KR102105518B1 - 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템 - Google Patents

두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

두 개의 매니퓰레이터를 구비하는, 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템(a double-robot system for detecting a flaw of a rim or a spoke)은, 이동 트롤리(3), 승강 플랫폼(4), 리프팅 및 회전 기구(1), 및 매니퓰레이터(robot, 2)를 포함한다. 승강 플랫폼(4)은 수직 방향으로 이동 가능하게 이동 트롤리(3)와 연결된다. 리프팅 및 회전 기구(1)는 승강 플랫폼(4)에 배치된다. 휠 리프팅 아암(15)은 리프팅 및 회전 기구의 좌측 및 우측 각각에 배치된다. 휠 리프팅 아암(15)은 검사되는 휠이 위치하는 레일 상에 랩 조인트(lap joint)를 위해 이용된다. 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 전방 측 및 후방 측 각각에 고정되게 연결된다. 각 매니퓰레이터(2)에 트레드 캐리어(5)가 제공된다. 리프팅 및 회전 기구(1)에 또한 두 개의 내부 캐리어(6)가 제공된다. 결함 검출 시스템은 휠세트(wheel pair, 7)의 두 개의 휠을 동시에 검사(detect)할 수 있다. 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 전방 측 및 후방 측에 고정되어 리프팅 및 회전 기구(1)와 함께 상승할 수 있고, 리프팅 및 회전 기구(1)와 매니퓰레이터(2)의 위치는 일정하게 유지될 수 있어, 포지셔닝 정밀도를 향상시키는 것을 용이하게 한다. 휠(vehicle body)에 의해 리프팅 및 회전 기구(1)에 가해지는 힘이 휠 리프팅 아암(15)을 통해 레일로 완전히 전달됨으로써, 기초 구축물(basic construction)이 함몰되는 것을 방지한다.

Description

두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템
본 출원은, 그의 전체 개시가 참조에 의해 본 명세서에 통합된, 2016년 8월 24일에 중국 특허청에 제출된, 명칭 "두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템"의 중국특허출원 제201610721182.0호에 대한 우선권 이익을 주장한다.
본 출원은 열차 휠의 결함 검출 장치의 기술 분야, 구체적으로, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 관한 것이다.
열차 휠은 열차의 중요한 구동 구성요소(running component)로, 열차의 정상적인 운행을 위해, 휠을 분해하지 않고 정기적으로 열차 휠에 대한 초음파 결함 검출 및 유지 보수를 수행하는 것이 요구된다. 결함 검출은 결함 검출 캐리어를 운반하기 위해 자동화된 포지셔닝 기구(positioning mechanism)를 이용하여 결함 검출 캐리어가 휠의 표면에 인접하도록 배치될 수 있게 하고, 휠이 리프팅 및 회전 기구(lifting and rotating mechanism)에 의해 회전되며, 포지셔닝된(positioned) 프로브가 휠의 모든 주변을 스캔한다. 결함 검출 시스템은 프로브의 스캔 결과를 이용하여 휠의 손상 여부를 분석함으로써, 휠에 대한 결함 검출을 달성한다. 결함 검출 시스템이 휠을 분해하지 않고도 방해받지 않는 방식(unhindered manner)으로, 열차의 아래 공간에서, 결함 검출 캐리어를 정확하고 효율적으로 휠의 지정된 표면에 위치시킬 수 있는지 여부는 전체 열차의 결함 검출 신뢰성 및 결함 검출 효율성과 관련될 수 있다는 것이 알려져 있을 수 있다.
현재, 단일 캐리어를 갖는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템, 가이드 레일 형태의 두 개의 프로브 캐리어에 기초한 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템, 및 매니퓰레이터(manipulator) 형태의 두 개의 프로브 캐리어에 기초한 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템을 포함한, 결함 검출 시스템의 3가지 타입이 있다.
(1) 단일 캐리어를 갖는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템은 단일 트레드 캐리어(single tread carrier)를 구비한다. 열차의 하나의 휠세트(두 개의 휠)를 검사하는 경우, 휠 각각을 2회전시키고 두 개의 휠을 순차적으로 검사해야 한다. 아울러, 트레트 케리어의 포지셔닝(positioning) 공간이 제한되는 경우, 전체 작동 플랫폼을 180˚회전시켜 휠세트의 다른 측면에서 결함 검출 수행하여, 한정된 작동 효율을 유발한다.
(2) 두 개의 가이드 레일 타입 프로브 캐리어에 기초한 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템의 두 개의 프로브 캐리어는 리프팅 및 회전 기구의 일측에 배치된다. 검사시, 하나의 휠세트(두 개의 휠)의 결함 검출은 휠 각각을 1회전 시켜 완료될 수 있다. 다만, 결함 검출은 휠의 일측(one side)에서만 이루어질 수 있다. 포지셔닝이 일측 상 경로에서 간섭되고 방해받는 경우에는, 프로브 캐리어를 휠의 타측(another side)으로 반전시킬 필요가 있어, 작동 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한, 가이드 레일-타입 액츄에이터는 폐쇄된 보호 후드가 없기 때문에 고장률이 높다.
