KR101898586B1 - 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치 - Google Patents

Abstract

검사할 레일을 따라 이동 가능한 주행바퀴가 설치되는 장치 본체와, 장치 본체의 하부에 배치되며 레일의 내부로 초음파를 발진시키고 레일 내부에 존재하는 결함에서 반사되는 초음파를 검출하는 초음파 센서유닛과, 장치 본체에 설치되어 센서유닛을 레일에 접근 및 이격 가능하게 이동시키는 센서 승강유닛과, 센서유닛에서 검출된 신호를 수신하여 레일의 결함을 판단하고 판단 정보를 출력하는 제어유닛과, 장치 본체에 설치되어 센서유닛 및 제어유닛으로 전원을 공급하는 전원공급부 및 장치 본체에 설치되어 주행바퀴가 레일을 따라 이동되도록 가이드 하는 가이드유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치가 개시된다.

Description

휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치{A PORTABLE PHASED ARRAY ULTRASOUND RAIL INSPECTION DEVICE}

본 발명은 초음파 레일 탐상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 위상배열 초음파 센서를 조합하여 레일의 균열이나 마모 등의 결함을 정밀하게 측정할 수 있는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치에 관한 것이다.

철도 레일은 차량과 궤도를 연결하는 가장 중요한 인터페이스로써 레일 품질관리는 열차 안전 운행에 있어 매우 중요한 사안이다.

차량의 반복 운행과 통과 톤수 증가로 레일에 변형이 발생할 수 있으므로 안전사고에 대비하기 위해서는 사전 점검과 예방 보수가 필수적이다. 이와 함께, 최근 철도 운송 수요 증대로 인한 철도 총연장 길이의 증가와 철도의 고속화로 궤도 성능 평가 기법 및 궤도강성 검측장비 개발 필요성이 증가하고 있다.

철도 레일에 발생한 결함은 열차 통과 시의 부하 등으로 인해 계속 진전하여 사전에 발견하여 적절한 조처를 취하지 않으면, 레일 절손 등으로 이어지게 되며, 이는 철도 탈선 등 심각한 사고를 야기하게 된다.

따라서 레일 절손에 따른 중대사고 방지를 위해서는 선제적으로 선로 장애를 파악할 필요가 있으며, 이를 위해 레일 결함탐상 검측 기술이 필요하다. 각국의 철도 운영 기관은 철도 운영 상황에 따른 맞춤형 검측시스템 개발을 위해 노력하고 있다.

철도 레일의 결함 검출을 위한 비파괴 탐상 기술로는 초음파 레일 탐상 기술이 대표적이다.

초음파 레일 탐상 기술은 레일에 초음파를 발생시켜서 레일 내부에 존재하는 결함을 검출하는 기술이다. 초음파 레일 탐상 기술은 탐촉자에서 발생한 초음파를 레일로 침투시키고 되돌아오는 초음파를 감지하여 결함을 검출한다. 즉, 레일 내부로 침투되어 진행하는 초음파의 진행 경로 상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 초음파는 반사되어 되돌아오게 되므로, 그 초음파를 감지함으로써 결함에 대한 크기와 위치를 검출할 수 있다.

현재 초음파 레일 탐상 방법은 각도별 단일 탐촉자(probe)를 사용하여 A-Scan 및 B-Scan 방식을 통해 균열을 측정하고 있다. 그런데 이러한 탐상 방법을 통해 검출된 균열은 정확한 위치나 결함의 크기를 가늠하기에 어려움이 있다. 또한, 종래의 방법은 레일수직 균열에 대한 검지 능력이 크게 떨어지는 문제가 있다.

공개특허공보 제2013-0048874호 (2013. 05. 13.)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 위상배열 초음파 탐촉자를 이용하여 레일의 결함 검출 효율을 향상시킬 수 있는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치는, 검사할 레일을 따라 이동 가능한 주행바퀴가 설치되는 장치 본체; 상기 장치 본체의 하부에 배치되며, 상기 레일의 내부로 초음파를 발진시키고 상기 레일 내부에 존재하는 결함에서 반사되는 초음파를 검출하는 초음파 센서유닛; 상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛을 상기 레일에 접근 및 이격 가능하게 이동시키는 센서 승강유닛; 상기 센서유닛에서 검출된 신호를 수신하여 상기 레일의 결함을 판단하고 판단 정보를 출력하는 제어유닛; 상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛 및 제어유닛으로 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 장치 본체에 설치되어 주행바퀴가 상기 레일을 따라 이동되도록 가이드 하는 가이드유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 레일의 상부를 따라 이동하면서 레일 내부의 결함을 용이하게 찾아 낼 수 있다.

