Des solutions intelligentes pour un contrôle ferroviaire efficace

Les chemins de fer sont des systèmes mécaniques et électriques complexes comprenant des centaines de milliers de pièces mobiles. L’industrie ferroviaire se tourne de plus en plus vers des mesures de pointe pour analyser la qualité de la production, les infrastructures et la maintenance sur le terrain dans le but de garantir la sécurité et le confort des voyageurs.

Inspecter les voies ferrées pour détecter des défauts susceptibles d’entraîner des défaillances catastrophiques est une tâche indispensable. Selon l’analyse de sécurité réalisée par les administrations ferroviaires, les défauts des voies ferrées sont la deuxième cause d’accidents du rail à l'échelle mondiale. Sans surprise, la cause principale reste l’erreur humaine. Les mauvaises décisions de gestion concernant les accidents ferroviaires dus à un contrôle peu fréquent ou inadéquat sont aussi un facteur important.

Chaque année, les sociétés des chemins de fer dépensent des millions pour l’inspection des rails à la recherche de défauts internes et externes, y compris les défaillances de voie et les déraillements. Il est essentiel, pour garantir la sécurité et l’efficacité des déplacements ferroviaires à l’avenir, d’intégrer une technologie de contrôle avancée pendant la production et la maintenance continue.

L’inspection revêt une importance cruciale dans l’optimisation des performances. Il ne s’agit pas seulement de vérifier le produit final. La métrologie doit être appliquée tout au long du processus de production. Chaque phase de fabrication est susceptible d’enregistrer des gains de productivité élevés avec des méthodes de contrôle optimisées.

Infrastructure ferroviaire

Les projets de construction de lignes ferroviaires demandent de grands investissements et, une fois les voies ferrées mises en place, il est difficile d’en modifier l’alignement. Les vérifications de l’alignement et du profil pendant l’installation des voies sont donc primordiales pour garantir un fonctionnement sûr. En outre, l’alignement doit faire l’objet de vérifications régulières tout au long du cycle de vie des rails dans le cadre de la maintenance préventive.

Plusieurs techniques sont utilisées pour contrôler l’alignement des voies ferrées sur les trajectoires droites et incurvées, les différents niveaux et les pentes, et chacune nécessite un équipement de contrôle spécifique. L’équipement doit effectuer un alignement horizontal pour définir le plan XY de la voie, puis un alignement vertical pour déterminer l’altitude ou le plan Z. Cette application exige des appareils portables qui peuvent être utilisés directement sur le rail, par exemple des systèmes de numérisation laser 2D, des bras de mesure portables ou des laser trackers avec des fonctions de numérisation manuelles ou directes.

Les attaches élastiques (e-clips) assurent un alignement durable, ce qui protège le rail en acier et les fixations contre les pressions élevées générées lors du passage d’un train sur la voie. En général, un système de fixation complet comprend deux attaches élastiques, deux épaules, une plaque support et deux isolateurs de rail.

Le contrôle des attaches élastiques peut nécessiter un système portable pour des mesures sur site, tel qu’un bras de mesure portable, ou un système à grand volume adapté à la mesure dans un environnement de forgeage, tel qu’une cellule spécialisée dans l’inspection de tubes offrant un retour d’information direct sur la cintreuse. 

Le transport ferroviaire exige que les rails soient strictement conformes aux exigences de sécurité spécifiées dans diverses réglementations gouvernementales. À cet égard, des appareils conçus pour mesurer le profil d’usure et la géométrie d’écartement des voies sont parfaitement adaptés à ce processus. L’inspection dimensionnelle ferroviaire utilise de tels outils de mesure pour les opérations suivantes :

• Évaluation rapide et précise de l’écartement des rails, de la surélévation et de la voie
• Calcul de déviation direct pour détecter des irrégularités sur le terrain et amorcer directement les opérations de maintenance nécessaires
• Mesure précise de toute la section transversale du champignon du rail et calcul des paramètres non dimensionnels et d’usure les plus importants en quelques secondes
  
  

