KR101224585B1 - 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치에 관한 것으로; 철도차량 대차 용접부에 공급하기 위한 열원과, 상기 열원으로부터 상기 철도차량 대차 용접부에 공급된 열 흐름에 따른 결함을 열 화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 철도차량 대차 용접부에 존재하는 결함 검사를 위상잠금 적외선 열 화상 기술을 이용하여 검출할 수 있고, 그 결과를 2차원 적외선 열 화상으로 표시하여 결함 유무를 용이하고도 정확하게 파악할 수 있으며, 별도의 전처리작업의 수행 없이도 비접촉식으로 신속하게 철도차량 대차 용접부의 결함을 검사할 수 있을 뿐만 아니라 현장에서 도시된 대차의 열 화상을 통하여 실시간으로 결함을 분석할 수 있는 장점도 있다.

Description

철도차량 대차 용접부 결함검사 장치{ Apparatus for Defect Detection of Weldments in Railway Bogie}

본 발명은 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 적외선 열 화상 기술을 이용하여 철도차량 대차 용접부에 존재하는 결함의 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 적외선 열 화상 기술(Infrared Thermography)은 대상체의 표면 복사에너지를 검출하고 이를 온도로 환산하여 실시간으로 영상을 제공하는 기술이다.

이와 같은 적외선 열 화상 기술은 물체의 표면 온도 변화를 비접촉, 비파괴, 실시간 측정이 가능하여 재료의 열적특성평가, 열화진단, 결함검사, 체열측정을 통한 의료진단 등의 다양한 분야에 활용되고 있다.

한편, 금속재질의 물체의 결함을 검출시에 적외선 열 화상 기술을 적용하는 경우, 열확산 계수가 큰 금속 재료일수록 검출소자의 샘플링 한계로 인하여 결함을 찾는데 어려움이 있으나, 이러한 문제는 위상잠금(Lock-in) 기법을 적용함으로써개선되었다.

상기 위상잠금 적외선 열 화상(Lock-in Infrared Thermography; Lock-in IRT)의 원리는 대상체를 자극하는 열원을 조화함수로 변조하여 입사하고 이 조화함수에 검출소자를 동기화시켜 조화함수의 위상변화를 복조하는 것으로, 위상잠금을 사용하여 위상변화를 추출함으로써물체 표면의 미세한 변화를 감지할 수 있으며, 불균일한 표면 방사율의 영향을 적게 받게 된다.

이와 같은 적외선 열 화상 기술은 다양한 분야에 응용이 가능함에도 불구하고 종래 철도차량 대차의 용접부에 대한 결함 검사는 자분탐상 또는 초음파탐상에 의한 방법으로 실시하고 있는데, 이들 자분탐상 또는 초음파탐상 기술의 경우 용접부 검사를 위하여 용접부 주변의 얼룩이나 기름때를 제거하고, 이물질의 영향을 극소화시키기 위해 용접부 표면을 드러내기 위한 용접부 그라인딩 등과 같은 전처리 작업이 요구되므로 결함검사를 위한 인적 물적 효율성 저하 및 전체적 작업성이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 철도차량 대차의 제작 동안에 생긴 결함이나 사용중에 대차 용접부에 형성된 다양한 형상의 결함을 적외선 열 화상 기술을 통해 검출하며, 그 결과를 2차원적 적외선 열 화상 영상으로 표시하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 다양한 형태와 두께를 갖는 대차 용접부의 결함 검출을 위해 별도로 용접부 표면 처리 또는 페인트 벗겨냄 등과 같은 전처리작업을 수행함이 없이 비접촉식으로 신속하게 결함을 검사할 수 있으며 현장에서 도시된 열 화상을 통하여 실시간으로 결함을 용이하게 분석할 수 있는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

철도차량 대차 용접부에 열을 공급하기 위한 열원과, 상기 열원으로부터 상기 철도차량 대차 용접부에 공급된 열 흐름에 따른 결함을 열 화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치를 제공한다.

