KR101727616B1 - 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템이 개시된다. 일실시예에 따른 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템은, 스캐닝구간에 해당되는 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮는 레일커버; 상기 레일커버에 배치되고, 상기 차륜 표면으로부터 소정의 정보를 획득하는 센서모듈; 및 상기 센서모듈에 의해 획득된 상기 소정의 정보를 이용하여 상기 차륜표면의 결함을 스캐닝하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템{SCANNING SYSTEM OF RAIL COVER TYPE FOR SURFACE DEFECTION DETECTION OF RAILWAY WHEEL}
본 발명은 회전하는 철도차량 차륜의 표면 결함을 스캐닝하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량을 구성하는 차륜은 철도차량의 운행시 안전에 가장 중요한 부품으로, 레일과의 연속적인 접촉하중을 받게 된다.
따라서, 연속적이고도 지속적인 접촉하중에 의한 차륜 표면의 손상은 운행 중의 충격하중을 발생시켜서 차륜으로 주행하는 철도차량의 부품에 영향을 미치게 되며, 이는 차륜의 파손 및 차량탈선을 유발시켜 커다란 인명피해를 야기한다.
이와 같이 차륜에 발생하는 손상요인은 차륜과 레일의 접촉하중과 곡선부 주행시 횡하중에 의한 피로균열, 제동열에 의한 열균열, 제동시 찰상, 이상 마모 등이 있으며, 이 중 차륜의 표면에 발생하는 균열이 가장 치명적일 수 있다.
따라서, 철도차량의 안전한 운행을 위하여는 차륜의 표면에 발생하는 균열을 감지하고, 이에 대하여 유지 보수 차원에서 차륜의 삭정 혹은 폐기 등의 조치를 취하여야 하는 이유로 차륜의 표면에 발생한 균열을 감지할 수 있는 장치가 필요하다.
통상적으로, 종래기술(예를 들어, 공개특허공보 제10-2009-0042621호)은 레일의 상부를 함몰 내지는 절단하고, 그로 인해 생긴 공간에 센서모듈을 삽입 설치하고 있다(임베디드(embedded) 방식). 센서모듈은 차륜 표면으로부터 소정의 정보를 획득하고, 이러한 소정의 정보를 기초로 차륜 표면의 결함이 검출될 수 있다.
그런데, 위와 같은 종래기술에 의한다면, 이미 설치되어 있는 레일을 그대로 활용하지 못하고 레일에 변형을 주어야 하기 때문에 레일 가공이라는 불필요한 작업이 요구된다. 즉, 작업시수가 증가한다. 더구나 레일 가공 자체도 쉽지 않은 작업이다. 뿐만 아니라, 레일을 위와 같이 가공한다면 레일의 안정성에 심각한 위협이 될 수 있다.
따라서, 레일을 별도로 가공하지 않아 레일의 안정성을 담보할 수 있고, 기존의 레일을 그대로 활용하여 경제적이며, 주행하는 차륜표면의 결함을 연속적으로 검출하는 시스템에 대한 고민이 필요한 실정이다.
공개특허공보 제10-2009-0042621호 등록특허공보 제10-1237057호
본 발명의 실시예들은 레일을 가공하지 않아 레일의 안정성을 해치지 않으면서도 차륜표면의 결함을 스캐닝할 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
일실시예에 따른 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템은, 철도차량의 차륜표면의 결함이 스캐닝되는 스캐닝구간에 해당되는 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮는 레일커버; 상기 레일커버에 배치되고, 상기 차륜표면으로부터 소정의 정보를 획득하는 센서모듈; 및 상기 센서모듈에 의해 획득된 상기 소정의 정보를 이용하여 상기 차륜표면의 결함을 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 레일은, 기저부와, 상기 기저부로부터 수직으로 상방 연장되는 수직부와, 상기 수직부의 상단에 제공되는 헤드부를 포함하고, 상기 레일커버는 상기 헤드부의 상면 및 양측면을 감쌀 수 있다.