(3) 매니퓰레이터 형태의 두 개의 프로브 캐리어에 기초한 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템의 두 개의 프로브 캐리어는 리프팅 및 회전 기구의 양측에 배치된다. 시스템은 또한 열차의 하나의 휠세트(두 개의 휠)을 한번에 검사(detect)할 수 있다. 그러나, 시스템의 매니퓰레이터는 검사 트롤리(inspection trolley)의 차대에 장착되므로, 고정된 높이를 갖고, 현장에서 레일 높이가 변할 때 자동적으로 조절될 수 없어, 매니퓰레이터와 휠 레일(wheel rail) 사이의 정해진 위치 관계를 유지할 수 없으며, 이는 시스템이 복잡하고 끊임없이 변화하는 현장 적용 환경(ever-changing field application environments)에 적응할 수 없게 한다. 또한, 시스템의 리프팅 및 회전 기구는 트롤리의 차대에 직접 장착되고, 작은 보조 이동 트랙이 트롤리의 차대 아래에 위치한다. 휠이 리프트되는 경우, 휠세트와 리프팅 및 회전 기구 사이의 압력의 일부가 트롤리의 차대에 직접적으로 작용할 수 있으며, 또한 작은 보조 이동 트랙에 작용할 수 있어, 지면의 함몰을 야기할 수 있으며, 이는 포지션(position)을 불편하게 하고 포지셔닝의 정확도를 떨어뜨리며, 또한 잠재적인 안전 위험을 야기할 수 있다.
그러므로, 당업자에 의해 현재 해결되어야 할 기술적인 과제는 결함 검출을 용이하게 하고 높은 안전성을 갖는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템을 제공하는 것이다.
본 출원의 목적은 포지셔닝 및 결함 검출을 용이하게 할 뿐만 아니라 높은 안전성을 갖는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템을 제공하는 것이다.
전술된 과제를 해결하기 위해, 본 출원에 따라 다음의 기술적 해결 수단(technical solution)이 제공된다.
본 출원에 따라, 이동 트롤리, 승강 플랫폼, 리프팅 및 회전 기구, 및 매니퓰레이터를 포함하는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템이 제공되며, 승강 플랫폼은 이동 트롤리와 연결되어 수직 방향으로 이동 가능하다. 리프팅 및 회전 기구는 승강 플랫폼에 배치된다. 리프팅 및 회전 기구의 좌측 및 우측 각각에는 휠 리프팅 아암이 구비되고, 휠 리프팅 아암은 검사되는 휠이 위치하는 레일에 놓이도록 구성된다. 리프팅 및 회전 기구의 전방 측 및 후방 측 각각은 매니퓰레이터 중 하나와 연결된다. 각 매니퓰레이터에는 트레드 캐리어가 제공된다. 리프팅 및 회전 기구에는 두 개의 내부 캐리어가 더 제공된다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어서, 리프팅 및 회전 기구는 리프팅 및 회전 베이스와 매니퓰레이터 장착 베이스를 포함한다. 리프팅 및 회전 베이스의 전방 측 및 후방 측 각각은 매니퓰레이터 장착 베이스 중 하나에 고정되게 연결된다. 매니퓰레이터 장착 베이스에는 두 개의 매니퓰레이터 중 하나가 제공된다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어서, 리프팅 및 회전 베이스의 좌측 및 우측 각각에는 두 개의 휠 리프팅력 수용 축이 고정되게 제공된다. 휠 리프팅력 수용 축의 외주는 하나의 휠 리프팅 스윙 아암에 회전 가능하게 슬리브 결합(sleeve-coupled)된다. 휠 리프팅 스윙 아암의 각 상단부에는 휠에 접촉하기 위한 리프팅 롤러가 제공된다. 휠의 동일한 측면에 위치한 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암의 하단부는 휠 리프팅 신축 로드를 통해 연결된다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어, 휠 리프팅 신축 로드는 휠 리프팅 유압 실린더(wheel lifting oil cylinder)이다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어, 리프팅 및 회전 기구의 좌측 및 우측 각각에는 두 개의 휠 리프팅 아암이 제공된다. 휠 리프팅 아암은 신축 기구를 통해 휠이 위치한 레일과 수직한 방향으로 리프팅 및 회전 베이스에 슬라이딩 가능하게 고정된다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어서, 신축 기구는 신축 유압 실린더(telescopic oil cylinder)이다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어서, 승강 플랫폼은 승강 유압 실린더(lifting and oil cylinder)를 통해 이동 트롤리 상에 연결된다.
바람직하게는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어서, 이동 트롤리에는 수직 방향을 따라 배치되는 가이드 레일이 제공되며, 승강 플랫폼에는 슬라이딩 가능하게 가이드 레일과 협력하는 슬라이더가 제공된다.