Châssis et bogie

Un châssis de bogie est une structure servant de sous-ensemble modulaire de roues et d’essieux pour amortir les vibrations provoquées par les chocs transmis par la voie ferrée pendant le déplacement. Un bogie reste généralement attaché à un wagon ou une locomotive et est utilisé pour assurer la traction et le freinage. Les bogies portent la charge de l’automotrice sur les voies, et tout désalignement, tout dommage ou toute usure présente des coûts de réparation élevés. 
Identifier les problèmes sur les composants du bogie avant une défaillance peut réduire considérablement les frais. Après la réalisation, le montage ou la maintenance, le châssis doit être contrôlé en vue de la validation géométrique. Le contrôle de qualité régulier de même que l’ajustement de la charge des roues et de la géométrie du bogie optimisent le confort de déplacement et réduisent l’usure des rails et du matériel roulant ainsi que les coûts d’exploitation. 

Le contrôle de châssis et de bogies peut être réalisé à l’aide d’une gamme d’appareils de mesure manuels qui doivent présenter plusieurs caractéristiques : grand volume de contrôle, capacité de relever les points cachés, portabilité, disponibilité dans l’atelier de fabrication et accès immédiat aux résultats pour corriger l’alignement sur le terrain. Les meilleures solutions pour une telle application sont un laser tracker avec un palpeur tactile portatif sans fil, un bras de mesure portable pour de grands volumes ou un système photogrammétrique à caméra unique.

Le contrôle du châssis et des bogies, incluant l’analyse géométrique, l’optimisation et l’ajustement des charges de roues, est une application essentielle pour améliorer l’efficacité au moyen d’un système d’inspection automatisé.

Ces tâches peuvent être réalisées à l’aide d’un laser tracker avec un scanner monté sur un robot et un rail, en combinaison avec l’appareil de rotation, pour une couverture complète du bogie. Une autre option consiste à utiliser une MMT de grand volume à structure ouverte pour une plus grande flexibilité de chargement et de programmation.

Wagons et voitures

La fabrication d’un wagon est constituée de plusieurs opérations. Le contrôle tout au long du processus nécessite généralement des technologies portables, pratiques et capables de réaliser des mesures dans l’atelier de fabrication.
La vérification de l’alignement du châssis de la locomotive nécessite une inspection dimensionnelle et une analyse du calibre de profil conformément à la CAO ou au plan d’inspection. Elle exige également une validation géométrique globale et un contrôle d’exhaustivité des fonctionnalités avant le processus d’assemblage final. À cet effet, on peut utiliser un bras de mesure portable avec un palpeur tactile. Par ailleurs, un laser tracker avec une fonctionnalité de scanning direct ou un système de photogrammétrie à caméra unique offre un grand volume de mesure.

L’ajustement de fixations pour le soudage et l’assemblage exige des mesures précises. Les fixations de calibrage maintiennent la structure dans une certaine position ou orientation et favorisent la conformité et l’interchangeabilité des composants. Les outils de fabrication sont initialement contrôlés et ajustés selon le modèle CAO et en général vérifiés régulièrement aux intervalles définis. Cela peut être réalisé avec un palpeur tactile, un laser tracker ou un bras de mesure portable.

Les calibres de charge définissent la hauteur et la largeur maximales des véhicules ferroviaires et leurs charges pour assurer qu’ils peuvent passer en toute sécurité sous des ponts et dans des tunnels en gardant une certaine distance par rapport à des bâtiments et structures situés le long des rails. La solution idéale pour cette application est un laser tracker, avec un scanning direct ou une mesure combinée sur réflecteur et par palpeur.

La vérification de la conformité des pièces lors du montage permet d’identifier les défauts potentiels nécessitant une reprise. Les caractéristiques ou détails manquants peuvent être détectés par comparaison avec le modèle CAO ou sur la base d’un plan de contrôle guidé. Un laser tracker à scanning direct ou un scanner laser 3D à grand volume est adapté à ce travail, tout comme un bras de mesure portable avec un palpeur tactile pour de petits composants.

Le repérage de la position de forage est indispensable. Cela implique l’implantation de caractéristiques géométriques telles que les centres d’alésage, lignes ou lignes de contour avec des coordonnées en temps réel et un système de marquage par poinçonnage approprié. On peut utiliser pour cela un laser tracker avec un appareil de palpage portatif sans fil et un outil poinçonneur marqueur.

