KR200351269Y1 - 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철도차량에 사용되는 차축의 탐상을 위한 초음파 장치에 관한 것으로서, 피검사재인 철도차량용 차축에 대한 초음파 조사와 그 반사파의 검출을 위해 차축의 양단에 대응하여 구비된 제1탐촉자 및 상기 차축의 외주 부분에 대응하여 구비된 제2탐촉자와; 동력전달수단을 매개로 하여 상기 제1탐촉자를 선택적으로 차축의 단면으로 수평이동시키는 제1구동모터와; 상기 제2탐촉자를 차축과 평행하게 수평이동시키는 제2구동모터와; 상기 제2탐촉자를 선택적으로 차축의 외주 표면으로 수직이동시키는 파워실린더와; 상기 제1구동모터와 제2구동모터 각각에 대응하여 구비되어 피드백 제어를 위한 회전 카운트 신호를 발생시키는 엔코더와; 상기 차축의 양단에 선택적으로 접촉되어 차축의 단면을 연마하는 회전 브러쉬와; 흡입구 부분이 상기 회전 브러쉬에 인접설치된 배기용 덕트 및 상기 덕트를 경유하여 분진을 포집하는 더스트 컬렉터;를 포함하는 초음파 탐상장치가 개시된다.

Description

철도차량용 차축의 초음파 탐상장치{APPARATUS FOR INSPECTING AXLE OF TRAIN USING SUPERSONIC WAVE}

본 고안은 초음파 탐상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파를 이용해 철도차량용 차축을 탐상함에 있어 초음파 탐촉자에 대한 이송제어를 정밀히 수행함으로써 탐상의 신뢰도를 향상시킴과 아울러 초음파 탐촉자 자체에 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있는 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

초음파를 이용하는 탐상검사는 수 내지 수십 MHz의 초음파를 피검사재 내에 조사하여 크랙(Crack) 등의 형태로 존재하는 불연속부로부터 반사되는 초음파의 에너지량이나 그 진행시간 등을 분석함으로써 결함의 위치와 규모를 알아내는 탐상방법으로서, 피검사재에 대한 파괴없이 내부 상태를 편리하게 파악할 수 있는 그 특성으로 인해 각종 용접부나 환봉, 차축, 파이프 등 다양한 산업재의 검사에 매우 유용하게 활용되고 있다.

이러한 초음파 탐상검사를 위해서는 보통 피검사재의 종류나 형태, 재질 등에 걸맞게 탐상장치가 구성되어야 하는데, 특히 열차와 같이 레일을 따라 운행이 이루어지는 차량(이하, '철도차량'으로 지칭)의 차축은 여타의 차축과는 달리 막대한 하중에 의한 기계적 스트레스 환경하에서 사용되므로 그 결함을 보다 정밀하게검출할 수 있는 탐상장치가 요구된다.

철도차량용 차축의 탐상을 위한 초음파 탐상장치의 구성으로는 예컨대, 대한민국 실용신안등록 제204400호(철도차량용 차축초음파 탐상장치의 사각탐상부)에 제시된 바와 같은 기술들을 들 수 있다. 그러나, 철도차량의 차축 탐상을 위한 종래의 이러한 장치는 차축에 대한 초음파 탐촉자의 이송동작이 정밀하게 제어되지 않는 문제가 있어 탐상 정밀도를 높이는데 한계가 있고, 초음파 탐촉자와 차축의 접촉시 완충작용을 하는 탄성수단의 강성계수를 일정 규격으로 설정할 수 없으므로 과도한 이송 움직임에 의해 초음파 탐촉자에 손상이 가해질 수 있는 우려가 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초음파 탐촉자의 이송을 위한 구동력을 전기모터로부터 제공받되, 초음파 탐촉자의 움직임을 피드백 제어함으로써 정밀한 이송이 이루어지도록 하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 차축에 대한 초음파 탐촉자의 완충을 위해 규격화된 탄성수단이 구비되는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치를 제공하는 데 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 탐상장치의 구성도.

도 2는 도 1에서 제1탐촉자측의 구성을 보다 상세히 보여주는 도면.

도 3은 도 1에서 구동모터의 피드백 제어를 위한 구성을 도시하는 블록도.