본 출원에 따른 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템은 이동 트롤리, 승강 플랫폼, 리프팅 및 회전 기구, 및 매니퓰레이터를 포함한다. 승강 플랫폼은 이동 트롤리와 연결되어 수직 방향으로 이동 가능하다. 리프팅 및 회전 기구는 승강 플랫폼에 배치된다. 리프팅 및 회전 기구의 좌측 및 우측 각각에는 휠 리프팅 아암이 제공되고, 휠 리프팅 아암은 검사되는 휠이 위치하는 레일에 놓이도록 구성된다. 리프팅 및 회전 기구의 전방 측 및 후방 측 각각은 매니퓰레이터 중 하나와 연결된다. 각 매니퓰레이터에는 트레드 캐리어가 제공된다. 리프팅 및 회전 기구에는 두 개의 내부 캐리어가 더 제공된다. 결함 검출 시스템에는 두 개의 트레드 캐리어와 두 개의 내부 캐리어를 제공되므로, 결함 검출 시스템은 휠세트의 두 개의 휠을 동시에 검사할 수 있다. 본 해결 수단에서 매니퓰레이터는 리프팅 및 회전 기구의 전방 측 및 후방 측에 각각 고정되어 리프팅 및 회전 기구와 함께 상승할 수 있기 때문에, 리프팅 및 회전 기구의 위치에 대한 각 매니퓰레이터의 위치는 일정하게 유지될 수 있어, 포지셔닝 정밀도를 향상시키는 것을 용이하게 하고 검출 구역 내의 트랙의 함몰에 의한 매니퓰레이터의 불편한 포지셔닝에 대한 문제를 해결한다. 또한, 휠 리프팅 아암이 레일에 놓이고, 휠에 의해 리프팅 및 회전 기구에 가해지는 힘이 휠 리프팅 아암을 통해 레일로 완전히 전달되어, 이동 트롤리가 힘을 받는 것을 방지하고 인프라(infrasturcture)가 함몰되는 것을 방지한다.
본 출원의 구체예 또는 종래 기술의 기술적 해결 수단을 보다 더 명확하게 예시하기 위해, 구체예 또는 종래 기술을 설명하기 위해 참조되는 도면이 이하에서 간략하게 설명된다. 분명하게, 이하의 설명에서의 도면은 본 출원의 실시예에 불과하며, 당업자의 경우, 별도의 창의적인 노력없이 도면에 기초하여 다른 도면을 수득할 수 있다.
도 1은 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템의 전체 구조를 나타내는 개략도(schematic view)이다.
도 2는 사용 중인 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 매니퓰레이터가 생략된 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 출원의 구체예에 따른 리프팅 및 회전 기구와 승강 플랫폼 사이의 연결 관계를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 출원의 구체예에 따른 이동 트롤리에 연결된 승강 플랫폼을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 출원의 구체예에 따른 리프팅 및 회전 기구의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 출원의 구체예에 따른 휠을 하강시킨 상태의 리프팅 및 회전 기구를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 출원의 구체예에 따른 휠을 상승시킨 상태의 리프팅 및 회전 기구를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템의 레이아웃을 나타낸 개략도이다.
도 10은 제1작동모드(operation mode)에서의 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 11은 제2작동모드에서의 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 출원의 구체예에 따른 결함 검출 시스템의 매니퓰레이터 회전을 나타낸 개략도이다.
본 출원의 구체예에 따른 기술적 해결 수단은 본 출원의 구체예에 따른 도면과 함께 명확하고 완전하게 설명된다. 분명하게, 설명된 실시예들은 본 출원의 구체예의 일부에 불과하고 전부는 아니다. 창의적인 노력없이 본 출원의 구체예에 기초하여 당업자에 의해 획득되는 다른 모든 구체예는 본 출원의 보호 범위 내에 있다고 할 것이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 일 구체예에 따른 해결 수단에서, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템이 본 출원에 따라 제공되며, 이는 열차 또는 전기 동력분산식 열차(Electric Multiple Units, EMU)와 같은 레일 차량의 휠에 대한 결함 검출을 수행하기 위해 이용된다. 결함 검출 시스템은 이동 트롤리(3), 승강 플랫폼(4), 리프팅 및 회전 기구(1) 및 매니퓰레이터(2)를 포함한다. 승강 플랫폼(4)은 이동 트롤리(3)와 연결되어 수직 방향으로 이동될 수 있다. 리프팅 및 회전 기구(1)는 승강 플랫폼(4)에 제공된다. 리프팅 및 회전 기구(1)의 좌측 및 우측 각각에는 휠 리프팅 아암(15)이 제공된다. 두 개의 휠 리프팅 아암(15)은 검사되는 휠이 위치하는 레일(8)에 놓이고 연결하도록 구성된다. 리프팅 및 회전 기구(1)의 전방 측 및 후방 측 각각은 대응되는 매니퓰레이터(2)에 고정되게 연결된다. 각 매니퓰레이터(2)에는 트레드 캐리어(5)가 제공된다. 리프팅 및 회전 기구(1)에는 두 개의 내부 캐리어(6)가 더 제공된다.
구체적으로, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 및 스포크 결함 검출 시스템에 있어, 이동 트롤리(3)는 상부의 승강 플랫폼(4)과, 리프팅 및 회전 기구(1) 및 기타 구성요소들을 이동 트롤리(3) 위에 유지하고 운반하는데 이용된다. 이동 트롤리(3)는 다른 위치에 있는 휠세트(7)에 대한 결함 검출을 수행하기 위하여 검출 구역(detection trench)으로 이동된다. 승강 플랫폼(4)은 리프팅 및 회전 기구(1)를 검출 위치로 상승시키기 위해 이용되며, 이는 리프팅 및 회전 기구(1)가 휠의 검출부를 포지셔닝하는 것을 용이하게 한다. 검출이 완료되면, 리프팅 및 회전 기구(1)는 승강 플랫폼(4)과 함께 이동 트롤리(3) 상으로 하강하게 된다. 리프팅 및 회전 기구(1)는 레일에 위치 및 지지되며, 레일(8)로부터 휠세트(7)를 잭으로 들어올리고, 따라서, 리프팅 및 회전 기구(1)의 리프팅 롤러를 통해 휠을 회전시킬 수 있다. 매니퓰레이터(2)는 트레드 캐리어(5)를 휠의 트레드에 위치시켜, 회전하는 휠이 트레드 캐리어(5) 상의 프로브에 의해 검사된다. 휠의 표면은 휠의 내측으로부터 내부 캐리어(6)의 내부 프로브에 의해 검사된다.
