KR102592635B1 - 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템 - Google Patents

철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 측부에 설치되고, 상기 철도차량의 차륜 배열 방향에 나란한 방향으로 왕복 이송되는 이송부재가 마련되는 이송부; 상기 이송부재에 설치되고, 관절부로 서로 연결되는 다수의 아암을 가지며, 상기 아암이 수직을 이루는 축을 중심으로 회전하도록 함으로써, 상기 아암의 선단 위치를 변경시키도록 하는 로봇부; 상기 로봇부가 조작부의 조작신호 또는 정해진 프로세스에 따라 동작하도록 제어하는 제어부; 상기 아암의 선단에 설치되고, 상기 로봇부에 의해 이송되어 상기 철도차량의 차륜 및 하부장치에 대한 열 영상을 획득하도록 하는 열화상카메라; 및 상기 열화상카메라로부터 획득되는 열 영상을 디스플레이하도록 하는 디스플레이부;를 포함하도록 한 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열화상 카메라와 다관절 로봇아암의 사용으로 인해, 철도차량의 차륜에 대한 마모, 크랙 또는 과열 등의 점검 뿐만 아니라, 철도차량의 하부장치에 대한 점검이 이루어지도록 함으로써, 철도차량의 유지 및 관리에 소요되는 노력과 시간을 크게 감소시킬 수 있고, 철도차량의 안전한 운행을 담보할 수 있는 효과를 가진다.

Description

철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템{Robot system for inspection of wheels and lower parts of railway vehicle}
본 발명은 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열화상 카메라와 다관절 로봇아암의 사용으로 인해, 철도차량의 차륜에 대한 마모, 크랙 또는 과열 등의 점검 뿐만 아니라, 철도차량의 하부장치에 대한 점검이 신속하면서도 손쉽게 이루어지도록 하는 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량은 운행시 차륜이 레일을 따라 이동함으로써, 차륜과 레일의 마찰로 인해, 차륜이 마모되거나, 크랙의 발생을 초래하게 되는데, 이 경우 주행 안정성 뿐만 아니라, 안전 운행을 해치게 된다.
그러므로, 철도차량은 이러한 차륜에 대한 점검의 요구로 인해, 작업자가 일일이 차륜에 대한 마모나 크랙 발생 등을 육안으로 관찰하도록 하는데, 이 경우 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제점을 가진다.
이러한 철도차량의 차륜에 대한 안전 점검과 관련되는 종래 기술로서, 한국공개특허 제10-2011-0065866호의 "철도차량 차륜 내부 크랙 확인용 탐상장치 및 이를 구비한 차륜 재생장치"가 제시된 바 있는데, 이는 레일 일측에 배치되는 베이스와; 상기 레일의 폭방향으로 상기 베이스 상에서 이동 가능하게 장착되는 이동대차와; 상기 이동대차 상에 장착되며, 상기 레일의 폭방향을 회전축으로 하는 회전과 레일의 길이방향으로 신축 가능하게 구성되는 위치가변부와; 차륜의 탐상면에 접하여 차륜의 불량 상태를 초음파 탐상 가능하도록 상기 위치가변부의 일단부에 회전 가능하게 장착되는 탐상부로 구성된다.
그러나, 이와 같은 종래 기술은 차륜에 대한 크랙 외에는 철도차량의 하부에 대한 점검 대상의 확대를 어렵게 함으로써 제한적으로만 사용이 가능하다는 한계를 가지고, 단순 위치 가변만으로는 차륜에 대한 적절한 확인이 어렵다는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 열화상 카메라와 다관절 로봇아암의 사용으로 인해, 철도차량의 차륜에 대한 마모나 크랙 등의 점검 뿐만 아니라, 철도차량의 하부장치에 대한 점검이 가능하도록 함으로써, 철도차량의 유지 및 관리에 소요되는 노력과 시간을 크게 감소시키고, 철도차량의 안전한 운행을 담보하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 철도차량의 측부에 설치되고, 상기 철도차량의 차륜 배열 방향에 나란한 방향으로 왕복 이송되는 이송부재가 마련되는 이송부; 상기 이송부재에 설치되고, 관절부로 서로 연결되는 다수의 아암을 가지며, 상기 아암이 수직을 이루는 축을 중심으로 회전하도록 함으로써, 상기 아암의 선단 위치를 변경시키도록 하는 로봇부; 상기 로봇부가 조작부의 조작신호 또는 정해진 프로세스에 따라 동작하도록 제어하는 제어부; 상기 아암의 선단에 설치되고, 상기 로봇부에 의해 이송되어 상기 철도차량의 차륜 및 하부장치에 대한 열 영상을 획득하도록 하는 열화상카메라; 및 상기 열화상카메라로부터 획득되는 열 영상을 디스플레이하도록 하는 디스플레이부;를 포함하는, 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템이 제공된다.
