KR102258401B1 - 전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템 - Google Patents

전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 기술은 전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템에 관한 것이다. 본 기술의 스마트 이상검지 시스템은, 레일 위를 운행 중인 전동차 하부장치들의 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템으로서, 서버; 및 상기 서버와 통신하며, 상기 전동차 아래에서 상기 전동차 하부장치들에 대한 열 화상 이미지를 획득하는 검지 장치;를 포함하되, 상기 검지 장치는, 차종 구분을 위한 차량 인식부; 및 상기 차량 인식부에서 인식된 차량 정보를 기초로 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치에 상응하는 위치(촬상 위치)로 각각 이동 및 배향되어 상기 하부장치들을 촬상하는 복수의 측정부들;을 포함한다.

Description

전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템{SMART SYSTEM FOR DETECTING ABNORMALITY OF ELECTRIC TRAIN}
본 발명은 전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 운행 중인 전동차의 하부장치에 발생하는 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전동차는 수만볼트의 고압의 전원을 이용하여 동력을 얻고, 이 동력이 모터에 의해 추진력으로 변환되어 운행된다. 그리고, 여기에는 수많은 장치들과 부품, 단품들이 기구적, 전기적으로 상호 연결되어 동작하는 바, 전동차의 정기적인 유지보수관리는 매우 중요하다.
전동차의 각종 장치 및 부품 등을 검사하기 위해서는 별도의 검사 장비가 필요한데, 기존에는 해당 검사 장비가 특정 검사 장소에 마련되어 있었고, 따라서, 전동차를 검사 장소에 입고시킨 후 검사가 진행될 필요가 있었다.
이러한 기존의 방식은 레일 위를 운행 중인 전동차에 대해서 검사가 수행되는 것이 아니라, 정차 상태의 전동차에 대해 수행되는 것으로서, 운행 중에 발생할 수 있는 여러 상황들을 반영하지 못하는 한계가 존재하게 된다.
또한, 전동차에는 각종 장치 및 부품에서부터 차륜, 팬터그래프, 제륜자를 비롯하여 많은 종류의 단품들이 부속되어 있는데, 이들 요소들의 동작간에 기구적, 전기적 상호 연결관계까지 고려하면, 이들 요소들의 종합적인 동작을 반영할 수 있는 운행 중 검사의 중요성은 더욱 부각된다.
본 발명의 발명자는 이러한 요구사항들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 실시예는 운행 중인 전동차의 하부장치에 발생하는 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템을 제공한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 스마트 이상검지 시스템은, 레일 위를 운행 중인 전동차 하부장치들의 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템으로서, 서버; 및 상기 서버와 통신하며, 상기 전동차 아래에서 상기 전동차 하부장치들에 대한 열 화상 이미지를 획득하는 검지 장치;를 포함하되, 상기 검지 장치는, 차종 구분을 위한 차량 인식부; 및 상기 차량 인식부에서 인식된 차량 정보를 기초로 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치에 상응하는 위치(촬상 위치)로 각각 이동 및 배향되어 상기 하부장치들을 촬상하는 복수의 측정부들;을 포함할 수 있다.
상기 차량 정보는 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치 정보를 포함하고, 상기 배치 위치 정보는 상기 측정부들 각각이 상기 촬상 위치로 이동 및 배향되도록 하는 이동 및 배향 정보를 포함할 수 있다.
상기 서버는 상기 인식된 차량 정보를 기초로 상기 측정부들 각각의 이동 및 배향 정보를 도출하여 상기 검지 장치로 제공하고, 상기 검지 장치는 상기 촬상 위치에서 획득한 열 화상 이미지를 상기 서버로 제공할 수 있다.
상기 복수의 측정부들 각각은, 열 화상 카메라, 상기 열 화상 카메라를 상기 전동차의 폭 방향으로 이동시키는 수평이동 구동부, 상기 열 화상 카메라를 상하로 회전시키는 상하 회전이동 구동부, 및 상기 열 화상 카메라를 좌우로 회전시키는 좌우 회전이동 구동부를 포함할 수 있다.
상기 차량 인식부는 RF 리더기를 포함하고, 상기 복수의 측정부들은 상기 전동차 하부에 배치된 전장품의 온도를 측정하는 전장품 측정부, 상기 전동차 하부에 배치된 제동장치의 온도를 측정하는 제동장치 측정부, 및 상기 전동차 하부에 배치된 기어박스의 온도를 측정하는 기어박스 측정부를 포함할 수 있다.
