Soluzioni intelligenti per un'ispezione efficace nel settore ferroviario

Le ferrovie sono sistemi meccanici ed elettrici complessi con centinaia di migliaia di parti mobili. Il settore ferroviario si sta rivolgendo sempre più alle misurazioni ad alta tecnologia per analizzare la qualità della produzione, delle infrastrutture e della manutenzione sul campo, con l'obiettivo di garantire la sicurezza e il comfort dei passeggeri senza compromessi.

È essenziale ispezionare i binari alla ricerca di difetti che potrebbero causare guasti catastrofici. Secondo le analisi di sicurezza condotte dalle amministrazioni ferroviarie, i difetti dei binari sono la seconda causa di incidenti sulle ferrovie di tutto il mondo. Non sorprende che la causa principale degli incidenti ferroviari sia ancora l'errore umano e che il contributo di decisioni gestionali sbagliate agli incidenti ferroviari causati da ispezioni infrequenti o inadeguate sia significativo.

Ogni anno le ferrovie spendono milioni di dollari per ispezionare le rotaie alla ricerca di difetti interni ed esterni, tra cui cedimenti dei binari e deragliamenti. L'integrazione di tecnologie di ispezione avanzate durante la produzione e la manutenzione continua è fondamentale per il futuro del trasporto ferroviario sicuro ed efficiente.

L'ispezione svolge un ruolo fondamentale nell'ottimizzazione delle prestazioni. Non si tratta solo di controllare il prodotto finale: la metrologia deve essere presente in tutto il processo produttivo. Ogni aspetto del processo di produzione nel settore ferroviario presenta un alto potenziale di incremento della produttività grazie all'introduzione di metodi di ispezione ottimizzati.

Infrastruttura ferroviaria

I progetti di costruzione delle linee ferroviarie sono ad alta intensità di capitale e, una volta in loco, è difficile modificare l'allineamento dei binari. I controlli dell'allineamento e del profilo durante l'installazione dei binari sono quindi fondamentali per un funzionamento sicuro. Inoltre, l'allineamento dei binari deve essere controllato regolarmente per tutto il ciclo di vita della ferrovia come parte del processo di manutenzione preventiva.

Per l'ispezione dell'allineamento dei binari ferroviari si utilizzano diverse tecniche per percorsi rettilinei, percorsi curvi, livelli e pendenze, e ognuna richiede un'attrezzatura di ispezione specifica. L'apparecchiatura deve eseguire un allineamento orizzontale per definire il piano XY del tracciato e poi un allineamento verticale per stabilire l'elevazione o il piano Z. Questa applicazione richiede dispositivi portatili che possano essere utilizzati direttamente sul binario, con opzioni che includono sistemi di scansione laser 2D, bracci di misura portatili o laser tracker con capacità di scansione manuale o diretta.

Le clip elastiche per rotaie (E-clip) garantiscono un allineamento duraturo, che protegge la rotaia in acciaio e i dispositivi di fissaggio dalle elevate pressioni esercitate dal passaggio del treno sui binari. Un sistema di fissaggio completo su rotaia comprende generalmente due clip elastiche per rotaie, due supporti per rotaie, una piastra sottorotaia e due isolatori per rotaie.

L'ispezione dei sistemi E-clip può richiedere un sistema portatile per le misurazioni in loco, come un braccio di misura portatile, o un sistema ad alto volume adatto alle misurazioni in un ambiente di forgiatura, come una cella di ispezione dei tubi dedicata che offre un feedback diretto della macchina curvatubi. 

Il trasporto ferroviario richiede che le rotaie siano rigorosamente conformi ai requisiti di sicurezza specificati in varie normative governative. I dispositivi dedicati alla misurazione della geometria del binario e del profilo di usura della rotaia sono ideali per questo processo. La verifica dimensionale delle rotaie si avvale di tali calibri per:

• Valutazione rapida, flessibile e precisa dello scartamento, della sopraelevazione e del tracciato dei binari
• Calcolo diretto della torsione per rilevare le irregolarità in loco e avviare direttamente le attività di manutenzione necessarie
• Misurazione accurata dell'intera sezione trasversale della testa della rotaia e calcolo delle grandezze non dimensionali critiche e dei parametri di usura in pochi secondi
  
  

Telaio e carrello

Il telaio di un carrello è una struttura del telaio che funge da sottoinsieme modulare di ruote e assali per fornire uno smorzamento delle vibrazioni contro gli urti trasmessi dal binario durante il movimento. Un carrello rimane solitamente attaccato a una carrozza ferroviaria o a una locomotiva e viene utilizzato per fornire trazione e frenata. I carrelli trasportano il carico dell'automotrice sui binari e qualsiasi disallineamento, usura o danno è costoso da riparare. 

