KR100737517B1

KR100737517B1 - 철도레일 측정시스템 및 측정방법

Info

Publication number: KR100737517B1
Application number: KR1020060104976A
Authority: KR
Inventors: 김종식
Original assignee: (주)파비스
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2007-07-10

Abstract

본 발명은 철도레일 측정시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 철도레일에서 양측 레일 간의 간격과 높이, 그리고 주변온도 등을 고려하여 철도 레일의 틀어짐, 궤간 틀림, 레일 상면의 편평도, 수평 틀림을 측정하므로 이를 통한 철도레일의 유지 및 보수가 용이하여 사고 등을 미연에 방지할 수 있는 철도레일 측정시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템은 철도레일의 간격 및 높이와, 양측 레일의 수평 정도와, 주변온도를 감지하는 센서부와, 상기 센서부의 아날로그신호를 디지탈신호를 변환시켜 출력하는 A/D컨버터와, 데이타를 저장하는 메모리(40)와, 상기 센서부의 출력신호에 따라 온도에 따른 레일의 수축 및 팽창률에 따라 레일 간의 간격을 연산하고, 양측 레일의 높이차를 연산하여 양측레일의 궤간과 수평 여부를 연산하는 연산부(30)와, 상기 연산부(30)의 연산결과를 출력하는 디스플레이를 포함한다.

철도레일, 수평, 궤간, 온도보상, 레이저 센서

Description

철도레일 측정시스템 및 측정방법 {Rail Measurement System and the Method}

도 1은 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템을 나타낸 블럭도,

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템을 나타낸 사시도,

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템의 측면도 및 정면도,

도 4는 도 2a의 A부분을 확대한 확대 사시도,

도 5a 및 5b는 도 2a의 B부분을 확대한 확대 사시도,

도 6a는 본 발명의 철도레일 측정방법에 따른 궤간 틀림 측정방법을 나타낸 순서도,

도 6b는 본 발명의 철도레일측정 방법에서 양측 레일 간 거리를 측정하는 방법을 나타낸 개략적 설명도,

도 7a는 본 발명의 철도레일 측정방법에 따른 두 레일 간의 수평 틀림 측정방법을 나타낸 순서도,

도 7b는 본 발명의 철도레일 측정방법에서 두 레일 간의 높이차를 측정하는 방법을 나타낸 개략적 설명도,

도 8은 본 발명에 의한 철도레일 측정방법에서 레일의 줄 틀림을 측정하는 개념을 도시한 설명도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 센서부 11 : 폭측정센서

12 ; 높이측정센서 13 : 각도측정센서

14 : 온도센서 15 : 수평계

20 : A/D컨버터 30 : 연산부

40 : 메모리 50 : 디스플레이

61 : 메인프레임 62 : 손잡이

63 : 힌지 64 : 유니버셜조인트

66 : 보조프레임 67,68 : 브라켓

651 : 제 1 수평롤러 652 : 제 1 측면롤러

653 : 제 2 측면롤러 654 : 제 2 수평롤러

70 : 철도레일

본 발명은 철도레일 측정시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 철도레일에서 양측 레일 간의 간격과 높이와 주변온도 등을 고려하여 철도 레일의 직 진도, 궤간 틀림, 레일 상면의 편평도, 수평 틀림을 측정하므로 이를 통한 철도레일의 유지 및 보수가 용이하여 사고 등을 미연에 방지할 수 있는 철도레일 측정시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 기차나 지하철 등의 운반체와 궤도검사 및 레일고정부재(코우지엔) 파손검사, 선로의 적합성 여부의 평가는 오랜 경험을 갖고 있는 검진도공의 검사에 의존하고 있는 실정이다. 이처럼 지금까지는 사람이 직접 궤도 및 레일고정부재의 결함과 파손을 검사하기 때문에 시간, 인력의 낭비는 물론, 경제적인 낭비를 초래하고 있는 것이 현실이고, 무엇보다도 사람이 하는 일이기 때문에 완전한 검측이 불가능하다는 문제점이 있다.

