KR20060051974A - 열차 검사장치 - Google Patents

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KR20060051974A
KR20060051974A KR1020050092421A KR20050092421A KR20060051974A KR 20060051974 A KR20060051974 A KR 20060051974A KR 1020050092421 A KR1020050092421 A KR 1020050092421A KR 20050092421 A KR20050092421 A KR 20050092421A KR 20060051974 A KR20060051974 A KR 20060051974A
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Abstract

본 발명은 열차 검사장치에 관한 것으로, 열차의 차륜상태를 종합적으로 검지하기 위한 파라미터들을 측정하여 이상유무를 검지하는 차륜종합검지부; 상기 차륜종합검지부로부터 전송받은 차륜종합정보를 비교하여 차륜의 이상여부를 판단하는 제1제어부; 열차 팬터그래프의 집전판의 디지털 화상을 획득하는 팬터그래프이상 검지부; 팬터그래프이상 검지부로부터 전달받은 디지털 화상에 의해 집전판의 마모상태를 판독하여 마모의 정도에 따라 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2제어부; 옥상기기의 이상유무를 검지하는 옥상기기 검지부; 상기 옥상기기 검지부로부터 전송받은 디지털 화상에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3제어부; 상기 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜이상정보, 팬터그래프 이상정보, 및 옥상기기 이상정보를 저장하고 관리하며, 저장한 정보를 데이터전송통신망을 통해 전송하는 통합관리부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 차륜의 종합적인 검사와 팬터그래프 검사 및 옥상기기의 검사가 하나의 시스템에 의해 이루어져 차륜과 팬터그래프 및 옥상기기의 점검이 동시에 체계적으로 이루어질 수 있게 된다.
철도차량, 원격감시부, 차륜, 팬터그래프, 통합관리, 이메일, 카메라

Description

열차 검사장치{ Detecting System of Railroad Cars }
도 1은 본 발명에 따른 열차 검사장치를 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차륜종합검지부를 나타낸 개념도,
도 3은 도 2에 도시된 차륜종합검지부의 파라미터측정수단을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 파라미터측정수단을 나타낸 개략적 측면도,
도 5는 도 3에 도시된 영상 촬영부의 일실시예를 설명하기 위한 도,
도 6a 내지 도 6d는 영상 촬영부에 의하여 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도,
도 7과 도 8은 도 3에 도시된 파라미터측정수단의 연산부를 통해 구현된 차륜 윤곽도,
도 9는 도 3에 도시된 영상 촬영부의 다른 일실시예를 나타낸 도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제1제어부 11 : 차륜종합검지부
20 : 제2제어부 21 : 팬터그래프이상 검지부
30 : 제3제어부 31 : 옥상기기 검지부
40 : 통합관리부 50 : 원격감시부
60 : 이메일 및 메세지 서비스부 141 : 슬릿광 발생부
141a : 광원 141b : 콜리메이팅 렌즈
141c : 프로젝션 렌즈 142 : 영상 획득부
142a : CCD 카메라 142b : 초점렌즈
142c : 줌렌즈 142d : 격자
145 : 연산부
본 발명은 열차 검사장치에 관한 것으로, 특히 열차의 차륜, 팬터그래프, 및 옥상기기의 이상여부를 검지하기 위한 열차 검사장치에 관한 것이다.
종래의 열차 검사장치에서는 차량의 차륜 찰상상태와 팬터그래프 마모정도를 감지하여 이상여부를 자동 확인할 수 있었다. 본출원이 선출원하여 등록받은 한국특허등록번호 제388535호 "철도차량 차륜 및 팬터그래프 이상검지장치"에 기재된 바와 같이, 팬터그래프 자동검사장치를 별도로 설치하지 않고서 차륜찰상 자동검사장치와 팬터그래프 자동검사장치가 상호 호환되도록 함으로써 차륜의 점검과 팬터그래프의 점검이 동시에 체계적으로 이루어지도록 하는 기술적 특징을 가지고 있다.
하지만, 상기 차륜의 상태는 차륜의 찰상정도만을 감지하는 것으로, 차륜의 플랜지 두께, 플랜지 높이, 경사도, 내면간 윤거(distance between inner faces), 실면간 윤거(distance between active faces), 직경 등 차륜관련된 종합적인 상태 를 정확히 파악하는데 문제가 있다.