또한, 상기 레일커버는, 상기 차륜표면과 접촉되고, 상기 센서모듈이 배치되는 센서홈이 함몰 형성되는 상측부; 및 상기 상측부의 양측단부로부터 각각 하방 연장되어 상기 헤드부의 양측부를 덮는 제 1 날개부 및 제 2 날개부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 날개부 또는 상기 제 2 날개부를 관통하며, 상기 레일커버를 상기 헤드부의 일측부로 가압하는 가압부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 레일의 적어도 일측에 제공되어 상기 레일을 지지하는 레일지지구조물; 및 상기 레일커버와 상기 레일지지구조물의 결합을 위한 브라켓을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 레일은, 기저부와, 상기 기저부로부터 수직으로 상방 연장되는 수직부와, 상기 수직부의 상단에 제공되는 헤드부를 포함하고, 상기 브라켓은 L자 형상을 가져, 일단부는 상기 헤드부의 일측부에 결합되고, 타단부는 상기 레일지지구조물의 상부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 스캐닝구간의 진입측에서 상기 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮되, 상기 레일커버로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사지는 진입경사부; 및 상기 스캐닝구간의 출구측에서 상기 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮되, 상기 레일커버로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사지는 출구경사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 레일을 가공하지 않아 레일의 안정성을 해치지 않으면서도 차륜표면의 결함을 스캐닝할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템의 레일커버의 사시도.
도 3은 변형예에 따른 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템의 개략도.
도 4는 도 3의 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템의 레일커버의 사시도.
도 5는 도 1의 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템의 전체적인 모습을 도시한 측면도.
도 6은 도 5에서 진입경사부를 확대도시한 사시도.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템(이하, 스캐닝 시스템)의 개략도이고, 도 2는 도 1의 스캐닝 시스템의 레일커버의 사시도이다.
레일(100)은 기저부(101), 수직부(102) 및 헤드부(103)를 포함하여 일반적인 형상을 가질 수 있다. 즉, 기저부(101)는 레일(100)의 하단부를 이룰 수 있고, 대체로 수평 방향으로 연장될 수 있다. 수직부(102)는 기저부(101)의 대략 중앙 지점에서 상방으로 수직 연장될 수 있다. 헤드부(103)는 수직부(102)의 상단에 제공될 수 있고, 헤드부(103)의 좌우 방향(X 및 –X 방향) 폭은 수직부(102)의 폭보다는 크고 기저부(101)의 폭보다는 작을 수 있다. 후술하겠지만, 레일커버(130)는 이러한 레일(100)의 헤드부(103) 위에 제공될 수 있다. 아울러, 위와 같은 레일(100)은 H빔(10) 위에 제공될 수 있다.
레일(100)의 주변에는 레일(100)을 지지하기 위한 구성이 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 경우 레일(100)의 양측에는 레일지지구조물(110, 120)이 제공될 수 있다. 레일지지구조물(110, 120)은 레일(100)의 양측에서 레일(100)을 잡아줌으로써 레일(100)이 좌우 또는 상방으로 이동되는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 레일지지구조물(110, 120)은 그 일측이 레일(100)의 기저부(101)에 접한 채 H빔(10) 위에 고정되어 레일(100)이 좌우 방향으로 이동되는 것을 막을 수 있고, 레일지지구조물(110, 120)의 레일(100) 측 단부에는 단턱(도 1 참조)이 마련되어 기저부(101)의 상방 이동을 막음으로써 궁극적으로 레일(100)의 상방 이동을 막을 수 있다.