여기서, 상기 센서유닛은 한 쌍이 상기 장치 본체의 이동방향을 따라 전후로 이격되게 배치되며, 상기 복수의 센서유닛 각각은, 상기 센서 승강유닛에 연결되는 메인블록; 상기 메인블록에 제1축방향을 기준으로 회동되어 자세 변경 가능하게 연결되는 제1축 회동브라켓; 상기 제1축 회동브라켓에 대해 제2축방향으로 회동되어 자세 변경 가능하게 연결되는 제2축 회동브라켓; 및 상기 제2축 회동브라켓에 지지되는 위상배열 초음파 탐촉자;를 포함하는 것이 바람직하다.

이로써, 위상배열 초음파의 자세를 미세 조절할 수 있게 되어 레일에 밀착되도록 한 상태로 레일을 정확하게 탐상할 수 있다.

또한, 상기 센서유닛 각각의 위상배열 초음파 탐촉자 각각의 초음파 스캔 방향은 서로 다른 것이 좋다. 이로써, 복수의 위상배열 초음파 탐촉자를 이용하여 다양한 형태 및 방향으로 형성된 결함을 효과적으로 찾아낼 수 있다.

또한, 상기 가이드유닛은 한 쌍이 마련되어 상기 장치 본체의 전방 및 후방 각각에 설치되며, 상기 각각의 가이드유닛은 상기 장치 본체에 회동 가능하게 연결되는 회동브라켓; 상기 회동브라켓에 설치되는 지지축에 설치되는 한 쌍의 가이드바퀴; 및 상기 장치 본체와 상기 회동브라켓 사이에 설치되는 볼플런저;를 포함하는 것이 좋다.

이로써, 휴대용 초음파 레일 탐상장치를 레일의 상부에서 안정된 자세로 이동하도록 가이드하면서 레일을 탐상할 수 있게 된다.

또한, 상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛이 탐상할 레일로 물을 공급하기 위한 물 공급유닛을 더 포함하는 것이 좋다.

이로써, 탐상할 레일의 표면의 이물질을 제거하여 탐상의 정밀성을 높이고, 센서와 레일 간의 마찰을 줄여주어서 센서의 손상을 방지하면서 효과적으로 탐상할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 센서 승강유닛은, 승강 프레임; 상기 승강프레임과 상기 센서유닛을 연결하는 연결바; 상기 연결바에 설치되는 탄성부재; 상기 승강프레임에 하단이 링크 연결되며 상기 장치 본체에 회동 가능하게 설치되는 링크부재; 상기 링크부재의 상단이 링크 연결되며 상기 장치 본체에 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더; 상기 슬라이더를 왕복 이동시키기 위한 조작부; 및 상기 조작부를 위치 고정하기 위한 고정부;를 포함하는 것이 좋다.

이로써, 센서유닛의 높이를 조절하여 레일 탐상시에는 하강시켜서 레일에 근접시키고, 비 탐상시에는 레일로부터 이격시켜서 안전하게 보관할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치는 전기적 펄스의 지연시간을 조절하여 위상차를 발생시킴으로써 초음파의 진행 방향과 초점 거리를 자유롭게 조절할 수 있는 복수의 트랜스듀서를 갖는 복수의 위상배열 초음파 탐촉자를 탑재한 상태로 레일을 따라 이동하면서 레일의 결함을 탐지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치는 복수의 위상배열 초음파 탐촉자를 이용하여 레일에 종방향으로 초음파를 발진시키되 서로 다른 스캔 각도로 발진시킴으로써 레일의 두부에서 레일의 다양한 방향으로의 결함(균열 등)을 효과적으로 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치가 레일 상에 위치된 상태를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치가 레일 상에 위치된 상태를 보인 개략적인 측면구성도이다.
도 3 내지 도 5 각각은 센서유닛을 발췌하여 나타내 보인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 레일 탐상장치에 구비되는 위상배열 초음파 탐촉자가 레일에 배치되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 위상배열 초음파 탐촉자의 저면을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 레일 탐상장치의 센서유닛의 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 9 및 도 10 각각은 도 1에 도시된 센서 승강유닛을 발췌하여 나타내 보인 측면도이다.
도 11 및 도 12 각각은 도 9 및 도 10에 도시된 센서 승강유닛의 개략적인 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치의 제어유닛을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 14 내지 도 17 각각은 가이드유닛을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 18은 출력부를 통해 출력되는 탐상화면의 일예를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치(100)는, 레일(10)을 따라 이동 가능한 주행바퀴(115)가 설치되는 장치 본체(110)와, 상기 장치 본체(110)에 설치되어 상기 레일(10)의 결합을 감지하기 위한 센서유닛(120)과, 상기 센서유닛(120)을 상기 레일(10)에 접근 및 이격 가능하게 이동시키는 센서 승강유닛(130)과, 상기 센서유닛(120)에서 검출된 신호를 수신하여 레일(10)의 결함을 판단하고 판단 정보를 출력하는 제어유닛(140), 장치 본체(110)에 설치되어 전원을 공급하는 전원공급부(150), 장치 본체(110)가 레일(10)을 따라 안정되게 이동되도록 가이드 하는 가이드유닛(160)을 구비한다.