상기 전장품 측정부는 상기 레일의 외측에 설치되고, 상기 RF 리더기, 상기 제동장치 측정부 및 상기 기어박스 측정부는 상기 레일의 내측에 설치될 수 있다.
상기 RF 리더기는 상기 전장품 측정부, 제동장치 측정부 및 기어박스 측정부로부터 일정 거리 이격되어 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치는, 레일 위를 운행 중인 전동차 하부장치들의 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템의 검지 장치로서, 상기 전동차 아래에서 상기 전동차 하부장치들에 대한 열 화상 이미지를 획득하되, 차종 구분을 위한 차량 인식부; 및 상기 차량 인식부에서 인식된 차량 정보를 기초로 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치에 상응하는 위치(촬상 위치)로 각각 이동 및 배향되어 상기 하부장치들을 촬상하는 복수의 측정부들;을 포함할 수 있다.
본 기술은 운행 중인 전동차의 하부장치에 발생하는 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템을 제공할 수 있다.
또한 본 기술은 운행 중인 전동차 하부장치에 대한 발열 정보를 보다 정확하게 측정 및 수집함으로써 전동차 유지보수관리를 매우 용이하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동차를 위한 스마트 검지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 이동 및 배향에 따른 촬상 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 복수의 측정부들의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 검지 장치가 선로에 설치된 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 측정부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 측정부를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 복수의 측정부들 중 어느 하나의 측정부가 열 화상 이미지를 얻기 위해 촬상 위치로 이동 및 배향된 상태에서, 이 측정부의 열 화상 카메라의 측정 영역을 개략적으로 도시하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동차를 위한 스마트 이상검지 시스템(10)(이하, 설명의 편의를 위해, '스마트 검지 시스템'이라 함)의 전체적인 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스마트 검지 시스템(10)은 서버(100)와 검지 장치(200)를 포함한다.
스마트 검지 시스템(10)은 레일(20) 위를 운행 중인 전동차(30)의 하부장치들(D1, D2, D3)의 이상 발열을 검지한다. 전동차의 운행 방향이 도면에서 I방향으로 도시된다.
하부장치들은 전동차의 하부(31)에 배치된 장치들로서, 전동차의 운행에 필요한 각종 장치들을 포함한다. 예를 들어, 모터, 인버터/컨버터, 견인전동기, 집전장치, 주퓨즈, 차단기, 필터리액터, 주변압기, 보조전원장치, 축전지, 배터리, 브레이크 관련 유닛 등을 포함한다. 이하, 전장품(D1), 제동장치(D2) 및 기어박스(D3)로 참조한다. 이들은 이상여부를 판단하는데에 온도가 그 기준이 될 수 있는 장치들이다.
한편, 전동차(30)는 보통 7~10량이 1편성으로 운행되고, 각각의 량도 모두 동일하지는 않고 운전실이 있는 객차, 직접 전기를 받아 구동되는 모터가 있는 객차, 그리고 아무런 구동장치 없이 끌려다니는 객차로 나뉠 수 있으므로, 객차의 역할에 따라 객차별로 그 하부장치의 조합은 달라질 수 있다. 나아가, 전동차는 제조시점이나 제조사에 따라서 이러한 하부장치의 조합이 달리질 수 있고, 이에 따라 그 배치 위치도 변경될 수 있다. 즉, 차종별로 하부장치의 배치 위치는 변경될 수 있다.
서버(100)는 검지 장치(200)와 유/무선 네트워크를 통해 연결되어 통신한다.
따라서, 검지 장치(200)가 수집한 정보가 서버(100)로 전송되고 분석 및 활용될 수 있다.
서버(100)는 전송받은 정보를 저장하고(동영상 형태로 저장할 수 있다), 이상 발열 부분에 대해 별도의 캡쳐 화면을 저장해 둘 수 있으며(순간영상의 형태로 저장할 수 있다), 그 온도값을 시간에 따른 그래프 형태로 출력할 수도 있다(가로축을 시간, 세로축을 온도값으로 하는 그래프 형태일 수 있다). 따라서, 추후 관리자는 필요에 따라 특정 시간에 해당하는 순간영상을 확인할 수 있고, 특정 온도값을 초과하는 시간에 해당하는 순간영상을 확인할 수도 있다.
검지 장치(200)는 레일(20)에 인접하여 설치된다. 후술하는 바와 같이, 레일의 내측이나 레일의 외측에 설치될 수 있다.