결함 검출 시스템이 검출 구역으로 이동될 때, 검출 구역 내의 트랙 높이는 서로 다른 위치에서 30 mm 이하의 범위 내에서 변동될 수 있으며, 이는 매니퓰레이터가 이동 트롤리를 따라가면서 상하로 변동하게 되어 포지셔닝의 불편함을 야기한다. 본 해결 수단에서, 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)와 통합되어 고정될 수 있도록 설계되며, 이는 전술된 문제를 해결할 수 있다. 또한, 승강 플랫폼(4)의 높이 위치(height position)를 조정함으로써, 결함 검출 시스템은 30mm 보다 더 큰, 검출 구역 내의 트랙의 높이 오차에 적응할 수 있다. 구체적으로, 리프팅 및 회전 기구(1)가 포지셔닝된 후, 레일(8)의 위치에 대한 리프팅 및 회전 기구(1)의 상대적인 위치는 항상 고정되고, 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)에 고정되게 연결되어, 각 매니퓰레이터(2)의 베이스와 휠 사이의 거리를 비교적 일정하게 확보하여 포지셔닝 정밀도를 향상시킬 수 있다.
결함 검출 시스템에는 두 개의 트레드 캐리어(5)와 두 개의 내부 캐리어(6)가 제공되어, 휠세트(7)의 두 개의 휠을 동시에 검사할 수 있다. 본 해결 수단에서, 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 전방 측 및 후방 측에 고정되어 리프팅 및 회전 기구(1)와 함께 상승할 수 있기 때문에, 리프팅 및 회전 기구(1)에 대한 각 매니퓰레이터(2)의 위치는 변함없이 유지될 수 있어, 포지셔닝 정밀도를 향상시키는 것을 용이하게 하고 검출 구역 내의 트랙의 함몰에 의한 매니퓰레이터의 불편한 포지셔닝의 문제를 해결한다. 또한, 휠 리프팅 아암(15)은 레일에 배치되고, 휠에 의해 리프팅 및 회전 기구에 가해지는 힘이 휠 리프팅 아암을 통해 레일로 완전히 전달됨으로써, 이동 트롤리가 힘을 받는 것을 방지하고, 인프라가 함몰되는 것을 방지한다.
본 해결 수단에 있어, 매니퓰레이터(2)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 베이스에 직접적으로 고정되거나, 매니퓰레이터(2)를 장착하기 위한 장착 베이스가 리프팅 및 회전 기구(1)의 양측에 각각 제공될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 바람직하게는, 본 해결 수단에서, 리프팅 및 회전 기구(1)는 리프팅 및 회전 베이스(10) 및 매니퓰레이터 장착 베이스(23)를 포함한다. 리프팅 및 회전 베이스(10)의 전방 측 및 후방 측 각각은 하나의 매니퓰레이터 장착 베이스(23)에 고정되게 연결된다. 매니퓰레이터 장착 베이스(23)에는 하나의 매니퓰레이터(2)가 제공된다. 매니퓰레이터 장착 베이스(23)는 리프팅 및 회전 베이스(10)에 직접적으로 용접될 수 있거나, 또는 대안적으로 볼트에 의해 리프팅 및 회전 베이스(10)에 견고하게 연결될 수 있다. 물론, 마운팅 장착 베이스(23)는 리프팅 및 회전 베이스(10)와 일체형 구조로 설계될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 리프팅 및 회전 기구(1)는 본 출원에 따라 더 개선된다는 것을 주목해야 한다. 본 출원에서의 리프팅 및 회전 기구(1)는 휠 리프팅 아암(15), 휠 리프팅력 수용 축(14), 휠 리프팅 스윙 아암(13), 휠 리프팅 신축 로드, 리프팅 롤러(16) 및 기타 구성요소를 포함한다. 구체적으로, 리프팅 및 회전 베이스(10)의 좌측 및 우측 각각에는 두 개의 휠 리프팅력 수용 축(14)이 고정되게 제공된다. 휠 리프팅력 수용 축(14) 각각의 외주는 하나의 휠 리프팅 스윙 아암(13)에 회전 가능하게 슬리브 결합(sleeved)된다. 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부에는 휠을 접촉하기 위한 리프팅 롤러(16)가 제공된다. 휠의 동일한 측면에 위치한 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 하단부는 휠 리프팅 신축 로드를 통해 연결된다.