상기 장치 본체(110)는 좌우 외측프레임(111)이 연결프레임(112)에 의해 연결된 구성을 가진다. 그리고 장치 본체(110)의 상부에는 손잡이(113)가 설치되고, 하부의 전방과 후방 각각에는 주행바퀴(115)가 외전 가능하게 설치된다. 주행바퀴(115)는 레일(10)의 상면을 따라 주행하도록 외측프레임(111)의 전방과 후방 각각에 회전 가능하게 설치된다.

상기 센서유닛(120) 장치 본체(110)의 하부에 설치되며, 한 쌍이 전방 및 후방 각각에 배치된다. 이러한 센서유닛(120)은 레일(10)의 내부로 초음파를 발진시키고, 레일(10) 내부로 초음파를 발진시키고 레일(10) 내부에 존재하는 결함으로부터 반사되는 초음파를 검출함으로써 레일(10)의 두부(head, 11)와 복부(web, 12) 및 저부(foot, 13) 등 레일(10) 전체에 대한 결함의 위치 및 방향을 정밀히 검측할 수 있다.

상기 각각의 센서유닛(120)은 서로 다른 방향으로 초음파를 발진하여 레일(10)을 스캔하여 두부(head, 11)와 복부(web, 12) 및 저부(foot, 13) 등 레일(10) 전체에 대한 결함의 위치 및 방향을 정밀히 검측할 수 있다.

이러한 센서유닛(120) 각각은 상기 승강유닛(130)에 연결되는 메인블록(121)과, 상기 메인블록(121)에 제1축(x) 방향을 기준으로 자세 변경 가능하게 연결되는 제1축 회동브라켓(123)과, 상기 제1축 회동브라켓(123)에 대해 제2축(y)방향을 기준으로 자세 변경 가능하게 연결되는 제2축 회동브라켓(125) 및 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')를 구비한다. 상기 메인블록(121)은 연결부재(131)에 의해 상기 승강유닛(130)에 연결되며, 승강유닛(130)의 하부에 위치된다. 메인블록(121)에는 제1축 회동브라켓(123)이 수용되어 장착되는 제1장착홀(121a)이 형성되며, 그 제1장착홀(121a)에 제1축 회동브라켓(123)이 제1축(x)을 기준으로 회동 가능하게 설치된다. 제1축 회동브라켓(123)은 내부에 제2장착홀(123a)이 관통 형성되는 사각 틀 형상을 가지며, 양단이 제1축(x)을 기준으로 회동 가능하게 메인블록(121)에 연결 지지된다.

제1축 회동브라켓(123)에 형성된 제2장착홀(123a)에는 제2축 회동브라켓(125)이 제2축(y)을 기준으로 회동 가능하게 수용되어 설치된다. 제2축 회동브라켓(125)도 사각 틀 형상을 가질 수 있으며, 양단이 제2축(y)을 기준으로 회동될 수 있게 제1축 회동브라켓(123)에 연결된다. 제2축 회동브라켓(125)에 형성된 제3장착홀(125a)에는 상기 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')가 수용되어 고정 설치되다. 여기서 상기 제1 및 제2축(x,y)은 서로 직교하는 축으로서, 상기 구성에 의하면 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')를 제1축(x) 및 제2축(y)을 기준으로 자세 조정함으로써 다양한 자세로 조절할 수 있게 된다.

상기 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 레일(10) 내부로 초음파를 발진시키고 레일(10) 내부에서 반사되는 초음파를 검출할 수 있는 복수의 트랜스듀서(127a)를 갖는다. 이들 트랜스듀서(127a)는 레일(10)의 두부(11) 상면과 마주하도록 배치된다. 복수의 트랜스듀서(127a)는 레일(10)의 두부(11)에서 저부(13)를 향해 초음파를 발진시키고, 레일(10)의 두부(11)와 복부(12) 및 저부(13)에 존재하는 결함에서 반사되는 초음파를 검출할 수 있다.

도 7을 참조하면, 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')의 트랜스듀서들(127a)은 일정한 크기(예컨대, 가로 20mm, 세로 2mm)로 이루어져 위상배열 초음파 탐촉자(127,127') 하면에 일정한 간격으로 배치된다. 복수의 트랜스듀서(127a)는 제어유닛()으로부터 제어 신호를 수신하여 각각 독립적으로 펄스 신호를 발신 및 수신할 수 있다. 일반적인 초음파 탐상 검사는 하나의 트랜스듀서를 사용하여 정해진 굴절각도로 검사를 수행하지만, 본 발명에 따른 초음파 레일 탐상장치(100)의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')들 각각은 각 트랜스듀서(127a)의 전기적 펄스의 지연시간(delay time)을 조절하여 위상차를 발생시킴으로써, 초음파의 진행 방향과 초점 거리를 자유롭게 조절할 수 있고, 레일 탐상 가능한 각도(steering angle)를 확보할 수 있다.