레일(100) 위, 예를 들어 레일(100)의 헤드부(103)의 위에는 레일커버(130)가 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 레일커버(130)는 상측부(131), 제 1 날개부(132) 및 제 2 날개부(133)를 포함할 수 있다. 상측부(131)는 레일커버(130)의 상부에 위치하는 부분으로서 차륜과 직접 접할 수 있다. 제 1 날개부(132)와 제 2 날개부(133)는 각각 상측부(131)의 양측단부로부터 하방으로 연장될 수 있다. 따라서, 레일커버(130)는 전체적으로 상하로 뒤집힌 U자 형상을 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 레일커버(130)는 레일(100)의 헤드부(103)의 상면에 제공되되 헤드부(103)의 양측부를 감쌀 수 있다. 이를 위해, 상측부(131)의 폭은 헤드부(103)의 폭 이상일 수 있고, 제 1 및 2 날개부(132, 133)의 수직 방향 길이는 헤드부(103)의 수직 방향 두께 이상일 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 및 2 날개부(132, 133)의 수직 방향 길이는 헤드부(103)의 수직 방향 두께보다 큰 것으로 예시한다.
레일커버(130)의 상측부(131)에는 센서홈(135)이 함몰 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 센서홈(135)은 상측부(131)의 폭 범위 내에서 레일커버(130)의 길이 방향(Z 방향)을 따라 연장될 수 있다. 이러한 센서홈(135)에 복수의 센서모듈(미도시)이 적절한 간격을 가진 채 배치될 수 있다. 센서모듈에 대하여는 후술하기로 한다.
레일커버(130)의 양측에는 제 1 브라켓(140)과 제 2 브라켓(150)이 제공될 수 있다. 브라켓(140, 150)은 레일커버(130)와 레일지지구조물(110, 120) 간의 결합을 위한 구성일 수 있다. 예를 들어, 브라켓(140, 150)은 도시된 바와 같이 L자 형상일 수 있고, 수직면인 일단부(141, 151)는 헤드부(103)의 측부에 결합될 수 있고, 수평면인 타단부(149, 159)는 레일지지구조물(110, 120)의 상부에 결합될 수 있다. 참고로, 여기에서 말하는 결합은 직접 및 간접 결합을 모두 포함할 수 있다. 브라켓(140, 150)에 의한 레일커버(130)와 레일지지구조물(110, 120) 간의 결합에 의해 레일커버(130)는 안정적으로 레일(100) 위에 위치할 수 있다.
센서모듈은 상술한 센서홈(135)에 제공될 수 있다. 구체적으로, 복수의 센서모듈이 센서홈(135)에 서로 이격된 채 배치될 수 있다. 센서모듈은 차륜표면으로부터 소정의 정보를 획득하여 이를 전기적 신호로 변환한 후 제어부에 전달할 수 있다. 그리고, 제어부는 상기 소정의 정보를 이용하여 차륜표면의 결함을 스캐닝(검출)할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 차륜표면에 크랙 등의 결함이 존재하는지, 존재한다면 그 크기 및 정도는 어떠한지에 대한 판단을 기설정된 기준에 따라 할 수 있다.
위와 같은 센서모듈 및 제어부, 즉 차륜표면으로부터 특정 정보를 획득하여 이를 토대로 차륜표면의 결함을 스캐닝하는 기술은 이미 공지된 것인바, 자세한 설명은 생략하기로 한다. 예를 들어, 센서모듈 및 제어부는, 공개특허공보 제10-2009-0042621호 및 등록특허공보 제10-1237057호에서와 같이 차륜 및 차륜 주변의 자장 정보를 획득하여 이를 토대로 차륜표면의 결함을 검출해내는 방식일 수 있다. 이러한 경우, 센서모듈은 자기센서를 포함할 수 있다. 그 외에, 초음파, 레이저 등 다양한 공지기술을 토대로 차륜표면의 결함을 검출해낼 수 있다.
한편, 도 1에서는 센서홈(135)이 Z 방향으로 연장되다가 그 끝단에서 막힌 것으로 도시되었고, 도 2에서는 센서홈(135)이 레일커버(130) 전체에 걸쳐 Z 방향으로 연장되는 것으로 도시되었다. 뒤에서 다시 설명하겠지만, 레일커버(130)는 복수 개로 마련되어 레일(100)의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치될 수 있는데, 도 1에 도시된 레일커버(135)는 차륜표면의 결함이 스캐닝되는 스캐닝구간의 마지막 부분, 즉 스캐닝구간의 출구측에 배치되는 레일커버(135)일 수 있고, 도 2에 도시된 레일커버(135)는 스캐닝구간 중 출구측에 배치된 레일커버를 제외한 레일커버 중 어느 하나일 수 있다. 이는 도 3 및 도 4에서도 마찬가지일 수 있다.
