 단 몇 초 만에 캡처할 수 있습니다.

Artec의 앰배서더인 GoMeasure3D는 철로 점검 전문가들의 요구 수준이 높아지자 Leo를 테스트하고 이 독보적인 3D 스캐너가 문제를 얼마나 잘 해결할 수 있는지 확인하기로 했습니다.

Leo를 사용하여 철로 구간을 스캔 중인 GoMeasure3D의 3D 스캐닝 전문가 Art Pekun

Artec Studio 소프트웨어와의 시너지 효과를 통해 Leo는 감사 및 규정 준수의 관점에서 확정적이고 심층적인 점검 보고서를 신속하게 작성할 수 있기 때문에 더욱 가치가 있습니다.

또한 Artec Cloud와 함께 사용할 경우 철로 점검원은 철로에서 스위치, 철도 차량 바퀴에 이르기까지 모든 것을 지속해서 스캔하고 이 스캔을 클라우드로 전송해 처리하고 동료와 공유할 수 있습니다.

예를 들어, 점검을 위해 선로의 특정 구간을 캡처한 후에 엔지니어나 다른 점검원이 사무실에서 몇 분 전에 스캔한 철로에 대해 표면 거리 매핑 검사를 실행하는 동안 철로 점검원은 체결 장치, 이음매, 스트레처 바(stretcher bars) 등을 계속 스캔할 수 있습니다.

Leo의 터치스크린 디스플레이에서 스캔한 철로 구간 검토

이러한 Leo 스캔을 참조 CAD 모델과 비교하여 철로 또는 다른 부품이 허용 오차 내에 있는지 확인할 수 있습니다.

판독하기 쉬운 시각적 열 지도를 통해 참조 모델에서 1mm 미만 수준까지 편차를 한눈에 볼 수 있습니다. Leo와 Artec Studio를 사용하면 소프트웨어의 Scan-to-CAD 기능을 사용하여 사용자만의 CAD 참조 모델 세트를 만들 수도 있습니다.

Leo를 통한 시간 경과에 따른 변화 모니터링

Leo를 사용하여 모든 종류의 철로 구성 요소뿐만 아니라 특정 선로의 모든 표면 형상을 완벽하게 기록함으로써 철로 점검원은 항공기 제조업체가 날개와 동체의 장기적인 구조적 성능을 테스트하기 위해 해 왔던 시간 경과에 따른 변화 분석을 쉽게 수행할 수 있습니다.

추운 겨울 아침과 더운 여름날 몇 달 간격을 두고 비교한 동일한 철로의 두 스캔에 대한 Artec Studio 표면 거리 매핑

이러한 분석을 통해 허용 오차가 초과되었는지 또는 초과되기 직전인지 여부를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 원인이 다른 곳에 있는지 확인할 수 있습니다.

예를 들어, 선로의 궤간(너비)이 몇 달 동안 허용 오차를 초과하기 시작하면 기본 선로 자갈의 깊이 또는 배수가 부족하기 때문일 수 있습니다.

철로 구간 간의 변화를 보여주는 Artec Studio 표면 거리 매핑

훨씬 더 높은 수준의 ‘스캔에서 점검까지(scan-to-inspection)‘ 기능 및 유연성을 요구하는 사용자를 위해 Artec Studio 소프트웨어는 업계 최고의 솔루션인 Geomagic Control X와 원활하게 통합됩니다.

한 번의 클릭으로 하나 또는 최대 수십 개의 스캔에 대한 포괄적인 점검 보고서를 받을 수 있으며, 모든 보고서는 막후에서 생성되어 동료, 경영진, 보험 회사 등과 공유할 수 있습니다.