이러한 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 레일(10)의 두부(11)와 복부(12) 및 저부(13) 전체에 대한 초음파 탐상을 가능하게 한다. 즉, 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 전기적 펄스의 지연시간을 변화시켜 초음파의 진행 방향과 초점 거리를 조정함으로써, 레일(10) 내부 전체를 실시간으로 탐상할 수 있다. 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 각 트랜스듀서(127a)에 대한 발신 신호의 시간조절을 통해 합성된 파동을 레일(10) 내부의 원하는 방향으로 전파할 수 있는데, 이러한 트랜스듀서(127a)의 작용은 제어유닛(140)에 의해 제어될 수 있다.

또한, 각 센서유닛(120)의 위상배열 초음파 탐촉자들(127,127')은 도 8과 같이, 서로 다른 각도의 스캔범위를 갖도록 배치되어, 초음파를 발진함으로써 특정방향으로 형성된 레일의 결함을 효과적으로 탐지할 수 있게 된다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 상기 센서 승강유닛(130)은 센서유닛(120)을 선택적으로 승강 이동시켜서 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')가 레일(10)에 접촉되거나 이격되도록 하기 위한 것이다. 이러한 승강유닛(130)은 승강 프레임(131)과, 상기 승강프레임(131)과 센서유닛(120)을 연결하는 연결바(132)와, 상기 연결바(132)에 설치되는 탄성부재(133)와, 상기 승강프레임(131)의 하단이 링크 연결되며 장치 본체(110)에 고정 설치되는 고정프레임(134)에 회동 가능하게 설치되는 링크부재(135)와 상기 링크부재(135)의 상단이 링크 연결되며 상기 고정프레임(134)에 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더(136)와, 상기 슬라이더(136)를 왕복 이동시키기 위한 조작부(137) 및 상기 조작부(137)를 위치 고정하기 위한 고정부(138)를 구비한다.

상기 승강 프레임(131)은 장치 본체(130)의 하부에 배치되며, 판 구조를 가지며 상기 연결바(132)에 의해 센서유닛(120)의 메인블록(121)과 연결된다.

상기 연결바(132)의 하단은 메인블록(121)에 고정 연결되고, 상단은 승강프레임(131)을 통과하여 승강프레임(131)에 대해 상대적으로 상하 슬라이딩 가능하게 연결된다. 연결바(132)의 상단에는 걸림부재(131a, 너트 포함)가 결합된다.

승강프레임(131)과 센서유닛(120)의 메인블록(121) 사이에 위치되도록 연결바(122)에 탄성부재(123)가 설치된다. 탄성부재(123)는 코일스프링을 포함하며, 승강유닛(130)에 의해 센서유닛(120)이 레일(10)에 접촉되도록 하강시 완충작용을 하는 동시에 센서유닛(120)이 레일(10)에 밀착된 상태를 유지하도록 탄성력을 제공한다.

상기 링크부재(135)는 복수 쌍이 구비되며, 각각은 대략 중간 부분이 고정프레임(134)에 회동 가능하게 연결되고, 하단은 승강프레임(131)에 회동 가능하게 링크 연결된다. 또한, 링크부재(134)의 상단은 상기 슬라이더(136)에 링크 연결된다. 이러한 링크부재(135)의 회동자세에 따라서 상기 승강프레임(131)이 도 9와 같이 상승하거나, 도 10과 같이 하강함으로써 센서유닛(120)을 레일(10)에 접근 및 이격시킬 수 있다. 바람직하게는, 링크부재(135)는 회동중심을 기준으로 하여 대략 ' ㄴ'자 형상으로 절곡된 구조를 갖는 것이 좋다.

여기서 상기 고정프레임(134)은 소정 형상으로 형성되며, 장치 본체(110)의 하부에 고정 설치된다. 이러한 고정프레임(134)은 장치 본체(110)와 일체로 형성될 수 있고, 별도로 제작되어 결합될 수 있다.

상기 슬라이더(136)는 고정프레임(134) 상에서 왕복 이동 가능하게 설치되며, 양단이 상기 두 쌍의 링크부재(135)의 상단에 링크 연결된다. 바람직하게는, 두 쌍 각각의 링크부재(135)의 상단을 연결하는 연결축(135a)에 슬라이더(136)가 연결된다. 슬라이더(136)는 조작부(137)에 의해서 왕복 이동되면서 링크부재(135)를 연동시켜서 회동시키면서 함께 연동되어 하강되거나 상승 동작을 하게 된다.