본 해결 수단에서, 휠 리프팅력 수용 축(14)의 배치(arrangement)를 용이하게 하기 위하여, 리프팅 및 회전 베이스(10)에는 휠 리프팅 크로스 빔(11)이 제공되고, 휠 리프팅 크로스 빔(11)은 리프팅 및 회전 베이스(10)에 일체로(integrally) 고정되며, 휠 리프팅 크로스 빔(11)의 연장 방향은 작동 중인 이동 트롤리(3)의 이동 방향과 동일하고, 즉 도 6에 도시된 레일(8)의 연장 방향과 동일하다. 휠 리프팅력 수용 축(14)은 리프팅 및 회전 베이스(10)에 대해 휠 리프팅 스윙 아암(13)이 회전할 수 있도록, 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 회전축으로서 역할을 한다. 휠 리프팅 스윙 아암(13)은 수직 평면 중 휠 리프팅 수용 축(14)에 회전가능하게 연결된다. 각 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 회전 평면은 검사되는 휠의 스포크가 위치하는 평면에 평행하게 배치된다. 이와 같이, 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부에 위치하는 리프팅 롤러(16)는 편리한 방식으로, 검사되는 휠의 아래에 회전가능하게 위치할 수 있으므로, 휠은 보다 용이하게 리프팅될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 휠 리프팅 아암(15)과 휠 리프팅력 수용 축(14)은 모두 리프팅 및 회전 베이스(10)에 고정되게 연결된다. 휠 리프팅력 수용 축(14)은 휠 리프팅 스윙 아암(13) 상의 휠세트(7)에 의해 가해지는 압력을 리프팅 및 회전 베이스(10)에 전달하고, 휠 리프팅 아암(15)을 통해 레일(8)까지 더 전달한다.
본 해결 수단에서, 휠 리프팅 스윙 아암(13)은 판형 부재이다. 휠 리프팅 스윙 아암(13)은 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 중간부(middle portion)를 통해 휠 리프팅력 수용 축(14)의 외주(periphery)에 슬리브 결합(sleeved)되며, 즉, 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 한 단부와 휠 리프팅력 수용 축(14)의 축 중심(axial center) 사이에 거리가 존재한다. 이와 같이, 휠 리프팅 스윙 아암(13)은 휠 리프팅력 수용 축(14)의 축 중심에 위치하는 지렛대 받침을 갖는 지렛대(lever)로서 제공될 수 있다. 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 일 단부가 이동하면, 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 타 단부는 지렛대 받침을 중심으로 회전할 수 있다. 그러므로, 본 해결 수단에서, 휠 리프팅 스윙 아암(13)을 회전 구동시키기 위한 휠 리프팅 신축 로드는 각 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 하단부에 제공되며, 휠 리프팅 신축 로드의 양단부는 각각 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 하단부에 연결된다. 이와 같이, 휠 리프팅 신축 로드가 연장되면, 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부는 서로 인접하게 되며, 휠과 접촉하는 두 개의 리프팅 롤러(16)는 지속적으로 이동하여 도 8에 도시된 바와 같이, 휠을 잭으로 밀어올릴 수 있다. 휠 리프팅 신축 로드가 수축(retract)하게 되면, 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부는 서로 이격되며, 지지되는 휠은 도 7에 도시된 바와 같이, 하강하게 된다.
리프팅 및 회전 기구(1)는 리프팅 롤러(16)가 회전할 수 있도록 구동시키기 위한 롤러 구동부(18)를 더 포함할 수 있음을 주목해야 한다. 롤러 구동부(18)가 리프팅 롤러(16)가 회전할 수 있도록 구동시키면, 리프팅 롤러(16)에 접촉된 휠세트(7)는 리프팅 롤러(16)와 함께 회전할 수 있으므로, 결함 검출 시스템은 휠의 전체 트레드와 전체 스포크에 대해 결함 검출을 수행할 수 있다. 휠세트(7)는 무거운 중량을 갖기 때문에, 이 해결 수단에서 리프팅 롤러(16)에 접촉된 휠세트(7)의 접촉 표면(contact surface)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 플랜지 슬리브(19)는 바람직하게는, 리프팅 롤러(16)의 외주 에 슬리브 결합된다.
휠 리프팅 신축 로드는 복수의 구조적 형태, 예를 들어 신축 유압 실린더, 랙 앤 피니언 신축 로드 또는 크랭크 및 커넥팅 로드 기구 등의 형태일 수 있음을 주목해야 한다. 바람직하게는, 본 해결 수단에 있어, 휠 리프팅 신축 로드는 휠 리프팅 유압 실린더(12)이다. 휠 리프팅 유압 실린더(12)의 양단부는 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 하단부에 각각 연결된다. 휠 리프팅 유압 실린더(12)는 큰 리프팅력을 제공하며, 안정적으로 작동할 수 있다.
리프팅 롤러(16)가 휠 아래에 위치 및 지지되기 전에, 우선 전체 리프팅 및 회전 기구(1)를 포지셔닝 높이(positioning height)까지 상승시킨 다음 리프팅 롤러(16)를 휠의 트레드의 전방 측 및 후방 측, 및 트레드의 아래에 분배시킬 필요가 있으며, 동시에, 휠 리프팅 아암(15)을 레일(8)에 대해 지지되도록 하여 지지부(support)를 형성할 필요가 있다는 것에 주목해야 한다. 그러므로, 리프팅 및 회전 기구(1)는 리프팅 롤러(16)와 휠 리프팅 아암(15) 및 기타 구성요소들을 휠의 아래에 배치하기 위한 포지셔닝 기구를 더 포함한다. 구체적으로, 포지셔닝 기구는 전술된 구성요소를 제 자리에서 회전시키는 회전 및 포지셔닝 기구일 수 있거나, 또는 직선적인 슬라이딩 운동을 수행하는 신축 기구일 수 있다. 바람직하게는, 본 해결 수단에서 신축 기구가 사용된다.