검지 장치(200)는 레일에 인접하여 설치된 상태로, 진입하는 전동차의 하부장치를 촬상하여 하부장치에 대한 열 화상 이미지를 획득한다. 열 화상 이미지는 온도에 따라 다른 색으로 표현함으로써 온도 정보를 전달한다. 검지 장치는 실시간으로 진입하는 전동차의 하부장치를 촬상하여 열 화상 이미지를 연속적으로 획득할 수 있다.
검지 장치는 진입하는 전동차의 하부장치들과 간섭되지 않도록 충분히 낮게 설치되는 것이 바람직하다.
위에 언급한 바와 같이 전동차는 차종별로 하부장치의 배치 위치가 변경될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치는 차종별로 그에 맞는 촬상 위치로 이동 및 배향되어 촬상한다.
본 발명의 실시예에 따른 검지 장치는 운행 중인 전동차 아래라는 위치상의 특수한 환경을 갖고 있으므로, 그 촬상 각도 내지는 촬상 범위가 제한될 수밖에 없고, 따라서, 검지 장치는 차종별로 그에 맞는 제위치(정위치)에서 해당 차종의 하부장치를 촬상하는 것이다. 도 2에서 상술한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서버가 검지 장치의 촬상을 위한 위치(촬상 위치)를 차종별로 달리하는 데에 관여할 수 있다. 즉, 서버는 검지 장치의 촬상 위치로의 이동 및 배향을 위한 정보를 검지 장치로 제공할 수 있다.
그리고, 검지 장치는 서버로부터 제공받은 이동 및 배향 정보를 기초로 해당 위치로 이동 및 배향되어 열 화상 이미지를 획득하고, 획득된 열 화상 이미지를 서버로 전송할 수 있다.
또한, 차종 인식을 위한 정보는 검지 장치에서 인식하여 서버로 제공될 수 있다.
관제센터 서버(40)는 서버(100)와 유/무선 네트워크를 통해 연결되어 정보를 수집 및 관리한다. 관제센터는 전동차의 운행제어, 신호설비 운용, 전력계통설비 등 전동차의 운행과 관련된 요소들을 통합적으로 제어한다.
관제센터 서버에서 수집된 정보를 이용하여 관제센터는 전동차의 운행에 활용할 수 있다. 일례로, 열 화상 이미지를 관리자가 필요한 시점에 체크할 수 있도록 하고, 열 화상 이미지로부터 도출된 온도가 한계점을 넘은 경우 경보를 발생할 수도 있으며, 수집된 정보를 데이터베이스화하여 관리하면서 측정 보고서를 출력 및 기간별 모니터링을 할 수 있다.
본 발명에서는 검지 장치(200)에 의해 획득된 열 화상 이미지가 서버(100)로 전송되고, 서버는 이를 분석 및 활용하며, 다시 서버(100)에 수집된 열 화상 이미지 관련 정보들이 관제센터 서버(40)로 전송되어 관제센터 서버에서 이를 분석 및 활용하는 실시예를 중심으로 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서버의 역할을 관제센터 서버가 직접 수행할 수도 있다. 또한, 서버의 역할을 검지 장치 내에 별도로 마련된 제어부(미도시)가 직접 수행할 수도 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치(200)의 이동 및 배향에 따른 촬상 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2a 내지 도 2c에서는 설명의 편의를 위해 xyz 좌표계를 도입한다.
도 2a를 참조하면, A라는 전동차 하부에 대해 기어박스의 배치가 A1으로 표시된 영역이라면, A1을 촬상하기 위한 기본적인 촬상 위치는 그 중심에 해당하는 PA1이다. 그리고, A 전동차와는 연식 또는 제조사가 다른 B라는 전동차 하부에 대해 기어박스의 배치가 B1으로 표시된 영역이라면, B1을 촬상하기 위한 기본적인 촬상 위치는 그 중심에 해당하는 PB1이다. 따라서, A라는 전동차가 진입할 때에는 검지 장치는 A1에 초점을 맞출 수 있도록 PA1으로 이동되고, B라는 전동차가 진입할 때에는 검지 장치는 B1에 초점을 맞출 수 있도록 PB1으로 이동될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 하부장치들은 수많은 장치들로 이루어진다. 또한, 각각의 형상도 원통형, 각기둥형 등으로 제각각이며, 운행을 위한 다른 장치들(일례로, 지지 프레임, 보호 케이스, 차륜, 현가장치 등)에 의해 가려져 있을 수도 있다.