Composants ferroviaires majeurs

De nombreux autres composants essentiels entrent dans la construction de matériel ferroviaire, nécessitant diverses techniques de contrôle et solutions de technologie.

Les boîtes d’essieux sont un composant clé d’un wagon. Le carter des roulements supporte la charge par essieu du véhicule et a un effet direct sur le confort des passagers. Pour contrôler ces éléments, on utilise des bras de mesure portables avec des scanners laser, des scanners à lumière structurée et des MMT d’atelier.

L’intégrité des essieux revêt la plus haute importance dans le secteur ferroviaire. Pour cela, il est nécessaire d’enlever les roues et éléments d’essieu auxiliaires des wagons et locomotives afin de faciliter l’accès à la zone de contrôle. Les exploitants de train ont donc besoin de méthodes qui permettent des contrôles rapides réguliers limitant le plus possible les opérations de désassemblage. Cela diminue aussi les temps d’immobilisation des trains. La mesure par palpeur tactile, référencée par un bras de mesure portable ou un laser tracker, est la solution la plus commode.

Les essieux de train et rails sont en général des éléments à forte usure qui ont un effet déterminant sur le confort et la sécurité des voyageurs, de même que sur le bruit et les caractéristiques de marche. Les profils de roue, disques de frein, rails et aiguillages doivent par conséquent faire l’objet de mesures périodiques, exécutées dans des conditions de service difficiles. Les solutions matérielles comprennent des appareils de mesure de profils, des systèmes automatisés sur la voie et des bras de mesure portables.

Le châssis du pare-brise et le pare-brise doivent être scannés et modélisés avant l’assemblage pour garantir une conception aérodynamique, et une analyse du jeu de l’ajustement du pare-brise est nécessaire afin d’éviter toute déviation mécanique ou tout contact de la vitre du pare-brise avec le châssis. Un laser tracker associé à un palpeur tactile et un scanner est une solution efficace, tout comme les systèmes de mesure portables avec un scanner de surface de grand volume et un système de photogrammétrie à caméra unique.

Les trains modernes intègrent partout des kits de tubes de wagon, dissimulés dans le toit des cabines, les bogies ou dans la salle des machines. Ces tubes transportent de l’air, du gaz ou des fluides hydrauliques pour les systèmes de conduite de frein. Après la production, les tubes cintrés sont vérifiés à l’aide de bras de mesure portables équipés de capteurs de tube, de scanners laser et de cellules d’inspection automatisées. Un système dédié au contrôle de tubes est nécessaire. Cela peut être une cellule d’inspection de tubes clé en main ou un système portable basé sur un bras de mesure et un scanner laser ou des capteurs de tube à infrarouge.

Éléments intérieurs

Même l’intérieur des voitures est équipé de composants devant faire l’objet d’un contrôle pour garantir la sécurité et le confort des passagers.

Le confort et la sécurité des places assises des voyageurs jouent un rôle essentiel dans tout train, car ces paramètres ont une influence directe sur l’expérience de voyage tout au long du trajet. Il est très important aussi de veiller au confort, à la sécurité et à l’ergonomie d’autres interfaces, telles que les tables et les compartiments à bagages en hauteur, pour assurer le bien-être des personnes. Les laser trackers et les bras de mesure portables équipés de scanners 3D offrent une portabilité et une précision optimales à cet égard.

Des tubes courbés sont installés à de nombreux endroits dans l’habitacle du train, entre autres sous forme de mains courantes et fixations ou comme supports pour d’autres composants. Souvent, les orifices nécessaires sont percés par découpe laser durant la fabrication avant le cintrage des tubes. Les cintreuses doivent donc être capables de traiter des tubes orientés d’une certaine façon. Lors de la mesure, les courbes de cintrage et les alésages doivent être vérifiés. Pour cela aussi, il faut utiliser un système spécialisé dans le contrôle de tubes, soit un bras de mesure portable, soit une cellule d’inspection de tubes clé en main.