이때, 상기 철도차량 대차 용접부에 열을 주기적으로 공급하도록 상기 열원을 제어하는 함수발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 열원은 할로겐 램프인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 적외선 카메라는 상기 열원에 의해 공급되는 열이 주기적으로 상기 철도차량 대차 용접부에 전달되어 발생되는 열흐름에 따른 위상 및 진폭차를 감지하여 상기 철도차량 대차 용접부의 결함 정보를 2차원 열 화상 이미지로 촬영하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 적외선 카메라에 의해 촬영되는 철도차량 대차 용접부의 열 화상 이미지는 데이터 수집수단으로 수집되어 저장 관리되고, 디스플레이 수단으로 표시되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열 화상 이미지의 온도 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 철도차량 대차 용접부의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 더 구비되고, 상기 온도센서를 통해 계측되는 온도정보는 상기 데이터 수집수단으로 입력되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 데이터 수집수단은 PC, 노트북, 산업용 컴퓨터 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 철도차량 대차 용접부에 존재하는 결함 검사를 위상잠금 적외선 열 화상 기술을 이용하여 검출할 수 있으며, 그 결과를 2차원 적외선 열 화상으로 표시하여 결함 유무를 용이하고도 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다.

또한, 다양한 형태와 두께로 된 대차 용접부 결함 검출을 위해 종래의 검사방법시에는 표면 처리 또는 페인트 벗겨냄 등과 같은 전처리작업을 수행해야 하지만, 본 발명은 그와 같은 전처리작업의 수행 없이도 비접촉식으로 신속하게 철도차량 대차 용접부의 결함을 검사할 수 있을 뿐만 아니라 특히 현장에서 도시된 대차의 열 화상을 통하여 실시간으로 결함을 분석할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 적외선 카메라로 촬영한 복합소재 대차프레임의 열 화상 이미지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 적외선 카메라로 촬영한 금속재 대차프레임의 열 화상 이미지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 열 화상 기술을 이용한 결함 검사 흐름도이다.

본 발명에 따른 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 1에 의하면, 본 발명에 따른 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치는 위상잠금 적외선 열 화상(Lock-in Infrared Thermography) 기술을 이용하여 철도차량 대차 용접부의 결함을 검사하기 위한 장치로서, 철도차량 대차(1)를 제작하는 동안에 생긴 결함이나 차량 운행중에 대차 용접부에 형성된 다양한 형상의 결함을 적외선 열 화상 기술을 통해 검출할 수 있고, 그 결과는 2차원적 적외선 열 화상으로 표시하여 결함 분석을 용이하게 할 수 있다.

이때, 본 발명의 철도차량 대차 용접부에 대한 결함 검사는 위상잠금 적외선 열 화상 기술(Lock-in Infrared Thermography)을 이용하는 것으로, 이의 원리는 다양한 자극원(열, 초음파 등)을 조화함수로 철도차량 대차 용접부에 전달한 뒤, 철도차량 대차 용접부의 위상, 진폭, 온도 등의 응답신호 분석 결과를 적외선 카메라를 통해 2차원 열 화상으로 표시하여 철도차량 대차 용접부(P)의 결함(이상여부) 함유 여부를 판별하는 방법이다.

이와 같은 본 발명에 따른 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치는 주기적인 열(Periodic Heating)을 시험체인 철도차량 대차 용접부에 공급하기 위한 열원(100)과, 상기 열원(100)으로부터 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 공급된 열 흐름을 검지하여 결함을 감지하는 적외선 카메라(110)로 구성된다.

물론, 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 열을 주기적으로 공급하도록 상기 열원(100)을 제어하는 함수발생기(120)를 더 포함한다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 결함검사를 위한 철도차량 대차는 금속제 대차프레임 등을 검사함이 바람직하지만, 복합소재로 구성된 대차프레임의 검사도 가능하다.

이때, 철도차량의 대차는 그 제작으로 인해 생긴 용접부 등의 결함이나 차량 운행중에 대차 용접부(P)에 형성된 다양한 형상의 결함을 포함할 수 있고, 결함의 형태, 깊이 등을 달리하는 다양한 형태의 결함을 함유할 수 있다.

그리고, 상기 열원(100)은 충분한 열을 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 공급하기 위해 할로겐 램프를 사용함이 바람직하다.

한편, 상기 열원(100)에 의해 공급되는 열이 주기적으로 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 전달되도록 함수발생기(120)의 제어에 의해 열원(100)을 구동시킨다.

그리고, 상기 적외선 카메라(110)는 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 발생되는 열 흐름에 따라 위상 및 진폭 차를 감지하여 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)의 결함 정보를 2차원 열 화상 이미지(I)로 도시할 수 있으며 이러한 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)의 결함 결과를 바탕으로 결함 유무를 확인할 수 있다.

즉, 열원(100)으로부터 주기적으로 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)에 전달된 열 흐름에 따라 위상 및 진폭 차를 적외선 카메라(110)가 감지하여 표준 시편의 알려진 결함 정보를 2차원 열 화상 이미지로 도시할 수 있으며 이러한 결과를 바탕으로 실제 검사 시험체인 철도차량 대차 용접부(P)의 결함 검출 결과를 알 수 있다.

