Artec Leo와 Ray를 사용한 기대치를 뛰어넘는 맞춤형 채굴 솔루션 설계

Titan Engineered Solutions은 멀리 떨어진 현장에 있는 광산 안전 플랫폼과 같은 장비를 정비합니다. 이미지 제공: Titan Engineered Solutions

모든 제조 작업과 마찬가지로 채굴 작업은 다양한 중장비와 견고한 장비를 사용하여 운영됩니다. 하지만 공장과 굴착 현장을 최고 수준의 효율성으로 운영하는 것은 말처럼 쉬운 일이 아닙니다.

광산이 외딴 지역에 위치한 경우가 많기 때문에 엔지니어가 직접 광산 시설로 가서 수작업으로 측정하는 데 몇 시간이 걸리는 경우가 많습니다. 이러한 접근 방식은 수작업으로 측정할 경우 인적 오류, 불완전한 데이터 캡처, 치수를 확인하기 위해 여러 번 시설로 가야 할 필요성 등으로 인해 상당한 위험이 뒤따릅니다. 하지만 많은 광산의 경우, 이것이 최선의 방법입니다.

또한 많은 광산에서 노후화된 구성품에 의존하여 최적의 상태로 운영을 유지하고 있습니다. 고장이 나기 전에 기존 장비를 교체하면 분해 및 수작업 측정을 위해 가동 중단 시간이 발생할 수 있습니다. 반면에 구성품을 교체하기 전에 고장이 나도록 방치하면 가동 중지 시간이 크게 늘어나고 광산의 수익성이 떨어집니다.

광산에는 노후화된 부품으로 수리해야 하는 기계가 장착되어 있는 경우가 많습니다. 이미지 제공: Titan Engineered Solutions

Titan Engineered Solutions가 업계를 선도하는 이유도 바로 여기에 있습니다. 이제 Titan은 사전 예방적이고 대응력이 뛰어나며 고객의 가동 중지 시간을 줄이고 효율성을 높일 수 있는 혁신적인 엔지니어링 솔루션을 제공할 수 있게 되었습니다.

과거에 Titan은 엔지니어 팀을 현장으로 파견하여 고객 요청을 해결했습니다. 그러나 그 이후로 Artec 앰배서더인 Rapid Scan 3D와 긴밀히 협력하여 작업 흐름을 정비했습니다. Titan은 더 이상 수작업 측정에 의존하지 않고 Artec Leo와 Artec Ray를 사용하는 한 명의 엔지니어를 파견하여 현장에서 접하는 거의 모든 형상을 정확하게 캡처할 수 있습니다.

Titan의 총괄 매니저인 Brandon Koch는 “제품이 아직 없더라도 3D 스캔을 통해 얻은 치수를 사용하여 제품을 맞춤 제작하고 1.6mm 이내의 정확도로  맞출 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 끝에서 끝까지 맞는 맞춤형 일회성 파이프를 많이 제작합니다. 이제 지루한 수작업으로 여러 번 측정하지 않고도 파이프가 맞는지 확인할 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

채굴 시설 전체 3D 스캔을 캡처할 준비가 된 현장의 Artec Ray. 이미지 제공: Titan Engineered Solutions

첫 번째 맞춤을 위한 광산 측정

Titan의 3D 스캐닝 여정은 노스캐롤라이나의 Rapid Scan 3D에서 제공한 일주일간의 교육 과정으로 시작되었습니다. 그 이후로 그들은 학습을 통해 민첩한 무선 방식의 Leo를 마스터하여 미국 남서부 전역의 채굴 현장에서 쉽게 사용할 수 있었습니다. 특히 Koch는 이 장치의 통합 형식과 클릭 투 스캔(click-to-scan) 기능에 대해 “정말 잘못될 수가 없습니다.”라며 칭찬을 아끼지 않았습니다.

Koch는 “그냥 장치를 켜고 가리키고 스캔하기만 하면 됩니다. 매우 사용자 친화적이고 사용하기 쉽습니다. 스캔하는 대상을 화면에서 볼 수 있으므로 좋은 데이터를 얻을 수 있습니다. 나중에는 언제든지 '내가 이 부분을 스캔했나?'라고 생각할 수 있습니다. 그 데이터가 중요한 데이터라면 다시 스캔하면 됩니다.”라고 덧붙였습니다.

대부분 채굴 시설의 규모가 엄청나다는 것을 감안할 때 Titan은 장거리 데이터 캡처 솔루션이 필요하다는 것을 깨달았습니다. Titan은 처음에 고객 현장에서 Ray가 작동하는 것을 본 후 자체 현장에 투자했고, 그 결과 대규모 시설을 높은 정확도로 빠르게 측정할 수 있게 되는 등 인상적인 성과를 거두었습니다.