또한 전동차의 옥상기기 부분에 장착되어 있는 구성요소들이 올바르게 장착되어 있는지도 전동차의 상태를 검지하는데 필요한 요소이지만, 이를 별도의 시스템으로 독립적으로 설치하여 검사할 경우, 경제적으로 매우 비효율적이라는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 열차 검사장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 차륜의 종합적인 검사와 팬터그래프 검사 및 옥상기기의 검사가 하나의 시스템에 의해 이루어지도록 함으로써 차륜과 팬터그래프 및 옥상기기의 점검이 동시에 체계적으로 이루어질 수 있도록 하는 열차 검사장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 열차 검사장치는, 열차의 차륜상태를 종합적으로 검지하기 위해 필요한 파라미터들을 측정하여 이상유무를 검지하는 차륜종합검지부; 상기 차륜종합검지부로부터 전송받은 차륜종합정보를 비교하여 차륜의 이상여부를 판단하는 제1제어부; 열차의 통과여부를 감지하여 열차 팬터그래프의 집전판의 디지털 화상을 획득하는 팬터그래프이상 검지부; 팬터그래프이상 검지부로부터 전달받은 디지털 화상에 의해 집전판의 마모상태를 판독하여 마모의 정도에 따라 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2제어부; 옥상기기의 이상유무를 검지하는 옥상기기 검지부; 상기 옥상기기 검지부로부터 전송받 은 디지털 화상에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3제어부; 상기 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜이상정보, 팬터그래프 이상정보, 및 옥상기기 이상정보를 저장하고 관리하며, 저장한 정보를 데이터전송통신망을 통해 전송하는 통합관리부 및; 통합관리부로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 통합관리부와 원격의 장소에서도 열차의 이상여부를 감시할 수 있도록 하는 원격감시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명은 통합관리부로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 원격에 있는 관리자에게 차륜이상, 팬터그래프 이상, 또는 옥상기기 이상을 이메일 또는 메시지를 통하여 통보해주는 이메일 및 메세지 서비스부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차륜종합검지부는, 진입한 열차를 사전에 감지하고 기차의 통행에 관한 정보를 제공하여 기차의 속도를 통제하는 사전감지제어수단; 및 플랜지가 마멸되지 않은 차륜 본래의 고유 형상과 비교할 수 있도록 변형된 차륜의 형상을 제공하고, 고유의 형상과 변형된 형상을 상호 비교함으로써 차륜의 두께, 높이, 경사도, 내면간 윤거, 실면간 윤거, 직경 등 차륜관련 파라미터의 변화값을 측정하는 파라미터측정수단;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 파라미터측정수단은, 위치가 검출된 차륜을 촬상하는 영상 촬영부; 및 상기 열차진입 검출부에 의하여 열차진입이 감지되면, 차륜 위치 검출부를 제어하여 차륜의 위치를 검출하여 상기 차륜이 촬상되도록 상기 영상 촬영부를 제어하고, 촬상된 상기 차륜의 2차원 영상을 3차원 영상으로 구현하는 연산 부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 영상 촬영부는, 슬릿광을 상기 차륜에 조사하는 슬릿광 발생부; 및 상기 슬릿광이 조사되는 상기 차륜의 2차원 영상을 촬상하는 영상획득부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 연산부는, 상기 차륜의 외형에 따라 슬릿광이 굴곡되는 것을 검출하여 3차원 영상을 구현한다.
바람직하게는, 상기 영상획득부는, 상기 슬릿광에 의하여 형성되는 슬릿무늬와 간섭을 일으켜 무아레 무늬를 형성하여 상기 차륜의 2차원 영상이 촬상되도록 하는 격자;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 연산부는, 상기 무아레 무늬의 크로싱 간격을 높이 데이터로 변환하여 3차원 영상을 구현한다.
바람직하게는, 상기 영상촬영부는, 상기 차륜을 각기 다른 각도에서 촬상하도록, 소정 거리 이격되게 위치되는 적어도 두개 이상의 CCD 카메라;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 연산부는, 상기 CCD 카메라에 의하여 촬상된 영상의 촬영각도로부터 상기 차륜의 높이를 연산하여 3차원 영상을 구현한다.
바람직하게는, 상기 연산부는, 촬상된 상기 차륜의 3차원 영상과 기저장된 정상상태 차륜의 3차원 영상을 비교하여, 상기 차륜의 마모상태를 판단한다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 차륜의 마모 상태, 검측일시, 유지보수시기, 교체시기, 및 작업자를 포함하는 정보 데이터가 저장되는 데이터베이스부;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차륜종합검지부는, 차륜, 차축, 보기 등을 측정한 자료를 자동적으로 정확하게 분류하여 실제 측정된 대상을 확인하는 차량확인수단; 정확한 측정이 가능하도록 차륜의 접지면이나 플랜지에 부착된 이물질을 제거하기 위한 차륜청소수단; 및 차륜접지면의 표면결함을 탐지하는 차륜표면결함탐지수단;을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 팬터그래프이상 검지부는, 열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아내는 열차번호인식수단; 센서를 이용하여 차량의 통과여부를 판단하는 열차통과 인식수단; 센서를 이용하여 팬터그래프의 통과여부를 판단하는 팬터그래프인식수단; 팬터그래프의 통과가 인식되면 팬터그래프 부분의 영상을 획득하는 디지털영상검지수단; 및 압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 하는 카메라자동청소수단;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 옥상기기 검지부는, 열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아내는 열차번호인식수단; 카메라를 통해 옥상기기 부분을 촬영한 영상신호를 획득하는 영상검지수단; 및 압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 하는 카메라자동청소수단;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1제어부는, 상기 차륜종합검지부에서 검지된 데이터를 이용하여 차륜의 이상여부를 판단하는 제1콘트롤러와; 상기 제1콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제1지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함한다.