일 예로서 도 2는 복합소재로 구성된 대차프레임에서 발견된 모서리 표면결함에 대하여 진폭 차이에 따른 2차원 열 화상 결함 이미지를 나타내고 있으며, 도 3에서는 금속재 대차의 볼스터에서 발견된 핀홀타입 결함에 대해 진폭차이 열 화상으로 검출된 열 화상 결함 이미지를 나타내고 있다.

한편, 상기 적외선 카메라(110)에 의해 촬영되는 2차원 열 화상 이미지는 철도차량 대차의 관리 자료로 활용하기 위해 저장 및 관리할 필요가 있다. 이를 위해 철도차량 대차 용접부(P)의 표면으로부터 획득한 열 화상 이미지(I)는 데이터 수집수단(130)으로 수집되어 저장 관리되고, 디스플레이 수단(140)인 모니터를 통해 표시해 줌으로써용이하게 확인할 수 있다.

이 경우 온도 변화에 따른 열 화상 이미지의 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 철도차량 대차 용접부(P)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(150)가 더 구비되고, 상기 온도센서(150)를 통해 계측되는 온도정보는 상기 데이터 수집수단(130)으로 입력된다.

이와 같은 데이터 수집수단(130)은 PC, 노트북, 산업용 컴퓨터 등과 같은 다양한 연산장치를 사용할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참고로 본 발명에 따른 철도차량 대차 용접부 결함검사 과정을 설명한다.

먼저, 철도차량 대차의 용접부를 향하면서도 일정거리 이격되게 열원(100)인 할로겐램프와 적외선 카메라(110)를 설치한다.(S100)

상기 단계(S100)를 거친 후, 함수발생기(120)를 구동함으로써열원(100)인 할로겐램프를 구동하여 철도차량 대차의 용접부를 가열하면서 적외선 카메라(110)로 열 화상 이미지(I)를 촬영한다.(S110)

그리고, 상기 적외선 카메라(110)를 통해 촬영되는 2차원 열 화상 이미지를 데이터 수집수단(130)에 전송하여 저장 및 관리한다.(S120)

이상의 과정을 거쳐 획득한 2차원 열 화상 이미지를 이용해 결함을 확인하고 이를 비교 분석함으로써어떠한 결함이며 그 형상이나 깊이 등을 확인할 수 있게 된다.(S130)

즉, 철도차량 대차의 제작 동안에 생긴 결함이나 차량 운행중에 대차 용접부(P)에 형성된 다양한 형상의 결함을 비접촉식으로 신속하게 결함을 검사할 수 있으며, 현장에서 도시된 열 화상을 통하여 실시간으로 결함분석이 가능하다.

특히, 결함 검출부위의 표면 처리 또는 페인트 벗겨냄 등과 같은 전처리작업 없이 비접촉식으로 검사할 수 있어 신속하면서도 간단하게 결함분석이 가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

1: 대차 100: 열원
110: 적외선 카메라 120: 함수발생기
130: 데이터 수집수단 140: 디스플레이 수단
150: 온도센서 P: 철도차량 대차 용접부
I: 열 화상 이미지

Claims (9)

1. 철도차량 대차 용접부에 열을 공급하기 위한 열원과;
   상기 열원으로부터 상기 철도차량 대차 용접부에 공급된 열 흐름에 따른 결함을 열 화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라와;
   상기 열 화상 이미지의 온도 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 철도차량 대차 용접부의 온도를 측정하기 위한 온도센서와;
   상기 적외선 카메라에 의해 촬영되는 철도차량 대차 용접부의 열 화상 이미지 및 온도센서를 통해 계측되는 온도정보를 수집하여 저장 관리하는 데이터 수집수단과;
   상기 적외선 카메라에 의해 촬영되는 철도차량 대차 용접부의 열 화상 이미지를 표시하는 디스플레이 수단;을 포함하여 구성되되,
   상기 적외선 카메라는 상기 열원에 의해 공급되는 열이 주기적으로 상기 철도차량 대차 용접부에 전달되어 발생되는 열흐름에 따른 위상 및 진폭차를 감지하여 상기 철도차량 대차 용접부의 결함 정보를 2차원 열 화상 이미지로 촬영하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 철도차량 대차 용접부에 열을 주기적으로 공급하도록 상기 열원을 제어하는 함수발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 열원은 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 데이터 수집수단은 PC, 노트북, 산업용 컴퓨터 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철도차량 대차 용접부 결함검사 장치.
   
   
8. 삭제
9. 삭제

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