도 4는 차축의 연마 및 분진배기를 위해 본 고안에 구비되는 구성을 보여주는 도면.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1...차축 2...휠

10...제1탐촉자 11...제1구동모터

12...밸트 13...피니언

14...스프링쇼바 15...근접센서

16...제2탐촉자 17...파워실린더

18...제2구동모터 19...회전 브러쉬

21...덕트 22...더스트 컬렉터

23...롤러 24...모터부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치는, 피검사재인 철도차량용 차축에 대한 초음파 조사와 그 반사파의 검출을 위해 차축의 양단에 대응하여 구비된 제1탐촉자 및 상기 차축의 외주 부분에 대응하여 구비된 제2탐촉자와; 동력전달수단을 매개로 하여 상기 제1탐촉자를 선택적으로 차축의 단면으로 수평이동시키는 제1구동모터와; 상기 제2탐촉자를 차축과 평행하게 수평이동시키는 제2구동모터와; 상기 제2탐촉자를 선택적으로 차축의 외주 표면으로 수직이동시키는 파워실린더와; 상기 제1구동모터와 제2구동모터 각각에 대응하여 구비되어 피드백 제어를 위한 모터의 회전 카운트 신호를 발생시키는 엔코더와; 상기 차축의 양단에 선택적으로 접촉되어 차축의 단면을 연마하는 회전 브러쉬와; 흡입구 부분이 상기 회전 브러쉬에 인접설치된 배기용 덕트 및 상기 덕트를 경유하여 분진을 포집하는 더스트 컬렉터;를 포함한다.

상기 차축은 그 축을 중심으로 회전 가능하게 거치되고, 본 고안에는 상기 차축에 고정된 휠에 접한 상태에서 회전하도록 설치되는 롤러 및 이 롤러에 일정 속도의 회전력을 제공하는 모터부;가 더 포함될 수 있다.

상기 동력전달수단은, 상기 제1탐촉자와 일체로 가동되되, 상기 제1구동모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 피니언; 및 상기 제1탐촉자에 대한 수평 슬라이딩을 위해 상기 피니언에 대응하여 치합 가능하게 구비되는 랙;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 고안에는 상기 차축에 대한 제1탐촉자 및 제2탐촉자의 접촉시 완충작용을 위해 각각의 탐촉자에 대응하여 구비되는 스프링쇼바;가 더 포함될 수 있다.

또한, 본 고안에는 상기 제1탐촉자 및 구동모터를 지지하는 블럭과 연동하되, 상기 차축에 고정된 휠과의 근접시 감지신호를 발생시켜 제1탐촉자의 센터점을 결정하는 근접센서부;가 더 포함될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 탐상장치의 구성이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 고안은 피검사재가 되는 철도차량용 차축(1)의 양단과 외주 부분에 각각 대응하여 구비되는 제1탐촉자(10) 및 제2탐촉자(16)와, 상기 탐촉자들(10,16)의 수평 이송운동을 위한 구동력을 제공하는 제1구동모터(11) 및 제2구동모터(18)와, 상기 제2탐촉자(16)를 차축(1) 방향으로 선택적으로 수직 이동시키는 파워실린더(17)와, 상기 구동모터(11,18)의 피드백 제어를 위한 엔코더(Encoder)(도 3의 25 참조)와, 차축(1)에 대한 연마처리시 발생하는 분진의 제거를 위한 더스트 컬렉터(22)를 포함한다.

제1탐촉자(10)는 차축(1)의 단면 부분으로 초음파를 조사한 후 그 반사파를 검출하는 초음파 탐촉자로서 바람직하게는 모듈화되어 있는 통상의 종파 탐촉자가 사용될 수 있다.

상기 제1탐촉자(10)는 동력전달수단을 매개로 하여 제1구동모터(도 2의 11 참조)로부터 구동력을 제공받아 선택적으로 차축(1)의 단부까지 수평이동하도록 설치된다. 이러한 동작을 위한 동력전달수단은 소정의 기어 어셈블리나 밸트 등을 구비하여 다양한 형태로 구성될 수 있다.

