KR102412379B1 - 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템 - Google Patents

철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템에 관한 것이다. 철도 차량의 차축 및 차륜 다중 진단 시스템은 서로 다른 위치에 배치된 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b); 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의한 탐지 정보를 실시간으로 획득하여 탐지 데이터로 변환하는 DAQ 모듈(12); DAQ 모듈(12)로부터 전송된 탐지 데이터의 탐지 시각 및 위치를 검증하는 검증 모듈(13); 및 검증 모듈(13)로부터 전송된 검증 데이터로부터 탐지 대상에 결함 상태가 될 확률을 산출하는 결함 확률 산출 모듈(14)을 포함하고, 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)은 동기화가 되어 관련성을 가지고 작동되는 차축 또는 차륜의 상태를 탐지한다.

Description

철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템{A Multiple Diagnosing System for a Train Wheel and a Train Axle Bearing}
본 발명은 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 이동 중인 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 상태를 탐지하여 위험 수준을 결정하는 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링 다중 진단 시스템에 관한 것이다.
화물 또는 여객의 수송을 위한 철도 차량의 경우 수송 규모로 인하여 다양한 방법으로 사고 발생 가능성을 탐지하여 이에 따른 대책이 만들어질 필요가 있다. 철도 차량은 레일을 따라 운행이 되므로 철도 사고는 부품의 노후화 또는 결함으로 인하여 발생될 수 있고, 주로 차륜 또는 차축에서 발생되는 결함이 원인이 되므로 차축 또는 차륜의 상태가 미리 탐지될 필요가 있다. 이와 같은 결함은 다양한 형태로 발생되면서 외관 검사에 의하여 식별되기 어렵고, 하나의 철도 차량에 다수 개의 차륜 또는 차축이 결합되어 있으므로 검사가 동시에 이루어지기 어렵다. 철도 차량의 부품의 탐지 및 진단과 관련된 선행기술로 미국특허등록번호 US 6,951,132는 철도 차량의 진입 속도 및 진동 주파수를 탐지하여 철도 차량의 결함을 탐지하는 기술에 대하여 개시한다. 또한 미국특허공개번호 US20170210401은 철도 차량 및 노선에 설치된 센서를 통하여 차체별 차량의 이상 상태를 탐지하면서 관리 시스템과 무선 통신이 가능한 기술에 대하여 개시한다. 철도 차량의 부품에 대한 결함은 다양한 형상으로 발생될 수 있고, 선로 또는 주변 환경에 따라 결함에 따른 작동 상태가 변할 수 있으므로 다양한 매개변수에 기초하여 탐지될 필요가 있다. 또한 하나의 부품에 대한 탐지가 다면적으로 이루어지면서 서로 연동되어 작동되는 차륜 또는 차축의 작동 상태가 동시에 탐지되어 진단될 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 탐지 및 진단 기술에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: US 6,951,132(General Electric Company, 2004년12월30일 공개) Rail and Train Monitoring System and Method 선행기술 2: US 20170210401(International Electronic Machines Corporation, 2017년07월27일 공개) Railway Vehicle Operations Monitoring
본 발명의 목적은 서로 관련성을 가지고 작동되는 차축 또는 차륜의 상태를 적어도 두 개의 탐지 모듈에서 실시간으로 탐지하고, 탐지 정보에 기초하여 차륜 또는 차축 베어링의 위험 수준을 산출하는 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 철도 차량의 차축 및 차륜 다중 진단 시스템은 서로 다른 위치에 배치된 적어도 두 개의 탐지 모듈; 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의한 탐지 정보를 실시간으로 획득하여 탐지 데이터로 변환하는 DAQ 모듈; DAQ 모듈로부터 전송된 탐지 데이터의 탐지 시각 및 위치를 검증하는 검증 모듈; 및 검증 모듈(13)로부터 전송된 검증 데이터로부터 탐지 대상에 결함 상태가 될 확률을 산출하는 결함 확률 산출 모듈을 포함하고, 적어도 두 개의 탐지 모듈은 동기화가 되어 관련성을 가지고 작동되는 차축 또는 차륜의 상태를 탐지한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적어도 두 개의 탐지 모듈은 선로의 서로 마주보는 위치에 배치되어 이동 상태에 있는 차축 또는 차륜을 차례대로 또는 동시에 탐지한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 시간의 경과에 따른 위험 수준을 산출하는 시간 가중 위험도 모듈을 더 포함하고, 시간 가중 위험도 모듈과 결함 확률 산출 모듈로부터 전송된 데이터로부터 차륜 또는 차축 상태의 심각 수준이 산출된다.