그러므로, A1을 촬상하기 위한 더 나은 촬상 위치는 그 중심으로부터 벗어난 PA1'일 수도 있다. 즉, PA1'에서 A1의 중심을 바라보도록 배향되는 것이 더 나은 촬상 위치에 해당할 수 있다. 이때, 배향 각도는 PA1' 위치에서 A1의 중심(CA1)을 바라보는 각도로 제공될 수 있다. 일례로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 배향 각도는 PA1에서 CA1을 잇는 선과, PA1'에서 CA1을 잇는 선 사이의 각도(αA1)로 정의될 수 있다.
마찬가지로, B1을 촬상하기 위한 더 나은 촬상 위치는 그 중심으로부터 벗어난 PB1'일 수도 있다. 즉, PB1'에서 B1의 중심을 바라보도록 배향되는 것이 더 나은 촬상 위치에 해당할 수 있다. 이때, 배향 각도는 PB1' 위치에서 B1의 중심(CB1)을 바라보는 각도로 제공될 수 있다. 일례로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 배향 각도는 PB1에서 CB1을 잇는 선과, PB1'에서 CB1을 잇는 선 사이의 각도(αB1)로 정의될 수 있다.
다른 예로, A1을 촬상하기 위한 더 나은 촬상 위치는 그 중심으로부터 대각선으로 벗어난 PA1''일 수도 있다. 즉, PA1''에서 A1의 중심을 바라보도록 배향되는 것이 더 나은 촬상 위치에 해당할 수 있다. 이때, 배향 각도는 두 개의 각도로 정의될 수 있는데, 그 중 하나는 PA1'' 위치에서 A1의 중심(CA1)을 바라보는 각도로 제공될 수 있다. 상술한 αA1와 동일한 방식이다. 다른 하나는 PA1'' 위치와 x축이 이루는 각도로 제공될 수 있다. 일례로, 도 2c에 도시된 바와 같이, PA1에서 PA1''를 잇는 선과, x축 사이의 각도(βA1)로 정의될 수 있다.
마찬가지로, B1을 촬상하기 위한 더 나은 촬상 위치는 그 중심으로부터 대각선으로 벗어난 PB1''일 수도 있다. 즉, PB1''에서 B1의 중심을 바라보도록 배향되는 것이 더 나은 촬상 위치에 해당할 수 있다. 이때, 배향 각도는 두 개의 각도로 정의될 수 있는데, 그 중 하나는 PB1'' 위치에서 B1의 중심(CB1)을 바라보는 각도로 제공될 수 있다. 상술한 αB1와 동일한 방식이다. 다른 하나는 PB1'' 위치와 x축이 이루는 각도로 제공될 수 있다. 일례로, 도 2c에 도시된 바와 같이, PB1에서 PB1''를 잇는 선과, x축 사이의 각도(βA)로 정의될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 이상 발열 현상이 나타나는 하부장치에 대해서는 체크를 위해 사용자에게 캡쳐 화면이 제공될 수 있는데, 해당 하부장치를 바라보는 각도가 상술한 바와 같이 두 개의 각도, 즉, α와 β를 모두 포함한다는 것은 결국 캡쳐 화면이 사시도로 제공될 수 있음을 의미하고, 따라서, 이상이 발생한 하부장치를 사용자가 보다 용이하게 식별하도록 할 수 있다.
한편, x축은 후술하는 제2 방향(II)에, y축은 후술하는 제1 방향(I)에, z축은 후술하는 제3 방향(III)에 각각 대응할 수 있다. 그리고, x축은 수평이동 구동부에 의해 열 화상 카메라가 이동하는 경로에 해당하고, 배향 각도 α와 β는 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라가 상하 및 좌우 두 방향으로 회전함으로써 반영될 수 있는 각도이다.
이와 같이, A라는 전동차의 하부장치 A1을 촬상하기 위해 A1에 초점을 맞춘다는 것은 검지 장치의 촬상 범위(화각 범위) 내에 A1의 중심이 들어오도록 검지 장치가 PA1, PA1', PA1''와 같은 촬상 위치로 이동 및 배향되는 것을 포함한다.
마찬가지로, B라는 전동차의 하부장치 B1을 촬상하기 위해 B1에 초점을 맞춘다는 것은 검지 장치의 촬상 범위에 B1의 중심이 들어오도록 검지 장치가 PB1, PB1', PB1''와 같은 촬상 위치로 이동 및 배향되는 것을 포함한다.