바람직하게 상기 동력전달수단은 도 2에 도시된 바와 같이, 밸트수단을 매개로 제1구동모터(11)와 연결된 피니언(Pinion)(13)과, 상기 피니언(13)의 회전에 연동하여 직선운동함으로써 상기 제1탐촉자(10)를 차축(1)에 대하여 전후진시키는랙(Rack)(27)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 밸트수단은 제1구동모터(11)의 로터부분에 결합된 주동풀리(11a)와, 상기 피니언(13)과 일체로 회전하도록 결합되는 종동풀리(13a)와, 상기 주동풀리(11a)와 종동풀리(13a)를 서로 연결하는 밸트(12)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 피니언(13)은 제1탐촉자(10)와 일체로 가동되도록 설치되되, 상기 제1탐촉자(10)에 대한 수평 슬라이딩을 위해 랙(27)에 대응하여 치합 가능하게 구비될 수 있다. 여기서, 상기 피니언(13)과 랙(27)은 통상의 구조가 동일하게 채용되므로 그 상세한 구조의 설명은 생략하기로 한다. 본 고안에 있어서 동력전달수단은 상기의 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 가능하다.

상기 제1탐촉자(10)는 상기 피니언(13)이 고정된 지점에 대하여 이격되는 방향으로 탄지되어 차축(1)과의 접촉시 자체에 가해지는 충격을 흡수하는 것이 바람직하며, 나아가서는 그 탄성수축 정도를 감지하는 별도의 센서(미도시)를 더 구비하여 제1탐촉자(10)의 수평위치를 보다 정밀히 검출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제1탐촉자(10)에 탄성력을 제공하는 탄성수단으로는 그 강성계수나 치수 등의 스펙이 규격화되어 있는, 소정의 브라켓 내에 일정 길이의 스프링이 구비된 구조의 스프링쇼바(14)가 채용되는 것이 바람직하다.

부가적으로 본 고안에는, 차축(1)에 대한 제1탐촉자(10)의 센터점 결정을 위해, 상기 제1탐촉자(10) 및 제1구동모터(11)를 지지하는 소정의 블럭에 고정되는 근접센서부(15)가 더 구비될 수 있다. 차축(1)에 대한 제1탐촉자(10)의 초기 셋팅 움직임에 연동하는 상기 근접센서부(15)는, 차축(1)에 고정된 휠(2)과의 근접시 감지신호를 발생시키는 센서브라켓(15a)과, 상기 센서브라켓(15a)을 선택적으로 휠(2) 방향으로 전진시키는 에어실린더(15b)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 상기 센서브라켓(15a)과 휠(2) 간의 근접지점을 기준으로 하여 제1탐촉자(10)의 초기위치 셋팅을 위한 센터점을 결정할 수 있다.

제2탐촉자(16)는 차축(1)의 외주 부분으로 초음파를 조사한 후 그 반사파를 검출하는 초음파 탐촉자로서 바람직하게는 통상의 사각탐촉자와 같이 모듈화되어 있는 횡파 탐촉자가 사용될 수 있다. 상기 제2탐촉자(16)는 제2구동모터(18)로부터 동력을 제공받아 차축(1)과 평행하게 수평이동함과 아울러, 별도의 유압이나 공압이 요구되지 않는 파워실린더(Power cylinder)(17)에 의해 선택적으로 차축(1)의 외주부분으로 수직이동한다. 이를 위해, 차축(1)의 상방에는 파워실린더(17)의 움직임을 가이드하도록 수평으로 가이드레일(18a)이 구비되고, 제2탐촉자(16)가 그 피스톤로드에 결합되어 있는 상기 파워실린더(17)는 소정의 동력전달수단을 매개로 상기 제2구동모터(18)와 연결된다.

제1구동모터(11)와 제2구동모터(18)에는 모터의 회전속도를 보상하여 실질적으로 탐촉자의 수평이동 정밀도를 높이도록 도 3에 도시된 바와 같은 구성의 피드백 제어시스템이 구비된다. 보다 구체적으로, 상기 구동모터(11,18)에는 모터의 실제 회전속도에 상응하는 카운트 신호를 발생시키는 엔코더(25)가 구비되고, 이 엔코더(25)에서 출력되는 신호는 상기 구동모터(11,18)의 동작을 직접적으로 제어하는 모터제어부(26)에 다시 피드백 되어 회전속도에 대한 보상동작이 이루어진다. 여기서, 상기 모터제어부(26)는 최초 구동모터(11,18)에 인가한 신호에 상응하는회전속도와, 엔코더(25)의 출력신호로부터 연산되는 구동모터(11,18)의 실제 회전속도가 상호 일치하도록 구동모터(11,18)의 회전속도를 제어한다.