본 발명에 따른 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템은 다수 개의 탐지 모듈에 의하여 동일 또는 관련 부품의 작동 상태를 동시에 탐지하고, 서로 다른 시간 대역에서 탐지된 정보를 누적하여 위험도를 산출하여 진단 신뢰성이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 다중 진단 시스템은 운행 과정에서 하나의 철도 차량에 배치된 다수 개의 차축 또는 차륜의 상태를 탐지하는 것에 의하여 동일한 작동 조건에서 서로 다른 차축 또는 차륜의 상태가 탐지되어 결함 탐지가 용이하도록 한다. 본 발명에 따른 다중 진단 시스템은 다양한 종류의 철도 차량에 적용되어 철도 차량의 유지 및 보수 과정의 자동화가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 시스템에서 탐지 정보가 획득되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 시스템에서 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 진단 시스템이 철도 차량의 진단에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 진단 시스템에 의하여 차륜 또는 차축의 진단이 진행되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템은 서로 다른 위치에 배치된 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b); 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의한 탐지 정보를 실시간으로 획득하여 탐지 데이터로 변환하는 DAQ 모듈(12); DAQ 모듈(12)로부터 전송된 탐지 데이터의 탐지 시각 및 위치를 검증하는 검증 모듈(13); 및 검증 모듈(13)로부터 전송된 검증 데이터로부터 탐지 대상에 결함 상태가 될 확률을 산출하는 결함 확률 산출 모듈(14)을 포함하고, 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)은 동기화가 되어 관련성을 가지고 작동되는 차륜 또는 차축 베어링의 상태를 탐지한다.
철도 차량의 차륜 및 차축 베어링의 다중 진단 시스템은 예를 들어 운행을 마치고 열차의 차량 정비 또는 대기를 위하여 차고로 이동되는 열차의 차륜 또는 차축 베어링의 상태를 탐지할 수 있다. 차고로 이동되는 차량은 예를 들어 5 내지 30 km/h의 저속으로 이동이 되므로 측정이 용이하다는 이점을 가진다. 또한 열차의 정비 과정이 진행되기 이전에 미리 열차의 차륜 또는 차축 베어링에 대한 진단이 이루어질 수 있다는 장점을 가진다. 탐지 대상이 되는 부품은 차륜 또는 차축 베어링이 될 수 있지만 이에 제한되지 않고, 대차 또는 이와 유사한 부품이 될 수 있다. 부품의 상태를 탐지하는 탐지 모듈은 선로에 배치되거나, 선로의 주위에 설치될 수 있고, 예를 들어 중력, 응력 또는 진동의 탐지를 위한 모듈이 선로에 배치될 수 있다. 또한 차륜 또는 베어링의 온도, 소음, 진동 또는 이동에 따른 변위의 탐지를 위한 탐지 유닛에 선로 주위 또는 선로 변에 설치될 수 있다. 선로 또는 선로 변에 설치된 탐지 유닛은 실시간으로 측정될 수 있고, 탐지 유닛에서 탐지된 정보는 처리 가능한 전기 신호로 변환되어 적절한 중계 수단을 통하여 정보 처리 수단으로 전송되어 분석될 수 있다. 선택적으로 탐지 정보는 열차에 설치된 탐지 수단을 통하여 획득될 수 있고, 다중 진단 시스템은 차량 또는 차량 운행 제어 시스템과 데이터 통신이 가능한 구조를 가질 수 있다. 다양한 속도로 이동되는 다양한 종류의 철도 차량에 진단 시스템이 적용될 수 있고, 본 발명은 이에 의하여 제한되지 않는다.