상기 열화상카메라는, 상기 로봇부의 동작에 의해 상기 차륜의 외측면에 대한 영상 획득 뿐만 아니라, 상기 차륜 사이로 진입하여 상기 차륜의 내측면에 대한 영상 획득을 가능하도록 하고, 상기 영상을 열 영상과 함께 일반 영상을 획득하여 상기 디스플레이부를 통해서 동시에 제공하도록 함으로써, 상기 차륜의 외측과 내측에 대한 크랙, 마모도 및 과열을 동시에 확인할 수 있도록 한다.
상기 열화상카메라는, 상기 로봇부의 동작에 의해 상기 하부장치에 대한 일반 영상을 제공함으로써, 상기 디스플레이부를 통해서 상기 하부장치의 손상을 확인할 수 있도록 한다.
상기 이송부는, 철도차량의 측부에 위치하는 지면에 설치되는 프레임; 상기 프레임 상에서 상기 차륜 배열 방향에 나란하도록 다수로 설치되는 레일; 상기 레일에 이송 가능하게 설치되는 이송부재; 및 상기 이송부재를 상기 레일을 따라 이송되도록 구동력을 제공하는 이송구동부;를 포함하고, 한 쌍으로 이루어져서, 상기 철도차량의 양쪽 측부에 각각 설치되고, 상기 이송부재마다 상기 로봇부가 각각 설치될 수 있다.
상기 열화상카메라의 영상을 이미지 처리하여 차륜에 대한 이미지 정보를 획득하도록 하는 이미지처리부; 상기 이미지처리부에 의해 처리된 이미지 정보로부터 차륜의 개수를 카운트함과 아울러, 차륜의 배치 정보를 획득하도록 하는 차륜카운터; 상기 디스플레이부를 통해 디스플레이되는 차륜 중에서 상기 조작부에 의해 어느 차륜을 선택하면, 상기 차륜에 대한 결함으로서 크랙, 마모도 및 과열 중 어느 하나를 상기 조작부에 의해 선택하도록 하는 검사결과기록부; 및 상기 차륜카운터에 의해 획득되는 정보를 기초로 차륜의 배치 평면도를 제공하고, 상기 검사결과기록부에 의해 선택된 차륜 및 결함을 표시하도록 하는 평면도결과제공부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템에 의하면, 열화상 카메라와 다관절 로봇아암의 사용으로 인해, 철도차량의 차륜에 대한 마모, 크랙 또는 과열 등의 점검 뿐만 아니라, 철도차량의 하부장치에 대한 점검이 가능하도록 함으로써, 철도차량의 유지 및 관리에 소요되는 노력과 시간을 크게 감소시킬 수 있고, 철도차량의 안전한 운행을 담보할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템의 로봇부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템의 로봇부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템(100)은 이송부(110), 로봇부(120), 제어부(130), 열화상카메라(140) 및 디스플레이부(150)를 포함할 수 있다.
이송부(110)는 철도차량의 측부에 설치되고, 철도차량의 차륜 배열 방향에 나란한 방향으로 왕복 이송되는 이송부재(111)가 마련된다.