차축(1) 내부에 대한 초음파의 입사효율을 높이기 위해서는 차축(1)의 표면에 존재하는 각종 이물질이 제거되어야 하는 바, 특히 주요 탐상 포인트에 해당하는 차축(1)의 양단과 그 인접부의 표면에 대한 청결유지를 위해 본 고안에는 도 4에 도시된 바와 같이 모터(20)에 의해 구동되되 사용자의 조작에 따라 차축(1)의 양단에 선택적으로 접촉되는 연마용 회전 브러쉬(19)와, 그 흡입구(미도시) 부분이 상기 회전 브러쉬(19)에 인접설치된 배기용 덕트(21)와, 상기 덕트(21)를 경유하여 분진을 배기 및 포집하는 더스트 컬렉터(22)가 구비된다.

차축(1)의 각 지점에 대한 초음파 탐상이 골고루 수행될 수 있도록 상기 차축(1)은 일정 속도로 회전하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 차축(1)은 그 축을 중심으로 회전 가능하게 수평으로 거치되고, 상기 차축(1)의 휠(2) 부분에는 모터부(24)에 의해 일정 속도로 회전하는 롤러(23)가 접촉되어 휠(2) 및 차축(1)에 회전력을 전달한다.

부가적으로 본 고안에는 초음파로부터 작업자의 신체를 보호하기 위해 장치의 일정영역을 둘러싸는 소정의 안전펜스(미도시)와, 이 안전펜스에 대한 작업자의 일정 근접을 감지하는 접근센서(미도시)와, 이 접근센서의 동작에 따라 선택적으로 점등이 이루어지는 경광등(미도시)이 더 구비될 수 있다.

그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 탐상장치의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 초음파 탐상의 정확도를 높이기 위해서는 전처리 공정으로서 피검사재인 철도차량용 차축(1) 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 공정이 수행되어야 하는데, 이를 위해 본 고안에는 회전 브러쉬(19)가 구비되어 차축(1)의 단면이나 그 인접부에 접촉된 상태에서 회전하여 표면에 대한 연마처리를 수행한다. 이때, 연마처리에 따라 발생하는 분진은 덕트(21)를 경유하여 더스트 컬렉터(22)로 배기 및 포집되므로 주변환경이나 초음파 탐촉자 등에 대한 오염을 방지할 수 있다.

연마처리가 완료된 후에는 차축(1) 표면에서의 초음파 반사를 방지함과 아울러 초음파의 투과가 보다 원활히 이루어지도록 탐상 포인트에 대하여 소정의 매질유를 분사하는 작업이 바람직하게 수행되고, 이어서 제1탐촉자(10) 및 제2탐촉자(16)를 센터점에 맞게 초기 위치설정한 상태에서 차축(1)의 단면과 외주 부분까지 수평이동시키는 동작이 이루어진다.

상기 제1탐촉자(10)와 제2탐촉자(16)에는 각각 스프링쇼바(14)가 구비되어 차축(1)과의 밀착시 정밀하고도 규격화된 탄성력으로 완충작용이 이루어진다.

상기 제1탐촉자(10)와 제2탐촉자(16)를 해당 탐촉지점까지 수평이동시키는 동작은 각각 제1구동모터(11)와 제2구동모터(18)를 통해 수행된다. 여기서, 사실상 제2구동모터(18)에 의해 수평이동되는 부분은 파워실린더(17)이나, 이 파워실린더(17)의 피스톤로드 부분에 제2탐촉자(16)가 고정되므로 실질적으로 제2구동모터(18)에 의해 제2탐촉자(16)의 수평이동동작이 이루어진다. 이러한 과정으로 해당 지점까지 수평이동된 제2탐촉자(16)는 다시 상기 파워실린더(17)의 구동에 의해 차축(1)의 외주 표면까지 수직으로 하강하게 된다. 상기 파워실린더(17)는 유압이나 공압을 사용하지 않고 순수하게 전기만으로 구동되므로 제2탐촉자(16)의 이동을 매우 정밀하게 전기적으로 제어할 수 있다.