적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)의 각각은 적어도 하나의 탐지 유닛을 포함할 수 있고, 서로 다른 탐지 모듈(11a, 11b)은 적어도 하나의 동일한 탐지 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어 각각의 탐지 모듈(11a, 11b)은 예를 들어 모두 레이저 유닛을 포함할 수 있고, 또한 각각이 레일에 로드 셀이 설치되고, 각각의 레일에 설치된 로드 셀이 서로 다른 탐지 모듈(11a, 11b)에 포함될 수 있다. 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)의 적어도 하나는 레일의 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다. 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의하여 철도 차량의 각각의 차륜 또는 차축 베어링의 상태가 탐지될 수 있고, 탐지 정보가 DAQ(Data Acquisition) 모듈(12)로 전송될 수 있다. 탐지 정보는 실시간으로 탐지되어 DAQ 모듈(12)로 전송될 수 있고, DAQ 모듈(12)에 의하여 탐지 정보가 전기적으로 또는 전자 기기에 의하여 처리 가능한 탐지 데이터로 변환될 수 있다. 예를 들어 DAQ 모듈(12)에 의하여 탐지 정보가 탐지 시각에 대한 정보와 함께 탐지가 된 차륜 또는 차축 베어링의 정보가 결합될 수 있다. 이와 같이 시각 정보 및 탐지 대상에 대한 정보가 결합된 탐지 정보가 탐지 데이터가 될 수 있고, DAQ 모듈(12)에 의하여 생성된 탐지 데이터가 검증 모듈(13)로 전송될 수 있다. 검증 모듈(13)은 탐지 데이터의 오류를 검증하는 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 탐지 정보에 결합된 시각 정보 또는 탐지 대상의 오류를 확인하는 기능을 가질 수 있다. 검증 모듈(13)은 레일의 맞은편에 위치하는 서로 다른 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에서 탐지된 탐지 데이터를 시간 대역에 따라 매칭을 시키는 기능을 가질 수 있다. 검증 모듈(13)에 의하여 동일한 시각에 탐지된 탐지 데이터를 매칭을 시켜 한 쌍의 탐지 데이터로 만들 수 있다. 이와 같이 검증 모듈(13)에 의하여 생성된 매칭 탐지 데이터가 결함 확률 산출 모듈(14)로 전송될 수 있다. 매칭 탐지 데이터는 다양한 방법으로 생성될 수 있고, 예를 들어 서로 인접하는 두 개의 차축 또는 두 개의 차축에 의하여 회전되는 네 개의 차륜이 매칭 탐지 데이터로 만들어질 수 있다. 그리고 검증 모듈(13)에 의하여 만들어진 매칭 탐지 데이터가 결함 확률 산출 모듈(14)로 전송될 수 있다. 결함 확률 산출 모듈(14)은 매칭 탐지 데이터를 분석하여 각각의 탐지 대상이 결함 상태에 있는 확률을 산출할 수 있다. 예를 들어 레일의 맞은편에 위치하는 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)의 탐지 시각이 동기화가 될 수 있고, 하나의 차축에 의하여 회전되는 두 개의 차륜이 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의하여 탐지되어 하나의 매칭 탐지 데이터로 만들어질 수 있다. 