또한, 철도의 진행방향 전환을 위하여 거시적으로 볼 때는 레일이 굽어져 있을 수 있으나, 최소 단위구간(예를 들어, 1 ~ 3m의 짧은 구간) 내에서는 레일이 직선을 유지(즉, 레일의 직진도)해야 한다. 그러나, 여러 가지 이유로 인해 최소 단위구간 내에서 마치 구불구불한 지렁이 같이 레일이 틀어지는 경우가 있는데, 이러한 경우를 레일의 '줄 틀림' 또는 '레일의 틀어짐'이라고 한다. 이러한 레일의 줄 틀림(틀어짐)을 검사하기 위해서는 소형의 정밀한 검사장비가 요구되고 있으나, 이러한 요구를 충족할 수 있는 검사장비가 현재까지 제안되지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도레일을 따라 이동하면서 양측 레일 간의 높이와 간격을 측정하고, 온도차에 의한 레일의 수축 및 확장비율을 고려하여 철도 레일의 줄 틀림, 궤간 틀림, 레일 상면의 편평도, 수평틀림 등을 측정할 수 있는 철도레일 측정시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기와 같은 실시 예를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도레일 측정방법은, 철도 레일을 따라 이동되면서, 우측 레일이 높이와 현재온도에 따른 레일의 수축 또는 팽창률에 따른 레일의 변화를 보상하여 레일간 거리 및 높이를 측정하여 양측레일간의 간격을 측정 및 그 결과를 출력하는 궤간틀림 측정단계와; 상기 철도 레일을 따라 이동되면서, 우측 레일과 좌측 레일의 높이차와 각 레일의 높이를 연산하여 양측 레일의 수평정도를 측정하고 그 결과를 출력하는 수평틀림측정단계와; 상기 철도레일을 따라 이동되면서, 우측레일의 높이변화와, 좌우측레일간의 수평도를 측정하여 레일의 편평도를 측정하는 편평도측정단계를 포함하는 철도레일측정방법에 있어서, 양측 레일이 모두 휘어진 경우 또는 하나의 레일이 휘어진 줄틀림구간에서 우측레일을 따라 이동되는 보조프레임과 상기 보조프레임에 횡으로 연결되어 그 끝단이 좌측레일을 따라 이동되는 메인프레임에서 상기 메인프레임과 보조프레임을 회전 가능하도록 구성하되, 상기 메인프레임을 좌측레일과 수직각도를 유지하도록 회전케 하고, 상기 메인프레임과 보조프레임과의 회전각도를 감지하여 상기 회전각도의 정도에 따라 줄틀림 여부를 판정하는 줄틀림판정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에 따른 철도레일측정시스템은, 양측 레일의 진행방향에 대해 수직 방향으로 위치하는 메인프레임(61)과; 상기 메인프레임(61)에 구비되는 손잡이(62)와; 상기 메인프레임(61)의 우측에, 상기 우측 레일의 진행방향과 동일방향으로 결합되어지되, 힌지(63)에 의해 상기 메인프레임(61)에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 결합되는 보조프레임(66)과; 상기 보조프레임(66)의 양 단부에 구비되며, 상기 우측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 1 수평롤러(651)와; 상기 보조프레임(66)의 양 단부에 구비되며, 상기 우측 레일의 안쪽 측면을 따라 회전되는 제 1 측면롤러(652)와; 상기 메인프레임(61)의 좌측 끝단에 구비되며, 상기 좌측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 2 수평롤러(654)와; 상기 메인프레임(61)의 좌측에 구비되며 상기 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착되어 회전되는 제 2 측면롤러(653)와; 상기 메인프레임(61)의 좌측에 구비되며, 좌측 레일의 안쪽 측면을 향하여 레이저 또는 적외광을 발광시켜 반사된 광을 수광하여 양측 레일 간의 간격 변화 감지신호를 출력하는 폭측정센서(11)와; 상기 보조프레임(66)의 중앙부에 구비되며, 우측 레일의 상면에 레이저 또는 적외광을 발광시키고 반사되는 광을 수광하여 발광에서 수광까지의 시간에 따른 상기 우측 레일의 높이 감지신호를 출력하는 높이측정센서(12)와; 상기 메인프레임(61)과 보조프레임(66)이 이루는 각도가 90°인지의 여부를 측정하여 감지신호를 출력하는 각도측정센서(13)와; 상기 메인프레임(61)의 상부면에 구비되며, 상기 양측 레일에 걸친 상태에서의 상기 메인프레임(61)의 수평 여부를 감지하여 이를 출력하는 수평계(15)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 2 수평롤러(654)는 신축연결부재(65)에 의해 상기 메인프레임(61)의 좌측에 결합되어, 상기 좌측 레일의 상면을 따라 이동하면서 회전되며, 상기 제 2 측면롤러(653)는 상기 제 2 수평롤러(654)를 지지하는 지지구의 하측에서 브라켓(68)에 의해 지지되어 구성됨으로써, 상기 신축연결부재(65)의 내부에 구비된 탄성수단(미도시)에 의해 항상 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착된 상태로 상기 레일을 따라 이동하면서 회전되는 것을 특징으로 한다.