그리고, 상기 제2제어부는, 상기 팬터그래프이상 검지부에서 검지된 팬터그래프 집전판의 마모상태를 이용하여 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2콘트롤러와; 상기 제2콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제2지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함한다.
또한, 상기 제3제어부는, 상기 옥상기기 검지부에서 영상검지수단에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3콘트롤러와; 상기 제3콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제3지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 통합관리부는, 제1 내지 제3제어부로부터 이상정보를 수신하기 위한 통합관리측 데이터수신콘트롤러; 제1 내지 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜, 팬터그래프, 및 옥상기기의 이상정보를 저장하고 관리하는 통합관리용 콘트롤러; 통합관리용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단; 및 통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 다른 시스템으로 전송하기 위한 통합관리용 데이터전송콘트롤러;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 원격감시부는, 상기 통합관리부로부터 통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 수신하기 위한 원격감시용 데이터수신콘트롤러; 원격지에서도 상기 통합관리부로부터 전송받은 팬터그래프의 이상정보를 이용하여 각 열차의 팬터그래프 정보를 저장하거나 관리할 수 있도록 해주는 원격감시용 콘트롤러; 원격감시용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단;을 포 함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열차 검사장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 열차의 차륜, 팬터그래프, 및 옥상기기의 이상여부를 검지하기 위한 전동차 검사장치에 관한 전체 구성도를 보여준다.
본 발명에 따른 전동차 검사장치는 차륜종합검지부(11), 팬터그래프이상 검지부(21), 옥상기기 검지부(31), 각 제어부, 통합관리부(40), 원격감시부(50), 이메일 및 메세지 서비스부(60)를 포함한다.
상기 차륜종합검지부(11)는 차륜상태를 종합적으로 검지하기 위해 필요한 파라미터들을 측정하여 차륜의 이상유무를 검지한다.
상기 팬터그래프이상 검지부(21)는 열차 팬터그래프의 집전판의 디지털 화상을 획득하여 기기의 이상유무를 감지한다.
상기 옥상기기 검지부(31)는 옥상기기 상에 장착된 구성요소들이 올바르게 장착되어 있는지 여부를 영상데이터를 통해 검지한다.
상기 제어부는 차륜종합검지부(11)를 제어하는 제1제어부(10), 팬터그래프이상 검지부(21)를 제어하는 제2제어부(20), 및 옥상기기 검지부(31)를 제어하는 제3제어부(30)로 구성된다.
상기 제1제어부(10)는 차륜종합검지부(11)에서 검지된 데이터를 이용하여 차륜의 이상여부를 판단하는 제1콘트롤러와, 제1콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부(40)로 전송하기 위한 제1지상측 데이터전송 콘트롤러로 구성된다.
상기 제2제어부(20)는 팬터그래프이상 검지부(21)에서 검지된 팬터그래프 집전판의 마모상태를 이용하여 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2콘트롤러와, 제2콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부(40)로 전송하기 위한 제2지상측 데이터전송 콘트롤러로 구성된다.
상기 제3제어부(30)는 옥상기기 검지부(31)에서 카메라 등 영상검지수단에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3콘트롤러와, 제3콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부(40)로 전송하기 위한 제3지상측 데이터전송 콘트롤러로 구성된다.
상기 통합관리부(40)는 상기 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜 이상정보, 팬터그래프 이상정보, 및 옥상기기 이상정보를 저장하고 관리하며, 저장한 정보를 데이터전송통신망을 통해 출력한다.
상기 통합관리부(40)는 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 이상정보를 수신하기 위한 통합관리측 데이터수신콘트롤러, 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 팬터그래프 이상정보를 저장하고 관리하는 통합관리용 콘트롤러, 통합관리용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단 및, 통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 다른 시스템으로 전송하기 위한 통합관리용 데이터전송콘트롤러를 포함한다.
상기 원격감시부(50)는 통합관리부(40)로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 통합관리부(40)와 멀리 떨어진 장소에서도 열차의 이상여부를 감시할 수 있도록 한다.
상기 원격감시부(50)는 통합관리부로부터 통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 수신하기 위한 원격감시용 데이터수신콘트롤러, 원격지에서도 통합관리부로부터 전송받은 팬터그래프의 이상정보를 이용하여 각 열차의 팬터그래프 정보를 저장하거나 관리할 수 있도록 해주는 원격감시용 콘트롤러, 원격감시용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 이메일 및 메세지 서비스부(60)는 차량의 이상 발견시 통합관리부(40)로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 원격에 있는 차량의 관리자에게 즉시 통보해주는 서비스를 제공한다. 이메일은 미리 설정된 관리자의 이메일 주소로 차륜의 찰상정보, 팬터그래프 집전판의 마모정도에 의한 팬터그래프의 이상정보, 또는 옥상기기의 이상정보가 자동으로 입력되어 전송되도록 구현된다.
