장거리 굴착을 위해 Artec Leo와 Ray II 3D 스캐닝 조합으로 개조된 유압식 팔

고객 작업장에 설치된 Artec Leo와 Ray II. 이미지 제공: 4C Creative CAD CAM Consultants

전 세계 모든 건설 현장 중심에는 중량물을 인양하는 차량이 몇 대씩은 있기 마련입니다. 굴삭기, 트랙터, 크레인 등 이러한 장비들은 안전하고 효율적이며 목적에 적합해야 합니다.

특히 목적에 대한 적합성 여부는 해당 프로젝트에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 로봇 팔 끝에 장착된 도구를 교체할 수 있는 경우가 많아 산업용 장비는 상당히 적용성이 뛰어납니다.

바로 여기서 4C Creative CAD CAM Consultants가 중요한 역할을 합니다. 지난 6~7년간 이 Artec 앰배서더는 네덜란드의 굴삭기 업체에 서비스를 제공해 왔습니다. 4C는 최근 개조 프로젝트에서는 내부 구조가 복잡한 운전실, 공기 여과 시스템, 캐터필러 트랙이 장착된 회전 플랫폼에 붐이 장착된 10미터 길이 차량을 디지털화하는 작업을 맡았습니다.

Artec Leo와 화면에 표시된 차량 캐터필러 트랙의 3D 스캔. 이미지 제공: 4C

기존 방식으로는 이처럼 크고 복잡한 구조물의 CAD 데이터를 확보하려면 느리고 체계적인 수동 모델링이 필요했습니다. 4C는 3D 스캐닝 기술을 활용하여 장비를 현재 상태 그대로 캡처한 후 측정을 수행할 수 있었습니다. 더욱이 Artec Leo와 Artec Ray II를 함께 사용함으로써 규모와 정확도 사이에서 절충할 필요가 없어 두 가지 장점을 모두 누릴 수 있었습니다.

Leo와 Ray II: 완벽한 조합

내장 디스플레이, 배터리 및 프로세서를 탑재한 Leo는 일반적으로 대형 객체를 단독으로 캡처하는 데 충분한 성능을 갖추고 있습니다. 이번 경우, Ray II는 Leo의 다용도 스캐닝 기능에 장거리 데이터 캡처 기능을 보완하기 위해 투입되었습니다. 차량의 다른 부분보다 높은 위치에 장착된 Ray II의 로봇 팔은 Leo로는 접근하기 특히 어려웠지만, Ray II에게는 아무런 문제가 되지 않았습니다.

또 다른 과제는 차량 하부를 캡처하는 것이었습니다. 수 톤에 달하는 이 장비는 지면에서 불과 80cm 위에 있어 아래에서 스캔하는 것은 안전하지 않았습니다. Ray II를 삼각대에서 분리한 후 바닥에 놓는 것이 완벽한 해결책이었습니다. 이를 통해 차량의 하부 구조를 불필요한 작업 없이 모든 각도에서 신속하고 쉽게 캡처할 수 있었습니다.

고객의 유압식 팔과 함께 설치된 Artec Ray II. 이미지 제공: 4C Creative CAD CAM Consultants

고객의 요청에 따라 4C는 기계의 계단 구조도 캡처했습니다. 회사 공동 소유주인 Rogier Rappard는 바로 이 부분에서 Leo와 Ray II가 진가를 발휘했다고 설명합니다.

Rappard는 "그들은 차량의 계단을 연장하려 했습니다. 여기서 어려웠던 점은 계단과 난간의 형상을 캡처하는 것이었습니다. 추적을 놓치기 쉬운 부분이었습니다. Leo를 사용했다면 수많은 스캔 데이터를 정렬해야 했을 것입니다. 대신 Ray II로 측면에서 캡처했습니다. 그런 다음 Leo를 사용하여 가장 중요한 부분을 고해상도와 정확도로 집중적으로 스캔했습니다."라고 말했습니다.

한 번의 클릭으로 다양한 데이터세트 병합

3D 스캐닝에서 핵심은 소프트웨어에 있습니다. 이는 특히 완전히 독보적인 기능인 'Smart Fusion(스마트 융합)'을 자랑하는 Artec Studio의 경우 더욱 그렇습니다.  Artec Studio는 장거리 및 단거리 3D 스캔에서 생성된 포인트 클라우드를 결합할 뿐만 아니라, 최상의 결과를 위해 사용 가능한 최고 해상도 데이터를 활용합니다.