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이하에서는 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 레일의 폭 간격을 측정하는 폭측정센서(11)와, 레일의 높이를 측정하는 높이측정센서(12)와, 철도레일 측정시스템의 회전각도를 측정하는 각도측정센서(13)와, 주변온도를 측정하는 온도센서(14)와, 레일의 수평상태를 측정하는 수평계(15)를 포함하는 센서부(10)와; 상기 센서부(10)의 아날로그신호를 디지탈신호를 변환시켜 출력하는 A/D컨버터(20)와; 데이타를 저장하는 메모리(40)와; 상기 센서부(10)의 출력신호를 연산하는 연산부(30)와; 상기 연산부(30)의 연산결과를 출력하는 디스플레이(50)를 포함한다.

여기서, 상기 폭측정센서(11)는 서로 일정한 간격을 유지하면서 연장된 철도 레일(70)에서 좌측 레일의 측면을 향하여 레이저 또는 적외광을 발광시켜 반사된 광을 수광하여 양측 레일 간의 간격 변화 감지신호를 출력한다.

또한, 상기 높이측정센서(12)는 우측 레일의 상면에 레이저 또는 적외광을 발광시키고 반사되는 광을 수광하여 발광에서 수광까지의 시간에 따른 상기 우측 레일의 높이 감지신호를 출력한다.

아울러, 상기 각도측정센서(13)는 메인프레임(61)과 보조프레임이 이루는 각도를 측정함으로써, 상기 철도레일 시스템이 통과하는 위치에서의 레일 틀어짐(즉, 줄 틀림) 여부(메인프레임(61)과 보조프레임이 이루는 각도가 90°인지 아닌지의 여부)를 판단하여 이 감지신호를 출력한다.

여기서, 상기 폭측정센서(11)과 높이측정센서(12)와 각도측정센서(13)는 레이저 센서를 채용함이 바람직하다.

상기 수평계(15)는 메인프레임(61)의 상부면에 구비되며, 상기 양측 레일에 걸친 상태에서의 상기 메인프레임(61)의 수평 여부를 감지하여 이를 출력한다.

또한 상기 A/D컨버터(20)는 상기 센서부(10)에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시켜 상기 연산부(30)에 출력한다.

상기 연산부(30)는 상기 A/D컨버터(20)를 통해 인가되는 상기 센서부(10)의 감지신호를 상기 메모리(40)에 저장된 알고리즘에 따라 연산하고, 그 결과치와 함께 정상으로 판단될 수 있는 레일의 폭과 높이의 연산결과치와 비교하여 레일의 틀어짐, 궤간틀림, 레일의 편평도 및 두 레일 간의 수평상태를 판단하여 이를 출력한다.

상기 메모리(40)는 상기 센서부(10)의 감지신호의 연산 알고리즘을 저장하고, 상기 연산부(30)로부터 인가된 측정검사 데이타를 저장한다.