그리고, 메세지서비스의 경우에는 관리자의 휴대폰이나 PDA 등과 같은 단말장치로 차륜의 찰상정보나 팬터그래프이상정보에 대한 문자메시지 또는 음성메세지를 전송한다.
상기 차륜종합검지부(100)는 감지제어수단, 차량확인수단, 차륜청소수단, 파라미터측정수단, 차륜표면결함탐지수단을 포함한다.
상기 감지제어수단은 진입한 열차를 사전에 감지하고 기차의 통행에 관한 정보를 제공하여 기차의 속도를 통제하기 위한 것으로서, 소정의 거리로 이격되게 한 쌍의 휠 디텍터가 설치되어 열차의 진입을 검출하여 그 진입여부, 진입방향 및 진 입속도를 검출한다. 휠 디텍터는 차륜에 감응하여 열차의 존재를 검지하는 일종의 자기센서이다.
상기 감지제어수단은 휠 디텍터로부터 출력되는 신호의 선후로 열차의 진입방향을 검출하고, 휠 디텍터가 이격되는 거리와 출력신호의 검출시간으로 열차의 속도를 검출한다.
이러한 센서로는 휠 디텍터 뿐만 아니라 초음파 센서 또는 적외선 센서로도 구현될 수 있다.
상기 차량확인수단은 차량의 번호차륜, 차축, 보기 등을 측정한 자료를 자동적으로 정확하게 분류하여 실제 측정된 대상을 확인한다.
상기 차륜청소수단은 정확한 측정이 가능하도록 차륜의 접지면이나 플랜지에 부착된 이물질을 (선형 브러쉬들을 이용하여) 제거한다.
상기 파라미터측정수단은 물리적인 접촉없이 플랜지가 마멸되지 않은 차륜 본래의 고유 형상과 비교할 수 있도록 변형된 차륜의 형상을 제공하고, 고유의 형상과 변형된 형상을 상호 비교함으로써 차륜의 두께, 높이, 경사도, 내면간 윤거, 실면간 윤거, 직경 등 차륜관련 파라미터의 변화값을 측정한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 파라미터측정수단은 차륜(W)의 플랜지부(W1)가 노출되도록 차륜(W)을 지지하는 시험선로(RT)와, 상기 시험선로(RT)의 아래쪽에서 차륜(W)의 2차원 영상으로 촬상하는 영상 촬영부 및, 상기 영상 촬영부에서 촬상된 영상을 3차원 영상으로 구현하고 차륜(W)의 마모상태를 검지하는 연산부(145)를 포함한다.
상기 시험선로(RT)는 지지랙(S)에 의해 소정의 높이로 지지되고, 통상의 선로(RC) 보다 그 폭이 좁아 통상의 선로(RC)에서 시험선로(RT)로 진입한 차륜(W)의 플랜지부(W1)를 완전하게 노출시키면서 지지하게 된다.
상기 영상 촬영부는 슬릿광을 차륜(W)에 조사하는 슬릿광 발생부(141) 및, 차륜(W)에 조사된 슬릿광을 촬영하는 영상획득부(142)로 구성된다.
상기 슬릿광 발생부(141)는 시험선로(RT)의 아래쪽에 1쌍이 서로 직교되게 구비되고, 각각의 슬릿광 발생부(141)는 차륜(W)의 플랜지부(W1)를 중심으로 양쪽 아래에 위치하여 차륜(W)의 플랜지부(W1) 전체에 슬릿광을 조사하게 된다.
상기 영상획득부(142)는 시험선로(RT)의 연직 하방에 위치하되, 상기 슬릿광 발생부(141)와 소정의 수평거리를 두고 배치된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 영상획득부(142)와 슬릿광 발생부(141)는 시험선로(RT)의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되되, 촬영시를 기준으로 보면 슬릿광 발생부(141)가 차륜(W)의 연직 하방에 위치하여 슬릿광을 조사할 때 영상획득부(142)는 차륜(W)을 경사지게 바라보면서 슬릿광에 노출된 차륜(W)을 촬영하게 된다. 이 위치에서는 영상획득부(142)로 차륜(W)이 완전히 노출되어 하나의 영상획득부(142)로 촬영이 가능하게 된다.
상기 영상획득부(142)는 격발기구에 의해 작동하게 된다. 상기 격발기구는 양쪽 선로를 따라 소정간격을 두고 2개씩 각각 구비되는 광전관으로, 차륜(W)의 위치와 속도를 파악하여 격발시기를 계산한 후 영상획득부(142)로 격발명령을 인가하게 된다.
도 5를 참조하여 슬릿무늬를 이용하는 영상 촬영부의 구성과 작동원리를 설명한다.
