Soluções inteligentes para a inspeção eficaz das ferrovias

As ferrovias são sistemas mecânicos e elétricos complexos com centenas de milhares de peças móveis. O setor ferroviário está se transformando cada vez mais em medições de alta tecnologia para analisar a qualidade da produção, a infraestrutura e a manutenção em campo, com o objetivo de não comprometer a segurança e o conforto dos passageiros.

A inspeção de trilhos quanto a defeitos que possam levar a falhas catastróficas é imprescindível. De acordo com a análise de segurança realizada pelas administradoras ferroviárias, os defeitos nos trilhos são a segunda principal causa de acidentes em ferrovias em todo o mundo. Não é de se surpreender que a principal causa de acidentes ferroviários ainda seja o erro humano. Além disso, é inegável a contribuição das decisões mal gerenciadas em relação aos acidentes ferroviários causados por inspeções ferroviárias infrequentes ou inadequadas.

Todos os anos as ferrovias gastam milhões de dólares na inspeção de defeitos internos e externos nos trilhos, incluindo falhas e descarrilamentos. A integração da tecnologia de inspeção avançada durante a fabricação e a manutenção contínua é fundamental para o futuro das viagens ferroviárias seguras e eficientes.

A inspeção tem um papel crucial na otimização do desempenho. Ela vai além de uma verificação do produto final: a metrologia deve estar presente em todo o processo de produção. Todas as áreas do processo de produção ferroviária têm alto potencial de ganhos de produtividade com a introdução de métodos de inspeção aprimorados.

Infraestrutura ferroviária

Os projetos de construção de linhas ferroviárias consomem bastante capital, e é difícil alterar o alinhamento dos trilhos uma vez instalados. Portanto, verificações de alinhamento e perfil durante a instalação dos trilhos são fundamentais para uma operação segura. Além disso, o alinhamento dos trilhos deve ser verificado regularmente durante todo o ciclo de vida do trilho como parte do processo de manutenção preventiva.

Várias técnicas diferentes são usadas para a inspeção do alinhamento dos trilhos em trechos retos, curvos, níveis e gradientes, e cada uma requer um equipamento de inspeção específico. O equipamento precisa realizar um alinhamento horizontal para definir o plano XY da ferrovia e, em seguida, um alinhamento vertical para estabelecer a elevação ou plano Z. Essa aplicação requer um dispositivo portátil que possa ser operado diretamente do trilho, com opções que incluem sistemas de escaneamento a laser 2D, braços de medição portáteis ou rastreadores a laser com capacidade de escaneamento manual ou direto.

Os grampos elásticos dos trilhos (clipes em E) oferecem um alinhamento durável, protegendo o trilho de aço e as fixações contra as altas pressões exercidas pelos trens que passam sobre ele. Em geral, um sistema completo de fixação ferroviária é composto por dois grampos elásticos de trilho, dois ressaltos de trilho, uma almofada de trilho e dois isoladores de trilho.

A inspeção dos sistemas de clipe em E pode exigir um sistema portátil para medições no local, como um braço de medição portátil ou um sistema de alto volume adequado para medição em um ambiente de forjamento, como uma célula de inspeção de tubo dedicada que oferece feedback direto da máquina de curvatura. 

O transporte ferroviário exige que os trilhos estejam em conformidade rigorosa com os requisitos de segurança especificados em várias regulamentações governamentais. Dispositivos dedicados de medição do perfil de desgaste dos trilhos e da geometria dos trilhos são ideais para esse processo. A inspeção dimensional do trilho usa esses dispositivos para:

• Avaliação rápida, precisa e flexível da bitola do trilho, da superelevação e da via férrea
• Cálculo direto da torção para detectar irregularidades no local e iniciar as tarefas de manutenção necessárias imediatamente
• Medição precisa de toda a seção transversal do trilho principal e cálculo dos valores não dimensionais mais importantes e dos parâmetros de desgaste em questão de segundos
  
  

Chassis e bogie

Uma estrutura de bogie (caminhão) é uma estrutura de chassi que serve como um subconjunto modular de rodas e eixos para fornecer amortecimento de vibração contra os choques transmitidos pela pista durante o movimento. Normalmente o bogie permanece preso a um vagão ferroviário ou locomotiva e é usado para fornecer tração e frenagem. Os bogies carregam o peso do vagão sobre os trilhos, e é custoso reparar qualquer desalinhamento, desgaste ou dano. 