상기 디스플레이(50)는 상기 연산부(30)의 제어에 따라 그 결과치를 화면상 에 출력한다.

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템을 나타낸 사시도이고, 도 3a는 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템의 측면도이며, 도 3b은 그 정면도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 상기 도 2a에서의 A부분을 확대한 부분 확대 사시도이며, 도 5a는 상기 도 2a에서의 B부분을 확대한 부분 확대 사시도이며, 도 5b는 도 5a에서 도시된 확대부분을 저면에서 올려다 본 형상을 도시한 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 철도레일 측정시스템은 두 레일 위를 따라서 이동하면서 어느 한 레일의 줄 틀림(틀어짐)이나 양측 레일 간의 간격, 어느 한 레일의 편평도 및 두 레일 간의 수평 틀림 여부를 측정하게 된다.

이를 위하여 본 발명에 의한 철도레일 측정시스템은, 양측 레일의 진행방향에 대해 수직 방향으로 위치하는 메인프레임(61)과, 상기 메인프레임(61)에 구비되는 손잡이(62)와, 상기 메인프레임(61)의 우측에서 상호 수직방향으로 힌지(63)에 의해 결합되어 상기 우측 레일의 진행방향과 동일방향으로 연결되는 보조프레임(66)과, 상기 보조프레임(66)에 구비되며 상기 우측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 1 수평롤러(651)와, 상기 보조프레임(66)에 구비되며 상기 우측 레일의 측면을 따라 회전되는 제 1 측면롤러(652)와, 상기 메인프레임(61)에 구비되며 상기 좌측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 2 수평롤러(654)와, 상기 메인프레임(61)에 구비되며 상기 좌측 레일의 측면에서 회전되는 제 2 측면롤러(653)와, 상기 폭측정센서(11)와, 높이측정센서(12)와, 상기 각도측정센서(13)와, 상기 수평계(15)를 포함 한다.

상기 메인프레임(61)은 양측 레일 사이에서 횡방향으로 연결되며, 상기 보조프레임(66)은 상기 우측 레일과 같은 방향으로 배열되되, 상기 메인프레임(61)과 힌지(63)에 의해 회전가능하게 연결된다.

또한 상기 메인프레임(61)과 손잡이(62)는 유니버셜조인트(64)에 의해 결합되도록 함으로써, 상기 손잡이(62)가 메인프레임(61)에 대하여 전후 좌우로 회전가능하도록 하여 사용 편의성을 증대시키게 된다. 상기 유니버셜조인트(64)는 상기 메인프레임(61)에 형성되어 상기 손잡이(62)가 회전 가능하도록 연결된다.

상기 제 1 수평롤러(651)와 제 1 측면롤러(652)는 브라켓(67)에 의해 상기 보조프레임(66)의 양 단부에 각각 결합되는데, 상기 브라켓(67)은 "ㄴ"형상으로서 이 브라켓의 수직면에는 제 1 수평롤러(651)가 설치되고, 이 브라켓의 수평면에는 제 1 측면롤러(652)가 설치되어 상기 제 1 측면롤러(652)가 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착되도록 구성된다.

본 발명에 의한 철도레일 측정시스템을 레일 위에 안착하여 사용자가 손잡이를 잡고 이동시키면, 상기 제 1 수평롤러(651)는 상기 우측 레일의 상면을 따라 이동하면서 회전되며, 상기 제 1 측면롤러(652)는 상기 우측 레일의 안쪽 측면을 따라 이동하면서 회전된다.

또한 상기 제 2 수평롤러(654)는 신축연결부재(65)에 의해 상기 메인프레임(61)의 좌측에 결합되어, 상기 좌측 레일의 상면을 따라 회전된다. 그리고, 상기 제 2 측면롤러(653)는 상기 제 2 수평롤러(654)를 지지하는 지지구의 하측에서 브라켓(68)에 의해 지지되어 일체로 상기 좌측 레일의 안쪽 측면을 따라 이동하면서 회전된다. 상기 두 개의 제 2 측면롤러(653)는 상기한 신축연결부재(65)의 내부에 구비된 탄성수단(미도시)에 의해 항상 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착된 상태로 상기 레일을 따라 이동하면서 회전하되, 상기 신축연결부재(65)의 하측에 고정되어 상기 메인프레임(61)과 항상 90°를 유지한다.