서로 인접하여 배치된 두 개의 차축이 하나의 매칭 탐지 데이터로 만들어질 수 있다. 또는 하나의 차축에 대하여 서로 다른 탐지 모듈(11a, 11b)에 의하여 탐지된 탐지 정보가 하나의 매칭 탐지 데이터로 만들어질 수 있다. 그리고 이와 같이 만들어진 탐지 데이터에 대하여 각각의 차축 또는 차륜이 결함을 가질 확률이 결함 확률 산출 모듈(14)에 의하여 산출될 수 있다. 탐지 정보는 다양한 방법으로 처리될 수 있고, 탐지 데이터의 처리 결과에 기초하여 결함 확률 산출 모듈(14)은 다양한 방법으로 차륜 또는 차축의 결함을 탐지할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 시스템에서 탐지 정보가 획득되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 시간의 경과에 따른 위험 수준을 산출하는 시간 가중 위험도 모듈(28)을 더 포함하고, 시간 가중 위험도 모듈(28)에 의하여 결함 확률 산출 모듈(14)로부터 전송된 데이터로부터 차륜 또는 차축 베어링 상태의 심각 수준이 결정된다. 하나의 대차(21)에 배치된 두 개의 차축(26a 내지 26d) 또는 네 개의 차륜(22a 내지 22d)에 대한 탐지 정보가 DAQ 모듈(12)로 전송될 수 있다. 대차(21)의 중심에 균형 탐지 유닛(23)이 배치되어 탐지 과정에서 대차의 경사 수준이 탐지될 수 있고, 균형 탐지 유닛(23)은 예를 들어 3축 가속도 센서와 같은 것이 될 수 있다. 또한 각각의 대차(21) 또는 각각의 차륜(22a 내지 22d)에 식별 코드(24)가 부착되어 서로 다른 시각에 탐지 모듈(11a, 11b)에 의하여 탐지되는 대차(21) 또는 차륜(22a, 내지 22d)이 식별될 수 있다. 적어도 두 개의 대차가 서로 연결된 대차 그룹(25)에 배치된 다수 개의 차축(26a 내지 26d) 및 다수 개의 차륜(22a 내지 22d)에 대한 탐지 정보가 DAQ 모듈(12)로 전송될 수 있다. 레일 주변에 데이터 중계/분류 유닛(27)이 배치될 수 있고, 데이터 중계/분류 유닛(27)은 위에서 설명된 검증 모듈의 일부를 형성할 수 있다. 데이터 중계/분류 유닛(27)에 의하여 분류된 탐지 정보가 시간 가중 위험도 유닛(28)으로 전송될 수 있다. 시간 가중 위험도 유닛(28)은 이전 탐지 정보와 현재 탐지 정보의 대비에 의하여 결정될 수 있고, 각각의 차륜(22a 내지 22d), 차축(26a 내지 26d) 또는 차축 베어링에 대하여 결정될 수 있다. 탐지 대상에 대하여 시간의 경과에 따른 각각의 탐지 정보 변화량이 산출될 수 있고, 탐지 정보 변화량의 변화 추이에 기초하여 시간 가중 위험 수준이 결정될 수 있다. 이와 같은 과정이 아래에서 설명된다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 시스템에서 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면 결함 확률 유닛(31)에 의하여 각각의 차륜 또는 차축 베어링에서 결함이 발생될 확률이 산출될 수 있고, 결함 확률 유닛(31)은 위에서 설명된 결함 확률 산출 모듈의 일부를 형성할 수 있다. 결함 확률 유닛(31)은 각각의 탐지 대상에서 발생되는 비정상 상태 정보의 발생 빈도, 주기 특성 및 시간 간격에 기초하여 각각의 탐지 대상에 대한 결함 확률을 산출할 수 있다. 