KR101105452B1 - Apparatus for detecting crack of train railway sleeper - Google Patents
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Abstract
대차를 따라 자동으로 이송하면서 콘크리트 철도침목의 균열을 고속으로 정확하게 검사할 수 있는 철도침목 균열 검사 장치가 제공된다. 철도침목 균열 검사 장치는, 대차에 탑재되어 이송하면서 철도침목의 균열을 검사하는 장치에 있어서, 균열을 측정할 철도침목의 영상을 획득하는 영상 획득부; 획득된 영상에 따른 철도침목 위치에 타격을 가하여 진동을 발생시키는 타격부; 타격부가 철도침목에 타격을 가할 수 있도록 타격부를 구동하는 구동부; 타격에 의해 발생하는 타격 파형 및 철도침목의 진동에 따른 음향 파형을 획득하는 음향 획득부; 및 기설정된 파형과 획득된 타격 파형 및 음향 파형을 비교 분석하여, 비교 분석 결과에 따라 철도침목에 균열이 발생하였는지 판단하는 균열 분석부를 포함하되, 타격부의 타격 위치는 콘크리트 침목이고, 대차는 획득된 영상에 따라 타격 위치를 정렬하기 위해 이송되며, 대차는 하나의 철도침목을 시험한 후 다음 위치로 자동으로 이송되는 것을 특징으로 한다.Railroad sleeper crack inspection apparatus is provided that can accurately and accurately inspect the cracks of concrete railroad sleepers while automatically moving along the bogie. Railroad sleeper crack inspection apparatus, the device for inspecting the crack of the railroad sleeper while being transported mounted on the truck, comprising: an image acquisition unit for obtaining an image of the railroad sleeper to measure the crack; A hitting part generating vibration by applying a hit to the position of the railway sleeper according to the acquired image; A driving unit for driving the striking unit so that the striking unit can strike the railway sleeper; An acoustic acquisition unit for acquiring an acoustic waveform generated by the impact of the strike and the vibration of the railway sleeper; And a crack analysis unit which compares and analyzes the predetermined waveform and the obtained hitting waveform and acoustic waveform, and determines whether a crack has occurred in the railroad sleeper according to the comparative analysis result, wherein the hitting position of the hitting part is a concrete sleeper and the bogie is obtained. It is transported to align the hitting position according to the image, and the bogie is characterized in that it is automatically transferred to the next position after testing one railway sleeper.
철도침목, 균열 검사, 타격 파형, 음향 파형, 대차, 비전 검사, 피에조 센서 Railway sleeper, crack inspection, blow waveform, acoustic waveform, bogie, vision inspection, piezo sensor
Description
본 발명은 철도침목 균열 검사에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 대차를 따라 자동으로 이송하면서 콘크리트 철도침목의 균열을 검사하는 철도침목 균열 검사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to railway sleeper crack inspection, and more particularly, to a railway sleeper crack inspection apparatus for inspecting the crack of the concrete railway sleeper while automatically transported along the bogie.
철도가 다른 교통수단과 특징적으로 다른 점은 일정한 선로 위를 열차가 주행한다는 점이며, 일반적으로 사람이나 화물 등을 운반하기 위한 열차는 지상 또는 지하에 설치되는 철로를 따라 이동되며, 가장 흔하게 접할 수 있는 철도 선로는 전철이나 지하철의 철로가 있다.The difference between railway and other transportation is that trains run on a certain track. In general, trains for transporting people or cargoes are moved along railroads installed on the ground or underground. There are railway tracks by train or subway.
