KR101246061B1

KR101246061B1 - 철도차량 차축 손상 검출 장치

Info

Publication number: KR101246061B1
Application number: KR1020100055656A
Authority: KR
Inventors: 권석진; 이동형; 서정원; 유원희
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-03-26
Also published as: KR20110135748A

Abstract

본 발명은 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교륜전위차법을 사용하여 차축과 차륜을 분리하지 않고도 차축압입부위의 결함을 보다 정밀하게 검출할 수 있고, 검사 시간을 단출 시킬 수 있는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선반과 결함검지용 센서와 데이터 수집수단을 포함하여 이루어지는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 있어서, 상기 선반에는 단부에 액자형상의 센서지그가 설치된 이송수단이 구비되고, 상기 센서지그에는 일정각도로 다수의 결함검지용 센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량 차축 손상 검출 장치{detecting apparatus for crack of axle on railway vehicle}

본 발명은 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교륜전위차법을 사용하여 차축과 차륜을 분리하지 않고도 차축압입부위의 결함을 보다 정밀하게 검출할 수 있고, 검사 시간을 단축 시킬 수 있는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 휠세트는 차축에 차륜을 압입하여 일체로한 것으로서 철도차량을 주행하기 위한 기본적인 구성요소로 주행안전성을 확보하기 위한 철도차량의 가장 중요한 요소중의 하나이다.

그래서, 이와 같은 휠세트의 손상은 승객과 화물을 대량으로 운송하는 철도의 특성상 대형사고를 유발할 수 있으므로 휠세트를 구성하는 차축과 차륜의 검사는 필수적이다.

특히, 차륜이 압입되는 차축의 압입부위에서 시작되는 피로균열에 대한 검사를 정확하게 하여야 하는데, 피로균열에 의한 결함 여부를 검사하는 방법으로 초음파를 이용한 균열 검출방법을 주로 사용하고 있다.

그러나, 초음파를 이용한 균열 검출방법은 열린 균열(open crack)은 검출가능하나 닫힌 균열(close crack)은 검출이 불가능하며, 반타원 균열 검출시 측면검출이 불가능하고 노이즈 에코(noise echo)의 처리 등의 문제점을 가지고 있다.

이에, 초음파를 이용한 균열 검출방법의 문제점을 개선한 1990년대 초에 측정물에 일정한 크기를 갖는 정전 교류전원을 공급하였을 때, 전류의 흐름이 표면근처에 일정하게 분포하여 흐른다는 표피효과(skin depth)를 이용하는 교류전위차법(ACPD; Alternatein Current Potential Drop)이 개발되었다.

그런데, 이와 같은 교류전위차법을 이용하면 표피효과에 의한 표면의 전류분포가 공급단자의 거리에 따라 변화하며, 전원 공급단자의 접촉점의 접지문제와 더불어 측정 표면의 오염 등에 따라 측정치에 오차가 발생하는 문제점이 있어 철도차량의 차축압입부위에 이와 같은 전통적인 교류전위차법을 그대로 적용시 신뢰성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

그래서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 출원인이 선 출원한 등록특허 제10-0799334호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 척(212)과 차축지지고정구(214)가 구비되어 차륜이 압입된 상태의 차축(102)을 회전가능하게 지지하는 선반(200)과, 접촉면이 차축(102)의 표면에 밀착되도록 굴곡되게 형성되는 하우징(221)과, 상기 하우징(221)의 내부에 교류전류를 투입받아 상기 차축(102)의 표면에 유도전류를 유도하는 유도선(10)과, 상기 유도전류가 유도된 차축(102)의 표면에서 전위차를 측정하는 2개의 탐촉자 단자(11,11')로 구성되고, 상기 차륜(104)이 차축(102)에 압입된 차축압입부위(100)에 집중유도전류를 유도하여 전위차를 검지하는 결함검지용 센서(220)와, 상기 결함검지용 센서(220)를 통해 검지된 전위차를 이용하여 결함여부를 판별하는 데이터 수집수단과, 상기 데이터 수집수단에 의해 수집된 결함데이터를 표시해주는 디스플레이수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그런데, 출원인이 선 출원한 등록특허 제10-0799334호에 기재된 기술은 차축과 차륜이 결합된 상태의 차축압입부위의 결함을 정확히 탐상할 수 있는 장점은 있으나, 그 탐상할 수 있는 결함의 크기가 2mm 이상을 탐상할 수 있어 2mm이하의 크기의 결함을 탐상하기에는 부족한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차축과 차륜을 분리하지 않고 차축압입부의 결함을 탐상할 수 있게 하되, 다수의 센서를 일정 각도로 연속하여 설치함으로써 보다 정밀한 측정을 가능하게 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 센서 지그에 설치되는 다수의 센서는 각각 실린더에 의해 작동되되, 다수의 실린더를 하나의 제어신호에 의해 제어하고, 실린더에 압력센서를 구비하여 차축과의 접촉압력을 일정하게 유지하는 압력조절부를 구비함으로써 보다 정밀하고, 검사시간을 단축시킬 수 있는 철도차량 차축 손상 검출 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