도 3은 변형예에 따른 스캐닝 시스템의 개략도이고, 도 4는 도 3의 스캐닝 시스템의 레일커버의 사시도이다.
변형예에 따른 레일커버(230)는 도 1 및 도 2에 도시된 레일커버(130)와 센서홈이 다를 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에서의 레일커버(130)의 센서홈(135)은 상측부(131)의 대략 중앙 지점으로부터 좌우로 연장 형성되되 상측부(131)의 좌우방향 폭 범위 내에 위치하였는데, 본 변형예의 경우 센서홈(235)은 상대적으로 X 방향으로 치우친 지점으로부터 좌우로 연장 형성될 수 있고, X 방향 측 일단부는 외부와 연통될 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2에 도시된 레일커버(130)와 도 3 및 도 4에 도시된 레일커버(230)가 동시에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 레일커버(130)는 철도차량의 좌측 차륜을 지지하는 레일(100)에 제공되고, 도 3 및 도 4에 도시된 레일커버(230)는 철도차량의 우측 차륜을 지지하는 레일(100)에 제공될 수 있다.
한편, 레일커버(230)의 안정적인 고정을 위해 가압부재(160, 161)가 제공될 수 있다. 가압부재(160, 161)는 레일커버(230)의 제 1 날개부(232) 및 제 2 날개부(233) 측에 각각 제공되고, 제 1 날개부(232) 및 제 2 날개부(233)를 관통하며, 나사 운동을 통해 그 일단이 레일(100)의 헤드부(103)를 압박할 수 있다. 이로써, 레일커버(230)가 헤드부(103)에 조여지게 되고, 궁극적으로 레일커버(230)는 레일(100)의 헤드부(103) 상에서 안정적으로 고정될 수 있다. 도 3에서는 상기 가압부재(160, 161)가 볼트인 것으로 예시하였다.
도 5는 도 1의 스캐닝 시스템의 전체적인 모습을 도시한 측면도이고, 도 6은 도 5에서 진입경사부를 확대도시한 사시도이다.
스캐닝 시스템은 스캐닝구간에 해당하는 레일(100) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 결함의 원활한 검출을 위하여 철도차량이 비교적 저속으로 운행되는 영역에 제공될 수 있다. 스캐닝구간의 길이 및 센서모듈의 개수 등은 사전에 결정될 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 본 발명의 경우 레일커버(130, 230)가 레일(100) 위에 얹혀지고, 그러한 레일커버(130, 230)에 센서모듈이 배치되기 때문에, 스캐닝구간에 있어서 레일(100)의 높이는 전체적으로 증가할 수 있다. 더 정확하게 말하면, 레일(100)의 높이가 변하지는 않으나 레일(100) 위에 레일커버(130, 230)가 제공되기 때문에 철도차량은 스캐닝구간에서 비스캐닝구간 대비 보다 높은 고도에서 주행할 수 있다. 철도차량이 스캐닝구간에 원활하게 진입하고, 또 스캐닝구간으로부터 원활하게 빠져나갈 수 있도록 하기 위해, 진입경사부(170) 및 출구경사부(180)가 제공될 수 있다.
진입경사부(170)에는 경사면(171)과 수평면(172)이 형성될 수 있다. 수평면(172)은 레일커버(130)와 연결되는 부분일 수 있고, 경사면(171)은 스캐닝구간, 즉 레일커버(130)와 멀어지는 방향으로 하향 경사를 가질 수 있다. 따라서, 철도차량은 진입경사부(170)의 경사면(171)을 타고 올라와 수평면(172), 이어서 스캐닝구간(레일커버(130))을 주행할 수 있다.