데이터 처리를 완벽하게 제어하고자 하는 사용자는 스캔을 직접 정렬할 수도 있습니다. 4C는 형상적 특징을 기반으로 스캔을 정렬한 후 소프트웨어의 Sharp Fusion 알고리즘을 활용해 이를 병합했습니다. Rappard는 다른 표적 기반 워크플로에 비해 이 방식이 “훨씬 더 효율적이고 시간 소요가 적으면서도” 탁월한 수준의 정밀도를 제공한다고 설명합니다.

이 프로젝트에서 스캔 데시메이션(decimation, 간소화) 기능이 매우 유용했습니다. 구조광 3D 스캐닝으로 차량 전체를 캡처했다면 약 50GB에 달하는 방대한 파일이 생성되었을 것입니다. 최종 모델에서 불필요한 폴리곤을 제거하는 디시메이션을 통해 이 파일 크기를 300MB로 줄였으며, 이로 인해 타사 소프트웨어로 전송하여 수정하는 작업이 훨씬 수월했습니다.

Artec Studio의 완성된 메시를 공유하는 기능은 직관적인 파일 공유에도 유용합니다. 포인트 클라우드를 확대하면 왜곡이 발생할 수 있어 측정이 까다로울 수 있습니다. 하지만 Ray II 포인트 클라우드는 텍스처링 및 마무리 작업이 완료된 OBJ 및 STL 파일로 바로 전송할 수 있으며, 이러한 메시를 사용하면 CAD 기본 도형을 이용한 수직 측정을 쉽게 할 수 있습니다.

Rappard는 Artec Studio에 내장된 도구들은 설계 참조를 위한 특징 추출을 포함해 다양한 다른 애플리케이션에도 활용할 수 있다고 말합니다. 이 특정 프로젝트에서 수집된 데이터는 수정 후 내구성을 확보하기 위해 설계된 시뮬레이션을 통해 수행된 강도 분석에 매우 중요한 것으로 밝혀졌습니다.

사용자를 “놀라게 하는” 기술

포렌식부터 방위 산업에 이르기까지, 4C는 3D 스캐닝 분야의 독보적인 솔루션인 Leo와 Ray II의 새로운 활용 분야를 지속적으로 발굴하고 있습니다. LiDAR와 휴대용 구조광 3D 스캔을 이처럼 완벽하게 결합한 솔루션은 없으며, 이를 처음 접하는 사용자들은 그 결과에 종종 경탄을 금치 못하는 경우가 많습니다.

Rappard는 "고객을 방문할 때마다 Artec Studio 덕분에 정확한 정렬을 시연하는 게 정말 쉬웠습니다. 두 스캔 사이에서 유사한 형상을 찾아 정렬하기만 하면 됩니다. 그들은 항상 '스캔 이미지를 합칠 수 있나요? 어떻게 하는 거죠?' 하고 묻습니다. 제가 얼마나 간단한지 보여주면, 그들은 항상 이 기술로 할 수 있는 일에 놀라움을 금치 못합니다.”라고 결론지었습니다.

Artec Studio에서 Artec Leo로 캡처한 캐터필러 트랙의 3D 모델. 이미지 제공: 4C

어떤 환경에서도 대형 물체를 디지털화할 수 있는 다용도성은 실질적인 이점도 있습니다. 또 다른 프로젝트에서 4C는 공장 기계 설비를 스캔하는 작업을 맡았습니다. 3D 스캐닝 기술이 없었다면 표면 측정을 위해 생산을 2~3일간 중단해야 했을 것입니다. Leo는 전체 가동 중단 시간을 단 2시간으로 줄였으며, 여기에 Ray II를 추가하면 이 접근법을 쉽게 확장할 수 있습니다.

대부분의 경우 Leo와 Ray II는 단독으로 사용할 수 있습니다. 이 차량의 경우 Leo를 사용해 전체 구조를 고해상도로 디지털화할 수 있었습니다. Ray II는 대형 객체도 손쉽게 캡처합니다. 하지만 두 기술을 함께 사용하면서 중요한 부분에서 정확도를 유지하면서도 가벼운 3D 모델을 생성할 수 있게 되었습니다. 이러한 다용도성 덕분에 이 기술이 산업계를 비롯한 여러 분야에서 빠르게 확산되고 있는 것은 당연한 일입니다.