그리고, 이러한 이동 및 배향은 후술하는 수평이동 구동부, 상하 회전이동 구동부 및 좌우 회전이동 구동부에 의해 달성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치(200)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 복수의 측정부들(220)의 구성을 도시하는 도면이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 검지 장치가 선로에 설치된 상태를 개략적으로 도시하는 도면이다.
먼저, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 검지 장치(200)는 차량 인식부(210) 및 복수의 측정부들(220)을 포함한다. 그리고, 복수의 측정부들(220)은 전장품 측정부(220A), 제동장치 측정부(220B) 및 기어박스 측정부(220C)를 포함할 수 있다.
차량 인식부(210)는 진입하는 전동차의 차종 정보를 인식한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 차량 인식부(210)는 I방향으로 진입하는 전동차와 제일 먼저 만나도록 선로에 설치된다.
운행 중인, 즉 움직이고 있는 전동차로부터 정보를 수신해야 하므로, 근거리 무선 통신이 적용될 수 있다. RF 통신 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 차량 인식부는 RF 리더기일 수 있고, 전동차에 부착된 RF 안테나로부터 발신되는 정보를 수신하여 해당 전동차의 차종 정보를 인식할 수 있다. 이에 한정되지 않고, IR 방식, NFC 방식, 블루투스 방식 등 근거리 무선 통신을 위한 다양한 방식이 적용될 수 있다.
복수의 측정부들(220)은 전동차 아래에서 전동차 하부장치들을 촬상한다.
전장품 측정부(220A)는 전동차 하부(31)에 배치된 전장품(D1)의 온도를 측정하여 열 화상 이미지로 촬상한다. 제동장치 측정부(220B)는 전동차 하부(31)에 배치된 제동장치(D2)의 온도를 측정하여 열 화상 이미지로 촬상한다. 기어박스 측정부(220C)는 전동차 하부(31)에 배치된 기어박스(D3)의 온도를 측정하여 열 화상 이미지로 촬상한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전장품 측정부(220A)는 선로상 레일(20)의 외측에 설치되고, 차량 인식부(210), 제동장치 측정부(220B) 및 기어박스 측정부(220C)는 레일(20)의 내측에 설치될 수 있다. 차량을 인식하고, 각각의 측정 대상을 촬상하기에 최적화된 곳에 마련된다.
이때, 복수의 측정부들(220)은 차량 인식부에서 인식된 차량 정보를 기초로 전동차 하부장치들의 배치 위치에 상응하는 위치(촬상 위치)로 각각 이동 및 배향되어 하부장치들을 촬상한다.
차량 정보는 전동차의 연식, 제조사별 전동차 하부장치들의 배치 위치 정보를 포함하고, 배치 위치 정보는 측정부들 각각이 촬상 위치로 이동 및 배향되도록 하는 이동 및 배향 정보를 포함할 수 있다.
일례로, 전장품 측정부(220A)는 자신의 이동 및 배향 정보를 이용하여 전장품(D1)의 온도를 가장 잘 보여줄 수 있는 촬상 위치로 이동 및 배향된다. 제동장치 측정부(220B)는 자신의 이동 및 배향 정보를 이용하여 제동장치(D2)의 온도를 가장 잘 보여줄 수 있는 촬상 위치로 이동 및 배향된다. 기어박스 측정부(220C)는 자신의 이동 및 배향 정보를 이용하여 기어박스(D3)의 온도를 가장 잘 보여줄 수 있는 촬상 위치로 이동 및 배향된다.
여기서, 차량 인식부에서 인식된 차량 정보가 서버로 전송되면, 서버는 차량 정보를 기초로 측정부들 각각의 이동 및 배향 정보를 도출하여 측정부들로 제공하고, 측정부들은 제공받은 이동 및 배향 정보를 이용하여 촬상 위치로 이동 및 배향되는 과정이 이루어질 수 있다.
한편, 이러한 이동 및 배향에는 시간이 소요되고, 또한 차량 인식부의 차종 인식에도 시간이 소요되므로, 운행 중인 전동차의 진입 속도를 고려하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 측정부들(220)은 차량 인식부(210)로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 이동 및 배향을 위한 측정부의 구성을 보다 상세하게 살펴본다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 기어박스 측정부를 중심으로 설명하기로 하나, 나머지 측정부들에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 측정부(220C)의 구성을 도시하는 도면이다.