선반과 결함검지용 센서와 데이터 수집수단을 포함하여 이루어지는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 있어서, 상기 선반에는 단부에 액자형상의 센서지그가 설치된 이송수단이 구비되고, 상기 센서지그에는 일정각도로 다수의 결함검지용 센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 결함검지용 센서는 클램프에 의해 상기 센서지그에 착탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 결함검지용 센서에는 실린더가 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 데이터수집수단에는 제어부가 구비되되, 상기 다수의 실린더는 상기 제어부에서 제어하는 하나의 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 실린더에는 압력센서가 구비되고, 상기 데이터 수집수단에는 제어부에 의해 제어되는 압력조절부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결함검지용 센서에는 두개의 탐촉단자기 구비되되, 상기 탐촉단자는 3mm의 간격으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 클램프는 내측에 패킹이 설치된 제1클램프와 제2클램프로 이루어지고, 상기 제1클램프에는 결합돌기가 형성되며, 상기 센서지그에는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 이송수단은 선반에 고정설치되는 몸체와, 피니언이 설치되는 제2모터와, 측면에 렉이 형성된 지그브라켓으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 차축과 차륜을 분리하지 않고 차축압입부의 결함을 탐상할 수 있게 하되, 다수의 센서를 일정 각도로 연속하여 설치함으로써 보다 정밀한 측정을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 센서 지그에 설치되는 다수의 센서는 각각 실린더에 의해 작동되되, 다수의 실린더를 하나의 제어신호에 의해 제어하고, 실린더에 압력센서를 구비하여 차축과의 접촉압력을 일정하게 유지하는 압력조절부를 구비함으로써 보다 정밀하고, 검사시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 철도차량 차축 손상 검출 장치의 측면도이다.
도 2는 종래의 철도차량 차축 손상 검출 장치의 센서의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 센서지그의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 클램프의 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 결함검지용 센서의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 블럭도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 센서지그의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 클램프의 분리 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 결함검지용 센서의 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량 차축 손상 검출 장치의 블럭도이다.

본 발명은 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것으로 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 그 구성은 차륜(104)이 결합된 상태로 차축(102)을 회전가능하게 지지하는 선반(300)과, 상기 차축(102)의 결함을 검출하기 위한 결함검지용 센서(370)와, 상기 결함검지용 센서(370)를 차축(102)의 축방향으로 이동가능하게 하는 이송수단(320)과, 상기 결함검지용 센서(370)에서 측정한 데이터를 토대로 차축의 결함을 검출하는 데이터 수집부(400)로 구성된다.

여기서, 상기 선반(300)에는 상기 차륜(104)이 회전가능하게 연결되는 척(315)이 구비되고, 상기 척은 선반(300)의 내부에 설치되는 제1모터(310)와 연결되어 상기 차륜(104)을 회전시키게 된다.

그래서, 상기 결함검지용 센서(370)가 차축(102)의 360° 전방위의 결함을 탐지할 수 있게 되고, 또한, 상기 선반(300)은 양측에 결함검지용 센서(370)를 구비함으로써 한번에 차축(102) 전체의 결함을 검지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 제1모터(310)에는 엔코더(미도시)가 구비되어 있어, 결함검지용 센서(370)에서 측정한 전위차 데이터를 분석하여 차축(102)의 어느 위치에 결함이 검측되는지 알 수 있게 된다.