또한 비정상 상태 정보의 최대 크기에 따라 결정될 수 있고, 예를 들어 결함을 나타내는 비정상 탐지 정보는 여러 번 탐지가 되고, 각각의 탐지에서 최대가 되는 값이 다른 탐지 값에 비하여 상대적으로 매우 크다면 결함 확률이 높아질 수 있다. 이와 같이 동일한 탐지 대상에 대한 다양한 탐지 매개변수에 대하여 서로 다른 가중치가 인가되고, 각각의 탐지 매개변수의 변화량, 탐지 횟수, 탐지 시간 간격 또는 최대값에 의하여 결함 확률이 산출될 수 있다. 각각의 탐지 대상에 대한 결함 확률은 다양한 기준에 따라 결정될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 설명된 것과 같은 방법으로 시간 가중 위험도 모듈(28)에 의하여 위험도가 산출될 수 있고, 결함 확률 유닛(31)과 시간 가중 위험도(28)에 의하여 각각 산출된 결함 확률 및 위험도가 심각도 산출 유닛(32)으로 전송될 수 있다. 심각도 산출 유닛(32)은 예를 들어 각각의 탐지 대상에 대하여 결함 확률 및 시간 가중 위험 수준을 결정할 수 있다. 그리고 각각의 탐지 대상에 대하여 결정된 결함 확률 및 가중 위험 수준이 평균값 카운터(33)로 전송될 수 있다. 평균 값 카운터(33)는 각각의 탐지 대상에 대한 결함 확률 및 가중 위험 수준이 평균값을 벗어나는 회수가 산출될 수 있다. 평균 값 카운터(33)는 다수 개의 차륜 또는 차축 베어링에 대한 평균 값을 기준으로 평균 값과 대비하여 미리 결정된 범위를 벗어나는 차륜 또는 차축 베어링을 결정할 수 있다. 그리고 이와 같이 미리 결정된 범위를 벗어나는 차륜 및 차축 베어링에 대한 정보를 정밀 진단 결정 모듈(34)로 전송할 수 있다. 정밀 진단 결정 모듈(34)은 평균 값 카운터(33)로부터 전송된 정보에 기초하여 각각의 차륜 및 차축 베어링에 대하여 정밀 진단의 필요 여부를 결정할 수 있다. 그리고 정밀 진단이 필요한 것으로 판단된 차륜 및 차축 베어링에 대하여 정밀 진단의 순위를 결정할 수 있다. 이후 결정된 순위에 따라 차륜 및 차축 베어링에 대한 정밀 진단이 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 진단 시스템이 철도 차량의 진단에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 철도 차량(T)에 대한 탐지는 차량 정보 식별 영역(IC), 접촉 탐지 영역(CD) 및 비접촉 탐지 영역(NCD)으로 구분되어 진행될 수 있다. 차량 정보 식별 영역(IC), 접촉 탐지 영역(CD) 및 비접촉 탐지 영역(NCD)은 각각 철도 차량(T)이 진행하는 선로(R)의 연장 방향을 기준으로 구분될 수 있고, 각각의 영역에 위에서 설명된 다양한 탐지 모듈(11a)이 설치될 수 있다. 철도 차량(T)의 진행 방향을 기준으로 차량 정보 식별 영역(IC)에서 차량 식별 및 차량 속력이 탐지될 수 있고, 각각의 차량(CT1, CT2, CT3)에 부착된 코드를 카메라와 같은 코드 식별 수단(421)에 의하여 탐지할 수 있다. 코드 식별 수단(421)에 의하여 각각의 차량(CT1, CT2, CT3)이 식별되면서 이와 함께 정해지 위치에서 철도 차량(T)의 속도 탐지 유닛(422)에 의하여 철도 차량(T)의 속도가 탐지되면서 이와 함께 철도 차량(T)의 이동 거리가 산출될 수 있다. 