상기 슬릿광 발생부(141)는 광을 발광하는 광원(141a)과, 광원(141a) 전방에 위치되어 발광되는 광을 원하는 크기의 점광원(點光源)으로 변형하는 콜리메이팅렌즈(141b)와, 콜리메이팅 렌즈(141b) 전방에 위치되어 점광원을 소정 개수의 슬릿광으로 변형하여 차륜(W)에 주사하는 프로젝션 렌즈(141c)를 포함한다.
여기서, 광원(141a)은 할로겐 램프, 크세논 램프, 백색 광원 또는 레이저 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
영상획득부(142)는 차륜(W)의 영상을 원하는 크기로 변형하는 줌렌즈(142c)와, 줌렌즈(142c)를 통과한 영상의 초점을 조절하여 정확한 영상이 맺어지도록 하는 초점렌즈(142b)와, 초점렌즈(142b)를 통과한 영상을 입력받아 출력하는 CCD 카메라(142a)를 포함한다.
이와 같이 구성되는 영상 촬영부는 광원(141a)에서 발광되는 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈(141b)와 프로젝션 렌즈(141c)를 통해 슬릿광으로 변형시켜 차륜(W)에 조사한다. 슬릿광이 조사되면 차륜(W)에는 그 굴곡 정도에 따라 휘어짐이 각기 다른 슬릿무늬가 형성된다.
이때, 슬릿무늬가 형성된 차륜(W)의 영상을 줌렌즈(142c)와 초점렌즈(142b)를 통해 CCD 카메라(142a)에서 촬영함으로써 슬릿무늬가 형성된 차륜(W)의 2차원 영상을 얻게 된다.
상기 연산부(145)는 영상 촬영부에 의해 2차원 영상으로 촬상된 차륜(W)의 영상을 3차원 영상으로 구현하는 프로그램과, 정상상태에서의 차륜(W)의 3차원 영상 데이터 및 3차원 영상으로 구현된 차륜(W)의 영상으로부터 마모상태를 검지하는 프로그램을 구비하고 있다.
따라서, 상기 연산부(145)는 영상 촬영부로부터 촬상된 차륜(W)의 슬릿무늬의 변형정도 즉, 슬릿광이 차륜(W)의 굴곡정도에 따라 어느 정도 휘어져 있는가를 검출하여 3차원 영상을 구현한다.
이때, CCD 카메라(142a)를 사용하는 이유는 슬릿무늬 해석시 CCD 카메라(142a)를 이루는 셀의 수를 검출하여 산출함으로써 처리속도를 향상시키기 위한 것이다. 이러한 셀 계산법은 격자의 역할을 하기도 한다. 참고로, 광학 카메라를 사용하는 경우에는 촬상된 2차원 영상을 다수개의 셀로 나누어 산출한다.
도 6a-6d를 참조하여 연산부(145)의 구현원리를 설명한다.
슬릿광을 3차원 물체에 조사하게 되면 슬릿광은 3차원 물체 곡면의 굴곡에 따라 휘어지게 된다. 슬릿광의 수를 늘려 많은 수의 슬릿무늬를 형성하여 이에 대한 영상을 얻은 후, 슬릿무늬의 휘어짐 정도를 검출하면 3차원 영상을 구현할 수 있게 된다. 3차원으로 구현되는 영상의 정밀도는 슬릿광의 수에 비례한다.
도 6a는 주기적인 구조를 갖는 슬릿광을 나타낸 것이고, 도 6b는 석고상에 슬릿광을 조사할 때 석고상의 굴곡정도에 대응하여 각기 다른 굴곡을 가지는 슬릿 무늬가 형성된 2차원 영상을 나타내고, 도 6d는 도 6b의 2차원 영상으로부터 구현되는 3차원 영상을 나타낸다.
또한, 획득된 영상은 VISIOSCOPE에 의해 차륜전체의 윤곽을 요소화하여 줌으 로써 표준윤곽과 비교할 수 있게 된다.
따라서, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 차륜(W)의 일단면을 통해 변화된 차륜 플랜지의 두께(G), 플랜지 높이(H), 경사도(qr), 내면간 윤거(Din), 실면간 윤거(Dout), 직경 등 차륜관련 파라미터를 측정할 수 있고, 본래의 값과 비교하면 마모된 정도를 알 수 있게 된다.
한편, 도 9를 참조하여 무아레무늬를 이용한 영상 촬영부를 설명하면, 상기 영상 촬영부는 무아레무늬를 이용하여 차륜(W)의 2차원 영상을 촬상한 후 연산부(145)에서 3차원 영상으로 구현하게 된다.
무아레(moire) 무늬란 두종류 이상의 무늬를 겹칠 때 생기는 새로운 무늬를 말하는 것으로, 이를 이용하면 변위측정이나 변형측정을 할 수 있으며, 또한 3차원 물체의 형상 등을 측정할 수 있다(쉐도우(shadow) 무아레 기법, 무아레 포토그래피).