이러한 철도 선로는 연속 형성되는 레일과, 그 레일의 하부를 지지하고 있는 다수의 침목 및 이러한 침목을 지지하고 있는 자갈층 또는 콘크리트층으로 구성되며, 이때, 종래에는 침목은 고가의 오크목이나 저가의 소나무 등을 사용하였으나 가격대비 사용 수명이 상대적으로 짧아 근래에 들어서는 콘크리트재로 된 침목을 주로 사용하고 있다.The railway track is composed of a rail formed continuously, a plurality of sleepers supporting the lower portion of the rail and a gravel or concrete layer supporting such sleepers, where conventional sleepers are expensive oak trees or inexpensive pine trees. Although the service life of the price ratio is relatively short, the sleepers made of concrete are mainly used in recent years.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 철도레일의 구조를 설명하기 위한 사시도 및 단 면도이고, 도 2는 철도레일 또는 철도침목 균열을 예시하는 도면이다.1a and 1b is a perspective view and stages for explaining the structure of a general railway rail, Figure 2 is a diagram illustrating a railway rail or railway sleeper cracks.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적인 철도레일은 견고한 노반(3)위에 도상(4)을 정해진 두께로 포설하고, 그 위에 침목(2)을 일정 간격으로 부설하여 침목(2)위에 두 줄의 철도레일(1)을 소정 간격으로 평행하게 체결한 것이다. 시공기면(노면의 표면) 이하의 노반과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 중요한 역할을 하는 도상(4) 윗부분을 궤도라고 총칭한다.As shown in Figs. 1A and 1B, a general railway rail is laid on a
이와 같이 궤도는 크게 철도레일(1), 체결구(미도시), 침목(2) 및 도상(4)으로 구성되는데, 철도레일(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 철도레일 하면(1b)은 침목(2)에 접촉하고, 철도레일 상면(1a)은 열차에 접촉하며, 열차를 직접 지지하면서 열차의 주행을 유도한다. 침목(2)은 철도레일(1)로부터 받은 하중을 도상(4)에 전달하고, 철도레일(1)의 위치를 유지한다. 도상(4)은 침목(2)으로부터 받은 하중을 노반(3)에 넓게 전달하고 침목(2)의 위치를 유지하며 탄성에 의한 충격력을 완화시킨다.As described above, the track is mainly composed of a
이때, 침목(2)은 레일 길이 10m 당 보통 15본∼17본을 배치하는 바, 침목과 침목 간의 간격이 일정하게 유지되어야 하고, 그 높낮이(수평)도 일정하게 유지되어야 한다. 만일, 침목 간의 간격이 일정하지 않거나 높낮이가 틀리면, 열차의 하중이 균등하게 분포되지 않아서, 도 2에 도시된 바와 같이, 철도레일(1)이 휘거나 균열이 발생하거나 또는 침목(2)의 균열(5)이 발생하는데, 이에 따라 철도레일(1)이나 차륜의 마모가 일정하지 않게 되어 소음과 진동이 심해지게 된다. 또한, 그로 인해 레일(1) 또는 침목(2)이나 차륜의 보수비가 증가하고 열차의 노후화가 가 속화되는 문제가 있고, 열차 주행시 승차감이 나빠진다는 문제점이 있다.At this time, the
한편, 기차나 지하철 등의 운반체와 궤도 검사 및 레일고정부재 파손 검사, 선로의 적합성 여부의 평가는 오랜 경험을 갖고 있는 검진도공의 검사에 의존하고 있는 실정이다. 이처럼 지금까지는 사람이 직접 궤도 및 레일고정부재의 결함과 파손을 검사하기 때문에 시간, 인력의 낭비는 물론, 경제적인 낭비를 초래하고 있는 것이 현실이고, 무엇보다 사람이 하는 일이기 때문에 완전한 검측이 불가능하다는 문제점이 있었다.On the other hand, the inspection of the vehicle and track inspection of rail and rail, the fixing member of the rail fixing member, the evaluation of the suitability of the track is dependent on the inspection technicians with long experience. Thus far, humans directly inspect the tracks and rail fixing members for defects and breakages, which is a waste of time, manpower, and economic waste. There was a problem.
특히, 날씨, 환경, 검진도공의 책임감에 따른 주관적인 요소가 검사에 직접적인 영향을 미치고 있을 뿐만 아니라, 여러 가지 상황 하에서 발생할 수 있는 검진도공의 안전상의 문제에 있어서도 매우 큰 부담으로 작용하고 있는 것이 현실이다.In particular, the subjective factors according to the weather, the environment, and the responsibility of the examination coating have a direct impact on the inspection, as well as acting as a huge burden on the safety issues of the examination coating that can occur under various circumstances. .
한편, 선행기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2004-84870호(출원일: 2004년 10월 22일)에는 "철도궤도 결함 자동 검측 및 관리 시스템, 자동 검측 및 관리 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는 바, 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, as a prior art, Korean Patent Application No. 2004-84870 (application date: October 22, 2004) discloses an invention named "railroad track defect detection and management system, automatic detection and management method" The bar will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 종래 기술에 따른 철도레일의 결함 자동검측 및 관리시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a defect automatic detection and management system of the railway rail according to the prior art.