속도 탐지 유닛(422)의 철도 차량(T)의 속도를 탐지하면서 이와 동시에 정해진 시간을 기준으로 철도 차량(T)의 이동 거리를 산출할 수 있다. 철도 차량(T)의 속도 및 이동 거리에 기초하여 접촉 탐지 센서(411, 412)의 작동 개시 시각이 결정될 수 있다. 접촉 탐지 센서(411, 412)는 예를 들어 하중 센서, 인장 센서, 진동 센서, 변위 센서 또는 이와 유사한 센서가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 접촉 탐지 센서(411, 412)는 선로(R)의 미리 결정된 위치에 설치될 수 있고, 각각의 차륜(22a 내지 22n)이 접촉 탐지 센서(411, 412)에 접촉되는 시점을 기준으로 하중, 인장력 또는 진동이 탐지될 수 있다. 기관차(ET)가 접촉 영역(CD)을 경유하여 비접촉 영역(NCD)로 진입하면 제1 탐지 모듈(11a)의 작동이 개시될 수 있고, 제1 탐지 모듈(11a) 및 제1 탐지 모듈(11a)과 선로(R)를 기준으로 맞은편에 설치된 제2 탐지 모듈의 작동이 개시될 수 있다. 제1, 2 탐지 모듈(11a)은 예를 들어 레이저 센서, 적외선 센서, 마이크로폰과 같은 소음 센서를 포함할 수 있다. 제1, 2 탐지 모듈(11a)은 각각의 차륜(22a 내지 22n) 또는 차축 베어링의 상태를 탐지할 수 있고, 선로(R)의 미리 결정된 하나의 점을 기준으로 각각의 차륜(22a 내지 22n) 및 차축 베어링을 탐지할 수 있다. 제1, 2 탐지 모듈(11a) 및 접촉 탐지 센서(411, 412)에서 탐지된 정보는 차륜(22a 내지 22n), 차축 베어링의 식별 정보, 탐지 시각 정보 및 속도 정보와 함께 중계 모듈(45)로 전송될 수 있다. 제1, 2 탐지 모듈(11a)은 중계 모듈(45)과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있고, 속도 탐지 유닛(422)에서 탐지된 정보가 중계 모듈(45)로 전송될 수 있다. 중계 모듈(45)은 제1, 2 탐지 모듈(11a)과 접촉 센서(411, 412)에서 탐지된 정보를 각각의 차륜(22a 내지 22n) 및 차축 베어링을 기준으로 분류하는 기능을 가질 수 있고, 측정 시각 정보를 탐지 정보와 결합시키는 기능을 가질 수 있다. 비접촉 센서에 해당하는 제1, 2 탐지 모듈(11a)가 서로 다른 차륜(22a 내지 22n) 또는 차축 베어링에 대하여 선로(R)의 동일 위치에서 상태 탐지가 되도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 트리거(43)가 설치될 수 있고, 트리거(43)는 서로 마주보도록 배치된 제1, 2 탐지 모듈(11a)의 작동 시각이 동일하도록 설정하는 기능을 가질 수 있다. 또한 연속적으로 차례대로 선로(R)의 정해진 기준 위치를 통과하는 시각을 결정하는 기능을 가질 수 있다. 기준 시각 산출(44)이 설치되어 정해진 차륜(22a 내지 22n)이 제1, 2 탐지 모듈(11a)의 탐지를 위한 선로(R)의 기준 위치에 도달하는 시각이 산출될 수 있다. 그리고 기준 시각 산출 유닛(44)에 의하여 산출된 시각이 트리거(43)로 전송될 수 있다. 트리거(43)에 의하여 선로(R)의 정해진 위치에서 탐지된 각각의 차륜(22a 내지 22n)에 대한 탐지 정보 및 비접촉 센서(411, 412)에 의하여 탐지된 정보가 DAQ 모듈(12)로 전송될 수 있다. 그리고 전송된 탐지 정보에 기초하여 각각의 차륜(22a 내지 22n) 및 차축 베어링의 정보가 탐지될 수 있다. 제1, 2 탐지 모듈(11a)은 다양한 탐지 센서를 포함할 수 있고, 다양한 탐지 기준에 의하여 상태 탐지가 될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