출구경사부(180)의 세부적인 구조는 진입경사부(170)의 구조와 동일할 수 있다. 출구경사부(180)는 스캐닝구간의 출구측에 배치될 수 있고, 이로써 철도차량은 출구경사부(180)의 수평면 및 경사면을 따라 주행한 후 다시 레일(100) 위를 주행할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 레일(100) 위에 센서모듈이 구비된 레일커버(130, 230)가 제공되기 때문에 기존 레일(100)을 그대로 사용할 수 있다. 즉, 레일(100)의 특정 부분(예를 들면 헤드부)에 센서모듈이 배치될 홈을 형성하지 않아도 되기 때문에 기본적으로 작업시수 감소되어 보다 높은 생산성이 보장될 수 있다. 또한, 레일(100)의 형상이 원래 그대로 유지되기 때문에 레일(100)의 안정성에 어떠한 위협도 가해지지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 간편하게 레일(100) 위에 레일커버(130, 230)을 얹고 고정하는 방식이기 때문에 설치가 매우 용이하며, 스캐닝구간의 양단부에 진입경사부(170) 및 출구경사부(180)가 제공되는바 철도차량의 원활한 주행이 담보될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이고, 그와 같은 실시는 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
예를 들어, 도 3에서 설명된 가압부재(160, 161)는 도 1 및 도 2의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
100: 레일 101: 기저부
102: 수직부 103: 헤드부
110, 120: 레일지지구조물 130: 레일커버
131: 상측부 132: 제 1 날개부
133: 제 2 날개부 135: 센서홈
140: 제 1 브라켓 150: 제 2 브라켓
160, 161: 가압부재 170: 진입경사부
180: 출구경사부

Claims (7)

  1. 철도차량의 차륜표면의 결함이 스캐닝되는 스캐닝구간에 해당되는 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮는 레일커버;
    상기 스캐닝구간의 진입측에서 상기 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮되, 상기 레일커버로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사지는 진입경사부;
    상기 스캐닝구간의 출구측에서 상기 레일의 위에 제공되어 상기 레일을 덮되, 상기 레일커버로부터 멀어지는 방향으로 하향 경사지는 출구경사부;
    상기 레일커버에 배치되고, 상기 차륜표면으로부터 소정의 정보를 획득하는 센서모듈; 및
    상기 센서모듈에 의해 획득된 상기 소정의 정보를 이용하여 상기 차륜표면의 결함을 스캐닝하는 제어부를 포함하는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일은, 기저부와, 상기 기저부로부터 수직으로 상방 연장되는 수직부와, 상기 수직부의 상단에 제공되는 헤드부를 포함하고,
    상기 레일커버는 상기 헤드부의 상면 및 양측면을 감싸는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레일커버는,
    상기 차륜표면과 접촉되고, 상기 센서모듈이 배치되는 센서홈이 함몰 형성되는 상측부; 및
    상기 상측부의 양측단부로부터 각각 하방 연장되어 상기 헤드부의 양측부를 덮는 제 1 날개부 및 제 2 날개부를 포함하는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 날개부 또는 상기 제 2 날개부를 관통하며, 상기 레일커버를 상기 헤드부의 일측부로 가압하는 가압부재를 더 포함하는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레일의 적어도 일측에 제공되어 상기 레일을 지지하는 레일지지구조물; 및
    상기 레일커버와 상기 레일지지구조물의 결합을 위한 브라켓을 더 포함하는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레일은, 기저부와, 상기 기저부로부터 수직으로 상방 연장되는 수직부와, 상기 수직부의 상단에 제공되는 헤드부를 포함하고,
    상기 브라켓은 L자 형상을 가져, 일단부는 상기 헤드부의 일측부에 결합되고, 타단부는 상기 레일지지구조물의 상부에 결합되는 레일커버형 차륜표면 결함 스캐닝 시스템.

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