L'identificazione dei problemi sui componenti dei carrelli prima di eventuali guasti può ridurre notevolmente i costi. Dopo la costruzione, l'assemblaggio o la manutenzione, il telaio deve essere ispezionato per la convalida geometrica. L'ispezione regolare della qualità e la regolazione dei carichi delle ruote e della geometria dei carrelli ottimizzano il comfort di viaggio, riducono al minimo l'usura delle rotaie e del materiale rotabile e i costi di esercizio. 

L'ispezione di telai e carrelli può essere eseguita con una serie di dispositivi di misura azionati manualmente, che richiedono un ampio volume di ispezione, una copertura di punti nascosti, la portabilità e la disponibilità in officina e l'accesso immediato ai risultati per le correzioni di allineamento in loco. Le opzioni migliori per un'applicazione di questo tipo sono un laser tracker con tastatore portatile wireless, un braccio di misura portatile per grandi volumi o un sistema di fotogrammetria a telecamera singola.

L'ispezione di telai e carrelli, compresa l'analisi geometrica, l'ottimizzazione e la regolazione dei carichi delle ruote, è un'applicazione privilegiata per migliorare l'efficienza implementando un sistema di ispezione automatizzato.

Questo risultato può essere ottenuto con un laser tracker con un sistema di scansione montato su un robot e una rotaia e combinato con il dispositivo rotante, consentendo una copertura completa del carrello. Un'opzione alternativa è una CMM di grosso volume con una struttura aperta per una maggiore flessibilità di caricamento e programmazione.

Vagone e carrozza

Nella costruzione di un vagone ferroviario confluiscono diverse operazioni di produzione. L'ispezione durante l'intero processo richiede in genere tecnologie di ispezione portatili che siano comode e idonee alla misurazione in officina.
La verifica dell'allineamento del telaio della locomotiva richiede una verifica dimensionale e un'analisi della sagoma seguendo il piano CAD o di ispezione. Richiede inoltre una convalida geometrica complessiva e un controllo di completezza delle caratteristiche prima del processo di assemblaggio finale. Un braccio di misura portatile con un tastatore è una possibile soluzione. Allo stesso tempo, un laser tracker con capacità di scansione diretta o un sistema di fotogrammetria a telecamera singola offrono un ampio volume di misura.

La regolazione dei dispositivi di saldatura e di assemblaggio richiede misure accurate. I dispositivi di misura localizzano la posizione in un luogo o in un orientamento specifico e supportano i componenti mantenendo la conformità e l'intercambiabilità. Gli strumenti di produzione vengono inizialmente controllati e regolati in base al CAD e di solito vengono ispezionati periodicamente a intervalli di tempo definiti. Questo può essere ottenuto con un'ispezione a tastoni, un laser tracker o un braccio di misura portatile.

Le sagome di carico definiscono l'altezza e la larghezza massima dei veicoli ferroviari e dei loro carichi, per garantire che possano passare in sicurezza sotto i ponti e attraverso le gallerie e per mantenere liberi gli edifici e le strutture sui binari. Questa applicazione è ideale per la misurazione con laser tracker, utilizzando la capacità di scansione diretta o una combinazione di misurazione con riflettore e tastatore.

Il monitoraggio della conformità dei componenti durante l'assemblaggio identifica i potenziali difetti da rettificare. I dettagli o le caratteristiche mancanti vengono rilevati con un confronto CAD o sulla base di un piano di ispezione guidato. Un laser tracker con capacità di scansione diretta o uno scanner laser 3D per grandi volumi è adatto, in quanto può essere un braccio di misura portatile con un tastatore a contatto per i componenti più piccoli.

