A 3D lézerszkenneres és CT röntgenmérések elvégzésében a Széchenyi István Egyetem Audi Hungária Járműmérnöki Kar Anyagtudományi és Technológiai Tanszék Anyagvizsgáló Laboratóriumának munkatársai (Prof. Dr. Zsoldos Ibolya tanszékvezető egyetemi tanár, Dr. Kozma István egyetemi tanársegéd és Fekete Imre tanszéki mérnök) segítettek nekünk, ahol ATOS 3D digitális „letapogató” lézerszkennert, valamint 450 kV-os csővel működő Yxilon Modular CT röntgenberendezést használtunk a vizsgálatokhoz. Ezek az eszközök önmagukban nem elegendőek a vasúti zúzottkőszemcsék aprózódásának megállapítására, mert sem statikus, sem dinamikus terhelés kifejtésére nem képesek. Az alkalmazásukban mégis az az újdonság és a különlegesség, hogy a hagyományos módokon végzett terheléses vizsgálatok kiegészítéseként hatékonyan használhatók magas pontosságú (a minta méretétől és a felvétel felbontásától függően akár század milliméteres), 3D digitális felületmodellek (mindkét módszer alkalmas rá), valamint 3D digitális térfogati modellek (csak CT röntgennel) létrehozására. A modelleket az eszközökhöz tartozó gyári szoftverekben vagy akár ún. STL formátumba kimentve GOM Inspect alkalmazásban lehet kiértékelni. A GOM ATOS 3D eszköz a 4. ábrán látható.

A felületmodellek háromszögekből állnak, a háromszögek mérete (csomópontok távolsága, azaz a háromszögek élhossza) a felvétel pontosságának függvényében változtatható. Egy kőzetszemcsét közelről az 5. ábrán szemléltetünk.
A felvételeket készítő CT röntgenkészülék a behelyezett mintával a 6. ábrán látható.
A kiértékelőszoftverekben a terhelési lépcsőket-fokozatokat külön digitális állományként kezelhettük, azonos referenciapontokat használva az egymáshoz képest történt változások követésére.

Ezt megtehettük akár szemcsénként, akár szemcsehalmazonként is (erre csak a CT röntgenberendezés alkalmas). A változások természetesen lehetnek:

• x, y, z irányú globális elmozdulások (a 3D lézerszkenner csak külső referen­ci­apontokkal tudná ezt megadni, viszonylag bonyolult módon, mert az egyedi szemcséket is több nézőpontból le kell tapogatni, amihez forgatás szükséges – viszont így az aprózódás csak az eredeti, nagy szemcséhez viszonyítva lenne megadható, a letört darabokat nehéz lenne kezelni);
• ϕ, θ, ω szögelfordulások (lásd az előző pontban a zárójeles megjegyzést);
• x, y, z irányú térfogatváltozások (a 3D lézerszkennernél az egyedi szemcsékre helyezett vagy külső referenciapontok is segíthetnek az egységes koordináta-rendszer biztosításában; a CT röntgennél általában külső referenciapontokat lehet a legkönnyebben alkalmazni – azaz például egy olyan „tégelyt” (és a tégelyre/tégelybe elhelyezett CT röntgen által észlelhető pontokat), amelyben a szemcsék-szemcsehalmazok terhelését végezzük);
• aprózódásnál érdekes lehet a leváló szemcsedarabok x, y, z irányú globális és ξ, η, ζ lokális elmozdulása is (szintén csak a CT röntgennél megoldható a figyelembevételük), lásd 5. ábra.