이송부(110)는 예컨대 본 실시례에서처럼, 철도차량의 측부에 위치하는 지면에 설치되는 프레임(112)과, 프레임(112) 상에서 차륜 배열 방향에 나란하도록 다수로 설치되는 레일(113)과, 레일(113)에 이송 가능하게 설치되는 이송부재(111)와, 이송부재(111)를 레일(113)을 따라 이송되도록 구동력을 제공하는 이송구동부(114)를 포함할 수 있다. 여기서, 프레임(112)은 이동이 가능하도록 하부에 다수의 캐스터(112a)나 휠 등이 마련될 수 있다. 따라서, 프레임(112)의 이동에 의해 철도차량을 따라 이동과 정지를 반복함으로써, 철도차량 전체에 대한 점검을 가능하도록 할 수 있는데, 이에 한하지 않고, 프레임(112)이 고정된 상태에서 철도차량의 반복적인 이동 및 정차에 의해 철도차량 전체에 대한 점검이 이루어지도록 할 수 있다. 이송구동부(114)는 모터의 구동력을 기어장치 또는 체인 및 스프로킷 등의 직선 운동 전환 부재를 사용하여 이송부재(111)가 직선 왕복 운동하도록 구성될 수 있고, 모터가 서보모터나 스텝모터 등으로 이루어짐으로써 위치 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 레일(113)은 프레임(112) 상에서 다수의 레일지지부(113a)에 의해 상방으로 이격되도록 설치될 수 있다.
이송부(110)는 한 쌍으로 이루어져서, 철도차량의 양쪽 측부에 각각 설치될 수 있고, 이송부재(111)마다 열화상카메라(140)가 부착된 로봇부(120)가 각각 설치될 수 있다. 따라서, 이러한 이송부(110)의 배치로 인해, 철도차량의 양측에 대한 점검이 동시에 이루어지도록 할 수 있다.
로봇부(120)는 이송부재(111)에 설치되고, 관절부(127,128,129)로 서로 연결되는 다수의 아암(123,124,125,126)을 가지며, 아암(123,124,125,126)이 이루는 축을 중심으로 회전하도록 함으로써, 아암(123,124,125,126)의 선단 위치를 변경시키도록 한다. 로봇부(120)는 이송부재(111) 상에 베이스(121)의 볼팅 등에 의해 고정될 수 있고, 베이스(121)에 모터 등으로 회전 구동하도록 마련되는 회전구동부(122)에 의해 그 상측으로 결합되는 아암(123,124,125,126)의 회전 각도 조절이 가능하도록 하며, 아암(123,124,125,126)이 모터에 의해 회전 각도 조절이 가능한 관절부(127,128,129)에 의해 서로 연결됨으로써, 아암(123,124,125,126) 각각의 관절 운동에 의해, 후술하게 될 열화상카메라(140)가 부착된 아암 선단(126)의 위치를 자유롭게 조절할 수 있도록 한다.
제어부(130)는 로봇부(120)가 조작부(160)의 조작신호 또는 정해진 프로세스에 따라 동작하도록 제어한다. 제어부(130)는 정해진 프로세스를 따라 동작하기 위해서는 자신의 위치 및 차륜이나 하부장치 등과 같은 점검 대상의 위치 정보를 필요로 하는데, 이를 위해, 열화상카메라(140)가 획득하는 영상을 이미지 처리하여 필요한 정보를 획득하도록 구성될 수도 있다. 이러한 정보의 획득을 위해, AI 알고리즘이나, 머신 러닝 알고리즘 등을 사용할 수 있다.
열화상카메라(140)는 아암(123,124,125,125)의 선단에 설치되고, 로봇부(120)에 의해 이송되어 철도차량의 차륜 및 하부장치에 대한 열 영상을 획득하도록 한다. 여기서 하부장치는 철도차량의 하부에 설치되는 각종 장치로서, 모터, 인버터 등을 비롯하여 점검이 필요한 다양한 장치가 해당될 수 있다.
