KR102502151B1 - 액슬박스의 온도 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액슬박스 온도 모니터링 장치에 관한 것으로, 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 열화상으로 모니터링함으로써 측정 오류 발생을 최소화할 수 있고 철도차량 액슬박스의 열화상 촬영시 촬영 방향을 편리하게 조정할 수 있는 액슬박스 온도 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명은 철도차량의 액슬박스의 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 촬영 모듈과, 상기 열화상 촬영 모듈을 통해 실시간으로 촬영되는 열화상 이미지를 분석하는 모니터링 보드로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액슬박스의 온도 모니터링 장치 {Axlebox temperature monitoring device}
본 발명은 액슬박스 온도 모니터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 비접촉 방식으로 온도 측정이 가능한 열화상 센서모듈을 이용하여 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 열화상으로 모니터링하는 액슬박스 온도 모니터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량에 적용되는 대차의 경우 차체의 중량을 지지함과 동시에 각 차륜에 차체의 중량이 고르게 분포되도록 하고, 상기 차체와 자유롭게 유동하여 철도차량의 주행을 원활하게 하는 장치이다.
그리고, 철도차량의 운행 중에 열차의 차축에 압입되어 있는 베어링이 손상되거나 열화가 발생될 경우, 과도한 마찰로 인하여 베어링의 온도가 상승하여 차축의 변형이나 손상을 초래하며, 이로 인해 열차의 탈선 사고가 일어날 수 있다. 이에 철도차량의 베어링의 과열을 감지하는 것이 철도차량의 안전사고방지를 위해 중요한 요소이다.
기존의 철도차량은 대차의 온도를 모니터링 하기 위해서 자가 발전 형태의 발전기 시스템을 적용한 센서를 사용하였다. 하지만, 이는 복잡한 구조에 의해 장치의 크기가 증가하여 센서 창착이 어렵고, 설치 및 운용 비용이 증가하는 어려움이 있었다.
또한, 기존의 철도차량은 베어링의 온도변화를 외부로 직접 표시하거나, 발열이 발생된 경우 통신모듈을 통해 정비담당자에게 즉시 연락을 하는 방법을 사용하였으나, 길이가 긴 철도차량의 특성상 철도차량의 운행 중 문제가 발생했을 때 효과적으로 대처하기 힘든 어려움이 있었다.
그리고, 종래에는 접촉식 열전대 방식을 사용하므로 단일 부위의 온도만을 측정할 수 있어 전체 범위의 온도를 측정하기가 어려운 문제점이 있었다.
이러한 종래 철도차량의 액스박스의 온도측정에 관련된 선행기술로 등록특허 제10-1803760호의 철도차량 차축 베어링 모니터링 시스템, 등록특허 제10-1919338호의 철도차량 온도 모니터링 장치 및 철도차량 온도 모니터링 시스템 등이 제안된 바 있다.
참고문헌 1: 등록특허 10-1803760 참고문헌 2: 등록특허 10-1919338
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 열화상으로 모니터링함으로써 측정 오류 발생을 최소화할 수 있는 액슬박스 온도 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 비접촉식 방식의 소형 적외선 열화상 센서를 이용하여 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 열화상으로 모니터링하는 액슬박스 온도 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명은 철도차량 액슬박스의 열화상 촬영시 촬영 방향을 편리하게 조정할 수 있는 액슬박스 온도 모니터링 장치를 제공하는데에도 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
철도차량의 액슬박스의 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 촬영 모듈과, 상기 열화상 촬영 모듈을 통해 실시간으로 촬영되는 열화상 이미지를 분석하는 모니터링 보드로 구성되는 것을 특징으로 하는 액슬박스 온도 모니터링 장치를 제공한다.