La marcatura della posizione della trivella è essenziale. Si tratta di definire elementi geometrici come i centri dei fori, le linee o le curve di livello con coordinate in tempo reale e un dispositivo di punzonatura corrispondente. Una soluzione dedicata è un laser tracker con un dispositivo di tastatura portatile wireless e un accessorio per la marcatura degli utensili di punzonatura.

Principali componenti ferroviari 

Nella costruzione del materiale ferroviario intervengono molti altri componenti essenziali, che richiedono diverse tecniche di ispezione e soluzioni tecnologiche.

Gli assi sono uno dei componenti più critici di una carrozza ferroviaria. L'alloggiamento dei cuscinetti sostiene il carico sull'asse del veicolo e influisce direttamente sul comfort dei passeggeri. Per l'ispezione di questi componenti si utilizzano bracci di misura portatili con scanner laser, scanner a luce strutturata e CMM da officina.

L'integrità degli assi dei treni è di grande importanza per il settore ferroviario. Ciò richiede la rimozione delle ruote e di altri componenti ausiliari degli assi da carri e locomotive per facilitare l'accesso all'area di ispezione. Pertanto, per ridurre al minimo l'interruzione del servizio ferroviario e mantenere la sicurezza, gli operatori ferroviari richiedono metodi di ispezione frequenti e regolari che consentano un'ispezione rapida con il minor numero di operazioni di smontaggio. La soluzione più conveniente è la misura con tastatore, riferita a un braccio di misura portatile o a un laser tracker.

Le sale montate e le rotaie dei treni sono parti tipicamente soggette a un'usura elevata che influisce in modo significativo sul comfort e sulla sicurezza dei passeggeri, oltre che sulla rumorosità e sulla guida. I profili delle ruote, dei dischi dei freni, delle rotaie e degli interruttori devono quindi essere controllati con operazioni di misura ricorrenti in condizioni operative impegnative. Le soluzioni hardware includono dispositivi dedicati alla misurazione dei profili, sistemi automatizzati su pista e bracci di misura portatili.

Il telaio del parabrezza e il parabrezza devono essere scansionati e modellati prima dell'assemblaggio per garantire la progettazione aerodinamica ed eseguire l'analisi del gioco dell'adattamento del parabrezza per evitare la deformazione meccanica o la collisione del vetro del parabrezza con il telaio. Un laser tracker con tastatore e scanner è una soluzione robusta, così come i sistemi di misura portatili con uno scanner per superfici di grandi dimensioni e un sistema di fotogrammetria a telecamera singola.

I kit di tubi per vagoni si trovano ovunque nei treni moderni, nascosti nel tetto delle cabine passeggeri, nei carrelli o nella sala macchine. I tubi trasportano aria, gas o fluidi idraulici per i sistemi frenanti. Dopo la costruzione, i tubi piegati vengono ispezionati con bracci portatili dotati di sonde per tubi, scanner laser e celle di ispezione automatica dei tubi. Per l'ispezione dei tubi per vagoni è necessario un sistema di ispezione dedicato, sia che si tratti di una cella di ispezione dei tubi chiavi in mano, sia che si tratti di un sistema portatile basato su un braccio di misura che utilizza uno scanner laser o sonde a infrarossi.

Elementi interni 

Anche gli interni delle carrozze hanno componenti che devono essere ispezionati per garantire la sicurezza e il comfort dei passeggeri.

Il comfort e la sicurezza dei posti a sedere dei passeggeri sono un sistema essenziale in qualsiasi treno, in quanto forniscono un'esperienza diretta per tutta la durata del viaggio. Insieme ad altre interfacce per i passeggeri, come i tavoli e i vani portabagagli, questa è un'area in cui il comfort, la sicurezza, la salute e l'ergonomia sono molto importanti. I laser tracker e i bracci di misura portatili con scanner 3D hanno la portabilità e la precisione ideali per questi compiti.

I tubi curvi vengono installati in molti punti all'interno del treno, anche come corrimano e staffe o come supporto per altri componenti. Spesso i fori necessari vengono praticati tramite taglio laser durante la produzione prima che i tubi vengano piegati. Le macchine piegatubi devono quindi essere in grado di accogliere i tubi con un certo orientamento. Durante la misura si devono controllare sia le curve di piegatura che i fori. Anche in questo caso è necessario un sistema di ispezione dei tubi dedicato, utilizzando un braccio di misura portatile o una cella di ispezione dei tubi pronta all'uso.