이하에서는 폭측정센서(11)와, 높이측정센서(12)와, 각도측정센서(13)와, 수평계(15) 및 온도센서(14)의 구성 및 결합관계에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 폭측정센서(11)는 상기 메인프레임(61)의 좌측 하면에서 상기 좌측 레일과 일정 간격을 유지하도록 고정되어 상기 좌측 레일의 측면을 지향하여 설치된다. 그리고, 상기 좌측 레일의 측면에 밀착된 2개의 제 2 측면롤러(653)를 지지하는 브라켓(68) 하부에는 수직면을 갖는 반사판(132)이 구비된다. 따라서 상기 폭측정센서(11)는 상기 좌측 레일의 측면을 향해 광을 발광하고, 상기 반사판(132)에 의해 반사된 광을 수광하여 그 신호를 출력한다.

상기 높이측정센서(12)는 상기 보조프레임(61)의 길이방향 중간위치에서 아래쪽을 지향하여 설치되는데, 상기 보조프레임(66)의 하부에 상기 제 1 수평롤러(651)가 설치되어 있기 때문에 상기 높이측정센서(12)는 우측 레일의 상면보다도 더 높게 위치하게 된다. 이와 같이 구성되는 높이측정센서(12)는 상기 우측 레일의 상면을 향해 광을 발광하며, 반사된 광을 수광하여 감지신호를 출력한다.

또한, 상기 각도측정센서(13)는 상기 메인프레임(61)에, 이에 대응되는 반사판(131)은 상기 보조프레임(66)에 설치되어, 상기 각도측정센서(13)에서 발광된 광이 상기 반사판을 통해 반사되는 신호를 수광하여 그 신호를 출력한다. 이와 같은 구성에 의한 각도측정센서(13)는 상기 메인프레임(61)과 보조프레임(66) 상호간에 상대적인 회전이 발생되어 90°를 넘어서는 경우 또는 90° 이하게 되는 경우를 인식할 수 있는 신호를 출력하게 되는 것이다.

또한, 상기 수평계(15)와 온도센서(14)는 상기 메인프레임(61)에 설치되고, 상기 A/D컨버터(20)와 연산부(30)와 메모리(40)가 포함된 연산장치가 상기 메인프레임(61)에 설치된다. 이때 상기 센서부(10)는 상기 연산장치에 다 연결된다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 레일에 안착시켜 손잡이를 잡고 밀거나 끌고 레일을 따라 이동시키면서 각 구간 위치에서의 레일의 줄 틀림과 궤간 틀림, 레일 편평도와 두 레일 간의 수평 틀림 여부를 검사하게 되는데, 이를 위한 작용설명은 하기의 순서도를 참조하여 상세히 설명한다.

도 6a는 본 발명의 철도레일 측정방법에 따른 궤간 틀림 측정방법을 나타낸 순서도, 도 6b는 본 발명의 철도레일측정 방법에서 양측레일간거리를 측정하는 방법을 나타낸 개략적 설명도이다.

도 6a와 도 6b를 참조하면, 폭측정센서(11)에 의해 양측 레일 간의 거리를 측정하는 레일거리측정단계(S11)와, 주변온도를 측정하는 온도측정단계(S12)와, 주변온도에 따른 레일의 수축 또는 확장에 따른 레일의 폭변화를 보상하여 레일 간 거리를 연산하는 레일거리연산단계(S13)와, 양측레일의 높이차에 따라서 양측레일간의 수평각도를 측정하는 레일간 수평각도측정단계(S14)와, 상기 레일거리연산단계와 수평각도측정단계의 결과치를 코사인법칙에 적용하여 레일간 수평거리를 측정하고 그 결과치를 저장 및 출력하는 수평거리 측정단계(S15)를 포함한다.