상기 조작부(137)는 슬라이더(136)에 설치되는 랙기어(137a)와, 상기 랙기어(137a)에 기어 연결되는 작동기어(137b)와, 상기 작동기어(137b)를 회전시키기 위한 작동레버(137c)를 구비한다. 랙기어(137a)는 슬라이더(136)에 고정 설치되며, 소정 길이로 마련된다. 작동기어(137b)는 장치 본체(110)에 설치되는 고정프레임(134) 회전 가능하게 설치되며, 랙기어(137a)에 기어 연결되는 피니언기어인 것이 좋다. 상기 작동레버(137c)의 일측은 작동기어(137a) 쪽에 연결되고, 타단은 장치 본체(110)의 측면으로 돌출되게 연장된다. 여기서, 작동레버(137c)는 작동기어(137b)에 연결되는 레버 연결부재(137d)에 자세 변경 가능하게 연결된다. 바람직하게는 작동레버(137c)는 레버 연결부재(137d)에 상하로 회동 가능하게 연결되는 것이 좋다.

상기 고정부(138)는 고정프레임(134)에 연결되며, 상기 작동레버(137c)를 위치 고정시키기 위한 제1고정홈(138a)과 제2고정홈(138b) 및 가이드슬릿(138c)을 가진다. 가이드슬릿(138c)은 제1 및 제2고정홈(138a)(138b)을 연결하도록 소정 길이로 형성된다. 즉, 제1 및 제2고정홈(138a)(138b)은 가이드슬릿(138c)의 양단에서 확장되어 형성되어 작동레버(137c)가 수용되어 걸리도록 하여 움직임을 제한하는 걸림턱 역할을 한다. 작업자는 작동레버(137c)의 타단의 손잡이를 잡고 제1고정홈(138a)에서 가이드슬릿(138c) 쪽으로 밀어서 걸림 상태를 해제한 후, 반대쪽 제2고정홈(138b)으로 이동시켜서 고정하게 되면, 슬라이더(136)가 어느 한쪽 방향(도 9의 위치)으로 이동되어 위치 고정된다. 이와 같이 슬라이더(136)의 이동위치에 따라서 승강프레임(131)이 상승 또는 하강된 상태를 유지하게 되고, 센서유닛(120)은 레일(10)에 접촉되거나 이격되도록 조작할 수 있게 된다. 도 9 및 도 11은 센서유닛(120)이 레일(10)에서 이격된 상태로 위치 고정한 상태를 보인 것이고, 도 10 및 도 12는 센서유닛(120)이 하강하여 레일(10)에 접촉된 상태를 보인 것이다.

여기서 상기 고정부(138)는 고정프레임(134)에서 절곡 연장되어 일체로 형성될 수 있으며, 별도로 판 구조로 형성도어 고정프레임(134)에 결합될 수도 있다.

상기 제어유닛(140)은 장치 본체(110)에 탑재되어 센서유닛(120)의 작동을 위한 제어 신호를 센서유닛(120)에 전송하고, 센서유닛(120)의 검출 신호를 수신하여 레일(10) 내부 상태를 분석한다. 제어유닛(140)은 제어모듈(141)과, 입출력모듈(146)을 구비한다.

상기 제어모듈(141)은 신호 송수신부(142)와, 신호 제어부(143)와, 신호 처리부(144)와, 중앙 제어부(145)를 구비한다.

신호 송수신부(142)는 센서 유닛(120)에 제어 신호를 송신하고, 센서유닛(120)에서 검출한 검출 신호를 수신한다. 신호 송수신부(142)는 전원선 등을 통해 센서유닛(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 경우에 따라, 신호 송수신부(142)는 무선 통신 방식으로 센서유닛(120)과 신호를 주고받을 수 있다.

신호 제어부(143)는 센서유닛(120)의 작동을 위한 신호를 제어한다. 신호 제어부(143)의 제어 신호는 신호 송수신부(142)를 통해 센서유닛(120)의 복수의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')에 각각 전송된다. 그리고 신호 제어부(143)는 전원공급부(150)와 연결되어 전원공급부(150)에서 공급되는 전원을 전원이 필요한 부분으로 분배할 수 있다. 또한, 신호 송수신부(142)를 통해 센서유닛(120)으로부터 수신된 검출 신호가 신호 제어부(143)를 통해 신호 처리부(144)에 전송될 수 있다.

신호 처리부(144)는 신호 송수신부(142)로부터 검출 신호를 전송받아 검출 신호를 처리하여 중앙 제어부(145)로 전송한다. 또한, 신호 처리부(144)는 중앙 제어부(145)로부터 외부 입력 신호를 전송받아 처리하여 신호 제어부(143)에 전송할 수 있다.

중앙 제어부(145)는 신호 처리부(144)로부터 처리된 신호를 수신하여 레일(10)의 결함을 분석하며, 검출된 레일(10) 내부의 결함을 위치 및 종류별로 분류하여 검사자가 확인할 수 있도록 출력 신호를 상기 입출력모듈(146)로 전송할 수 있다. 이때, 중앙 제어부(145)는 볼트 홀 신호(hole signal) 등 결함이 아닌 신호를 구분하여 예외 처리하거나 별도의 코드로 정함으로써 사용자가 확인할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(145)는 입출력모듈(146)을 통해 수신되는 입력 신호를 수신하여 신호 처리부(125)에 전송할 수 있다.