도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 철도레일의 결함 자동검측 및 관리시스템은, 초음파 검측부(10), 영상 검측부(20), 영상 처리부(30), 데이터베이스(40), 위치추적시스템(50), 마킹부(60) 및 디스플레이부(70) 및 보수관리부(80)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, a defect automatic detection and management system for a railway rail according to the related art includes an
상기 초음파 검측부(10)는 철도궤도에 초음파를 발사하고, 반사되어 되돌아오는 초음파를 이용하여 철도궤도의 결함이나 파손 여부를 검사하기 위한 것으로서, 철도궤도의 불연속면 즉, 균열 및 파손 등의 발생여부를 확인한다. 구체적으로, 이와 같은 초음파 검측부(10)는 철도궤도로 초음파를 발사하고, 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 발생부(11)와, 상기 초음파 발생부(11)로 수신된 아날로그 형태의 반사파를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(12)와, 상기 디지털 신호를 정형화된 컴퓨터 프로토콜로 디지털 정보화시키는 디지털 정보화부(13)와, 상기 디지털 정보가 갖는 패턴의 특징을 추출하는 패턴특징 추출부(14)와, 상기 패턴특징 추출부(14)에서 추출된 패턴의 특징을 확인하여 철도궤도의 결함 및 파손 여부를 판정한 후, 그 결과 정보를 영상 검측부(20)로 출력하는 이상 유무 판정부(15)를 포함한다.The
여기서, 상기 영상 검측부(20)는 상기 초음파 검측부(10)로부터 입력되는 데이터를 이용하여 레일 및 레일 고정부재의 위치를 촬영한 영상을 획득한 후, 영상 획득부와, 잡음제거부 및 영상 판독부를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 영상 획득부는 고속 촬영이 가능한 카메라로서, 상기 카메라는 시속 500Km 이상의 속도에서도 고해상도로 촬영한 가능하여 최근에 개통된 고속전철이 300Km/h 임을 감안하더라도 충분한 해상도로 촬영이 가능하다. 이때, 상기 카메라는 레일과, 상기 레일 양쪽에 설치되는 레일고정부재를 촬영하기 위해 적어도 1대에서 3대까지 설치할 수가 있다.Here, the
상기 이상 유무 판정부(15)는 철도궤도의 균열 및 파손 여부를 체크하여 균 열 및 파손의 정도가 허용치 이상이 되었다고 판단되면 상기 영상 검측부(20)로 결함이 발생하였음을 알리는 제어신호를 출력한다.The
이와 같이 구성된 초음파 검측부(10)에서 초음파를 발생하여 철도궤도의 표면 및 그 내부의 불연속부의 존재 여부를 확인하여 궤도의 결함 및 파손 여부를 분석한 후, 궤도의 결함 및 파손이 발생한 것으로 판단되면, 상기 영상 검측부(20)로부터 제어신호를 출력하여 상기 철도궤도의 영상 촬영을 통한 또 한 번의 판독이 이루어지도록 함으로써, 철도레일의 결함 및 파손 여부를 확인할 수가 있다.When the
그러나 종래 기술에 따른 철도레일의 결함 자동검측 및 관리시스템의 경우, 고속으로 주행하는 열차에 탑재되어 고속 촬영이 가능한 카메라를 사용하여 영상을 획득해야 하므로 철도침목의 균열 위치를 파악하기 어려울 뿐만 아니라 철도레일 내부의 결함 등을 초음파로 정확하게 검사하기 어렵다는 문제점이 있으며, 철도침목의 경우, 그 개수가 너무 많아서 이를 전수 검사하기는 불가능한 실정이다.However, in the case of the automatic detection and management system of railway rail defects according to the prior art, it is difficult to identify the crack position of railway sleepers because it is necessary to acquire images using a camera mounted on a high-speed train and capable of high-speed shooting. There is a problem that it is difficult to accurately inspect the defects, such as the inside of the rail by ultrasonic, in the case of railway sleepers, the number is too large, it is impossible to fully inspect it.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대차 상에 탑재되어 자동으로 이송되면서 철도침목의 균열을 고속으로 검사할 수 있는 철도침목 균열 검사 장치를 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a railway sleeper crack inspection apparatus that can be inspected at high speed to crack the railroad sleeper while being automatically transported mounted on the truck.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 타격부에 의한 타격 파형 및 진동에 의한 음향 파형을 비교 분석함으로써, 철도침목의 균열을 정확하게 검사할 수 있는 철도침목 균열 검사 장치를 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a railway sleeper crack inspection apparatus capable of accurately inspecting cracks in railway sleepers by comparing and analyzing the impact waveform caused by the hitting part and the acoustic waveform caused by vibration.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 철도침목 균열 검사 장치는, 대차에 탑재되어 이송하면서 철도침목의 균열을 검사하는 장치에 있어서, 균열을 측정할 철도침목의 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 획득된 영상에 따른 철도침목 위치에 타격을 가하여 진동을 발생시키는 타격부; 상기 타격부가 상기 철도침목에 타격을 가할 수 있도록 상기 타격부를 구동하는 구동부; 상기 타격에 의해 발생하는 타격 파형 및 상기 철도침목의 진동에 따른 음향 파형을 획득하는 음향 획득부; 및 기설정된 파형과 상기 획득된 타격 파형 및 음향 파형을 비교 분석하여, 상기 비교 분석 결과에 따라 상기 철도침목에 균열이 발생하였는지 판단하는 균열 분석부를 포함하되, 상기 타격부의 타격 위치는 콘크리트 침목이고, 상기 대차는 상기 획득된 영상에 따라 타격 위치를 정렬하기 위해 이송되며, 상기 대차는 상기 철도침목에 균열이 발생하지 않은 경우 다음 위치로 자동으로 이송되 는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-described technical problem, the railway sleeper crack inspection apparatus according to the present invention, in the device for inspecting the crack of the railroad sleeper while being mounted and transported on the bogie, to obtain an image of the railway sleeper to measure the crack An image acquisition unit; A striking unit generating vibration by striking the position of the railway sleeper according to the acquired image; A driving unit for driving the hitting part so that the hitting part hits the railway sleeper; An acoustic acquisition unit for acquiring a hit waveform generated by the hit and an acoustic waveform according to the vibration of the railway sleeper; And a crack analysis unit configured to compare and analyze a predetermined waveform with the obtained blow waveform and acoustic waveform, and determine whether a crack has occurred in the railroad sleeper according to the comparison analysis result, wherein the blow position is a concrete sleeper. The bogie is transported to align the striking position according to the acquired image, and the bogie is characterized in that it is automatically transferred to the next position when no crack occurs in the railway sleepers.