상기 레일거리측정단계(S11)는 상기 폭측정센서(11)가 상기 좌측 레일의 안쪽 측면을 향해 발광하고, 상기 좌측 레일의 안쪽 측면에 수직으로 설치된 반사판(132)에 의해 반사된 광을 수광하여 이를 출력하며, 상기 연산부(30)는 상기 A/D컨버터(20)를 통해 인가되는 감지신호를 통하여 레일의 간격변화를 연산하게 된다. 만약, 두 레일 사이의 간격이 커진 경우에는, 제 1 측면롤러(652)와 우측 레일의 안쪽 측면과의 사이 또는 제 2 측면롤러(653)와 좌측 레일의 안쪽 측면과의 사이에 틈새가 발생되겠지만, 상기 메인프레임(61)의 우측 끝단에 구비된 신축연결부재(65)의 탄발력에 의해 신축연결부재(65)가 늘어나면서 제 1 측면롤러(652)는 우측 레일의 안쪽 측면에, 제 2 측면롤러(653)는 좌측 레일의 안쪽 측면에 여전히 밀착상태를 유지하게 된다. 이 때, 상기 제 2 측면롤러(653)의 브라켓(68)에 설치된 반사판(132)과 폭측정센서(11)와의 거리가 멀어지게 되는데, 상기 연산부(30)는 이동되는 거리에 따라 상기 폭측정센서(11)의 감지신호를 수신하여 그 결과치를 상기 메모리(40)에 저장하게 된다.

이를 위해 상기 레일측정시스템은 레일을 따리 이동하면서 회전하는 롤러의 회전수를 측정하여 그 신호를 출력하는 엔코더(17)를 상기 제 1 수평레일(651) 또는 제 2 수평레일(654) 또는 제 1 측면롤러(652) 또는 제 2 측면롤러(653) 중 하나 이상의 롤러에 포함시켜 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 연산부(30)는 상기 엔코더(17)의 회전수 감지신호와 상기 폭측정센서(11)의 감지신호를 비교하여 이동거리당 레일 간격의 변화를 연산하여 이를 상기 메모리(40)에 저장할 수 있게 된다.

상기 온도측정단계(S12)는 상기 메인프레임(61)의 상면에 설치된 온도센서(14)로부터 출력된 온도감지신호를 상기 연산부(30)가 수신하고, 상기 메모리(40)에 저장된 주변온도별 레일 폭의 확장율 또는 수축율값에 따라 레일의 폭의 변화량을 감안하여 레일간의 미세한 변화도 측정 가능케 한다.

상기 온도보상을 반영한 레일 간 거리 연산단계(S13)는 상기 연산부(30)에서 상기 온도센서(14)로부터 수신된 현재 온도에 따른 레일 폭의 수축 또는 팽창률에 따라 상기 궤간거리측정단계에서 측정된 거리에서 온도변화에 따른 폭의 변화량을 가감하여 양쪽 레일간의 거리(궤간)를 일정간격별로 연산하는 단계이다. 따라서 본 발명에서는 고속철도에서와 같이 일정한 궤간을 유지해야 되는 철도레일에서 1mm이하의 궤간 변화량도 감지가 가능하며, 그 양품과 불량의 판단기준은 최종 유저에 의해 선택적으로 입력 설정된다.