그리고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기어박스 측정부(220C)를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 7를 참조하면, 기어박스 측정부(220B)는 열 화상 카메라(222), 수평이동 구동부(224), 상하 회전이동 구동부(226) 및 좌우 회전이동 구동부(228)를 포함한다.
또한, 기어박스 측정부(220B)는 베이스(BA), 케이스(CA) 및 기둥(PI)을 더 포함할 수 있다.
베이스(BA)에는 열 화상 카메라(222), 수평이동 구동부(224) 및 회전이동 구동부들(226, 228)이 놓여진다. 케이스(CA)는 베이스와 결합하여 열 화상 카메라, 수평이동 구동부 및 회전이동 구동부들을 외부 환경으로부터 보호한다. 기둥(PI)은 두 개로 마련되어 베이스를 지지한다. 기둥이 선로에 직접 설치된다.
케이스(CA)에는 윈도우(WI)가 더욱 구비되어, 케이스 내 열 화상 카메라가 윈도우를 통해 외부를 촬상하도록 할 수 있다.
열 화상 카메라(222)는 측정 대상으로부터 나오는 열을 추적, 탐지하고 온도에 따라 다른 색으로 표현함으로써 그 온도를 화면으로 보여줄 수 있는 장치이다. 열 화상 카메라는 열 영상 카메라일 수도 있다.
적외선 온도계와 열 화상 카메라를 비교하면, 적외선 온도계는 측정 영역이 하나의 포인트임에 비해 열 영상 카메라는 디스플레이창을 통해 보여지는 2차원 면적에 대해 이루어진다. 따라서, 측정 지점도 적외선 온도계는 1개이지만, 열 영상 카메라는 수만~수십만개에 이른다. 영상 전체 픽셀이 각각 센서 역할을 한다. 그래서 정확도와 신뢰성이 높고, 이동 물체의 정확한 온도 측정에 적합하다.
수평이동 구동부(224)는 열 화상 카메라를 전동차(30)의 폭 방향(II, 제2 방향)으로 이동시킨다.
제2 방향(II)은 제1 방향(I)에 직교하는 방향이다. 한편, 제1 및 제2 방향에 직교하는 제3 방향(III)이 정의될 수 있다.
수평이동 구동부(224)는 제2 방향으로 연장하는 레일부(R1), 이 레일부를 따라 열 화상 카메라가 수평 이동할 수 있도록 하는 모터(M1)를 포함할 수 있다. 여기에 모터의 기어비를 변경하는 기어류(G1)가 더욱 포함될 수 있다. 또한, 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 기어류도 포함될 수 있다.
회전이동 구동부들(226, 228)도 열 화상 카메라를 회전시키는 모터, 모터의 기어비를 변경하는 기어류를 포함할 수 있다. 모터의 회전운동이 직접 열 화상 카메라의 회전운동으로 변환될 수 있다.
구체적으로, 상하 회전이동 구동부(226)는 열 화상 카메라를 상하 방향으로 회전시키는 모터(M2)를 포함할 수 있다. 이때 회전 방향은 도면에 도시된 제1 방향(I)과 제3 방향(III)을 포함하는 평면을 따르는 방향일 수 있다. 즉, 상하 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라는 이 평면상에서 회전할 수 있다. 다시 말해, 상하 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라는 상하로 회전하면서 필요에 따라 하부장치의 정면을 촬상할 수도 있고 하부장치의 저면을 촬상할 수도 있다.
상하 방향뿐만 아니라, 후술하는 좌우 회전이동 구동부에 의해 좌우 방향으로도 회전하면, 열 화상 카메라는 도면에 도시된 제2 방향(II) 방향과 제3 방향(III)을 포함하는 평면을 따르는 방향으로도 회전할 수 있다. 또한, 위 평면들 사이 평면, 즉, 제1 방향(I)과 제3 방향(III)을 포함하는 평면과 제2 방향(II) 방향과 제3 방향(III)을 포함하는 평면 사이 평면을 따르는 방향으로도 회전할 수 있다. 상하 방향으로의 회전이라는 점에서 공통된다.
상하 회전이동 구동부는 모터(M2)의 기어비를 변경하는 기어류(G2)를 더 포함할 수 있다. 제1 방향으로 진입하는 전동차에 대해 그 하부장치의 온도를 촬상하기 위한 촬상 각도는 180도 이내(예를 들어, -I방향에서 +I방향에 이르는 각도 이내)일 수 있고, 바람직하게는 90도 이내(예를 들어, -I방향에서 III방향에 이르는 각도 이내)일 수 있으며, 이때, 기어류(G2)는 모터(M2)의 회전량이, 요구되는 촬상 각도를 만족시키는 열 화상 카메라의 상하 회전량을 갖도록 할 수 있다.