철도 차량(T)은 기관차(ET) 및 다수 개의 캐리어 차량(CT1, CT2, CT3)으로 이루어질 수 있고, 기관차(ET)가 선로(R)를 따라 이동되면서 선로(R)의 정해진 위치에 도달하는지 여부가 탐지될 수 있다. 기관차(ET)가 선로(R)의 정해진 위치에 도달하면 코드 탐지 유닛(421) 및 속도 탐지 유닛(422)이 작동될 수 있다. 코드 탐지 유닛(421)은 카메라 또는 RF 칩과 같은 식별 수단을 이용하여 철도 차량(T), 기관차(ET) 및 각각의 캐리어 차량(CT1, CT2, CT3)을 식별할 수 있다. 속도 탐지 유닛(422)에 의하여 철도 차량(T)의 속도가 탐지될 수 있고, 속도 탐지 유닛(422)은 예를 들어 초음파 센서, 레이저 센서, 마이크로웨이브 센서 또는 이와 유사한 센서를 포함할 수 있다. 속도 탐지 유닛(422)에 의한 철도 차량(T)의 속도는 실시간으로 탐지될 수 있고, 각각의 부품의 위치가 산출될 수 있다. 예를 들어 다수 개의 차축 또는 차축이 검사 대상(21a 내지 21n)이 될 수 있고, 철도 차량(T)의 속도와 함께 각각의 차륜 또는 차축의 위치가 탐지될 수 있고, 각각의 부품에 대한 탐지 여부가 부품 코드 유닛으로 전송될 수 있다. 부품 코드 유닛은 각각의 부품에 대한 부품 코드를 생성하고, 시간 정보와 함께 중계 유닛으로 전송할 수 있다. 중계 유닛은 전송된 부품 코드를 탐지 유닛으로 전송할 수 있고, 탐지 유닛은 부품 코드에 기초하여 각각의 부품을 미리 결정된 위치 및 시간에 따라 탐지할 수 있다. 예를 들어 탐지 모듈(11a)은 레이저 센서(111) 또는 탐지 박스(112)에 배치된 초음파 센서, 소음 탐지 센서 또는 적외선 센서와 같은 것을 포함할 수 있다. 또한 레일(R)에 하중 센서(411) 또는 변위 센서(412)와 같은 것이 배치될 수 있다. 탐지 모듈(11a)은 동기화 유닛(44)에 의하여 동기화가 될 수 있고, 트리거 유닛(43)에 의하여 작동이 개시될 수 있다. 그리고 탐지 모듈(11a)에 의하여 탐지된 정보가 DAQ 모듈(12)로 전송될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 진단 시스템에 의하여 차륜 또는 차축 베어링의 진단이 진행되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 차륜 또는 차축의 진단 방법은 한 쌍의 탐지 모듈이 배치되는 단계(P51); 탐지 모듈이 동기화가 되는 단계(P52); 탐지 모듈의 작동을 위한 기준 위치가 설정되고, 탐지 모듈에 의하여 실시간으로 차륜 또는 차축 베어링의 상태 정보가 획득되는 단계(P53); 획득된 정보로부터 실시간 위험도가 산출되는 단계(P54); 실시간 위험도로부터 각각의 차륜 또는 차축의 결함 확률이 산출되는 단계(P55); 획득된 탐지 정보로부터 심각도가 산출되는 단계(P56); 산출된 심각도의 평균 분포에 대한 상대적인 값이 산출되는 단계(P57); 및 정밀 진단 여부가 결정되는 단계(P58)를 포함한다.