여기서, 상기 균열 분석부는, 상기 타격 파형 및 상기 음향 파형을 증폭시키는 증폭기; 상기 증폭된 타격 파형 및 상기 음향 파형을 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환기; 및 신호처리 프로그램에 따라 상기 디지털 신호로 변환된 타격 파형 및 음향 파형을 기설정된 정상 상태의 파형과 비교하여 균열 여부를 판단하는 비교 분석부를 포함할 수 있다.Here, the crack analysis unit, an amplifier for amplifying the hitting waveform and the acoustic waveform; An analog / digital (A / D) converter for converting the amplified striking waveform and the acoustic waveform into a digital signal; And a comparison analyzer configured to determine whether a crack is detected by comparing the blow waveform and the acoustic waveform converted into the digital signal according to a signal processing program with a waveform in a predetermined steady state.
여기서, 상기 비교 분석부는, 시간영역 해석, 주파수 영역 해석 또는 웨이브렛(Wavelet) 해석 결과에 따라 상기 철도침목의 균열 발생 여부를 판단할 수 있다.The comparison analyzer may determine whether the railway sleeper is cracked based on a time domain analysis, a frequency domain analysis, or a wavelet analysis.
여기서, 상기 타격에 의해 발생하는 타격 파형은 상기 타격부에 부착된 피에조 센서를 통해 획득되는 것을 특징으로 한다.Here, the blow waveform generated by the hit is characterized in that obtained through the piezo sensor attached to the hitting portion.
여기서, 본 발명에 따른 철도침목 균열 검사 장치는, 작업자가 눈으로 확인하면서 타격 위치를 정렬할 수 있도록 상기 영상 획득부에서 획득된 영상을 표시하는 디스플레이를 추가로 포함할 수 있다.Here, the railway sleeper crack inspection apparatus according to the present invention may further include a display for displaying the image obtained by the image acquisition unit so that the operator can align the hitting position while checking with the eye.
여기서, 본 발명에 따른 철도침목 균열 검사 장치는, 상기 균열 분석부에 의해 상기 철도침목에 균열이 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 철도침목의 균열을 정밀 측정하는 가속도계 균열감지 센서를 추가로 포함할 수 있다.Here, the railroad sleeper crack inspection apparatus according to the present invention, when it is determined that the cracks in the railroad sleeper by the crack analysis unit, may further include an accelerometer crack detection sensor for precisely measuring the cracks of the railroad sleeper. have.
본 발명에 따르면, 대차 상에 탑재되어 자동으로 이송되면서 철도침목의 균열을 고속으로 검사할 수 있다.According to the present invention, the cracks of the railroad sleepers can be inspected at high speed while being mounted on the truck and automatically transferred.
본 발명에 따르면, 타격부에 의한 타격 파형 및 진동에 의한 음향 파형을 비 교 분석함으로써, 철도침목의 균열을 정확하게 검사할 수 있다.According to the present invention, it is possible to accurately inspect the crack of the railway sleeper by analyzing the impact waveform by the hitting part and the acoustic waveform by the vibration.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
본 발명의 실시예로서, 대차 상에 탑재되어 이송되면서 철도침목의 균열을 간단하고 정확하게 검사할 수 있는 철도침목 균열 검사 장치가 제공된다.As an embodiment of the present invention, there is provided a railway sleeper crack inspection apparatus that can be easily and accurately inspect the crack of the railway sleeper while being mounted on the truck.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the principle of the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치는, 대차(210) 상에 탑재되어 대차(210)를 따라 이송하면서 철도레일(300L, 300R) 인근에서 타격부인 해머(140)에 의해 철도침목(310)에 타격을 가하고, 철도침목(310)의 진동에 따른 음향을 측정함으로써 균열을 검사하게 된다.Referring to FIG. 4, the railroad sleeper crack inspection apparatus according to the embodiment of the present invention is mounted on the