한편, 척(315)이 설치된 상기 선반(300)의 상면에는 이송수단(320)이 구비되어 상기 상기 결함검지용 센서(370)를 차축방향으로 이동시키게 되는데, 상기 이송수단(320)은 몸체(321)가 선반(300)에 고정되고 상기 몸체(321)에는 피니언(324)과 렉(326), 그리고, 상기 피니언(324)이 설치되는 제2모터(322)로 구성되어 결함검지용 센서(370)을 안정적으로 차축방향으로 이동시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 렉(326)은 지그브라켓(330)의 측면에 형성되는데, 상기 지그브라켓(330)의 단부에는 센서지그(340)가 설치되어 상기 결함검지용 센서(370)가 설치된다.

이때, 상기 센서지그(340)는 액자형상으로 형성되어 상기 결함검지용 센서(370)가 일정한 각도로 다수개가 설치됨으로써, 차축(102)의 결함을 보다 빠른시간에 검출할 수 있게 된다.

그리고, 상기 센서지그(340)의 형상은 원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성가능할 뿐만 아니라, 상기 결함검지용 센서(370)는 전술한 바와 같이 일정각도로 다수개가 설치되는데, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 90°각도로 4개의 센서를 설치한 구성을 예로 설명하기로 한다.

이렇게, 상기 결함검지용 센서(370)를 일정한 각도로 다수개 설치함으로써, 종래의 하나의 결함검지용 센서를 사용하여 차축(102)의 결함을 검출하는 것보다 검측시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 4개의 결함검지용 센서(370)는 각각 다른 체널을 사용하여 측정 데이터를 측정하여 데이터 수집부(400)의 메모리(420)로 데이터를 보내기 때문에, 하나의 결함검지용 센서(370)가 오작동을 하더라도 나머지 3개의 결함검지용 센서(370)에서 이를 보완해 주기 때문에 보다 안정적으로 차축(102)의 결함을 검출할 수 있게 된다.

한편, 상기 결함검지용 센서(370)에는 실린더(360)가 구비되어 센서지그(340)에 결합되는데, 상기 센서지그(340)에는 클램프(350)가 구비되어 있어 상기 실린더(360)를 착탈가능하게 결합 고정한다.

그래서, 상기 결함검지용 센서(370)는 실린더(360)에 의해 선반(300)에 설치된 차축(102)과 접하도록 이동하게 된다.

여기서, 상기 클램프(350)는 상기 센서지그(340)에 체결되는 제1클램프(352)와, 상기 제1클램프(352)와 결합하여 실린더(360)를 고정하는 제2클램프(354)로 구성되는데, 상기 제1,2클램프(352,354)의 내측에는 패킹(355)이 구비되어 있어, 클램프(350)로 실린더(360)을 고정할 때, 클램프(350)의 조임력에 의해 실린더(360)가 손상되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 제1클램프(352)에는 결합돌기(351)가 형성되고, 상기 센서지그(340)에는 상기 결합돌기(351)에 대응되는 결합홈(345)이 형성되어, 외부에서 충격이 가해지더라도 실린더(360)의 방향이 틀어지지 않게 함으로써 안정적으로 손상을 검출할 수 있게 한다.

여기서, 상기 실린더(360)에는 압력센서(365)가 구비되어 있어 실린더(360) 내부의 압력을 측정하게 되는데, 이렇게 측정된 압력 데이터는 데이터 수집부(400)에 구비된 메모리(420)에 저장되게 되고, 데이터 수집부(400)에는 압력조절부(415)가 구비되어, 제어부(410)의 제어에 의해 상기 메모리(420)에 저장된 압력 데이터를 참조하여 상기 실린더(360)가 차축(102)과 접촉할 때 발생하는 접촉압력을 일정하게 유지시키게 된다.

그래서, 차축(102)의 회전시 결함검지옹 센서(370)가 일정한 압력을 유지할 수 있어 안정적으로 회전할 수 있을 뿐만 아니라, 결함검지용 센서(370)가 안정적으로 차축(102)에 유도전류를 형성하게 함으로써 결함을 보다 정밀하게 검출할 수 있게 된다.

한편, 상기 센서지그(340)에 일정각도로 설치된 다수의 실린더(360)는 상기 제어부(410)에서 제어하는 하나의 신호에 의해 동시에 제어되어, 다수의 실린더(360)을 보다 용이하게 일정한 압력으로 제어할 수 있게 된다.

이때, 상기 선반(300)에 설치되는 차축(102)은 상기 센서지그(340)의 정중앙에 위치하도록 설치되게 되어, 다수의 실린더(360)가 동시에 작동하더라도 결함검지용 센서(370)가 차축(102)과 접할때 같은 접촉압력을 유지할 수 있게 된다.