상기 높이차에 따른 각도측정단계(S14)는 상기 수평계(15)의 측정신호에 따라 양측 레일 간의 수평각도(b)를 측정하게 된다. 바람직하게는 본 발명에서의 수평계(15)는 각도에 따라 중심추가 이동되면서 해당 위치별로 중심추의 이동을 감지하여 이를 전기적신호로 출력하며, 상기 연산부(30)에서 이를 수신하여 해당 위치에 따른 양측 레일 간의 각도를 판단한다. 상기 수평거리연산단계(S15)는 상기 온 도보상 후 레일 간 거리연산단계(S14)의 결과치인 실측정 궤간거리(a)와 상기 높이차에 따른 각도측정단계(S13)의 결과치인 양측레일간의 수평각도(b)를 코사인법칙을 이용하여 궤간거리(c)를 연산하는 단계이다. 여기서 상기 실측정궤간거리(a)는 상기 궤간거리측정단계에서 측정된 거리(a')에서 주변온도에 따른 레일의 폭변화량(△t1, △t2)을 가산한 거리이며, 상기 높이차로 인한 양측 레일간의 각도는 수평계(15)의 측정신호에 따라서 연산된 각도이다. 여기서 상기 양측 레일간의 높이가 수평일 경우에는 상기 온도보상에 따른 레일간 거리가 바로 궤간거리가 된다. 따라서 상기 연산부(30)는 상기와 같은 단계를 거쳐 궤간거리(c)가 측정되면, 상기 메모리(40)에 저장시키며, 상기 레일측정시스템의 이동 중에 일정간격별로 궤간거리를 측정하게 되며, 이전 또는 이후의 측정된 거리와 다른 측정결과가 발생되거나, 미리 설정해둔 정상궤간거리와의 오차가 발생했을 경우에 불량으로 판단하여 이를 디스플레이(50)에 저장한다. 이는 사용자의 사용 예에 따라 다양하게 적용될 수 있는 응용예에 해당된다.

도 7a는 본 발명의 철도레일 측정방법에 따른 두 레일 간의 수평 틀림 측정방법을 나타낸 순서도, 도 7b는 본 발명의 철도레일 측정방법에서 두 레일 간의 높이차를 측정하는 방법을 나타낸 개략도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 높이측정센서(12)를 이용해 우측레일의 높이를 측정하는 우측레일측정단계(S21)와, 수평계(15)를 이용한 양측레일의 높이차에 따른 각도를 측정하는 양측레일의 각도측정단계(S22)와, 양측레일간 거리를 측정하는 레일간거리측정단계(S23)와, 양측레일의 높이차에 따른 각도와 레일간 거리값을 사 인법칙(Sin)에 적용하여 레일간 높이차를 측정하는 레일간높이차 측정단계(S24)와, 우측레일의 높이차와 레일간 높이차를 가감하여 좌측레일의 높이를 측정하여 양측 레일간의 수평틀림을 판정하는 좌측레일측정단계(S25)를 포함한다.

상기 우측레일의 높이측정단계(S21)는 상기 우측레일에서 이동되는 보조프레임(66)의 하단에 설치된 높이측정센서(12)가 상기 연산부(30)의 제어에 따라 발광하여 그 반사된 신호를 수광하면, 상기 연산부(30)에서 발광에서 반사된 시간차를 통해 이동되는 구간에서의 레일의 높이를 측정한다. 여기서 상기 메모리(40)는 우측레일(f)의 높이가 저장되며, 상기 연산부(30)는 상기 엔코더를 통해 레일측정시스템의 이동거리를 측정하고, 설정된 이동거리 마다(예를 들면, 25m) 상기 높이측정센서(12)를 통해 상기 우측레일의 높이변화량을 측정하고, 그 변화량과 레일의 수평면에서 지면까지의 거리를 가감하여 우측레일의 높이를 산출하게 된다.

상기 양측레일의 각도측정단계(S22)는 상기 레일측정시스템은 양측 레일을 따라 이동되는 중에 양측레일의 높이차에 따라 양측의 높이차에 따른 양측레일간의 각도(b)를 감지한다. 이때 상기 연산부(30)는 상기 수평계(15)의 각도측정신호를 수신하여 이를 저장한다.

상기 양측레일간 거리측정단계(S23)는 상기 폭측정센서(11)에서 상기 연산부(30)의 제어에 의해 발광 및 수광하여 상기 연산부(30)에 출력하고, 상기 연산부(30)는 상기 폭측정센서(11)의 발광에서 수광되기까지의 시간차를 통해 양측레일간 거리의 변화량을 감지하여 이동구간별 양측레일간 거리를 측정하게 된다. 이때 상기 폭측정센서(11)는 상기 메인프레임(61)의 하단에서 상기 좌측레일의 측면을 지향하여 레이저를 발광하게 되고, 발광된 레이저는 상기 레일의 측면에서 반사되어 상기 폭측정센서(11)에 다시 수광된다. 또한 상기 레일간 거리는 우측레일에서 좌측레일의 높이차를 포함한 거리를 측정하게 됨에 따라, 만약 양측 레일 간에 높이차가 발생되었다면, 도 7b에 도시된 바와 같이 경사진 거리(a)를 측정하게 된다.