구체적으로, 신축 기구는 리프팅 및 회전 베이스(10)에 연결되는 일 단부와, 휠 리프팅 아암(15), 휠 리프팅 스윙 아암(13) 및 기타 구성요소에 연결되는 타단부를 구비한다. 휠 리프팅력 수용 축(14)이 안정적으로 리프팅 및 회전 베이스(10)에 연결될 수 있도록, 본 해결 수단에서는 각 휠 리프팅력 수용 축(14)의 일 단부에 크로스 빔이 더 제공된다. 크로스 빔은 신축 기구를 통해 리프팅 및 회전 베이스(10)에 슬라이딩 가능하도록 연결된다. 크로스 빔은 또한 휠 리프팅 아암(15)에 고정된다. 검출 전에, 크로스 빔은 신축 기구에 의해 휠의 내측으로 추진되고, 휠 리프팅 아암(15)은 레일(8) 위로 연장된다. 휠의 하중을 리프팅 및 회전 베이스(10)에 보다 잘 전달시키기 위해, 본 해결 수단에서 각 리프팅 롤러(16)의 아래에 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)에 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 리프팅 롤러(16)의 하부에 위치한 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)은 크로스 빔의 양 측에 분배되어, 매끄러운 연결(smooth connection)을 실현한다.
휠 내측에서 스포크의 포지셔닝 및 검출을 달성할 수 있도록, 두 개의 내부 캐리어(6)는 또한, 전술된 신축 기구를 통해 결함 검출 시스템의 좌우 방향으로 슬라이딩될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 휠 리프팅 신축 로드와 유사하게, 신축 기구는 또한, 복수의 구조적 형태, 예를 들어 신축 유압 실린더, 랙 앤 피니언 신축 로드 등의 형태일 수 있다. 바람직하게, 신축 기구는 도 6에 도시된 바와 같이, 신축 유압 실린더(17)이다.
리프팅 및 회전 기구(1)를 보다 안정적으로 레일(8)에 고정하기 위해, 본 해결 수단에서, 바람직하게, 복수의 휠 리프팅 아암(15)이 제공된다는 것에 주목해야 한다. 복수의 휠 리프팅 아암(15)은 휠세트(7)의 하중 및 리프팅 및 회전 기구(1)의 하중이 레일(8)에 보다 고르게 전달되도록 할 수 있다. 구체적으로, 본 해결 수단에서, 리프팅 및 회전 기구(1)의 좌측 및 우측 각각에는 두 개의 휠 리프팅 아암(15)이 제공되며, 두 개의 휠 리프팅 아암(15)은 전술된 신축 기구를 통해 휠이 위치한 레일(8)과 수직한 방향으로 리프팅 및 회전 베이스(10)에 슬라이딩 가능하게 고정된다.
승강 플랫폼(4)은 승강 기구를 통해 이동 트롤리(3)에 연결된다는 것에 주목해야 한다. 승강 기구는 승강 유입 실린더 또는 체인 전달 승강 기구(chain transmission lifting and lowering mechanism)일 수 있다. 바람직하게, 본 해결 수단에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 승강 기구로서 승강 유압 실린더(lifting and lowering oil cylinder)(42)가 선택된다.
승강 프로세스에서의 승강 플랫폼(4)의 평탄성(smoothness)을 향상시키기 위해, 바람직하게, 본 해결 수단에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 이동 트롤리(3)에는 수직 방향으로 배치된 가이드 레일(31)이 제공되고, 승강 플랫폼(4)에는 따라서, 슬라이딩 가능하게 가이드 레일(31)과 협력하는 슬라이더(41)가 제공된다.
도 9 내지 도 12를 참조하여, 이하에서, 하기 7개의 단계를 포함하는, 결함 검출 시스템의 작동 과정을 설명한다.
제1단계에서, 이동 트롤리(3)는 레일(8)의 연장 방향을 따라 전후로 이동하고, 리프팅 및 회전 기구(1)의 중심은 휠세트(7)의 중심 아래에 위치한다.
제2단계에서, 승강 플랫폼(4)은 승강 유압 실린더(42)를 통해 리프팅 및 회전 기구(1)를 밀어 올려(jack), 휠 리프팅 아암(15)을 레일(8)의 레일면 위에 위치시키며, 매니퓰레이터 장착 베이스(23) 및 매니퓰레이터(2)도 리프팅 및 회전 기구(1)와 함께 상승한다.
제3단계에서, 리프팅 및 회전 기구(1)는 신축 유압 실린더(17)를 통해 좌측 두 개의 휠 리프팅 아암(15)과 우측 두 개의 휠 리프팅 아암(15)을 각각 레일의 내측에 인접시킨다.
제4단계에서, 승강 유압 실린더(42)는 언로딩(unload)되고, 승강 플랫폼(4)은 하강한다. 이후, 승강 플랫폼(4) 상의 리프팅 및 회전 기구(1)와 매니퓰레이터(2) 각각의 중력 하에서, 4개의 휠 리프팅 아암(15) 모두가 레일(8)에 접촉할 때까지 리프팅 및 회전 기구(1) 전체가 하강한다. 그러면, 리프팅 및 회전 기구(1)는 더 이상 하강하지 않으며, 승강 플랫폼(4)은 승강 플랫폼(4) 상의 리프팅 및 회전 기구(1)와 매니퓰레이터(2) 각각으로부터 압력을 받지 않게 된다.