Identificar problemas nos componentes do bogie antes que eles falhem pode reduzir significativamente os custos. Após a fabricação, montagem ou manutenção, a estrutura requer inspeção para validação geométrica. A inspeção de qualidade regular e o ajuste das cargas das rodas e da geometria do bogie otimizam o conforto da viagem e minimizam o desgaste dos trilhos e dos materiais rodantes, além dos custos operacionais. 

A inspeção do chassi e do bogie pode ser realizada por diversos dispositivos de medição operados manualmente, exigindo grande volume de inspeção, cobertura de ponto oculto, portabilidade e prontidão do chão de fábrica, bem como acesso imediato aos resultados para correções de alinhamento no local. As melhores opções para essa aplicação são um laser tracker com sonda de toque manual e sem fio, um braço de medição portátil de grande volume ou um sistema de fotogrametria de câmera única.

A inspeção do chassi e do bogie, incluindo a análise geométrica, a otimização e o ajuste das cargas das rodas, é uma aplicação primordial para melhorar a eficiência implementando um sistema de inspeção automatizada.

Isso pode ser obtido com um rastreador a laser com um sistema de scanner montado em um robô e trilho e combinado com o dispositivo rotativo, permitindo cobertura total do bogie. Uma opção alternativa é CMM de grande volume com uma estrutura aberta para maior flexibilidade de carregamento e programação.

Vagões

Várias operações de fabricação se juntam na construção de um vagão ferroviário. A inspeção ao longo do processo normalmente requer uma tecnologia de inspeção portátil que seja confortável e capaz de fazer a medição na oficina.
A verificação do alinhamento da estrutura da locomotiva requer inspeção dimensional e análise da bitola do perfil de acordo com o CAD ou o plano de inspeção. Ela também requer uma validação geométrica geral e uma verificação de integralidade dos recursos antes do processo de montagem final. Uma possível solução é um braço de medição portátil com uma sonda de toque. Ao mesmo tempo, um rastreador a laser com recurso de escaneamento direto ou um sistema de fotogrametria de câmera única oferecem um grande volume de medição.

O ajuste do dispositivo de soldagem e montagem requer uma medição precisa. Os dispositivos de bitola localizam a posição em um local ou orientação específicas e suportam os componentes para manter a conformidade e a intercambialidade. As ferramentas de fabricação são inicialmente verificadas e ajustadas de acordo com o CAD e costumam ser inspecionadas periodicamente em intervalos definidos. Isso pode ser obtido com a inspeção por sonda de toque, rastreador a laser ou braço de medição portátil.

As bitolas carregadas definem a altura e a largura máximas para veículos ferroviários e suas cargas, a fim de garantir que passem com segurança por túneis e sob pontes e mantenham-se afastados de edifícios e estruturas ao longo da via. Essa aplicação é ideal para a medição com rastreador a laser, usando capacidade de escaneamento direto ou uma combinação de medição com refletor e sonda.

A monitoração da conformidade dos componentes durante a montagem identifica possíveis defeitos para o retrabalho. Detalhes ou recursos ausentes são detectados com uma comparação do CAD ou com um plano de inspeção guiada. O rastreador a laser com capacidade de escaneamento direto ou o scanner a laser 3D de grande volume são adequados, pois podem ser um braço de medição portátil com uma sonda de toque para componentes menores.