철도레일(300L, 300R)은 콘크리트 침목(310)에 의해 지지되며, 타격 위치는 콘크리트 침목(310)으로 정렬된다. 즉, 영상 획득부(120), 예를 들면, CCD 카메라에 의해 철도레일(300L, 300R) 및 철도침목(310)의 영상을 획득하고, 비전 프로그램에 의해 영상을 확인한 후, 타격부(140)가 타격 위치, 예를 들면, 도면부호 A 및 B로 표시된 위치로 정렬될 수 있도록 대차(210)를 이송시킨다.The
타격부인 해머(140)는 구동부(130)에 의해 타격 동작이 이루어지는데, 상기 대차(210) 상에 탑재된 PC(110)의 제어에 의해 구동부(130)의 동작이 제어된다.The
또한, 상기 타격부(140)에는 피에조 센서가 탑재되어 상기 타격에 의해 획득되는 타격 파형을 획득하고, 음향 파형은 음향 획득부(150), 예를 들면, 마이크로폰(microphone)에 의해 획득된다.In addition, the hitting
상기 대차(210) 상에 탑재된 PC(110)는 균열 분석부가 내장되어 상기 타격 파형 및 음향 파형을 기설정된 신호처리 프로그램에 따라 비교 분석함으로써, 상기 철도레일(300L, 300R)에 균열이 발생하였는지 여부를 판단하게 되며, 구체적인 균열 분석 동작은 후술하기로 한다.The PC 110 mounted on the
이후, 상기 대차(210)는 상기 철도침목(310)에 균열이 발생하지 않은 경우 다음 위치로 자동으로 이송된다.Thereafter, the
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치의 구성도이다.On the other hand, Figure 5 is a block diagram of a railway sleeper crack inspection device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치(100)는 대차에 탑재되어 이송하면서 철도침목의 균열을 검사하는 장치로서, PC(110), 영상 획득부(120), 구동부(130), 타격부(140) 및 음향 획득부(150)를 포함하며, 여기서, PC(110)는 제어부(111), 디스플레이(112) 및 균열 분석부(113)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 영상 획득부(120)는 CCD 카메라로 구현되며, 타격부(140)는 해머로 구현되고, 음향 획득부(150)는 마이크로폰에 의해 구현될 수 있다.Referring to FIG. 5, the railroad sleeper
영상 획득부(120)는 상기 대차(210)의 소정 부위에 고정되어 균열을 측정할 철도침목(310)의 영상을 획득한다.The
타격부(140)는 상기 획득된 영상에 따른 철도침목(310) 위치에 타격을 가하여 진동을 발생시킨다. 이때, 상기 타격부(140)의 타격 위치는 콘크리트 침목(310)이다. 또한, 상기 타격에 의해 발생하는 타격 파형은 상기 타격부(140)에 부착된 피에조 센서(Piezo Sensor)에 의해 획득된다. 여기서, 피에조 센서란 금속판 사이에 얇은 압전소자를 끼워 넣은 센서로서, 소리, 진동, 압력 등을 감지할 수 있는데, 이때, 압전소자는 압력을 가하면 전기를 발생시키고, 교류 전기를 가하면 진동하는 성질이 있다.The
구동부(130)는 상기 타격부(140)가 상기 철도침목(310)에 타격을 가할 수 있도록 상기 타격부(140)를 구동하며, 예를 들면, DC 모터 또는 스테핑 모터에 의해 구현될 수 있다.The driving
음향 획득부(150)는 상기 타격에 의해 발생하는 타격 파형 및 상기 철도침목(310)의 진동에 따른 음향 파형을 획득한다.The
상기 PC(110) 내의 균열 분석부(113)는 기설정된 파형과 상기 획득된 타격 파형 및 음향 파형을 비교 분석하여, 상기 비교 분석 결과에 따라 상기 철도침목(310)에 균열이 발생하였는지 판단하게 된다.The
상기 PC(110) 내의 디스플레이(112)는 작업자가 눈으로 확인하면서 타격 위치를 정렬할 수 있도록 상기 영상 획득부에서 획득된 영상을 표시한다.The
상기 PC(110) 내의 제어부(111)는 상기 획득된 영상이 디스플레이(112)에 표시될 수 있도록 제어하고, 또한, 상기 구동부(130)의 구동을 제어하며, 상기 대차(210)를 이송시키는 대차 이송부(220)의 구동을 제어하게 된다.The
본 발명에 따른 철도침목 균열 검사 장치(100)는 가속도계 균열감지 센서(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 균열 분석부(113)에 의해 상기 철도침목(310)에 균열이 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 가속도계 균열감지 센서는 상기 철도침목(310)의 균열을 정밀 측정할 수 있다.Railroad sleeper
이후, 상기 대차(210)는 상기 획득된 영상에 따라 타격 위치를 정렬하기 위해 이송되며, 또한, 상기 대차(210)는 상기 철도침목(310)에 균열이 발생하지 않은 경우, 대차 이송부(220)에 의해 다음 위치로 자동으로 이송된다.Thereafter, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 균열 분석부의 세부 구성도이다.6 is a detailed configuration of the crack analysis unit in the railway sleeper crack inspection device according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 균열 분석부(113)는 증폭기(113-1), A/D 변환기(113-2), 비교 분석부(113-3) 및 신호처리 프로그램(113-4)을 포함한다.Referring to FIG. 6, in the railway sleeper crack inspection apparatus according to the embodiment of the present invention, the
증폭기(113-1)는 상기 타격부에서 획득되는 타격 파형(Impact) 및 상기 철도침목 진동에 의해 획득되는 음향 파형(Mic)을 증폭시키며, A/D 변환기(113-2)는 상기 증폭된 타격 파형 및 상기 음향 파형을 디지털 신호로 변환한다.The amplifier 113-1 amplifies the impact waveform obtained by the hitting part and the acoustic waveform Mic obtained by the railway sleeper vibration, and the A / D converter 113-2 amplifies the amplified hitting. The waveform and the acoustic waveform are converted into digital signals.