Solutions de métrologie et de contrôle Hexagon pour les chemins de fer 

Hexagon propose des dizaines de solutions matérielles de contrôle adaptées au grand domaine d’application dans l’industrie ferroviaire. La gamme comprend notamment des MMT, des instruments manuels, des bras de mesure portables, des laser trackers et des scanners à lumière structurée, tous pris en charge par des logiciels de métrologie dimensionnelle et de tomodensitométrie de pointe. Ces systèmes acquièrent des données du monde réel pour le positionnement et le contrôle, et fournissent des informations exploitables qui améliorent en continu l’efficacité, la qualité, la productivité, la sécurité et le confort. Ils offrent de nombreuses fonctionnalités, notamment l’inspection dimensionnelle et l’analyse, le contrôle et l’analyse statistiques de processus, l’analyse CT, l’inspection automatisée, la simulation et l’étalonnage des robots.

Comprenant aussi bien des solutions d’entrée de gamme que des systèmes de très haute précision optimisés pour les ateliers de fabrication, la gamme de MMT sans égale d’Hexagon optimise la qualité des produits et la productivité des fabricants. Les MMT OPTIV, qui combinent de nombreuses technologies optiques et tactiles, sont une solution tout-en-un pour relever la géométrie d’une pièce entière durant l’exécution d’un seul programme. Les plus grandes MMT à portique et à bras horizontal exigent des matériaux robustes, une structure stable et une haute précision, qu’elles soient utilisées dans l’atelier de production, dans le laboratoire de mesure ou dans une cellule de fabrication.

Dans le domaine des machines à mesurer tridimensionnelles, les systèmes de laser tracker sont à la pointe en matière de précision, de fiabilité et de durabilité. Les bras de mesure portables permettent d’effectuer des mesures rapides et faciles directement dans l’industrie manufacturière, où les améliorations de processus sont les plus avantageuses. Les scanners à lumière structurée assurent une capture très rapide de données de haute précision. Le système photogrammétrique DPA est utilisé pour le référencement et la poursuite multipoint en tant que système autonome ou en combinaison avec des scanners.

De façon analogue, les scanners laser 3D industriels jouent un rôle clé dans la capture de données 3D et l’assurance qualité pour la rétro-conception. Des solutions spécialisées sans contact permettent de mesurer et contrôler les profils. Une gamme complète de systèmes de mesure de tubes et de fils comprend des solutions adaptées à une multitude d’applications dans la fabrication de tubes.

Hexagon propose aussi des systèmes d’aide à l’opérateur faciles à déployer et des solutions d’automatisation modulaires qui offrent un retour sur investissement rapide grâce au contrôle automatisé. Les cellules de contrôle automatisées basées sur diverses technologies de mesure fournissent une approche clé en main pour des mesures ultra rapides et précises dans l’atelier de fabrication.

Les systèmes de mesure robotisés et de contrôle basés sur le laser tracker augmentent le potentiel d’automatisation industriel et apportent une précision de qualité métrologique à la fabrication intelligente. Pour l’industrie ferroviaire, Hexagon propose également des mesures automatisées d’essieux sur la voie, des systèmes de mesure de profils multifonctionnels et une évaluation simple de l’état des essieux pour la maintenance prédictive.

Le logiciel de métrologie PC-DMIS couvre toutes les tâches de mesure dans l’atelier de fabrication. Il est flexible, modulaire, performant et compatible avec tous les types d’appareils. Qu’il s’agisse de scanning ou de palpage avec un bras de mesure portable ou bien de mesures avec un laser tracker, d’applications à petite ou grande échelle, Inspire et SpatialAnalyzer réalisent un contrôle de pointe. REcreate est un logiciel de rétro-conception qui simplifie le flux de travail pour créer un environnement de conception, de production et de contrôle plus rapide et plus souple.

La suite Q-DAS et eMMA comportent des outils puissants pour offrir une solution d’assurance qualité fiable et complète dans le domaine de la production industrielle. VGSTUDIO MAX réunit dans un seul logiciel des outils complets d’analyse de matériaux et de géométrie pour les pièces scannées par tomodensitométrie. VGinLINE assure un contrôle automatique et non destructif des pièces par tomodensitométrie industrielle.