A marcação da posição de perfuração é essencial. Ela envolve a configuração das características geométricas, como centros de furos, linhas ou linhas de contorno, com coordenadas em tempo real e um dispositivo de marcação de punção correspondente. Uma solução dedicada é o rastreador a laser com dispositivo de sondagem portátil sem fio e acessório de marcador de ferramenta de punção.

Principais componentes ferroviários 

Muitos outros componentes essenciais entram na construção do estoque ferroviário, exigindo várias técnicas de inspeção e soluções de tecnologia.

As caixas de eixos são um dos componentes mais críticos de um vagão ferroviário. A caixa dos rolamentos suporta a carga sobre o eixo do veiculo e impacta diretamente no conforto dos passageiros. Braços de medição portáteis com scanners a laser, scanners de luz estruturada e CMMs de chão de fábrica são usados para inspecionar esses componentes.

A integridade dos eixos dos trens é de grande importância para a indústria ferroviária. Ela exige que as rodas e outros componentes do eixo auxiliar sejam removidos dos vagões e das locomotivas para facilitar o acesso à área de inspeção. Portanto, com o objetivo de minimizar a interrupção dos serviços ferroviários e manter a segurança, os operadores ferroviários precisam de métodos de inspeção frequentes e regulares que possam ser realizados de maneira rápida e com o menor número de operações de desmontagem. A medição com sonda de toque, referenciada por um braço de medição portátil ou um rastreador a laser, oferece a solução mais conveniente.

Rodeiros de trem e trilhos são peças que normalmente sofrem um alto desgaste e que têm influência significativa na segurança e no conforto dos passageiros, além de afetarem o ruído e o deslocamento. Portanto, perfis de rodas, discos de freio, trilhos e switches são regulados por operações de medição recorrentes sob condições operacionais exigentes. As soluções de hardware incluem dispositivos dedicados de medição de perfis, sistemas automatizados no trilho e braços de medição portáteis.

A moldura do para-brisa e o para-brisa devem ser escaneados e modelados antes da montagem para garantir o design aerodinâmico e realizar uma análise da folga do ajuste do para-brisa para evitar deflexão mecânica ou a colisão do vidro do para-brisa com a moldura. Um rastreador a laser com sonda de toque e scanner é uma solução robusta, assim como um sistema de medição portátil com um scanner de superfícies de grande volume e um sistema de fotogrametria de câmera única.

Os jogos de tubo do vagão são encontrados em todos os lugares nos trens modernos, escondidos no teto das cabines de passageiros, bogies ou na sala de máquinas. Os tubos transportam ar, gases ou fluidos hidráulicos para os sistemas da linha de freio. Após a fabricação, os tubos dobrados são inspecionados com braços portáteis com sondas de tubo, scanners a laser e células automatizadas para inspeção de tubos. Um sistema dedicado de inspeção de tubo é necessário para a inspeção do tubo do vagão, seja uma célula completa de inspeção do tubo ou um sistema portátil baseado em braço de medição usando um scanner a laser ou sondas de tubo infravermelhas.

Componentes da parte interior 

Até mesmo o interior dos vagões tem componentes que exigem inspeção para garantir a segurança e o conforto dos passageiros.

O conforto e a segurança dos bancos dos passageiros são um sistema essencial em qualquer trem, pois proporcionam uma experiência direta durante toda a viagem. Juntamente com outras interfaces de passageiros, como mesas e bagageiros, trata-se de uma área onde conforto, segurança, saúde e ergonomia são muito importantes. Os rastreadores a laser e os braços de medição portáteis com scanner 3D contam com a portabilidade e a precisão ideais para realizar essas tarefas.

A tubulação curva é instalada em muitos locais no interior do trem, inclusive como corrimãos e suportes ou como estrutura para outros componentes. Muitas vezes, os furos necessários são perfurados por corte a laser no processo de produção antes que os tubos sejam dobrados. Portanto, as máquinas de curvatura devem ser capazes de acomodar os tubos de maneira orientada. Durante a medição, as curvas das dobras e os furos devem ser verificados. A situação novamente exige um sistema dedicado de inspeção de tubo, seja usando um braço de medição portátil ou uma célula de completa de inspeção de tubo.