비교 분석부(113-3)는 신호처리 프로그램(113-4)에 따라 상기 디지털 신호로 변환된 타격 파형 및 음향 파형을 기설정된 정상 상태의 파형과 비교하여 균열 여부를 판단하게 된다. 이때, 상기 비교 분석부(113-3)는, 시간영역 해석, 주파수 영역 해석 또는 웨이브렛(Wavelet) 해석 결과에 따라 상기 철도침목의 균열 발생 여부를 판단할 수 있다.The comparison analysis unit 113-3 compares the blow waveform and the acoustic waveform converted into the digital signal according to the signal processing program 113-4 with the waveform of a predetermined steady state to determine whether there is a crack. In this case, the comparison analyzer 113-3 may determine whether the railway sleeper is cracked based on a time domain analysis, a frequency domain analysis, or a wavelet analysis result.
여기서, 웨이브렛(Wavelet)에 대해 그 개념을 설명하면 다음과 같다.Here, the concept of the wavelet (Wavelet) is as follows.
신호를 분석하는 가장 일반적인 기법인 퓨리에 변환(Fourier Transform: FT)은 시간의 함수로 나타난 값을 주파수의 함수로 바꾸어주는 기술이다. 즉, 시간에 따라 변화하는 신호를 주파수가 다른 여러 개의 사인파가 중첩된 것으로 보고 각각의 사인파의 크기를 구하는 방법이다. 이러한 퓨리에 변환 방법은 주파수가 다른 여러 개의 사인파가 섞이는 전기신호를 분석하는데 특히 유용하며, 신호 중에서 원하지 않는 주파수의 신호만 제거해서 노이즈를 줄이는데 사용된다.Fourier Transform (FT), the most common technique for analyzing signals, is a technique that converts a value expressed as a function of time into a function of frequency. In other words, it is a method of calculating the magnitude of each sine wave by seeing that the sine waves having different frequencies overlap each other. This Fourier transform method is particularly useful for analyzing electrical signals in which several sine waves of different frequencies are mixed and are used to reduce noise by removing only signals of unwanted frequencies from the signal.
웨이브렛(Wavelet)은 보다 발전된 형태의 퓨리에 변환(FT)이라고 할 수 있다. 퓨리에 변환(FT)이 무한히 반복되는 사인파를 기본파형으로 이용하여 주파수만을 변화시키며 상관 관계를 밝히는 것에 비해, Wavelet은 한 파장의 파형을 기본 파형으로 하여 그 크기와 위치를 변화시켜가면서 상관 관계를 밝히는 기술이다. 여기서, 크기를 변화시키는 것은 FT의 주파수 변화와 같은 개념이라고 볼 수 있지만, 위치를 변화시키는 것은 Wavelet만의 독특한 방법이라고 할 수 있다.Wavelets are more advanced Fourier transforms (FTs). While the Fourier transform (FT) uses infinitely repeated sine waves as the fundamental waveform, only the frequency is changed and the correlation is revealed. Wavelet uses the waveform of one wavelength as the basic waveform and changes its magnitude and position to reveal the correlation. Technology. Here, changing the size is the same concept as changing the frequency of the FT, but changing the position is Wavelet's unique method.
그런데, 퓨리에 변환(FT)의 경우, 무한히 반복되는 사인파가 기본파형이므로 주파수의 함수로 바꾸었을 때, 시간 정보가 사라진다는 단점이 있다. 즉, 어떤 주 파수의 성분이 많은지 알 수 있지만 그 성분이 시간적으로 어떤 위치에서 많이 나타나는지 알 수 없다. 하지만, Wavelet은 한 파장의 파형을 크기와 함께 위치도 변화시키므로 주파수 정보와 함께 시간의 정보도 알 수 있다는 장점이 있다. 하나의 신호를 퓨리에 변환(FT)으로 분석하면 주파수 축과 값(amplitude)축의 2차원 그래프로 나타내지만, Wavelet으로 분석하면 크기(scale)축과 위치(translation)축 그리고 값(amplitude)축의 3차원 그래프로 나타낼 수 있다.However, in the case of Fourier transform (FT), since the infinitely repeated sinusoidal waveform is a fundamental waveform, the time information disappears when it is changed as a function of frequency. That is, it is possible to know which frequency components are many, but it is not known at which position the components appear in time. However, Wavelet has the advantage of knowing the time information as well as the frequency information because the wavelet of one wavelength changes its position along with its size. Analysis of a signal by Fourier transform (FT) shows a two-dimensional graph of the frequency and amplitude axes, while wavelet analysis shows three dimensions of the scale, translation, and value axes. Can be represented graphically.