상기 입출력모듈(146)은 입력부(147)와, 출력부(148)를 갖는다. 입력부(147)는 검사자로부터 외부 입력을 수신하여 제어모듈(141)에 전송한다. 출력부(148)는 제어모듈(141)로부터 출력 신호를 전송받아 레일 탐상 결과를 검사자가 확인할 수 있는 형태로 출력한다. 출력부(148)는 오실로스코프와 같이 레일(10)의 결함을 영상으로 표시하는 장치 등 다양한 구조를 취할 수 있다. 일예로서, 상기 입출력모듈(146)은 장치 본체(110)의 상부에 설치되는 모니터를 포함할 수 있으며, 모니터의 화면은 터치패널로 이루어져서, 정보의 입력 및 출력이 가능한 것이 좋다.

이 밖에 제어유닛(120)은 검출 신호 또는 검출 결과를 저장할 수 있는 저장부(149)를 포함할 수 있다. 저장부(149)는 레일(10)의 구간별 내부 상태를 파악한 데이터를 저장하고, 필요에 따라 출력부(148)를 통해 출력되도록 할 수 있다.

상기 전원공급부(150)는 장치 본체(110)에 설치되는 충전배터리를 구비하는 것이 좋다 이러한 전원공급부(150)는 장치 본체(110)에 설치되는 배터리 장착프레임(151)에 장착되어, 전원이 필요한 곳으로 전원을 공급할 수 있다.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 상기 가이드유닛(160)은 한 쌍이 마련되어, 장치 본체(110)의 전방 및 후방 각각에 설치된다. 각각의 가이드유닛(160)은 장치 본체(110)에 회동 가능하게 연결되는 회동브라켓(161)과, 상기 회동브라켓(161)에 설치되는 지지축(162)에 설치되는 한 쌍의 가이드바퀴(163)를 구비한다. 보다 구체적으로는, 회동브라켓(161)은 주행바퀴(115)의 지지축(115a)에 회동 가능하게 연결된다. 회동브라켓(161)의 일단에는 회동브라켓(161)이 레일(10)에서 이격된 위치에서 자세 고정되도록 하는 볼플런저(165)가 설치된다. 볼플런저(165)는 주행바퀴의 지지축(115a)이 연결되는 바퀴 지지프레임(116)에 대해 고정되거나 분리될 수 있는 구성을 가질 수 있다. 회동브라켓(161)의 타단에는 가이드바퀴(163)가 결합되는 가이드바퀴 지지축(162)이 연결된다. 상기 가이드바퀴(163)는 지지축(162)에 한 쌍이 이격되게 배치되며, 바람직하게는 레일(10)의 상부의 양쪽 모서리부분에 대응되는 간격으로 배치된다. 그리고 가이드바퀴(163)는 서로 마주하는 내측면(163a)이 회전중심 쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 증가하도록 형성됨으로써, 주행시 레일(10)의 양쪽 모서리부분을 따라 안정적으로 이동하도록 함으로써 주행바퀴(115)가 레일(10)의 상면에서 이탈하지 않고 레일(10)을 따라서 안정적으로 주행하도록 가이드 한다.

상기 구성의 가이드유닛(160)은 레일(10)을 탐상하기 위해서는, 도 16 및 도 17과 같이 가이드바퀴(163)를 하강시켜서 가이드바퀴(163)가 레일(10)의 상부의 양쪽 테두리에 접촉되도록 한다. 그러면, 장치 본체(110)의 전방 및 후방 각각에서 가이드바퀴들(163)이 레일(10)의 상부 양쪽 테두리를 따라 이동하면서 가이드 함으로써, 본 발명의 탐상장치(100)를 레일(10)을 따라서 안정된 자세로 이동하면서 탐상작업을 할 수 있도록 할 수 있다.