Soluções de metrologia e inspeção para ferrovias da Hexagon 

A Hexagon tem dezenas de soluções de hardware de inspeção adequadas para a ampla variedade de aplicações no setor ferroviário, desde CMMs e ferramentas manuais até braços de medição portáteis, rastreadores a laser e scanners de luz estruturada, todos compatíveis com a metrologia dimensional e os software de TC líderes. Elas capturam dados do mundo real para posicionamento e inspeção, fornecendo informações acionáveis que melhoram continuamente a eficiência, a qualidade, a produtividade, a segurança e o conforto. Além disso, oferecem muitas capacidades, incluindo inspeção dimensional e análise, controle e análise estatísticos de processos, análise por TC, inspeção automatizada e calibração e simulação de robôs.

Desde o nível básico até a altíssima precisão com otimização para o chão de fábrica, a incomparável linha de CMM da Hexagon impulsiona a qualidade e a produtividade dos fabricantes. Com várias tecnologias de sensores ópticos e tácteis disponíveis simultaneamente, OPTIV CMMs fornecem uma solução completa para capturar toda a geometria da peça em um único programa. As maiores CMMs de pórtico e braço horizontal oferecem materiais robustos, uma estrutura estável e alta precisão, seja na produção, em uma célula de produção ou na sala de medição.

Os sistemas de rastreador a laser lideram o campo em relação à exatidão, confiabilidade e durabilidade das máquinas de medição por coordenadas portáteis. Braços de medição portáteis permitem medições rápidas e fáceis diretamente na fabricação, onde as melhorias do processo são mais benéficas. Scanners de luz estruturada fornecem captura de dados de alta precisão em um instante. DPA é usado para fazer referência e rastreamento multipontos como um sistema independente ou em combinação com scanners.

De modo semelhante, os scanners industriais a laser 3D desempenham um papel fundamental na garantia de qualidade e na captura de dados 3D para a engenharia reversa. Os sistemas dedicados sem contato permitem a medição e a inspeção do perfil. Uma gama abrangente de sistemas de medição de tubos e arames oferece soluções personalizadas para várias aplicações na produção de tubos.

Sistemas de assistência ao operador fáceis de implantar e soluções modulares de automação oferecem um rápido retorno sobre o investimento da inspeção automatizada. Células de inspeção automatizada baseadas em várias tecnologias de medição fornecem uma abordagem completa para medição de alta velocidade e alta precisão na oficina.

Os sistemas de medição e controle robóticos baseados em rastreador a laser elevam o potencial da automação industrial e proporcionam precisão de nível metrológico para a fabricação inteligente. Para o setor ferroviário em particular, a Hexagon também oferece medição automatizada de rodeiros, dispositivos de medição de perfis multifuncionais e avaliação simples das condições dos rodeiros para manutenção preditiva.

PC-DMIS pode ser a única solução de software de metrologia em toda a oficina. Flexível, escalável, poderoso e compatível com todos os tipos de dispositivos. Seja para escaneamento ou sondagem com um braço portátil ou usando um rastreador a laser em aplicações de pequena ou grande escala, o Inspire e o SpatialAnalyzer oferecem inspeção de última geração. O REcreate é o software de engenharia reversa que reduz a complexidade do fluxo de trabalho para criar um ambiente de design, produção e inspeção mais rápido e flexível.

O pacote Q-DAS e o eMMA oferecem ferramentas poderosas para a construção de uma solução de garantia de qualidade completa e confiável para aplicações de produção industrial. O VGSTUDIO MAX fornece ferramentas completas de análise de materiais e geometria para peças digitalizadas por TC em um único software. A VGinLINE inspeciona peças de forma automática e não destrutiva com tomografia computadorizada industrial.