이러한 Wavelet은 신호의 분석을 통한 잡음 제거나 신호 압축에 주로 사용된다. 예를 들면, 심장의 박동이나 뇌파와 같이 사인파형과 전혀 다른 파형이거나 국부적인 신호의 위치가 분석에 중요한 영향을 미치는 신호의 분석에도 사용되며, 날씨 분석, 음성이나 영상의 압축 등의 폭 넓은 분야에 사용된다.These wavelets are mainly used for noise reduction or signal compression through signal analysis. For example, it is used for the analysis of signals whose waveforms are completely different from sinusoidal waveforms such as heart rhythm and brain waves, or where local signals have a significant influence on the analysis. Used for
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 타격 동작을 설명하기 위한 도면이다.On the other hand, Figure 7 is a view for explaining the striking operation in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 타격부인 해머(140)는 스테핑 모터로 구현되는 구동부(130)에 의해 동작하게 되며, 철도침목(310)과의 높이(h) 및 각도(θ)가 조절됨으로써, 타격을 가하는 힘이 조절된다. 이때, 전술한 바와 같이, 타격부인 해머(140)는 피에조 센서가 부착되어, 타격 파형을 획득할 수 있다.Referring to FIG. 7, in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 측정되는 파형을 예시하는 도면이다.8 is a view illustrating a waveform measured in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8의 a)는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서, 철도침 목(310)에 타격이 가해지면, 피에조 센서에 의해 측정되는 타격 파형을 나타내고, 예를 들면, 시간(t)에 따른 힘(F)으로 주어질 수 있다. 또한, 도 8의 b)는 철도침목(310)에 타격이 가해진 후 철도침목(310)의 진동에 의해 발생되는 음향으로서, 마이크로폰에 의해 획득되는 음향 파형을 나타내며, 예를 들면 감쇄 사인파(Damped Sine Wave)일 수 있다.8 a) shows the impact waveform measured by the piezo sensor when the impact is applied to the
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 영상 획득 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 영상 화면을 예시하는 도면이다.On the other hand, Figure 9 is a view for explaining the image acquisition operation in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is a view illustrating an image screen in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention to be.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서, 영상 획득부(120)는 CCD 카메라로서, 상기 대차(210)의 소정 부위에 지지대(121)에 의해 고정되어 균열을 측정할 철도침목(310)의 영상을 획득한다. 이때, CCD 카메라에 의해 촬영되는 영역은 촬영각도(θ2)에 의해 정해지며, 콘크리트 철도침목(310)을 촬영하게 된다.Referring to FIG. 9, in the railway sleeper crack inspection apparatus according to the embodiment of the present invention, the
영상 획득부(120)에 의해 촬영된 영상은 디스플레이(112)에 도 10에 도시된 바와 같이 표시되며, 표시화면(400)은 레일(410), 침목(420) 및 타격 부위(430)를 나타내며, 원하는 정확한 타격 위치가 되도록 상기 대차(210)를 이송시키게 된다. 이때, 대차(210)는 대차 이송부(220)에 의해 구동되는 바퀴(230)에 의해 이송될 수 있다.The image captured by the
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법의 동작흐름도이다.On the other hand, Figure 11 is a flow chart of the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법은, 먼저, CCD 카메라를 사용하여 균열을 측정할 철도침목의 영상을 획득한다(S110).Referring to FIG. 11, in the railway sleeper crack inspection method according to an exemplary embodiment of the present invention, first, an image of a railroad sleeper to measure a crack using a CCD camera is obtained (S110).
다음으로, 상기 획득된 영상에 따라 대차를 이동시킴으로써 타격을 가할 위치를 정렬한다(S120).Next, the position to apply the hit by arranging the balance according to the acquired image (S120).
다음으로, 타격부를 통해 상기 정렬된 철도침목 위치에 타격을 가하여 진동을 발생시키고(S130), 상기 타격에 의해 발생하는 타격 파형 및 상기 철도침목의 진동에 따른 음향 파형을 획득한다(S140).Next, a vibration is generated by applying a hit to the aligned railroad sleeper position through the hitting unit (S130), and a hitting waveform generated by the hitting and an acoustic waveform according to the vibration of the railway sleeper are obtained (S140).
다음으로, 기설정된 파형과 상기 획득된 타격 파형 및 음향 파형을 비교 분석하고(S150), 상기 비교 분석 결과에 따라 상기 철도침목에 균열이 발생하였는지 판단한다(S160). 이때, 시간영역 해석, 주파수 영역 해석 또는 웨이브렛(Wavelet) 해석 결과에 따라 상기 철도침목의 균열 발생 여부를 판단할 수 있다.Next, a comparative analysis of a predetermined waveform and the obtained hitting waveform and acoustic waveform (S150), and determines whether a crack occurred in the railway sleeper according to the comparison analysis result (S160). In this case, it may be determined whether the railway sleeper is cracked according to a time domain analysis, a frequency domain analysis, or a wavelet analysis.
다음으로, 상기 철도침목에 균열이 발생한 것으로 판단한 경우, 해당 부위를 정밀 측정하고(S170), 아니면, 상기 철도침목에 균열이 발생하지 않은 것으로 판단한 경우, 다음 위치로 상기 대차를 자동으로 이송시키게 된다.Next, when it is determined that a crack has occurred in the railroad sleeper, the site is precisely measured (S170), or when it is determined that cracking has not occurred in the railroad sleeper, the truck is automatically transferred to the next position. .