한 쌍의 탐지 모듈은 선로의 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있고, 레이저 센서, 초음파 센서, 비전 센서, 적외선 센서, 마이크로폰과 같은 소음 센서를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선택적으로 선로에 접촉 센서가 설치되어 한 쌍의 탐지 모듈에서 탐지된 정보와 함께 진단 정보로 사용될 수 있다. 한 쌍의 탐지 모듈이 선로의 정해진 위치의 서로 마주보는 지점에 배치되면(P51), 서로 다른 탐지 모듈은 하나의 차축에 연결된 차륜 및 차축 베어링의 탐지를 동일 시각에 탐지하기 위하여 동기화가 될 수 있다(P52). 탐지 모듈은 데이터 통신이 가능한 중계 모듈과 연결될 수 있고, 중계 모듈은 제어 모듈과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 탐지 모듈은 중계 모듈 또는 제어 모듈에 의하여 작동 개시가 될 수 있고, 접촉 센서가 또한 동일 또는 유사한 방법으로 작동될 수 있다. 예를 들어 15 내지 30 km/h로 이동하면서 차고지로 이동되는 철도 차량의 차륜 또는 차축 베어링의 상태를 탐지할 수 있고, 하나의 철도 차량에 배치된 모든 차륜 및 차축 베어링이 검사 대상이 될 수 있다. 선로에서 탐지 모듈이 작동되는 기준 위치가 설정될 수 있고, 기준 위치를 기초로 탐지 모듈이 작동되어 각각의 차륜 또는 차축 베어링이 획득될 수 있다(P53). 탐지 모듈에서 획득된 정보 및 접촉 센서에 의하여 탐지된 정보가 중계 모듈을 통하여 분서 모듈이 설치된 제어 모듈로 전송될 수 있다. 분석 모듈에 의하여 위에서 설명된 것과 같은 방법으로 각각의 차륜 및 차량 베어링에 대한 시간 가중 위험도가 산출될 수 있고(P55), 또한 각각의 차륜 및 차축 베어링에 대한 결함 확률이 산출될 수 있다(P56). 그리고 산출된 시간 가중 위험도 및 결함 확률에 기초하여 각각의 차륜 및 차축 베어링에 대한 심각도가 산출되고(P56), 각각의 차량 및 차축 베어링의 심각도가 평균값과 대비될 수 있다(P57). 다수 개의 차량에 대한 다수 개의 차륜 또는 차축 베어링에 대한 탐지 정보의 평균값이 미리 생성되어 저장될 수 있다. 예를 들어, 소음 레벨, 온도, 초음파 반사율, 경사도 또는 이와 유사한 탐지 매개변수 값의 평균값이 산출되어 미리 저장될 수 있다. 그리고 각각의 차륜 및 차축 베어링에 대한 탐지 값, 시간 가중 위험도 또는 결함 확률의 이와 같은 평균값에 대한 분포 위치가 결정될 수 있다(P57). 예를 들어 가우스 분포 또는 이와 유사한 분포에 기초하여 각각의 차축 및 차륜 베어링에 대한 심각도의 분포 위치가 결정될 수 있다. 만약 분포 위치가 미리 결정된 범위를 벗어나면 해당 차축 또는 차륜 베어링에 대하여 정밀 진단이 결정될 수 있고(P58), 분포 위치에 따라 정밀 진단의 우선성이 결정될 수 있다. 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 탐지 모듈로부터 탐지된 탐지 정보에 기초하는 차륜 또는 차축 베어링에 대한 진단은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11a, 11b: 탐지 모듈 12: DAQ 모듈
13: 검증 모듈 14: 결함 확률 산출 모듈
21: 대차 23: 22a 내지 22d: 차륜
26a 내지 26d: 차축 28: 위험도 모듈
31: 결함 확률 유닛 32: 심각도 산출 유닛
33: 평균 값 카운터

Claims (3)

  1. 서로 다른 위치에 배치된 적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b);
    적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)에 의한 탐지 정보를 실시간으로 획득하여 탐지 데이터로 변환하는 DAQ 모듈(12);
    DAQ 모듈(12)로부터 전송된 탐지 데이터의 탐지 시각 및 위치를 검증하는 검증 모듈(13); 및
    검증 모듈(13)로부터 전송된 검증 데이터로부터 탐지 대상에 결함 상태가 될 확률을 산출하는 결함 확률 산출 모듈(14)을 포함하고,
    적어도 두 개의 탐지 모듈(11a, 11b)은 동기화가 되어 관련성을 가지고 작동되는 차축 또는 차륜의 상태를 탐지하도록 선로를 기준으로 서로 마주보는 위치에 배치되어 이동 상태에 있는 차축 또는 차륜을 차례대로 또는 동시에 탐지하고,
    시간의 경과에 따른 위험 수준을 산출하는 시간 가중 위험도 모듈(28)을 더 포함하고, 시간 가중 위험도 모듈(28)과 결함 확률 산출 모듈(14)로부터 전송된 데이터로부터 차륜 또는 차축 상태의 심각 수준이 산출되는 것을 특징으로 하는 철도 차량의 차축 및 차륜 다중 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
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