제1구동모터(11)와 제2구동모터(18)에는 엔코더(25)가 구비되어 모터에 대한 회전 카운트 신호를 발생시키고, 이 회전 카운트 신호는 모터 제어부(26)에 전달되어 구동모터(11,18)의 오차를 보상하는 피드백 제어에 사용된다.

상기와 같은 과정으로 차축(1)의 표면으로 제1탐촉자(10) 및 제2탐촉자(16)를 이동시킨 후에는, 모터부(24)에 연결된 롤러(23)를 구동하여 차축(1)을 일정속도로 회전시키면서 상기 제1탐촉자(10) 및 제2탐촉자(16)를 동작시켜 차축(1) 내부로의 초음파 조사와 그 반사파의 검출 및 분석을 통한 탐상과정이 진행된다.

이상, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 고안에 따른 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치는 초음파 탐촉자의 이동을 위한 구동모터에 대하여 피드백 제어를 수행함과 아울러, 순수하게 전기모터에 의해 구동되는 파워실린더를 이용해 초음파 탐촉자의 수직이동이 이루어지므로 제어가 용이하고 탐상 데이터의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 고안은 규격화된 탄성수단에 의해 초음파 탐촉자의 완충작용이 이루어지므로 충격에 의한 탐촉자의 손상을 방지할 수 있고, 차축에 대한 연마처리시 분진에 의한 오염을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 피검사재인 철도차량용 차축(1)에 대한 초음파 조사와 그 반사파의 검출을 위해 차축(1)의 양단에 대응하여 구비된 제1탐촉자(10) 및 상기 차축(1)의 외주 부분에 대응하여 구비된 제2탐촉자(16)와;

   동력전달수단을 매개로 하여 상기 제1탐촉자(10)를 선택적으로 차축(1)의 단면으로 수평이동시키는 제1구동모터(11)와;

   상기 제2탐촉자(16)를 차축(1)과 평행하게 수평이동시키는 제2구동모터(18)와;

   상기 제2탐촉자(16)를 선택적으로 차축(1)의 외주 표면으로 수직이동시키는 파워실린더(17)와;

   상기 제1구동모터(11)와 제2구동모터(18) 각각에 대응하여 구비되어 피드백 제어를 위한 모터의 회전 카운트 신호를 발생시키는 엔코더(25)와;

   상기 차축(1)의 양단에 선택적으로 접촉되어 차축(1)의 단면을 연마하는 회전 브러쉬(19)와;

   흡입구 부분이 상기 회전 브러쉬(19)에 인접설치된 배기용 덕트(21) 및 상기 덕트(21)를 경유하여 분진을 포집하는 더스트 컬렉터(22);를 포함하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 차축(1)이 그 축을 중심으로 회전 가능하게 거치되고,

   상기 차축(1)에 고정된 휠(2)에 접한 상태에서 회전하도록 설치되는 롤러(23) 및 이 롤러(23)에 일정 속도의 회전력을 제공하는 모터부(24);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 동력전달수단이,

   상기 제1탐촉자(10)와 일체로 가동되되, 상기 제1구동모터(11)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 피니언(13); 및

   상기 제1탐촉자(10)에 대한 수평 슬라이딩을 위해 상기 피니언(13)에 대응하여 치합 가능하게 구비되는 랙(27);을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 차축(1)에 대한 제1탐촉자(10) 및 제2탐촉자(16)의 접촉시 완충작용을 위해 각각의 탐촉자(10,16)에 대응하여 구비되는 스프링쇼바(14);를 더 포함하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1탐촉자(10) 및 제1구동모터(11)를 지지하는 블럭과 연동하되, 상기 차축(1)에 고정된 휠(2)과의 근접시 감지신호를 발생시켜 제1탐촉자(10)의 센터점을 결정하는 근접센서부(15);를 더 포함하는 철도차량용 차축의 초음파 탐상장치.