여기서, 해당 부위의 정밀 측정은 가속도 방식으로 측정될 수 있으며, 정상인 경우는 정상적인 철도침목이 상부의 충격 하중을 받으면 상하방향의 특정 주파수로 인장 압축 진동을 하지만, 대형 균열이 있는 경우, 철도침목이 상부의 충격하중을 받으면 균열에 의해 저주파수 영역에서 구조적인 진동이 발생하게 된다. 즉, 균열이 있는 경우, 정상파(standing wave)에 비하여 균열에 의한 저주파수가 크게 나타나므로 가속도나 마이크로폰의 신호를 주파수 분석함으로써, 균열의 유무를 판 단할 수 있고, 같은 메커니즘으로 미세 균열을 판단할 수 있다.Here, the precise measurement of the site can be measured by the acceleration method, in the normal case, if the normal railway sleeper is subjected to the impact load of the upper tension tension vibration at a specific frequency in the vertical direction, but if there is a large crack, the railway sleeper Under the impact load of the upper part, structural vibration occurs in the low frequency region due to cracking. In other words, when there is a crack, low frequency due to cracks appears larger than standing waves, so it is possible to determine the presence or absence of cracks by frequency analysis of the acceleration or the signal of the microphone, and fine cracks can be determined by the same mechanism. have.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 시간영역 해석 결과를 예시하는 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 주파수영역 해석 결과를 예시하는 도면이며, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 Wavelet 해석 결과를 예시하는 도면으로서, 각각 양품/불량품의 특성을 비교하여 양품/불량품을 판정하는 것을 예시하고 있다.On the other hand, Figure 12 is a view illustrating a time domain analysis results in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention, Figure 13 illustrates a frequency domain analysis results in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the
도 12의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 시간영역 해석 결과는, 불량품인 경우, 상대적으로 파형의 길이가 길고, 진폭이 큰 것을 알 수 있다. 여기서, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 전압을 나타낸다.As shown in (a) to (c) of FIG. 12, in the railway sleeper crack inspection method according to the embodiment of the present invention, the time domain analysis result shows that the waveform has a relatively long length and a large amplitude when it is defective. Can be. Here, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage.
도 13의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 주파수영역 해석 결과는, 불량품인 경우, 상대적으로 1㎑~10㎑ 대역의 레벨이 큰 것을 알 수 있다. 여기서, 가로축은 주파수를 나타내고 세로축은 스펙트럴 덴서티(spectral density)를 나타낸다.As shown in (a) to (c) of FIG. 13, in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention, the frequency domain analysis result indicates that the level of the band of 1 kHz to 10 kHz is relatively large when the defective product is defective. Able to know. Here, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents spectral density.
도 14의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 Wavelet 해석 결과는, 불량품인 경우, 상대적으로 타원 부분의 이미지가 뚜렷하지 않은 것을 알 수 있다.As shown in a) to c) of Figure 14, in the railroad sleep cracking test method according to an embodiment of the present invention, the wavelet analysis result, it can be seen that the image of the elliptical portion is relatively indefinite. .
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않 고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and those skilled in the art can understand that the present invention can be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. There will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 철도레일의 구조를 설명하기 위한 사시도 및 단면도이다. 1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view for explaining the structure of a general railway rail.
도 2는 철도침목 균열을 예시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating railway sleeper cracks.
도 3은 종래 기술에 따른 철도레일의 결함 자동검측 및 관리시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a defect automatic detection and management system of the railway rail according to the prior art.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the principle of the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a railway sleeper crack inspection device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 균열 분석부의 세부 구성도이다.6 is a detailed configuration of the crack analysis unit in the railway sleeper crack inspection device according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 타격 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the striking operation in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 측정되는 파형을 예시하는 도면이다.8 is a view illustrating a waveform measured in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 영상 획득 동작을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining the image acquisition operation in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 장치에서 영상 화면을 예시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating an image screen in the railway sleeper crack inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법의 동작흐름도이 다.11 is an operation flowchart of the railroad sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 시간영역 해석 결과를 예시하는 도면이다.12 is a diagram illustrating a time domain analysis result in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 주파수영역 해석 결과를 예시하는 도면이다.13 is a diagram illustrating a frequency domain analysis result in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 철도침목 균열 검사 방법에서 Wavelet 해석 결과를 예시하는 도면이다.14 is a view illustrating a wavelet analysis result in the railway sleeper crack inspection method according to an embodiment of the present invention.
< 도면부호의 간단한 설명 ><Brief Description of Drawings>
100: 철도침목 균열 검사 장치100: railway sleeper crack inspection device
110: PC 120: 영상 획득부110: PC 120: image acquisition unit
130: 구동부 140: 타격부130: driving unit 140: hitting unit
150: 음향 획득부 210: 대차150: sound acquisition unit 210: balance
220: 대차 이송부 230: 이송 바퀴220: balance transfer unit 230: transfer wheel
300: 철도레일 310: 콘크리트 철도침목300: railway rail 310: concrete railway sleeper
111: 제어부 112: 디스플레이111: control unit 112: display
113: 균열 분석부 113-1: 증폭기113: crack analysis unit 113-1: amplifier
113-2: A/D 변환기 113-3: 비교 분석부113-2: A / D converter 113-3: Comparative analysis unit
113-4: 신호처리 프로그램113-4: Signal Processing Program
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