이러한 방법은, 3차원 물체의 형상 및 변형을 측정할 수 있으며, 10 마이크로 미터의 고정밀도 측정이 가능하며, 특수한 광학 부품을 사용하지 않고도 측정이 용이하며, 운동물체의 계측이 용이하다는 장점이 있다.
무아레 무늬는 슬릿광에 의해 형성되는 슬릿무늬와 슬릿무늬와 간섭을 일으켜 무아레 무늬를 형성하는 격자(142d)를 통해 이루어지는데, 무아레 무늬를 이루는 등고선은 높이를 나타내는 데이터가 된다.
본 실시예에 의한 영상 촬영부는 슬릿광 발생부(141) 및 영상획득부(142)를 포함한다.
상기 슬릿광 발생부(141)는 슬릿광을 차륜(W)에 조사하는 것으로서, 광을 발광하는 광원(141a)과, 광원(141a) 전방에 위치되어 발광되는 광을 원하는 크기의 점광원(點光源)으로 변형하는 콜리메이팅렌즈(141b)와, 콜리메이팅 렌즈(141b) 전방에 위치되어 점광원을 소정 개수의 슬릿광으로 변형하여 차륜(W)에 주사하는 프로젝션 렌즈(141c)를 포함한다.
여기서, 광원(141a)은 할로겐 램프, 크세논 램프, 백색 광원 또는 레이저 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
영상획득부(142)는 차륜(W)의 영상을 원하는 크기로 변형하는 줌렌즈(142c)와, 줌렌즈(142c)를 통과한 영상의 초점을 조절하여 정확한 영상이 맺어지도록 하는 초점렌즈(142b)와, 초점렌즈(142b)와 줌렌즈(142c) 사이에 위치되어 무아레 무늬를 형성하는 격자(142d)와, 초점렌즈(142b)를 통과한 영상을 입력받아 출력하는 CCD 카메라(142a)를 포함한다.
이와 같이 구성되는 영상 촬영부는 광원(141a)에서 발광되는 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈(141b)와 프로젝션 렌즈(141c)를 통해 슬릿광으로 변형시켜 습판(11)상에 조사한다. 슬릿광이 조사되면 차륜(W)에는 그 굴곡 정도에 따라 휘어짐이 각기 다른 슬릿무늬가 형성된다.
이때, 슬릿 무늬가 형성된 차륜(W)을 줌렌즈(142c), 격자(142d) 및 초점렌즈(142b)를 통해 CCD 카메라(142a)에서 촬상함으로써 무아레 무늬가 형성된 차륜(W)의 2차원 영상을 얻게 된다.
연산부(145)는 영상 촬영부로부터 촬상된 무아레 무늬가 형성된 차륜(W)의 2차원 영상으로부터 무아레 무늬의 크로싱 간격(등고선)을 높이 데이터로 환산하여 차륜(W)의 3차원 영상을 구현한다.
상술한 '슬릿 무늬를 이용한 방법'과 '무아레 무늬를 이용하는 방법'의 가장 큰 차이점은 슬릿광의 조사로 인해 형성된 슬릿무늬가 있는 차륜을 촬상할 때 무아레 무늬 형성을 위한 격자(142d)를 사용하는지 여부이다.
즉, 슬릿무늬가 형성된 차륜을 CCD 카메라(142a)로 바로 촬상하면 제1 실시예에 의한 '슬릿무늬를 이용한 방법'이 되고, CCD 카메라(142a)로 촬상시 격자(142d)를 통해 촬상하면 '무아레 무늬를 이용한 방법'이 되는 것이다.
무아레 무늬를 이용한 방법에서 3차원으로 구현되는 영상의 정밀도는 슬릿광의 수와 격자의 굵기와 간격에 비례하게 된다.
도 6c는 격자를 통하여 촬상됨으로써 무아레 무늬가 형성된 2차원 영상을 나타내며, 도 6d는 도 6c의 무아레 무늬가 형성된 2차원 영상으로부터 구현되는 3차원 영상을 나타낸다.
도 9에서 다른 실시예와 동일한 구성 및 작용을 하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여한다.
상기 차륜표면결함탐지수단은 차량이 시스템을 통과할 때 차륜접지면의 표면결함을 초음파로 탐지한다.
즉, 각 선로 위에 2개씩의 초음파 표면파 탐지기를 구비하고 초음파 임펄스를 생성하고 수신하여 차륜의 표면결함을 탐지하게 된다.
상기 팬터그래프이상 검지부는 열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아내는 열차번호인식수단과; 센서를 이용하여 차량의 통과여부를 판단하는 열차통과 인식수단과; 센서를 이용하여 팬터그래프의 통과여부를 판단하는 팬터그래프인식수단과; 팬터그래프의 통과가 인식되면 팬터그래프 부분의 영상을 획득하는 디지털영상검지수단과; 압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 하는 카메라자동청소수단으로 구성된다.