분석을 위해 대형 배관을 캡처하는 확장형 삼각대 위의 Artec Ray. 이미지 제공: Titan Engineered Solutions

최근에는 개보수를 위해 Ray를 사용하여 고객의 구리 공장 작업장을 캡처하는 데 이전에는 3~6시간이 걸렸던 작업을 단 1시간 만에 마쳤습니다. 게다가 Titan의 엔지니어 Johnathan Turner는 이 접근 방식을 통해 대략적인 수작업 측정으로는 놓칠 수 있는 세부 사항을 잡아내고 문제가 될 수 있는 곳에 원활하게 설치할 수 있었다고 말합니다.

Turner는 “그 스캔을 기반으로 작업장 전체를 재현할 수 있었습니다. 수작업으로 측정하면 ‘맞아야 할’ 대략적인 치수를 알 수 있지만 3D 스캐닝을 사용하면 ‘이 치수면 맞는다’는 것을 알 수 있습니다. 스캔을 통해 새 작업장을 완벽하게 배치할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

Design X로 허용 오차 확인

Titan의 3D 스캐닝 작업은 리버스 엔지니어링, 부품 맞춤화, 편차 분석을 통한 허용 오차 충족 여부 확인으로 이어졌습니다.

Titan의 팀은 Leo 또는 Ray를 사용하여 원하는 스캔을 캡처한 후 Artec Studio 내에서 처리를 시작합니다. 불필요한 데이터를 삭제하고 나면 여러 데이터 세트를 융합하는 것은 아주 쉬운 작업이며, 생성된 모델은 Geomagic Design X로 즉시 내보낼 수 있습니다.

Design X에서는 중요한 부품 영역의 '영역'을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 맞춤형 배관을 설계할 때 각 파이프의 끝이 기존 배관망에 맞는지 확인하는 데 중점을 둡니다. 이를 위해 이러한 형상을 스케치하여 스캔 기반 CAD 바디로 변환하고 제약 조건(또는 설계에 영향을 준 제한 사항)을 파악합니다.

여기에서 배관을 SOLIDWORKS로 내보내고, 이러한 제약 조건을 사용하여 완벽한 모델을 설계합니다. 정렬 후 파이프 모델(또는 기타 리버스 엔지니어링 제품)을 Design X로 반환할 수 있으며, 여기서 이 프로그램의 열 매핑 기능을 사용하면 CAD 데이터를 쉽게 오버레이하고 편차를 찾고 부품이 설치 허용 오차를 충족하는지 확인할 수 있습니다.

Geomagic Design X에서 열 매핑되는 복잡한 파이프 구간. 이미지 제공: Titan Engineered Solutions

Turner에 따르면 이 3단계 작업 흐름을 통해 생산을 간소화하고 가속화할 수 있을 뿐만 아니라 제작된 부품이 도착했을 때 맞을 것이라고 훨씬 더 확신할 수 있다고 합니다.

Turner는 “파이프의 경우 끝단을 통해 파이프의 길이, 필요한 직경, 연결 방법을 알 수 있습니다. 원활한 3단계 프로세스를 통해 모든 구멍이 있어야 하는 위치를 파악하여 파이프를 서로 체결할 수 있습니다. 원래 설계를 캡처하고 제약 조건을 파악한 다음 이를 통해 모델링하면 됩니다.”라고 설명했습니다.

다중 해상도 모델링이 곧 도입될까요?

대형 플랫베드 트럭이 필요할 정도로 큰 운송물이 많기 때문에 Koch는 정확한 제품 맞춤이 설치 문제 발생 가능성을 줄이는 데 상당히 중요하다고 강조합니다. 앞서 언급한 구리 공장 작업장과 같은 프로젝트의 경우 실수로 인해 완전히 폐기해야 할 수도 있으며, 그는 “그 같은 실수를 계속 반복하면 비용이 급격히 증가합니다.”라고 말합니다.

그래서 이 회사는 새로운 영역에서 3D 스캐닝을 계속 실험하고 있습니다. 예를 들어 Artec Studio를 사용하면 이제 전혀 다른 장치로 캡처한 스캔을 단일 메시로 병합하여 각각의 최고 해상도 데이터를 사용할 수 있습니다.

Koch는 “처음에는 각각의 가치 제안 때문에 Leo와 Ray를 선택했습니다. 하지만 다중 해상도 3D 스캐닝은 확실히 우리가 검토하고 있는 분야입니다. 스캔을 결합하는 것이 유용한 프로젝트가 많습니다. (Ray로) 전체 영역을 스캔하고 (Leo로) 더 세밀하게 스캔하면 (Ray만으로는 보이지 않는) 가려진 특징을 캡처할 수 있습니다.”라고 결론지었습니다.