제5단계에서, 휠 리프팅 유압 실린더(12)는 연장되며, 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부는 서로 마주 보게 압착되고 휠의 트레드와 접촉하여 휠을 레일(8)로부터 들어올린다(jack). 리프팅 롤러(16)에 대한 지지력은 휠 리프팅 유압 실린더(12)로부터 발휘된다. 리프팅 롤러(16)에 작용하는 압력은 최종적으로 4개의 리프팅 아암(15)을 통해 레일(8)로 전달된다.
제6단계에서, 휠이 들어올려진 후, 내부 캐리어(6)는 휠의 내측에 위치된다.
제7단계에서, 전술된 단계들이 완료된 후, 양측에 위치한 매니퓰레이터(2) 각각은 휠세트(7)의 양측에 위치한 휠의 트레드 아래로 트레드 캐리어(5)가 위치할 수 있도록 트레드 캐리어(5)를 운반한다. 트레드 캐리어(5)의 포지셔닝이 완료된 후, 내부 캐리어(6)의 프로브 및 트레드 캐리어(5)의 프로브를 통해 휠에 대한 결함 검출이 수행될 수 있다.
트레드 캐리어(5) 및 내부 캐리어(6)는 각각 결함 검출용 프로브의 장착에 이용된다. 도 9를 참조하면, 제1매니퓰레이터(21) 및 제1매니퓰레이터(21)의 제1프로브(51)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 우측에 제공되고, 제2매니퓰레이터(22) 및 제2프로브(52)는 리프팅 및 회전 기구(1)의 좌측에 제공되며, 휠세트(7)의 양단부는 각각 제1휠(71) 및 제2휠(72)이다.
도 10을 참조하면, 제1작동모드에서, 휠세트(7)의 전방 측 및 후방 측에는 장애물이 없다. 그러므로, 리프팅 및 회전 기구(1)의 양측에 위치한 매니퓰레이터(2)는 두 개의 휠을 동시에 검사할 수 있다. 예를 들어, 제1프로브(51)는 제1휠(71)에 위치하고 제2프로브(52)는 제2휠(72)에 위치한다. 물론, 제1매니퓰레이터(21) 및 제2매니퓰레이터(22)는 교대로 180˚회전하여 두 개의 휠을 교대로 검사할 수 있다.
본 해결 수단의 포지셔닝 및 검사 방식에 의해, 동일 휠세트(7)의 두 개의 휠이 동시에 검사될 수 있으며, 이는 결함 검출 효율을 향상시킨다는 것이 알려질 수 있다.
도 11 및 도 12을 참조하면, 제2작동모드에서, 포지셔닝을 방해하는 장애물(9)이 휠세트의 일 측면에 존재하고, 예를 들어, 도 11의 제1매니퓰레이터(21)는 검출을 수행할 수 있도록 위치될 수 없다. 그러므로, 휠세트의 다른 측면에 위치한 제2매니퓰레이터(22)는 두 개의 휠을 교대로 검사하도록 도 12에 도시된 바와 같이, 제2매니퓰레이터(22)는 자유롭게 회전할 수 있어서, 제2프로브(52)가 제2휠(72) 및 제1휠(71)을 연속적으로 검사할 수 있도록, 포지셔닝될 수 있다.
본 해결 수단의, 제2작동모드에서, 포지셔닝을 방해하는 장애물(9)은 회피될 수 있고, 양측에 위치하는 매니퓰레이터(2)는 검사를 위해 자유롭게 조합되어 위치될 수 있으므로, 다능성(versatility)을 향상시킨다.
전체 열차 또는 전체 전기 동력분산식 열차(EMU)의 휠세트 결함 검출을 위해, 열차 또는 EMU의 양단부로부터 시작할 수 있고, 휠세트의 결함 검출은 전술된 두 작동모드의 조합된 검사 방식에 의해 연속적으로 수행될 수 있다.
본 출원은 다음의 장점을 갖는다.
1. 본 출원에 따른 결함 검출 시스템은 리프팅 및 회전 기구(1)의 양측에 각각 배치되는 두 개의 매니퓰레이터(2)를 구비하므로, 자유롭게 조합된 포지셔닝 방식을 가능하게 한다.
2. 본 출원에 따른 결함 검출 시스템은 높은 작동 효율을 갖고, 하나의 휠세트(7)에서의 두 개의 휠에 대한 결함 검출을 동시에 수행할 수 있다.
3. 본 출원에 따른 결함 검출 시스템은 강한 적응성을 가지므로, 휠세트(7)의 일측에 장애물(9)이 위치하는 상황을 회피할 수 있으며, 빠르고 효율적인 포지셔닝이 수행될 수 있다.
4. 포지셔닝 정확도는 높고, 매니퓰레이터 장착 베이스(23)는 리프팅 및 회전 기구(1)와 일체화된 구조를 가질 수 있으므로, 프로브의 정확한 포지셔닝을 용이하게 한다.
5. 본 출원에 따른 결함 검출 시스템은 높은 안전성을 가지고, 이동 트롤리(3)가 힘을 받는 것이 방지되므로, 잠재적인 안전 위험을 감소시킨다.
6. 본 출원에 따른 결함 검출 시스템은 현재 국내 열차 또는 현재 국내 전동차 세트의 결함 검출을 순차적으로 수행할 수 있으며, 결함 검출 시스템의 효율은 동일한 타입의 검사 장치 대비 높다.