이때, 상기 열화상 촬영 모듈은 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 센서와, 상기 열화상 센서에서 촬영된 영상을 상기 모니터링 보드로 전송하는 제1 통신부를 포함하며; 상기 모니터링 보드는 상기 열화상 촬영 모듈의 제1 통신부에서 송신되는 열화상 이미지를 수신하는 제2 통신부와, 상기 제2 통신부를 통해 수신되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1 및 제2 통신부는 열화상 이미지를 RS485통신 방식으로 송수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열화상 센서는 소형 적외선 열화상 센서이고, 상기 모니터링 보드는 상기 열화상 촬영 모듈을 통해 실시간으로 촬영되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하여 액슬박스의 온도 변화 데이터를 생성하여 표시부로 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 모니터링 보드는 전원입력부가 구비되어 구동전원을 공급하는 배터리가 연결되며, 상기 상기 배터리는 외부 전원을 공급받아 변압 및 정류하여 모니터링 보드의 구동전원을 출력하는 아답터와 연결되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 열화상 촬영 모듈은 열화상 센서와 제1 통신부가 내부에 장착되는 센서본체와, 상기 센서본체가 고정되는 고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 센서본체의 전면에는 열화상 센서가 노출되게 장착되며 상기 센서본체의 하부에 상기 고정부재가 구비되며, 상기 센서본체는 상기 고정부재의 상측에서 제한된 범위 내에서 회전되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 고정부재는 판 형상으로 이루어지는 몸체에 상하로 관통되는 힌지공이 형성되어 하측에서 상측으로 힌지볼트가 관통되어 상기 센서본체의 하부에 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고정부재의 몸체에는 상기 힌지공을 중심으로 일정간격을 유지하며 곡선안내공이 상하로 관통 형성되며, 상기 센서본체의 하부에는 상기 곡선안내공으로 하단부가 돌출되는 회동제한용 핀이 일체로 고정되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고정부재의 후측에는 지지부가 연장되며, 상기 지지부에는 상하로 관통되는 하나 이상의 체결공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열화상 촬영 모듈을 이용해 철도차량 대차의 액슬박스 베어링 부위 전체를 열화상으로 모니터링함으로써 온도 측정 오류의 발생을 최소화할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면 철도차량에 열화상 촬영 모듈을 설치한 후 액슬박스 방향으로 열화상 센서의 쵤영방향을 제한된 각도 이내에서 편리하게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액슬박스 온도 모니터링 장치의 제어 구성도이다.
도 2, 3은 본 발명의 열화상 촬영 모듈을 정면 상측 및 하측에서 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 열화상 촬영 모듈을 철도차량에 부착한 상태를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 모니터링 보드의 작동상태를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명에 액슬박스 온도 모니터링 장치를 이용하여 분석한 액슬박스(차축 베어링)의 모니터링 열화상 화면이다.
도 7은 본 발명에 액슬박스 온도 모니터링 장치를 이용하여 분석한 온도 모니터링 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 액슬박스 온도 모니터링 장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 액슬박스 온도 모니터링 장치는 비접촉 온보드 타입의 실시간 온도 모니터링 시스템으로 원 포인트 온도 측정 방식이 아닌 철도차량의 액슬박스(1) 전체를 열화상으로 온도 모니터링 할 수 있는 시스템으로서, 철도차량의 액슬박스(1)의 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 촬영 모듈(100)과, 상기 열화상 촬영 모듈(100)을 통해 실시간으로 촬영되는 열화상 이미지를 분석하는 모니터링 보드(200)로 구성된다.
이하 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
상기 열화상 촬영 모듈(100)은 철도차량 액슬박스의 열화상 이미지를 촬영하기 위해 철도차량의 차체 또는 대차 등에 설치될 수 있으며 이를 통해 액슬박스(1) 전체의 열화상 이미지를 촬영할 수 있다.
이러한 열화상 촬영 모듈(100)은 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 센서(110)와, 상기 열화상 센서(110)에서 촬영된 영상을 상기 모니터링 보드(200)로 전송하는 제1 통신부(120)를 포함한다.
상기 열화상 센서(110)는 소형 적외선 열화상 센서로서, 32ⅹ32개의 Array 센서를 내장하여 동시에 1024개 픽셀의 대상 온도를 얻을 수 있고 0.1도씨의 분해능으로 최대 이미지 획득 프레임 rate은 2 frame/1sec인 것을 사용함이 바람직하다.
아울러, 열화상 센서(110)의 측정 가능 온도범위는 -40 ∼ 300 ℃, 온도정밀도는 1℃, 오차 범위는 ±2%인 것을 사용함이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 통신부(120)는 상기 열화상 센서(110)에서 촬영된 열화상 이미지를 상기 모니터링 보드(200)로 전송하기 위한 것으로, 다양한 통신방식으로 상기 모니터링 보드(200)로 전송할 수 있다.
한편, 상기 열화상 촬영 모듈(100)은 열화상 센서(110)와 제1 통신부(120)가 내부에 장착되는 센서본체(130)와, 상기 센서본체(130)가 고정되는 고정부재(140)로 이루어진다.
따라서, 상기 열화상 촬영 모듈(100)의 고정부재(140)를 철도차량의 대차 등에 나사 등을 이용해 안정적으로 설치할 수 있다.
이러한 센서본체(130)의 전면에는 열화상 센서(110)가 노출되게 장착되며 후측에는 상기 모니터링 보드(200)로 상기 열화상 센서(110)를 통해 쵤영되는 액슬박스의 열화상 이미지를 전송하기 위한 케이블이 연결된다.