상기 팬터그래프이상 검지부에 대한 상세한 기술은 본 출원인의 선등록된 한국특허등록 제388535호에 상세히 개시되어 있으므로, 여기에서는 생략하기로 한다.
상기 옥상기기 검지부는 열차번호인식수단, 영상검지수단, 카메라자동청소수단을 포함한다.
열차번호인식수단은 열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아낸다.
영상검지수단은 카메라를 통해 옥상기기 부분을 촬영한 영상신호를 획득한다.
카메라자동청소수단은 압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 한다.
또한, 카메라의 렌즈에 이물질이 많이 부착되어 카메라에 의해 획득되는 영 상의 화질이 선명하지 않게 되면, 카메라 주변에 설치되어 있는 공기분사노즐을 통해 압축공기를 분사하여 카메라의 렌즈를 청소한다.
또한, 데이터전송통신망을 통하여 통합관리부에 저장된 팬터그래프 이상정보를 원격지에서도 확인할 수가 있으며, 특히 이메일 및 메세지서비스부(500)에서는 통합관리부에 저장되는 정보중 차량이상이 발견된 정보에 대하여는 차량의 관리자에게 바로 이메일을 보내거나 문자나 음성 등의 메세지를 전송한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 차륜의 이상상태뿐만 아니라 팬터그래프의 이상상태를 함께 확인하여 이를 함께 저장하고 관리할 수 있으므로 열차에 대한 이상정보를 각각 별개의 시스템에 의해 관리하는 종래의 차량이상검지장치와는 달리, 1편성열차에 대한 각 부분의 이상여부를 단일시스템을 이용하여 통합적으로 관리할 수 있고, 각 열차에 대한 이력 역시 통합관리가 가능하다는 장점이 있다.
특히 이러한 각각의 열차에 대한 통합관리뿐만 아니라 차량기지의 여러 열차에 대하여도 단일시스템을 이용한 통합관리가 가능하다는 장점이 있다.
이러한 열차의 통합적인 이력관리를 통하여 관리자는 편리하게 각 열차별 수리시기를 점검할 수 있고, 이러한 점검을 통하여 열차의 안전을 확보할 수 있게 된다는 효과도 있다.
또한 본 발명은 열차의 서로 다른 부분의 이상을 검지하기 위한 장치를 단일시스템으로 구성함으로써 장치의 구성을 보다 간소화할 뿐만 아니라 장치를 구현하는데 드는 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한 이러한 차륜종합정보와 팬터그래프 집전판의 마모상태 및 옥상기기에 대한 이상유무를 판단할 수 있는 정보를 원격지의 감시자에게 열차식별번호와 함께 제공해 주고, 차량관리자에게 이메일 또는 문자나 음성메시지를 전송하여 차량의 이상여부를 즉시 알 수 있도록 함으로써 차량의 이상 발생시 보다 신속하고 정확하게 대응할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Claims (18)

  1. 열차의 차륜상태를 종합적으로 검지하기 위해 필요한 파라미터들을 측정하여 이상유무를 검지하는 차륜종합검지부;
    상기 차륜종합검지부로부터 전송받은 차륜종합정보를 토대로 차륜의 이상여부를 판단하는 제1제어부;
    열차 팬터그래프의 집전판의 화상을 획득하는 팬터그래프이상 검지부;
    팬터그래프이상 검지부로부터 전달받은 화상에 의해 집전판의 마모상태를 판독하여 마모의 정도에 따라 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2제어부;
    옥상기기를 영상을 촬영하는 옥상기기 검지부;
    상기 옥상기기 검지부로부터 전송받은 영상에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3제어부;
    상기 제1, 제2, 및 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜이상정보, 팬터그래프 이상정보, 및 옥상기기 이상정보를 저장하고 관리하며, 저장한 정보를 데이터전송통신망을 통해 전송하는 통합관리부; 및
    통합관리부로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 통합관리부와 원격의 장소에서도 열차의 이상여부를 감시할 수 있도록 하는 원격감시부;를 포함하는 열차 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    통합관리부로부터 데이터전송통신망을 통해 전송된 정보를 이용하여 원격에 있는 관리자에게 차륜이상, 팬터그래프 이상, 또는 옥상기기 이상을 이메일 또는 메시지를 통하여 통보해주는 이메일 및 메세지 서비스부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차륜종합검지부는,
    플랜지가 마멸되지 않은 차륜 본래의 고유 형상과 비교할 수 있도록 변형된 차륜의 형상을 제공하고, 고유의 형상과 변형된 형상을 상호 비교함으로써 차륜의 플랜지 두께, 플랜지 높이, 경사도, 내면간 윤거, 실면간 윤거, 차륜의 직경 등 차륜관련 파라미터의 변화값을 측정하는 파라미터측정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파라미터측정수단은,
    진입한 열차를 사전에 감지하고 기차의 통행에 관한 정보를 제공하여 기차의 속도를 통제하는 사전감지제어수단;
    위치가 검출된 차륜을 촬상하는 영상 촬영부; 및
    상기 열차진입 검출부에 의하여 열차진입이 감지되면, 상기 차륜 위치 검출부를 제어하여 차륜의 위치를 검출하여 상기 차륜이 촬상되도록 상기 영상 촬영부를 제어하고, 촬상된 차륜의 2차원 영상을 3차원 영상으로 구현하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 영상 촬영부는,
    슬릿광을 상기 차륜에 조사하는 슬릿광 발생부; 및