유사하게, 좌우 회전이동 구동부(228)는 열 화상 카메라를 좌우 방향으로 회전시키는 모터(M3)를 포함할 수 있다. 이때 회전 방향은 도면에 도시된 제1 방향(I)과 제2 방향(II)을 포함하는 평면을 따르는 방향일 수 있다. 즉, 좌우 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라는 이 평면상에서 회전할 수 있다. 다시 말해, 좌우 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라는 좌우로 회전하면서 필요에 따라 레일 좌측을 촬상할 수도 있고 레일 우측을 촬상할 수도 있다.
좌우 회전이동 구동부는 모터(M3)의 기어비를 변경하는 기어류(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 방향으로 진입하는 전동차에 대해 그 하부장치의 온도를 촬상하기 위한 촬상 각도는 180도 이내(예를 들어, -II방향에서 +II방향에 이르는 각도 이내)일 수 있으며, 기어류(미도시)는 모터(M3)의 회전량이, 요구되는 촬상 각도를 만족시키는 열 화상 카메라의 좌우 회전량을 갖도록 할 수 있다.
이와 같이, 수평이동 구동부, 상하 회전이동 구동부 및 좌우 회전이동 구동부에 의해 열 화상 카메라는 전방위(omnidirectional)로 촬상이 가능한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 전동차 하부의 수많은 장치들에 대해서도 간섭 없이 측정 대상에 대해 최적의 열 화상 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, II방향에서의 위치(x), 상하 회전 각도(α), 좌우 회전 각도(β)로 구성된 이동 및 배향 정보를 이용하여 촬상 위치로 이동 및 배향되어 최적의 위치에서 측정 대상을 촬상할 수 있다. 일례로, (-25, -30, +45)의 이동 및 배향 정보를 이용하여, x축의 가운데를 기준으로 좌측으로 25cm만큼 수평 이동, z축을 기준으로 30°만큼 아래로 회전, x축을 기준으로 45°만큼 오른쪽으로 회전될 수 있다.
상기에서는 이동 및 배향을 위한 측정부의 구성이 기어박스 측정부를 중심으로 기술되었지만, 전장품 측정부나 제동장치 측정부의 경우에도 각각의 하부장치에 대해 최적의 열 화상 이미지를 얻기 위한 촬상 위치, 즉, 이동 및 배향 정보의 값에서만 차이를 보일 뿐 동일한 설명이 적용될 수 있는 바, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검지 장치의 복수의 측정부들 중 어느 하나의 측정부가 열 화상 이미지를 얻기 위해 촬상 위치로 이동 및 배향된 상태에서, 이 측정부의 열 화상 카메라의 측정 영역(Vi)을 개략적으로 도시하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 측정부들 중 어느 하나의 측정부는 전동차 아래에서 측정 대상(Ob)인 하부장치에 대한 열 화상 이미지를 획득할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이, 측정 대상(Ob)에 대한 최적의 열 화상 이미지를 얻기 위해, 측정부는 차량 인식부에 의해 인식된 차량 정보를 기초로 측정 대상의 배치 위치에 상응하는 촬상 위치로 이동 및 배향됨으로써, 측정부의 열 화상 카메라의 시야(Vi), 즉, 측정 영역이 완전히 측정 대상(Ob)을 포함하도록 할 수 있다.