이와 같은 센서본체(130)의 하부에는 고정부재(140)가 구비되며, 상기 센서본체(130)는 상기 고정부재(140)의 상측에서 제한된 범위 내에서 회동이 가능하다.
상기 고정부재(140)는 판 형상으로 이루어지는 몸체(141)에 상하로 관통되는 힌지공(142)이 형성되어 하측에서 상측으로 힌지볼트(143)가 관통되어 상기 센서본체(130)의 하부에 나사결합된다. 이러한 구조에 의하면 상기 센서본체(130)는 상기 고정부재(140)의 상면에서 힌지볼트(143)를 중심축으로 하여 수평회전이 가능하다.
또한, 상기 고정부재(140)의 몸체(141)에는 상기 힌지공(142)을 중심으로 일정간격을 유지하며 곡선안내공(144)이 상하로 관통 형성된다. 이 경우 곡선안내공(143)의 양단과 힌지공(142) 사이의 사잇각은 30 ~ 60°를 유지함이 바람직하다. 그리고 상기 센서본체(130)의 하부에는 상기 곡선안내공(144)으로 하단부가 돌출되는 회동제한용 핀(145)이 일체로 고정된다.
그리고, 상기 고정부재(140)의 후측에는 철도차량의 차체 또는 대차 등에 밀착 지지되는 지지부(146)가 연장된다. 이러한 지지부(146)에는 상하로 관통되는 하나 이상의 체결공(147)이 형성되어 체결볼트(미도시됨)로 철도차량의 차체 또는 대차 등에 고정된다.
이러한 구조에 의하면 상기 센서본체(130)가 회전가능하게 설치되는 고정부재(140)를 철도차량의 차체 또는 대차 등에 고정한 후 고정부재(140)의 몸체(141)에서 30 ~ 60°범위로 센서본체(130)를 힌지볼트(143)를 중심으로 회전시켜 열화상 센서(110)가 액슬박스를 향하도록 방향을 조정한다.
한편, 상기 모니터링 보드(200)는 상기 열화상 촬영 모듈(100)을 통해 실시간으로 촬영되는 액슬박스(1)의 열화상 이미지를 분석하여 액슬박스의 온도 변화 데이터를 생성하는 것으로 철도차량 차량 내부에 설치가능하다.
이러한 모니터링 보드(200)는 상기 열화상 촬영 모듈(100)의 제1 통신부(120)에서 송신되는 열화상 이미지를 수신하는 제2 통신부(210)와, 상기 제2 통신부(210)를 통해 수신되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하는 제어부(220)를 포함한다.
이때, 상기 제1 및 제2 통신부(120,210)는 시리얼통신을 통해 열화상 이미지를 송수신하며 특히 RS485통신을 수행할 수 있도록 시리얼 케이블을 각 제1 및 제2 통신부(120,210)의 포트에 연결할 수 있다. 이러한 RS485 통신 방식은 통신거리를 1.2km까지 확장할 수 있어 철도차량에 적용시 유용하다.
그리고, 상기 제어부(220)는 상기 제2 통신부(210)를 통해 수신되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하는 것으로 일 예로 라즈베리 파이 4(Raspberry Pi 4)로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 모니터링 보드(200)에는 상기 제어부(220)에서 실시간으로 촬영되는 열화상 이미지 및 그 열화상 이미지를 분석한 액슬박스의 온도 변화 데이터를 디스플레이하는 표시부(230)가 더 구비된다.
이때, 상기 표시부(230)는 액정표시장치(LCD)로 구성될 수 있지만, 조작 및 신호 입력이 가능하도록 터치스크린으로 구성함이 바람직하다.
이에 더해 상기 모니터링 보드(200)에는 전원입력부(240)가 구비되어 구동전원을 공급하는 배터리(242)가 연결된다.
그리고, 상기 배터리(242)는 외부 전원을 공급받아 변압 및 정류하여 모니터링 보드(200)의 구동전원을 출력하는 아답터(244)와 연결된다.
따라서, 상기 모니터링 보드(200)는 배터리(242)를 이용해 외부전원의 지속적인 공급 없이도 독립 구동이 가능하다.
아울러, 상기 모니터링 보드(200)는 배터리(242)에서 투입되는 구동전원을 온오프하기 위한 전원스위치(250)를 더 포함한다.