    상기 슬릿광이 조사되는 차륜의 2차원 영상을 촬상하는 영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 차륜의 외형에 따라 슬릿광이 굴곡되는 것을 검출하여 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 영상획득부는,
    상기 슬릿광에 의하여 형성되는 슬릿무늬와 간섭을 일으켜 무아레 무늬를 형성하여 상기 차륜의 2차원 영상이 촬상되도록 하는 격자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 무아레 무늬의 크로싱 간격을 높이 데이터로 변환하여 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 영상 촬영부는,
    상기 차륜을 각기 다른 각도에서 촬상하도록, 소정 거리 이격되게 위치되는 적어도 두개 이상의 CCD 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 CCD 카메라에 의하여 촬상된 영상의 촬영각도로부터 차륜의 높이를 연산하여 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 연산부는,
    촬상된 상기 차륜의 3차원 영상과 기저장된 정상상태 차륜의 3차원 영상을 비교하여, 차륜의 마모상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 차륜의 마모 상태, 검측일시, 유지보수시기, 교체시기, 및 작업자를 포함하는 정보 데이터가 저장되는 데이터베이스부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 차륜종합검지부는,
    차륜, 차축, 보기 등을 측정한 자료를 자동적으로 정확하게 분류하여 실제 측정된 대상을 확인하는 차량확인수단;
    정확한 측정이 가능하도록 차륜의 접지면이나 플랜지에 부착된 이물질을 제 거하기 위한 차륜청소수단; 및
    차륜접지면의 표면결함을 탐지하는 차륜표면결함탐지수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 팬터그래프이상 검지부는,
    열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아내는 열차번호인식수단;
    센서를 이용하여 차량의 통과여부를 판단하는 열차통과 인식수단;
    센서를 이용하여 팬터그래프의 통과여부를 판단하는 팬터그래프인식수단;
    팬터그래프의 통과가 인식되면 팬터그래프 부분의 영상을 획득하는 디지털영상검지수단; 및
    압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 하는 카메라자동청소수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 옥상기기 검지부는,
    열차의 접근여부를 알려주며, 열차의 접근시 열차에 부착되어 있는 ID태그를 판독하여 열차의 식별번호를 알아내는 열차번호인식수단;
    카메라를 통해 옥상기기 부분을 촬영한 영상신호를 획득하는 영상검지수단; 및
    압축된 공기를 분사하여 디지털영상검지수단의 카메라렌즈를 청소할 수 있도록 하는 카메라자동청소수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜 및 팬터그래프 이상검지장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1제어부는, 상기 차륜종합검지부에서 검지된 데이터를 이용하여 차륜의 이상여부를 판단하는 제1콘트롤러와; 상기 제1콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제1지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함하고,
    상기 제2제어부는, 상기 팬터그래프이상 검지부에서 검지된 팬터그래프 집전판의 마모상태를 이용하여 팬터그래프의 이상여부를 판단하는 제2콘트롤러와; 상기 제2콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제2지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함하며,
    상기 제3제어부는, 상기 옥상기기 검지부에서 영상검지수단에 의해 옥상기기의 이상여부를 판단하는 제3콘트롤러와; 상기 제3콘트롤러에서 처리된 열차이상정보를 통합관리부로 전송하기 위한 제3지상측 데이터전송 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통합관리부는,
    제1 내지 제3제어부로부터 이상정보를 수신하기 위한 통합관리측 데이터수신콘트롤러;
    제1 내지 제3제어부로부터 전송받은 데이터를 이용하여 각 열차별 차륜, 팬터그래프, 및 옥상기기의 이상정보를 저장하고 관리하는 통합관리용 콘트롤러;
    통합관리용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단; 및
    통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 다른 시스템으로 전송하기 위한 통합관리용 데이터전송콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 원격감시부는,
    상기 통합관리부로부터 통합관리용 콘트롤러에서 처리된 데이터를 수신하기 위한 원격감시용 데이터수신콘트롤러;
    원격지에서도 상기 통합관리부로부터 전송받은 팬터그래프의 이상정보를 이용하여 각 열차의 팬터그래프 정보를 저장하거나 관리할 수 있도록 해주는 원격감시용 콘트롤러;
    원격감시용 콘트롤러에 데이터를 입력하거나 출력하기 위한 입출력수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 검사장치.
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