열화상카메라(140)는 로봇부(120)의 동작에 의해 차륜의 외측면에 대한 영상 획득 뿐만 아니라, 차륜 사이로 진입하여 차륜의 내측면에 대한 영상 획득을 가능하도록 하고, 영상을 열 영상과 함께 일반 영상을 획득하여 디스플레이부(150)를 통해서 동시에 제공하도록 함으로써, 차륜의 외측과 내측에 대한 크랙, 마모도 및 과열을 동시에 확인할 수 있도록 한다. 열화상카메라(140)는 피사체의 적외선을 감지하여 열 영상을 획득하도록 구성될 수 있고, 나아가서, 이와 함께 피사체의 일반 영상을 획득하도록 구성될 수 있는데, 이를 위해 단일의 카메라를 사용하여 소프트웨어적인 처리에 의해 2종의 영상을 출력하도록 구성되거나, 각각의 영상 획득을 위한 듀얼 카메라를 사용하여 2종의 영상을 각각 출력하도록 구성될 수 있다. 여기서, 크랙, 마모도 및 과열 등은 디스플레이부(150)를 통해서 육안 관찰로 판단할 수 있고, 이에 한하지 않고, 열화상카메라(140)로부터 획득되는 영상을 이미지 처리하여, 크랙의 유무, 마모 정도, 과열 유무 등을 AI 알고리즘을 사용하여 판단하여, 이를 디스플레이부(150)를 통해서 자동으로 결함 여부를 디스플레이하도록 할 수 있다.
열화상카메라(140)는 로봇부(120)의 동작에 의해 하부장치에 대한 일반 영상을 제공함으로써, 디스플레이부(150)를 통해서 하부장치의 손상도 점검자가 확인할 수 있도록 한다.
디스플레이부(150)는 열화상카메라(140)로부터 획득되는 열 영상을 디스플레이하도록 한다. 따라서, 디스플레이부(150)를 통해서 점검 대상에 대한 결함이나 손상 여부를 확인할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템(100)은 동작에 필요한 각종 정보 및 프로그램 등의 저장을 위한 메모리부(170)와, 동작에 필요한 전원의 공급을 위한 전원공급부(180)가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템(100)은 열화상카메라(140)의 영상을 이미지 처리하여 차륜에 대한 이미지 정보를 획득하도록 하는 이미지처리부(190)와, 이미지처리부(190)에 의해 처리된 이미지 정보로부터 차륜의 개수를 카운트함과 아울러, 차륜의 배치 정보를 획득하도록 하는 차륜카운터(210)와, 디스플레이부(150)를 통해 디스플레이되는 차륜 중에서 조작부(160)에 의해 어느 차륜을 선택하면, 차륜에 대한 결함으로서 크랙, 마모도 및 과열 중 어느 하나를 조작부(160)에 의해 선택하도록 하는 검사결과기록부(220)와, 차륜카운터(210)에 의해 획득되는 정보를 기초로 차륜의 배치 평면도를 제공하고, 검사결과기록부(220)에 의해 선택된 차륜 및 결함을 표시하도록 하는 평면도결과제공부(230)를 포함할 수 있다. 이미지처리부(190)는 열화상카메라(140)의 영상을 이미지 처리하여 차륜카운터(210)가 차륜의 갯수 및 배치 정보를 얻을 수 있도록 해 주고, 이렇게 차륜카운터(210)가 얻은 정보에 의하여, 평면도결과제공부(230)가 해당 갯수의 차륜을 배치 정보에 상응하도록 배치시킨 평면 상태의 도면을 그릴 수 있도록 하며, 이러한 차륜 중에서 조작부(160)에 의해 선택된 차륜에 대해 선택한 결함의 종류를 평면 상태의 도면에서 해당 차륜에 부기하도록 함으로써, 평면도 상에서 차륜의 이상 여부를 손쉽고도 정확하게 판별할 수 있도록 한다. 평면도의 작도는 필요에 따라 3D 영상을 2D 도면으로 변환하는 프로그램이나 알고리즘을 사용할 수 있고, 단순히 해당 갯수의 차륜을 배치시키도록 할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템에 따르면, 열화상 카메라와 다관절 로봇아암의 사용으로 인해, 철도차량의 차륜에 대한 마모, 크랙 또는 과열 등의 점검 뿐만 아니라, 철도차량의 하부장치에 대한 점검이 이루어지도록 함으로써, 철도차량의 유지 및 관리에 소요되는 노력과 시간을 크게 감소시킬 수 있고, 철도차량의 안전한 운행을 담보할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 이송부 111 : 이송부재