이때, 측정부가 활용하는 이동 및 배향 정보는 상술한 예에 적용하면 (0, -60, 0)일 수 있다. 즉, x축의 가운데를 기준으로 수평이동 값은 제로(0)이고, z축을 기준으로 60°만큼 아래로 회전, 그리고 x축을 기준으로 좌우 회전이동이 제로(0)이면, 도 8에 도시된 바와 같은 열 화상 카메라 시야를 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스마트 이상검지 시스템은 운행 중인 전동차의 하부장치 이상 발열을 감지하기 위해, 선로상에 차량 인식부, 전장품 측정부, 제동장치 측정부 및 기어박스 측정부를 설치하고, 이때 측정부들에는 포지셔닝 시스템(수평이동, 상하회전, 좌우회전)을 내장하여, 차량 인식부에 의해 인식된 전동차 차종별로 최적화된 촬상 위치에서 열 화상 이미지를 획득할 수 있도록 한다. 이러한 본 발명에 따르면, 운행 중인 전동차 하부장치에 대한 발열 정보를 보다 정확하게 측정 및 수집함으로써 전동차 유지보수관리를 매우 용이하게 한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 스마트 이상검지 시스템
20 : 레일
30 : 전동차
31 : 전동차 하부
D1, D2, D3 : 하부장치들
100 : 서버
200 : 검지 장치
210 : 차량 인식부
220 : 복수의 측정부들
222 : 열 화상 카메라
224 : 수평이동 구동부
226 : 상하 회전이동 구동부
228 : 좌우 회전이동 구동부

Claims (8)

  1. 레일 위를 운행 중인 전동차 하부장치들의 이상 발열을 검지하는 스마트 이상검지 시스템으로서,
    서버; 및
    상기 서버와 통신하며, 상기 전동차 아래에서 상기 전동차 하부장치들에 대한 열 화상 이미지를 획득하는 검지 장치;를 포함하되,
    상기 검지 장치는,
    차종 구분을 위한 차량 인식부; 및
    상기 차량 인식부에서 인식된 차량 정보를 기초로 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치에 상응하는 위치(촬상 위치)로 각각 이동 및 배향되어 상기 하부장치들을 촬상하는 복수의 측정부들;을 포함하고,
    상기 차량 정보는 상기 전동차 하부장치들의 배치 위치 정보를 포함하고,
    상기 배치 위치 정보는 상기 측정부들 각각이 상기 촬상 위치로 이동 및 배향되도록 하는 이동 및 배향 정보를 포함하며,
    상기 서버는 상기 인식된 차량 정보를 기초로 상기 측정부들 각각의 이동 및 배향 정보를 도출하여 상기 검지 장치로 제공하고,
    상기 검지 장치는 상기 촬상 위치에서 획득한 열 화상 이미지를 상기 서버로 제공하며,
    상기 복수의 측정부들 각각은,
    열 화상 카메라,
    상기 열 화상 카메라를 상기 전동차의 폭 방향으로 이동시키는 수평이동 구동부,
    상기 열 화상 카메라를 상하로 회전시키는 상하 회전이동 구동부, 및
    상기 열 화상 카메라를 좌우로 회전시키는 좌우 회전이동 구동부를 포함하고,
    상기 수평이동 구동부는,
    상기 전동차의 폭방향으로 연장되는 레일부;
    상기 레일부를 따라 상기 열 화상 카메라를 이동하는 동력을 제공하는 모터;
    상기 모터의 기어비를 변경하는 기어류를 포함하고,
    상기 복수의 측정부들 각각은,
    상기 열 화상 카메라, 상기 수평이동 구동부, 상기 좌우 회전이동 구동부가 놓여지는 베이스;
    상기 베이스와 결합하여, 상기 열 화상 카메라, 상기 수평이동 구동부, 상기 좌우 회전이동 구동부를 보호하는 케이스;
    상기 베이스를 지지하는 한 쌍의 기둥을 더 포함하고,
    상기 케이스에는 상기 전동차의 폭방향으로 연장되는 윈도우가 구비되어, 상기 열 화상 카메라는 상기 윈도우를 통해 외부를 촬상하고,
    상기 차량 인식부는, 진입하는 전동차와 제일 먼저 만나도록, 상기 복수의 측정부들보다 전단에 설치되되, 상기 차량 인식부의 차종 인식에 소요되는 시간, 상기 복수의 측정부들의 이동 및 배향에 소요되는 시간, 그리고 전동차의 진입 속도를 고려하여, 상기 차량 인식부는 상기 복수의 측정부들로부터 일정 거리 이격되어 설치되는,
    스마트 이상검지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차량 인식부는 RF 리더기를 포함하고,
    상기 복수의 측정부들은 상기 전동차 하부에 배치된 전장품의 온도를 측정하는 전장품 측정부, 상기 전동차 하부에 배치된 제동장치의 온도를 측정하는 제동장치 측정부, 및 상기 전동차 하부에 배치된 기어박스의 온도를 측정하는 기어박스 측정부를 포함하는, 스마트 이상검지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전장품 측정부는 상기 레일의 외측에 설치되고,
    상기 RF 리더기, 상기 제동장치 측정부 및 상기 기어박스 측정부는 상기 레일의 내측에 설치되는, 스마트 이상검지 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
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