개시된 구체예들에 대한 전술된 설명은 당업자가 본 출원을 구현하거나 사용할 수 있게 한다. 당업자는 이 구체예들에 대한 다수의 변형을 가할 수 있는 것이 명백하다. 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 출원의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구체예에서 구현될 수 있다. 그러므로, 본 출원은 본 명세서에서 설명된 이 구체예들로 한정되지 않고, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 따라야 한다.
도 1 내지 12의 참조번호
1 : 리프팅 및 회전 기구(lifting and rotating mechanism)
2 : 매니퓰레이터(manipulator)
3 : 이동 트롤리(moving trolley)
4 : 승강 플랫폼(lifting and lowering platform)
5 : 트레드 캐리어(tread carrier)
6 : 내부 캐리어(inside carrier)
7 : 휠세트(wheelset)
8 : 레일(rail)
9 : 장애물(obstacle)
10 : 리프팅 및 회전 베이스(lifting and rotating base)
11 : 휠 리프팅 크로스 빔(wheel lifting cross beam)
12 : 휠 리프팅 유압 실린더(wheel lifting oil cylinder)
13 : 휠 리프팅 스윙 아암(wheel lifting swing arm)
14 : 휠 리프팅력 수용 축(wheel lifting force receiving shaft)
15 : 휠 리프팅 아암(wheel lifting arm)
16 : 리프팅 롤러(lifting roller)
17 : 신축 유압 실린더(telescopic oil cylinder)
18 : 롤러 구동부(roller driver)
19 : 플랜지 슬리브(flange sleeve)
21 : 제1매니퓰레이터(first manipulator)
22 : 제2매니퓰레이터(second manipulator)
23 : 매니퓰레이터 장착 베이스(manipulator mounting base)
31 : 가이드 레일(guide rail)
41 : 슬라이더(slider)
42 : 승강 유압 실린더(lifting and lowering oil cylinder)
51 : 제1프로브(first probe)
52 : 제2프로브(second probe)
71 : 제1휠(first wheel)
72 : 제2휠(second wheel)

Claims (8)

  1. 이동 트롤리(3);
    승강 플랫폼(4);
    리프팅 및 회전 기구(1); 및
    두 개의 매니퓰레이터(2)를 포함하는, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템으로서,
    상기 승강 플랫폼(4)은 상기 이동 트롤리(3)와 연결되어 수직 방향으로 이동 가능하고,
    상기 리프팅 및 회전 기구(1)는 상기 승강 플랫폼(4)에 배치되며,
    상기 리프팅 및 회전 기구(1)의 좌측 및 우측 각각에는 휠 리프팅 아암(15)이 제공되고,
    상기 휠 리프팅 아암(15)은 검사되는 휠이 위치하는 레일(8)에 놓이도록 구성되며,
    상기 리프팅 및 회전 기구(1)의 전방 측 및 후방 측 각각은 상기 두 개의 매니퓰레이터 중 하나와 연결되고,
    상기 두 개의 매니퓰레이터(2) 각각에는 트레드 캐리어(5)가 제공되며, 상기 리프팅 및 회전 기구(1)에는 두 개의 내부 캐리어(6)가 더 제공되며,
    상기 리프팅 및 회전 기구(1)는 리프팅 및 회전 베이스(10) 및 매니퓰레이터 장착 베이스(23)를 포함하고,
    상기 리프팅 및 회전 베이스(10)의 전방 측 및 후방 측 각각은 상기 매니퓰레이터 장착 베이스(23) 중 하나에 고정되게 연결되며,
    상기 매니퓰레이터 장착 베이스(23) 각각에 상기 두 개의 매니퓰레이터(2) 중 하나가 제공되는 것인, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리프팅 및 회전 베이스(10)의 좌측 및 우측 각각에 두 개의 휠 리프팅력 수용 축(14)이 고정되게 제공되고,
    상기 휠 리프팅력 수용 축(14)의 외주(periphery)는 하나의 휠 리프팅 스윙 아암(13)에 회전 가능하게 슬리브 결합(sleeve-coupled)되며,
    상기 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 상단부에 상기 휠에 접촉하기 위한 리프팅 롤러(16)가 제공되며,
    상기 휠의 동일한 측면에 위치한 상기 두 개의 휠 리프팅 스윙 아암(13)의 하단부는 휠 리프팅 신축 로드를 통해 연결되는 것인, 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 휠 리프팅 신축 로드는 휠 리프팅 유압 실린더(12)인 것인,
    두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리프팅 및 회전 기구(1)의 좌측 및 우측 각각에 두 개의 휠 리프팅 아암(15)이 제공되며,
    상기 두 개의 휠 리프팅 아암(15)은 신축 기구를 통해 상기 휠이 위치한 상기 레일과 수직한 방향으로 상기 리프팅 및 회전 베이스(10)에 슬라이딩 가능하게(slidably) 고정되는,
    두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신축 기구는 신축 유압 실린더(17)인,
    두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 승강 플랫폼(4)은 승강 유압 실린더(42)를 통해 상기 이동 트롤리(3) 상에 연결되는,
    두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동 트롤리(3)에 수직 방향을 따라 배치되는 가이드 레일(31)이 제공되며,
    상기 승강 플랫폼(4)에 슬라이딩 가능하게 상기 가이드 레일(31)과 협력하는 슬라이더(41)가 제공되는,
    두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템.
KR1020187015892A 2016-08-24 2017-08-23 두 개의 매니퓰레이터를 구비하는 휠 림 및 스포크 결함 검출 시스템 KR102105518B1 (ko)

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