Le soluzioni metrologiche e di ispezione di Hexagon per il settore ferroviario 

Hexagon dispone di decine di soluzioni hardware di ispezione adatte all'ampia gamma di applicazioni del settore ferroviario, dalle CMM e dagli strumenti manuali ai bracci di misura portatili, ai laser tracker e agli scanner a luce strutturata, tutti supportati dai principali software di metrologia dimensionale e CT. Le soluzioni acquisiscono dati reali per il posizionamento e l'ispezione, fornendo informazioni utili per migliorare continuamente l'efficienza, la qualità, la produttività, la sicurezza e il comfort. Presentano molte funzioni, tra cui l'ispezione e l'analisi dimensionale, il controllo e l'analisi statistica dei processi, l'analisi TC, l'ispezione automatizzata, la calibrazione e la simulazione dei robot.

Dall'entry-level all'ultra-alta precisione e all'ottimizzazione dell'officina, l'impareggiabile gamma di CMM di Hexagon è alla base della qualità e della produttività dei produttori. Grazie alla disponibilità simultanea di più tecnologie di sensori ottici e tattili, OPTIV CMM offrono una soluzione all-in-one per acquisire l'intera geometria del pezzo in un unico programma. Le CMM a portale e a braccio orizzontale più grandi offrono materiali robusti, una struttura stabile e un'elevata precisione, sia in produzione che in cella di produzione o in sala misure.

I sistemi laser tracker sono all'avanguardia per quanto riguarda la precisione, la sicurezza e l'operatività delle macchine di misura a coordinate portabili. I bracci di misura portatili consentono misure rapide e semplici direttamente in produzione, dove le migliorie del processo sono le più vantaggiose. Gli scanner a luce strutturata consentono di acquisire dati ad alta precisione in un istante. Il DPA viene utilizzato per la referenziazione e il tracciamento di più punti come sistema indipendente o in combinazione con gli scanner.

Allo stesso modo, gli scanner laser 3D industriali svolgono un ruolo chiave nel controllo qualità del reverse engineering e nell'acquisizione di dati 3D. I sistemi dedicati senza contatto consentono la misurazione e l'ispezione dei profili. Una gamma completa di sistemi di misura per tubi e cavi offre soluzioni su misura per varie applicazioni nella produzione di tubi.

I sistemi di assistenza per l'operatore e le soluzioni automatizzate offrono un rapido ritorno sull'investimento grazie all'ispezione automatizzata. Le celle di ispezione automatizzate basate su varie tecnologie di misura offrono un approccio "pronto all'uso" alla misurazione ad alta velocità e ad alta precisione in officina.

I sistemi di misura e controllo robotizzati basati su laser tracker aumentano il potenziale dell'automazione industriale e portano la precisione metrologica nella produzione intelligente. Per il settore ferroviario, in particolare, Hexagon offre anche la misurazione automatizzata su rotaia delle sale montate, dispositivi multifunzionali di misurazione del profilo e una semplice valutazione delle condizioni della sala montata per la manutenzione predittiva.

PC-DMIS può essere la soluzione software metrologica unica per tutta l'officina. Flessibile, scalabile, potente e compatibile con tutti i tipi di dispositivi. Che si tratti di scansioni o sondaggi con un braccio portatile o con un laser tracker, di applicazioni su piccola o grande scala, Inspire e SpatialAnalyzer offrono ispezioni all'avanguardia. REcreate è il software di reverse engineering che riduce la complessità del flusso di lavoro per creare un ambiente di progettazione, produzione e ispezione più rapido e flessibile.

Il pacchetto Q-DAS e l'eMMA offrono strumenti efficaci per creare una soluzione di controllo qualità affidabile e completa per la produzione industriale. VGSTUDIO MAX offre strumenti completi di analisi dei materiali e della geometria per le parti sottoposte a scansione TC in un unico software. VGinLINE ispeziona i pezzi in modo automatico e non distruttivo con la tomografia computerizzata industriale.