그리고 탐상작업을 하지 않을 때, 즉 보관이나 이동시에는 가이드유닛(160)을 도 14 및 도 15와 같이 자세 변경함으로써 가이드바퀴(163)가 지면 등에 닿지 않도록 하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 장치 본체(110)에 설치되어 탐지할 레일(10)로 물을 공급하기 위한 물 공급유닛(170)을 더 구비하는 것이 좋다. 도 2 및 도 14를 참조하면, 상기 물 공급유닛(170)은 장치 본체(110)에 설치되는 물탱크(171)와, 상기 물탱크(171)의 물을 레일(10)의 상면으로 공급하기 위한 물 공급라인(173)과, 물 공급라인(173)에 설치되는 조작밸브(175)를 구비한다. 물탱크(171)는 어느 한쪽으로 기울어지게 설치되거나, 또는 그 바닥면이 어느 한쪽 즉, 물 공급라인이 연결되는 배출구(171a) 쪽으로 하향경사지게 형성되는 것이 좋다. 배출구(171a)에는 물 공급라인(173)의 일단이 연결되고, 물 공급라인(173)의 타단은 장치 본체(110)의 전방부 하부 즉, 센서유닛(120)의 상류 쪽으로 연장되는 것이 좋다. 따라서 물 공급라인(173)의 타단에 마련된 물 분사부(176)에서 배출되는 물은 센서유닛(120)의 상류 쪽 레일(10)의 상면으로 공급됨으로써 센서유닛(120)이 레일(10)과 접촉시에 발생되는 마찰을 줄이고, 레일(10) 표면의 이물질을 제거하는 역할을 한다. 따라서 센서유닛(120)의 손상을 방지하고, 정확한 탐상신호를 통해 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 조작밸브(175)는 배출구(171a)에 설치되거나, 물 공급라인(173)에 설치되어 작업자가 물 배출량을 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 초음파 레일 탐상장치(100)의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 초음파 레일 탐상장치(100)는 주행바퀴(115)가 검사 대상 레일(10) 위를 따라 주행하고, 가이드바퀴(163)가 장치 본체(110)의 전방 및 후방 각각에서 레일(10)의 상부 테두리를 지지함으로써 안정된 자세로 레일(10)을 벗어나지 않고 이동하도록 하면서 레일(10)의 내부 결함을 탐상할 수 있다.

즉, 레일(10)을 탐상하고자 할 경우에는, 도 16 및 도 17과 같이 가이드바퀴(163)를 하강시켜서 레일(10)에 가이드바퀴(163)가 접촉되게 한다. 또한, 도 10과 같이, 상기 조작부(17)를 조작하여 센서유닛(120)이 하강된 상태를 유지하여 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')가 레일(10)에 접촉되도록 한다. 그리고 물 공급유닛(170)의 조작밸브(175)를 개방하여 물이 일정량씩 배출되어 레일(10)에 공급될 수 있도록 한다.

이러한 상태에서 작업자가 손잡이(113)를 잡고 장치 본체(110)를 레일(10)을 따라 주행하도록 하면서, 레일(10)의 탐상 작업을 하게 된다. 장치 본체(110)가 레일(10)을 따라 주행함에 따라, 센서유닛(120)의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 레일(10)의 상면에서 초음파를 레일(10) 내부로 발신시키고, 레일(10) 내부에서 반사되는 초음파를 검출한다.

이때, 제어유닛(140)은 전방 및 후방 각각의 센서유닛(120)의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127') 각각에 제어 신호를 전송하여 위상배열 초음파 탐촉자들(127,127')을 제어한다. 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')는 제어유닛(140)으로부터 제어 신호를 수신하고 각 트랜스듀서(127a)의 전기적 펄스의 지연시간을 조절하여 위상차를 발생시킴으로써, 초음파의 진행 방향과 초점 거리를 조절한다. 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')의 트랜스듀서들(127a)에서 발진된 초음파는 가감 현상으로 합성파를 형성하여 레일(10) 내부로 전진한다. 레일(10) 내부에 균열이나 마모 등의 결함이 존재할 경우, 결함으로부터 초음파가 반사되며, 그 반사파를 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')가 검출할 수 있다. 이때 각각의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127') 각각의 스캔 범위와 스캔 각도가 도 8에서 설명한 바와 같이, 서로 다르므로 다양한 방향 및 각도로 존재할 수 있는 결함을 효과적으로 검출할 수 있게 된다.

그리고 센서유닛(120)의 검출 신호는 제어유닛(140)의 신호 송수신부(142)를 통해 수신되어, 신호 처리부(144)에 의해 처리된 후 중앙 제어부(145)로 전송된다. 중앙 제어부(145)는 신호 처리부(144)로부터 처리된 신호를 수신하고, 검출된 레일(10) 내부의 결함을 위치 및 종류별로 분류하여 검사자가 확인할 수 있도록 출력 신호를 출력부(148)로 전송한다. 이때, 중앙 제어부(145)는 볼트 홀 신호 등 결함이 아닌 신호를 구분하여 예외 처리하거나 별도의 코드로 정함으로써 사용자가 확인할 수 있도록 한다.

중앙 제어부(145)에서 출력 신호를 수신한 출력부(148)는 현재 센서유닛(120)이 통과하는 레일(10) 부분의 결함을 영상 등의 형태로 출력할 수 있다. 이때, 검사자는 출력부(148)의 출력 결과를 확인하면서 레일(10)의 이음매부의 균열, 용접 시 발생하는 기포, 레일 마모, 균열 등 레일(10)의 결함을 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력부(148)를 통해 출력되는 탐상정보(레일 스캔정보)는 도 18에 도시된 바와 같이 화면을 통해 제공될 수 있다. 즉, 도 18은 탐상화면의 예를 보여준 것으로서, 탐상 진행시 실시간 모니터링 및 결합을 현시 가능하도록 출력할 수 있으며, 사용자가 화면에 나타나는 영상을 통해 수동으로 결함 사이즈 등을 직접 판독할 수도 있다.