112 : 프레임 112a : 캐스터
113 : 레일 113a : 레일지지부
114 : 이송구동부 120 : 로봇부
121 : 베이스 122 : 회전구동부
123,124,125,126 : 아암 127,128,129 : 관절부
130 : 제어부 140 : 열화상카메라
150 : 디스플레이부 160 : 조작부
170 : 메모리부 180 : 전원공급부
190 : 이미지처리부 210 : 차륜카운터
220 : 검사결과기록부 230 : 평면도결과제공부

Claims (5)

  1. 철도차량의 측부에 설치되고, 상기 철도차량의 차륜 배열 방향에 나란한 방향으로 왕복 이송되는 이송부재가 마련되는 이송부;
    상기 이송부재에 설치되고, 관절부로 서로 연결되는 다수의 아암을 가지며, 상기 아암이 수직을 이루는 축을 중심으로 회전하도록 함으로써, 상기 아암의 선단 위치를 변경시키도록 하는 로봇부;
    상기 로봇부가 조작부의 조작신호 또는 정해진 프로세스에 따라 동작하도록 제어하는 제어부;
    상기 아암의 선단에 설치되고, 상기 로봇부에 의해 이송되어 상기 철도차량의 차륜 및 하부장치에 대한 열 영상을 획득하도록 하는 열화상카메라; 및
    상기 열화상카메라로부터 획득되는 열 영상을 디스플레이하도록 하는 디스플레이부;
    를 포함하고,
    상기 열화상카메라는,
    상기 로봇부의 동작에 의해 상기 차륜의 외측면에 대한 영상 획득 뿐만 아니라, 상기 차륜 사이로 진입하여 상기 차륜의 내측면에 대한 영상 획득을 가능하도록 하고, 상기 영상을 열 영상과 함께 일반 영상을 획득하여 상기 디스플레이부를 통해서 동시에 제공하도록 함으로써, 상기 차륜의 외측과 내측에 대한 크랙, 마모도 및 과열을 동시에 확인할 수 있도록 하고,
    상기 열화상카메라는,
    상기 로봇부의 동작에 의해 상기 하부장치에 대한 일반 영상을 제공함으로써, 상기 디스플레이부를 통해서 상기 하부장치의 손상을 확인할 수 있도록 하고,
    상기 이송부는,
    철도차량의 측부에 위치하는 지면에 설치되는 프레임;
    상기 프레임 상에서 상기 차륜 배열 방향에 나란하도록 다수로 설치되는 레일;
    상기 레일에 이송 가능하게 설치되는 이송부재;
    상기 이송부재를 상기 레일을 따라 이송되도록 구동력을 제공하는 이송구동부;를 포함하고,
    한 쌍으로 이루어져서, 상기 철도차량의 양쪽 측부에 각각 설치되고, 상기 이송부재마다 상기 로봇부가 각각 설치되는, 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 에 있어서,
    상기 열화상카메라의 영상을 이미지 처리하여 차륜에 대한 이미지 정보를 획득하도록 하는 이미지처리부;
    상기 이미지처리부에 의해 처리된 이미지 정보로부터 차륜의 개수를 카운트함과 아울러, 차륜의 배치 정보를 획득하도록 하는 차륜카운터;
    상기 디스플레이부를 통해 디스플레이되는 차륜 중에서 상기 조작부에 의해 어느 차륜을 선택하면, 상기 차륜에 대한 결함으로서 크랙, 마모도 및 과열 중 어느 하나를 상기 조작부에 의해 선택하도록 하는 검사결과기록부; 및
    상기 차륜카운터에 의해 획득되는 정보를 기초로 차륜의 배치 평면도를 제공하고, 상기 검사결과기록부에 의해 선택된 차륜 및 결함을 표시하도록 하는 평면도결과제공부;
    를 더 포함하는, 철도차량의 차륜 및 하부장치 검사용 로봇 시스템.
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