또한, 상기 모니터링 보드(200)에는 외부의 모니터를 연결하는 HDMI단자(260)과, 컴퓨터 모듈(270,272)과, 실시간(Real Time)을 다루기 위한 RTC 모듈(280) 및 외부장치와의 데이터 통신을 무선으로 수행할 수 있는 USB 와이파이 모듈(290)이 더 구비될 수 있다. 이러한 다양한 도듈들을 구비함으로서 시스템 성능을 향상시키고 기능을 확장시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참고로 본 발명에 따른 액슬박스 온도 모니터링 장치를 이용한 시험 예를 설명한다.
열화상 촬영 모듈(100)을 철도차량의 베어링 시험기에 부착한 후 모니터링 보드(200)로 상기 열화상 센서(110)를 통해 쵤영되는 액슬박스의 열화상 이미지를 전송하기 위한 케이블을 연결한다.
이후 상기 센서본체(130)가 회전가능하게 설치되는 고정부재(140)를 철도차량의 차체 또는 대차 등에 고정한 후 고정부재(140)에서 센서본체(130)를 회전시켜 열화상 센서(110)가 액슬박스(1)를 향하도록 방향을 전환한다. 그리고, 모니터링 보드(200)의 전원스위치(250)를 켜 구동시킨다.
이에 상기 열화상 촬영 모듈(100)을 통해 실시간으로 열화상을 촬영하며 이러한 열화상 이미지는 모니터링 보드(200)로 실시간 수신되어 액슬박스의 온도 변화를 분석한다. 아울러 이러한 분석된 온도 변화 데이터는 표시부(230)로 표시된다.
도 6은 실제 액슬박스(차축 베어링)의 모니터링 열화상 화면으로 중간의 네모박스는 특정온도를 상기 표시부(230)를 통해 현시(예를 들어 23.6℃)하며, 도 7에서와 같이 액슬박스의 온도 모니터링 결과도 상기 표시부(230)를 통해 표시된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 액슬박스 100: 열화상 촬영 모듈
110: 열화상 센서 120: 제1 통신부
130: 센서본체 140: 고정부재
200: 모니터링 보드 210: 제2 통신부
220: 제어부 230: 표시부
240: 전원입력부 242: 배터리
244: 아답터 250: 전원스위치

Claims (10)

  1. 철도차량의 액슬박스의 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 촬영 모듈과, 상기 열화상 촬영 모듈을 통해 실시간으로 촬영되는 열화상 이미지를 분석하는 모니터링 보드로 구성되고,
    상기 열화상 촬영 모듈은 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 센서와, 상기 열화상 센서에서 촬영된 영상을 상기 모니터링 보드로 전송하는 제1 통신부를 포함하며;
    상기 모니터링 보드는 상기 열화상 촬영 모듈의 제1 통신부에서 송신되는 열화상 이미지를 수신하는 제2 통신부와, 상기 제2 통신부를 통해 수신되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 통신부는 열화상 이미지를 RS485통신 방식으로 송수신하며,
    상기 모니터링 보드는 전원입력부가 구비되어 구동전원을 공급하는 배터리가 연결되며, 상기 배터리는 외부 전원을 공급받아 변압 및 정류하여 모니터링 보드의 구동전원을 출력하는 아답터와 연결되고,
    상기 열화상 촬영 모듈은 열화상 센서와 제1 통신부가 내부에 장착되는 센서본체와, 상기 센서본체가 고정되는 고정부재로 이루어지되,
    상기 센서본체의 전면에는 열화상 센서가 노출되게 장착되며 상기 센서본체의 하부에 상기 고정부재가 구비되며, 상기 센서본체는 상기 고정부재의 상측에서 제한된 범위 내에서 수평 회전되고,
    상기 고정부재는 판 형상으로 이루어지는 몸체에 상하로 관통되는 힌지공이 형성되어 하측에서 상측으로 힌지볼트가 관통되어 상기 센서본체의 하부에 나사결합되며,
    상기 고정부재의 후측에는 지지부가 연장되며, 상기 지지부에는 상하로 관통되는 하나 이상의 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 액슬박스 온도 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열화상 센서는 소형 적외선 열화상 센서이고, 상기 모니터링 보드는 상기 열화상 촬영 모듈을 통해 실시간으로 촬영되는 액슬박스의 열화상 이미지를 분석하여 액슬박스의 온도 변화 데이터를 생성하여 표시부로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 액슬박스 온도 모니터링 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 고정부재의 몸체에는 상기 힌지공을 중심으로 일정간격을 유지하며 곡선안내공이 상하로 관통 형성되며,
    상기 센서본체의 하부에는 상기 곡선안내공으로 하단부가 돌출되는 회동제한용 핀이 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 액슬박스 온도 모니터링 장치.
  10. 삭제
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