Artec 3D 스캐닝을 통해 새로운 차원으로 확장: 8미터 높이의 홍수 방벽 검사

버지니아주 리치먼드의 홍수 방벽 근처에 있는 GoMeasure3D의 Ray II 3D 스캐너. 이미지 제공: GoMeasure3D

1972년 6월 19일, 리치먼드의 수변을 영원히 바꿔놓을 사건이 일어났습니다. 태풍 아그네스가 미국 해안을 강타하기 시작했을 때 인근 제임스 강이 둑이 무너져 마을, 고속도로, 도시 전역의 철도 노선을 따라 홍수가 발생했습니다.

버지니아주에서만 피해액이 1,480만 달러(현재 기준 1억 1,000만 달러)에 달하는 도로 피해가 발생했으며 이로 인해 주택, 하수 시스템 및 기타 인프라도 수리가 필요했습니다. 홍수로 차가 떠내려가면서 4명이 목숨을 잃기도 했습니다 하지만 1985년 또 다른 대홍수로 인해 상황이 악화되자 지역 당국은 마침내 방침을 바꿔 새로운 예방 조치를 도입했습니다.

곧 제임스 강의 북쪽과 남쪽 제방을 모두 덮는 대규모 홍수 방벽 공사가 시작되었습니다. 10년 후 완공된 이 방벽은 1996년 눈보라로 인해 강물이 6.7미터 높이까지 불어났지만, 그 후로도 지금까지 우뚝 서 있습니다.

그렇긴 하지만 이 지역은 여전히 심각한 위험에 노출되어 있으며, 방벽 자체는 완전히 구축된 적이 없습니다. 그렇다면 이 방벽이 대체 불가한 역사적인 식민지 시대 건축물이 가득한 인구 23만 명의 산업 도시 리치먼드를 굳건히 지키고 있다는 것을 어떻게 확신할 수 있을까요?

Artec 3D 골드 인증 파트너 GoMeasure3D. Artec 3D 골드 인증 파트너인 GoMeasure3D가 등장합니다. 새로운 Artec Ray II 3D 스캐너를 막 손에 넣은 이 팀은 곧바로 이를 테스트에 투입하여 무선 Artec Leo와 페어링하여 정밀 검사에 필요한 모든 데이터를 신속하게 수집했습니다.

Ray II: 3D 스캐닝의 "도약"

GoMeasure3D의 야심 찬 3D 스캐닝 모험은 애플리케이션 엔지니어이자 리치먼드 현지인인 Art Pekun이 Ray II를 들고 현장으로 향하면서 시작되었습니다. 하지만 현장에서 새로운 LiDAR 장치를 테스트할 생각에 들떠 있던 만큼, 그는 곧 이 도전의 규모가 얼마나 큰지 깨달았습니다.

GoMeasured3D의 리치먼드 홍수 방벽 스캔 데이터. 이미지 제공: GoMeasure3D

Art는 보도에서 내리기도 전에 방벽이 내려다보이는 다리와 그 주변 거리의 보행자 수를 GPS 추적 방해 및 모션 블러의 잠재적 원인으로 파악했습니다. 그다음은 엄청난 크기였습니다. 한번 스캔할 때 여러 각도에서 거대한 홍수 방벽을 캡처하는 데 필요한 실시간 피드백, 범위, 배터리 수명을 제공하는 장치는 많지 않습니다.

그러나 Ray II를 경량 삼각대에 장착한 후 Art는 이 제품이 Artec 3D 스캐닝 제품군에 왜 그렇게 중요한 제품인지 금방 알아차릴 수 있었습니다. 내장 디스플레이와 무표적 추적 기능을 통해 설정이 몇 초 만에 완료되며, 장치의 시각 관성 시스템(VIS)은 항상 '현재 위치를 알 수 있게' 해줍니다.

이 경우 VIS를 사용하여 9개의 다른 각도에서 방벽을 빠르고 쉽게 디지털화하고 이동 중에 정렬 지점을 생성하여 손상 징후를 캡처할 수 있었습니다. GoMeasure3D의 최고운영책임자(COO) Paul Motley는 Ray II를 통해 단순히 인상적일 뿐만 아니라 이전에는 불가능했던 20분의 초정밀 데이터 캡처 프로세스가 가능해졌다고 합니다.

완전한 3D 스캔이 몇 초 안에 완료되었음을 알려주는 Ray II의 내장 디스플레이. 이미지 제공: GoMeasure3D

 Paul은 "Ray II가 나오기 전에도 이러한 모든 과제가 있었지만 엄청나게 더 어려웠기 때문에 시도조차 하지 않았을 것입니다. 정렬 추적 기능이 없다면 데이터를 어떻게 병합할 수 있을까요? 홍수 방벽의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 단순한 생각만으로는 매우 어려웠을 것입니다."라고 설명했습니다.

"예전 같았으면 이런 시도는 엄두도 내지 못했을 것입니다. 하지만 모든 고급 기능을 갖춘 Ray II는 비약적인 발전을 이루었습니다."

녹의 흔적이 뚜렷한 더 복잡한 부분을 포함한 홍수 방벽의 문을 검사할 때 Art는 Artec Leo를 사용했습니다. '루프' 스캔은 양쪽 끝을 일치시키는 것이 까다로울 수 있지만, 그는 장치의 텍스처 추적 기능이 매우 향상되어 있다는 것을 알았고 따라서 그 점은 문제가 되지 않았습니다.

Art는 이 고정밀 Leo 스캔을 Ray II 데이터와 병합함으로써 아주 작은 특징까지 캡처하는 다중 해상도 메시를 생성하여 심층적인 분석을 할 수 있다고 말합니다. 예를 들어 문의 밀폐 특성을 평가해야 하는 경우, 이는 방벽이 효과적인지 누수가 발생하는지 여부를 가르는 차이일 수 있으므로 상세한 데이터가 필수적입니다.