또한, 각각의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')에서 스캔한 스캔 위주의 탐상화면 구성은 물론, 사용자의 선택을 통해 원하는 각도의 스캔 정보를 취득하여 출력하는 것도 가능하다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치(100)는 전기적 펄스의 지연시간을 조절하여 위상차를 발생시킴으로써 초음파의 진행 방향과 초점 거리를 자유롭게 조절할 수 있는 복수의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')를 전방 및 후방 각각에 배치하여, 서로 다른 스캔 각도로 초음파를 발진하여 레일(10)의 결함을 정밀하게 탐상할 수 있다. 즉, 각각의 위상배열 초음파 탐촉자(127,127')에서 발진시키는 초음파가 서로 다른 각도에서 발진하도록 배치함으로써, 레일(10)의 전체에 대한 탐상이 가능함은 물론, 균열의 각도와 방향에 상관없이 정밀하게 탐상할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10..레일
100..휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치
110..장치 본체 120..센서유닛
130..센서 승강유닛 140..제어유닛
150..전원공급부 160..가이드유닛
170..물 공급유닛

Claims (6)

1. 검사할 레일을 따라 이동 가능한 주행바퀴가 설치되는 장치 본체;
   상기 장치 본체의 하부에 배치되며, 상기 레일의 내부로 초음파를 발진시키고 상기 레일 내부에 존재하는 결함에서 반사되는 초음파를 검출하는 센서유닛;
   상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛을 상기 레일에 접근 및 이격 가능하게 이동시키는 센서 승강유닛;
   상기 센서유닛에서 검출된 신호를 수신하여 상기 레일의 결함을 판단하고 판단 정보를 출력하는 제어유닛;
   상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛 및 제어유닛으로 전원을 공급하는 전원공급부; 및
   상기 장치 본체에 설치되어 주행바퀴가 상기 레일을 따라 이동되도록 가이드 하는 가이드유닛;을 포함하고,
   상기 센서 승강유닛은,
   승강 프레임;
   상기 승강프레임과 상기 센서유닛을 연결하는 연결바;
   상기 연결바에 설치되는 탄성부재;
   상기 승강프레임에 하단이 링크 연결되며 상기 장치 본체에 회동 가능하게 설치되는 링크부재;
   상기 링크부재의 상단이 링크 연결되며 상기 장치 본체에 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이더;
   상기 슬라이더를 왕복 이동시키기 위한 조작부; 및
   상기 조작부를 위치 고정하기 위한 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서유닛은 한 쌍이 상기 장치 본체의 이동방향을 따라 전후로 이격되게 배치되며,
   상기 복수의 센서유닛 각각은,
   상기 센서 승강유닛에 연결되는 메인블록;
   상기 메인블록에 제1축방향을 기준으로 회동되어 자세 변경 가능하게 연결되는 제1축 회동브라켓;
   상기 제1축 회동브라켓에 대해 제2축방향으로 회동되어 자세 변경 가능하게 연결되는 제2축 회동브라켓; 및
   상기 제2축 회동브라켓에 지지되는 위상배열 초음파 탐촉자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 센서유닛 각각의 위상배열 초음파 탐촉자 각각의 초음파 스캔 방향은 서로 다른 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치.
4. 검사할 레일을 따라 이동 가능한 주행바퀴가 설치되는 장치 본체;
   상기 장치 본체의 하부에 배치되며, 상기 레일의 내부로 초음파를 발진시키고 상기 레일 내부에 존재하는 결함에서 반사되는 초음파를 검출하는 센서유닛;
   상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛을 상기 레일에 접근 및 이격 가능하게 이동시키는 센서 승강유닛;
   상기 센서유닛에서 검출된 신호를 수신하여 상기 레일의 결함을 판단하고 판단 정보를 출력하는 제어유닛;
   상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛 및 제어유닛으로 전원을 공급하는 전원공급부; 및
   상기 장치 본체에 설치되어 주행바퀴가 상기 레일을 따라 이동되도록 가이드 하는 가이드유닛;을 포함하고,
   상기 가이드유닛은 한 쌍이 마련되어 상기 장치 본체의 전방 및 후방 각각에 설치되며,
   상기 각각의 가이드유닛은 상기 장치 본체에 회동 가능하게 연결되는 회동브라켓;
   상기 회동브라켓에 설치되는 지지축에 설치되는 한 쌍의 가이드바퀴; 및
   상기 장치 본체와 상기 회동브라켓 사이에 설치되는 볼플런저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 장치 본체에 설치되어 상기 센서유닛이 탐상할 레일로 물을 공급하기 위한 물 공급유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치.
6. 삭제

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