한편, 상기 결함검지용 센서(370)는 차축(102)에 유도전류를 형성하기 위한 유도선(374)과 차축(102) 표면에 형성되는 전위차를 측정하기 위한 탐촉단자(376)과 상기 유도선(374)과 탐촉단자(376)가 설치되는 하우징으로 이루어진다.

그래서, 상기 결함검지용 센서(370)를 차축(102)에 접하게 하고, 상기 유도선(374)에 정전류 교류전류를 흐르게 하면, 상기 유도선(374)에 흐르는 전류에 의해 상기 차축(102)에 유도전류가 흐르게 되어, 표피현상(skin depth)을 이용하여 차축(102)에 형성된 결함을 탐지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 탐촉단자(376)에서 탐지한 전위차를 이용하여 결함을 탐지하는 구체적인 방법은 본 발명의 발명자가 선 출원한 등록특허 제10-0799334호에 구체적으로 기재되어 있으므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

다만, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 발명자가 선 출원한 등록특허 제10-0799334호에는 두개의 탐촉단자(11,11')의 간격을 5mm로 형성하였는데 반해, 본원 발명의 결함검지용 센서(370)에 구비된 두개의 탐촉단자(376)는 3mm의 간격으로 설치된다.

그래서, 종래에는 두개의 탐촉단자(11,11')의 간격을 5mm로 설치한 하나의 결함검지용 센서(220)을 사용하여, 2mm의 결함까지 검출할 수 있었으나, 본원 발명에서는 두개의 탐촉단자(376)는 3mm의 간격으로 설치한 결함검지용 센서(370)를 일정한 각도로 다수개를 설치함으로써 1.5mm의 결함까지 검출할 수 있게 함으로써 보다 미세한 결함까지 검출할 수 있게 된다.

그리고, 상기 데이터 수집부(400)에는 각각의 결함검지용 센서(370)에서 측정하는 전위차와 전위차에 따른 차축(102)의 결함 검지 결과를 실시간으로 보여주는 디스플레이부(440)와, 차축(102)와 결함검지용 센서(307)의 접촉압력 및 각종 값을 설정하기 위한 조작판넬(430)과, 이러한 각종 장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단(450)이 구비된다.

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

본 발명은 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교륜전위차법을 사용하여 차축과 차륜을 분리하지 않고도 차축압입부위의 결함을 보다 정밀하게 검출할 수 있고, 검사 시간을 단출 시킬 수 있는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 관한 것이다.

300 : 선반 310 : 제1모터
315 : 척 320 : 이송수단
321 : 몸체
322 : 제2모터 324 : 피니언
326 : 렉 330 : 지그브라켓
340 : 센서지그 345 : 결합홈
350 : 클램프 351 : 결합돌기
352 : 제1클램프 354 : 제2클램프
355 : 패킹 360 : 실린더
365 : 압력센서 370 : 결함검지용 센서
372 : 하우징 374 : 유도선
376 : 탐촉단자 400 : 데이터 수집부
410 : 제어부 415 : 압력조절부
420 : 메모리 430 : 조작판넬

Claims

선반과 결함검지용 센서와 데이터 수집수단을 포함하여 이루어지는 철도차량 차축 손상 검출 장치에 있어서,
상기 선반에는 센서지그가 설치된 이송수단이 구비되고,
상기 센서지그에 다수의 결함검지용 센서가 설치되되,
상기 결함검지용 센서에는 실린더가 구비되고,
상기 데이터 수집수단에는 제어부가 구비되되, 상기 다수의 실린더는 상기 제어부에서 제어하는 하나의 신호에 의해 제어되며,
상기 실린더에는 압력센서가 구비되고,
상기 데이터 수집수단에는 제어부에 의해 제어되는 압력조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 결함검지용 센서는 클램프에 의해 상기 센서지그에 착탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 결함검지용 센서에는 두개의 탐촉단자기 구비되되,
상기 탐촉단자는 3mm의 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 클램프는 내측에 패킹이 설치된 제1클램프와 제2클램프로 이루어지고,
상기 제1클램프에는 결합돌기가 형성되며,
상기 센서지그에는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송수단은 선반에 고정설치되는 몸체와,
피니언이 설치되는 제2모터와,
측면에 렉이 형성된 지그브라켓으로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 차축 손상 검출 장치.