A tudomány jelenlegi állása mellett, tudomásunk szerint, nincs olyan megoldás, amely a terheléses (akár statikus, akár dinamikus) laboratóriumi vizsgálat alatt folyamatosan CT röntgenfelvételeket készít. Egy-egy CT röntgenfelvétel elkészítése (a szükséges pontosságú felbontással) nagyjából 20-25 percet vesz igénybe, így könnyen belátható, hogy a dinamikus mérés minden egyes fárasztási ciklusának (folyamatos) regisztrálására nem megoldható, illetve túl hosszadalmas lenne. A 3D lézerszkenneres technológia akár alkalmazható lenne dinamikus mérésekhez a nagysebességű kamerával, viszont – a későbbiekben ismertetendő – alapproblémán nem változtat (egy szemcse vizsgálata jóval egyszerűbb egy teljes szemcsehalmaznál). Ezen okok miatt bizonyos terhelési lépcsőnként vizsgáljuk a szemcsék-szemcsehalmazok pontos degradációit, ennek megfelelően kell elvégezni a CT röntgen és/vagy 3D lézerszkenneres méréseket, melyek digitális felvételei kiértékelhetők, egymással összehasonlíthatók. Természetesen ezekhez egy ún. „null” vagy kezdeti állapot regisztrálása is mindenképpen fontos, amihez elsődlegesen viszonyítani lehet a mért eltéréseket. Megjegyezzük, hogy a szemcsehalmaz mérete is korlátozott a CT röntgenméréseknél az átvilágíthatóság miatt, valamint a befoglaló „tégely” anyaga is mértékadó – mind a terhelhetősége, mind az átvilágíthatósága okán.

A vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a 3D lézerszkenneres módszer főként egyedi szemcsék külön-külön mérésére alkalmas, viszont csak felületmodell előállítására képes (természetesen a térfogatváltozásokat így is lehet mérni a 3D felületekből számolt térfogatkülönbségekből).
A 7. és 8. ábrán bemutatunk egy példát erre vonatkozóan: szemléltetjük, hogy ha egy 170 mm átmérőjű és 150 mm magas acélmozsárba helyezünk egy-egy követ, egytengelyű (függőleges) statikus erővel terhelve őket (ZD–40 típusú szakítógéppel), milyen anomáliákkal kellett szembesülnünk. A vasúti zúzottkő ágyazat amorf, egymástól eltérő alakú, méretű, makroszerkezetileg jellemzően homogén, viszont mikroszerkezetileg inhomogén kövekből áll.

Sajnos ennek a módszernek az a hátránya, hogy a valóságban egyetlen szemcse legfeljebb egy nagyobb halmazból kiragadva fordul elő, amelynél a valós feszültségállapot laboratóriumi modellezése meglehetősen nehéz. (Természetesen az sem közömbös, hogy a halmaz [ágyazati réteg] melyik részéből vesszük ki a szemcsét.) Ezt a problémát úgy lehetne megoldani, hogy a laboratóriumban is egy nagyobb halmaz bizonyos – pontosan regisztrált – részeire helyeznénk el az előre megjelölt, és terhelés előtt 3D lézerszkennerrel felmért szemcséket. A szemcséket érdemes különböző színű festékekkel is befesteni a későbbi könnyebb azonosíthatóság miatt. Ahhoz, hogy az egyes kövek koordináta-rendszere az összehasonlításnál megegyezzen, a szemcsékre referenciapontokat – minimum három darabot, de általában 4-8 ilyen pont is szükséges a méret és az alak miatt – kell ragasztani, ami sérülhet a terhelés során. A kiértékelőszoftverek (a GOM Inspect is) képesek arra, hogy felületeket illesszenek egymásra digitális optimalizációs eljárással, viszont ez nagyobb sérülés, letörés, összetörés esetén nem vezet megfelelő és kellően pontos eredményre. Az is egy lehetséges megoldás, hogy egy keretbe helyezzük a szemcséket a szkennelés idejére, amely keret referenciapontokkal van ellátva, viszont ennek az a hátránya, hogy a szemcse terhelés utáni pontos behelyezése – figyelembe véve a kisebb-nagyobb sérüléseket – bonyolult, nehezen vagy egyáltalán nem kivitelezhető. További probléma, hogy ebben az esetben – vonatkozik ez az acél (vagy más anyagú) mozsárban egyetlen darab szemcse statikus (vagy igény esetén dinamikus) egyirányú nyomóvizsgálatára, valamint a halmazba elhelyezett, megjelölt szemcsék statikus/dinamikus (fárasztásos) mérésére is – kizárólag 1 ciklusú terhelés valósítható meg.