Artec Studio에서 초기 분석 중인 홍수 방벽 문. 이미지 제공: GoMeasure3D

Art는 "Ray II도 위치와 측정값을 얻는 데는 적합하지만 Leo를 사용하면 더 면밀하게 검사하고 더 세밀한 참조 프레임을 얻을 수 있습니다. 누구나 스캐너 하나로 모든 것을 할 수 있기를 바랍니다. 그런 스캐너는 없지만 Artec Studio를 통해 데이터를 Smart Fusion으로 결합하는 방식은 다른 어떤 소프트웨어에서도 볼 수 없었던 것입니다."라고 말했습니다.

리치먼드 홍수 방벽 검사

GoMeasure3D 팀은 Artec Studio 데이터 처리와 관련하여 데이터를 삼각 측량하고 프로그램의 원클릭 전역 정합 알고리즘을 사용하여 모든 스캔을 정렬하는 것으로 시작했습니다. 메시를 단순화하고 크기를 줄이기 위해 불필요한 프레임을 모두 제거한 다음 메시를 다리, 거리, 방벽 자체의 세 레이어로 나누었습니다.

최적화가 완료된 이 메시를 Artec Studio의 품질 검사 도구 세트를 사용하여 분석했습니다. 거리 매핑을 통해 특징을 비교하여 편차를 찾을 수 있었고, 평면 피팅은 평탄도를 측정하고 표면이 닫혀서 밀폐될 수 있는지 분석하는 데 적합한 것으로 나타났습니다.

Artec Studio에서의 전체 홍수 방벽 3D 스캔. 이미지 제공: GoMeasure3D

나중에 더욱 심층적인 검사를 위해 스캔 데이터에서 특징 기반 CAD 모델을 생성하는 도구가 있는 리버스 엔지니어링 소프트웨어인 Geomagic Design X로 보냈습니다. Paul은 "시간을 크게 절약하는" 방식으로 "복잡한 부품을 기본적인 모양으로 줄여주는" 세분화 도구가 특히 유용하다는 것을 금방 알 수 있었다고 말합니다.

그런 다음 Design X SOLIDWORKS LiveTransfer를 사용하여 SOLIDWORKS로 내보내 이 모든 형상을 사용 가능한 CAD 개체로 변환할 수 있었습니다. 이렇게 해서 모든 작업을 전송했을 뿐만 아니라 모든 매개변수 관계를 유지하여 원본 데이터에 충실하게 했습니다.

이 메시를 더 자세히 구축하거나 검사할 수 있는 캐치 구조로 분류한 후, 이를 Geomagic Control X로 보냈습니다. 여기에서 GoMeasure3D 팀은 유기 표면 맞춤과 같은 편차 분석 기능을 통해 깊이, 체적 및 재료 손실을 분석하기 전에 잠재적인 문제가 되는 변형을 신속하게 식별할 수 있었습니다.

Paul은 "콘크리트 구조물은 CAD 도면과 정확히 일치하는지 확인할 수 없습니다. 침식, 공식, 변형 등 물리적 손상을 찾고 있습니다. Control X의 독특한 기능인 유기 표면 피팅을 통해 결함의 양을 파악하고 이를 구조적으로 얼마나 견고한지 확인할 수 있는 기준 프레임으로 사용할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

"결함 위치를 식별하게 되면 특정 영역 주변에 클러스터가 있는지 확인할 수 있고, 필요한 경우 '가서 수리해야 합니다'라고 말할 수 있습니다."

Geomagic Control X에서 진행 중인 리치먼드 홍수 방벽 편차 분석. 이미지 제공: GoMeasure3D

채택하기 '매우 쉬운' 작업 흐름

GoMeasure3D의 scan-to-inspection 작업 흐름은 몇 단계를 거칠 수 있지만, 직관적인 정렬과 (약간의 연습 후에) scan-to-CAD 도구를 사용하면 "매우 쉬워질" 수 있다고 Paul은 말합니다.

그와 그의 동료들은 결국 심각한 홍수 방벽 편차를 발견하지는 못했지만, 이 기술을 다른 곳에서 어떻게 사용할 수 있는지 보여주었습니다. 실제로 이 작업 흐름은 산업 제조, 광업, 항공우주 등 다양한 분야에서 검사, 품질 관리, 유지보수를 위한 정확하고 세부적인 데이터를 캡처하는 데 이상적이라고 생각됩니다.

Paul은 "이 작업 흐름에서는 CAD 데이터가 필요하지 않으므로 다른 많은 토목 엔지니어링 응용 분야와 상호 연관됩니다. 콘크리트 구조물의 무결성을 확인하고 시간이 지남에 따라 모니터링해야 하는 원자력 및 기타 분야에서 많은 수요가 있습니다. 따라서 이러한 단순해 보이지만 실제로는 매우 복잡한 검사 분야에 대한 거대한 시장이 있습니다."라고 결론지었습니다.

"어떤 사람은 10~20미크론의 정확도를 원하고 어떤 사람은 1인치 미만의 정확도라도 상관하지 않을 수 있지만 터빈 블레이드부터 홍수 방벽까지 모든 것을 검사할 때 동일한 원칙이 적용됩니다."

궁극적으로 Art는 이 프로젝트가 유지보수 안전성과 효율성을 높이는 도구로서 최신 스캐닝의 "놀라운 기능"을 보여준다고 말합니다. 그는 리치먼드의 홍수 방벽을 유지 보수하는 데 있어 이 기술의 중요성을 강조하는 것 외에도 이 프로젝트가 여러 산업 분야에 걸쳐 적용될 수 있는 도구로서의 잠재력을 강조하고 있다고 언급합니다.