평탄도, 표면 프로필, CAD에 대한 각도 및 평행도와 같은 GD&T 측정이 가능한 실제 스캔 데이터와 CAD 참조 모델의 Geomagic Control X 비교

재난이 닥쳤을 때: Leo가 철도 사고 복구를 돕는 방법

선로를 따라 어느 곳에서나 탈선이나 기타 철도 사고가 발생할 경우, 철로 전문가와 조사원은 Leo의 도움을 받을 수 있습니다. 사고 현장에서 끊어진 선로, 침목 또는 부서진 자갈의 모든 부분을 몇 분 안에 캡처할 수 있습니다.

그리고 Leo를 사용하여 엉망으로 파괴된 철도 차량을 포함하여 이러한 물체를 스캔할 때 결과물로 생성된 3D models은 철도 사고 재구성 전문가와 조사원들이 탈선 지점과 충돌 지점 및 충돌 변형을 기록하고 분석하는 데 사용될 수 있으며, 이러한 모든 모델은 사고의 모든 단계를 처음부터 끝까지 재구성하는 데 필요한 중요한 통찰력을 제공합니다.

선로, 자갈 및 화차에 상당한 손상을 입힌 태국의 열차 탈선

다른 3D 스캐너와 Leo 결합

매우 크거나 매우 작은 물체를 스캔하기 위해 확대하거나 축소해야 할 때 점검, 포렌식 및 기타 산업 전반에서 수년 동안 사용된 두 개의 3D 스캐너인 Artec Ray II 및 Artec Space Spider도 있습니다.

Ray II를 사용하면 최대 130m 떨어진 곳에서 대형 물체(예: 철도 차량) 또는 전체 장면을 엔지니어링 수준의 정확도로 캡처할 수 있습니다. Space Spider는 사고 현장의 작은 금속 위 금속 도구 자국, 미세한 균열, 1mm 미만의 균열 등 작은 물체를 스캔하는 데 탁월합니다.

Artec Studio 소프트웨어를 사용하면 Leo, Ray II 및 Space Spider의 스캔을 작거나 큰 구간, 철로 또는 구성 요소의 하나 이상의 고정밀 3D 모델로 결합하여 엉망으로 파괴되거나 온전한 철도 차량, 주변 경관 및 그 안에 있는 모든 것을 포함한 완전한 사고 장면까지 쉽고 빠르게 결합할 수 있습니다.

거기에서 점검 보고서를 실행할 수 있을 뿐만 아니라 mm 단위의 완벽한 오버헤드 다이어그램과 철로, 구성 요소, 철도 차량 등의 단면도를 만들 수 있습니다.

사내에서 구형 철도 구성 요소를 리버스 엔지니어링하기 위한 3D 스캐닝

철도 회사는 Leo 또는 다른 Artec 3D 스캐너를 사용하여 구형 부품과 기계를 리버스 엔지니어링하여 투자자본수익률을 더욱 높일 수 있습니다. Artec 3D 스캐너가 조립 라인에 사용되기 시작한 이후 수십 년 동안 수천 개의 부품 제조가 중단되었습니다.

리버스 엔지니어링을 위해 환영받는 후보: 오래된 전차 커플링 어셈블리

기어박스와 같은 복잡한 어셈블리는 말할 것도 없고 중요한 기어나 밸브가 고장이 나고 이를 시장에서 구할 수 없는 경우 비용이 많이 들긴 하지만 가장 일반적으로 권장하는 것은 기계 전체를 새것으로 교체하는 것입니다.

그러나 Leo 또는 다른 3D 스캐너를 사용하면 스캔하는 물체의 크기에 따라 몇 분 만에 동일한 구형 물체를 디지털 방식으로 캡처한 다음 CNC 밀링, 3D 프린팅, 주조 또는 다른 매체를 통해 CAD에서 직접 재현할 수 있습니다.

결론

3D 철로 점검 등을 위해 Leo와 Artec 3D 전문 3D 스캐너 제품군의 다른 스캐너는 사용자와 사용자의 회사를 위해 앞으로 수년 동안 점검 및 리버스 엔지니어링 가능성의 광범위한 지평을 쉽게 열어줍니다.