상기 레일간 높이차 연산단계(S24)는 상기 연산부(30)에서 상기 양측레일의 높이차에 따른 각도와 상기 레일간 거리를 사인법칙에 적용하여 양측레일간의 높이차를 연산하는 단계이다. 이를 설명하자면, 상기 연산부(30)는 각도(b)와 상기 좌우레일의 거리(a)를 사인법칙에 적용함에 따라 좌측에서의 수직거리(e)인 양측레일의 높이차를 연산하게 된다.

상기 좌측레일의 높이 측정단계(S25)는 상기 연산부(30)에서 상기 우측레일의 높이와 상기 양측레일간의 높이차를 비교하여 좌측레일의 높이를 연산하여 양측레일간의 수평틀림현상을 판정하는 단계이다. 여기서 상기 양측 레일간 높이차가 0일 경우엔 양측 레일이 수평틀림이 발생되지 않게 되나, 상기 양측 레일의 높이차가 0(zero)이 아니라면, 우측 레일의 높이에서 상기 높이차를 가감하여 좌측레일의 높이를 연산하게 된다. 그리고 상기 연산부(30)는 그 결과치를 저장하고, 이를 디스플레이에 출력한다.

본 발명의 철도레일 측정방법에 있어서, 철도 레일의 편평도 측정은 상기 설명한 우측 레일의 높이측정과정을 실행하는 동안에 측정이 가능하다. 여기서 상기 레일의 편평도는 상기 레일 상면의 돌출이나 함몰되는 경우를 감지하게 되며, 레일 의 상면이 함몰 또는 돌출될 경우 그 높이가 정상 높이와 차이가 있기 때문에 레일의 높이변화를 측정하므로 편평도를 감지하게 된다.

즉, 상기 레일측정시스템이 철도 레일을 따라 측정을 하면서 일정 단위간격(예를 들어 25cm) 만큼 이동했는지 여부를 연산부에서 연산하게 된다.

해당 위치(즉, 기준위치에서 25cm 이동한 위치)에서 우측 레일의 편평도를 측정하는 과정은 다음과 같다. 즉, 해당 위치에서 상기 높이측정센서(12)를 발광시켜 상기 우측레일의 높이를 측정하여, 기준값의 허용오차 범위 내인지 아닌지를 연산부에서 연산하여 레일 편평도의 적정성 여부를 판단하게 되며, 해당 위치에서의 우측 레일의 편평도 적합여부를 메모리에 저장(해당 위치에서의 높이값을 포함하여 저장할 수도 있다)하게 된다.

반대로 좌측 레일의 편평도를 측정하는 과정은, 상기에서 설명한 두 레일 간 수평틀림측정과정에 의해 연산된 좌측 레일의 높이값을 그대로 활용하여, 우측 레일의 편편도를 측정한 위치와 동일한 위치에서의 좌측 레일의 편평도 적합여부를 메모리에 저장(해당 위치에서의 좌측 레일의 높이값을 포함하여 저장할 수도 있다)하게 된다.

즉, 본 발명에 있어서, 어느 한 레일의 상면 편평도 측정을 위한 별도의 프로세서가 필요없이, 상기 설명한 두 레일 간 수평틀림측정과정을 실행하는 동안에 동시 측정이 이루어지는 것이다.

아울러 본 발명에서는 상술한 궤간 틀림 검사방법과는 별개로 줄 틀림이 발 생된 경우를 발견할 수 없는 경우가 있을 수 있는데, 도 8는 궤간 틀림 여부의 측정방법에 의해서 검사될 수 없는 레일의 줄 틀림 현상의 한 유형을 예시적으로 도시한 것이다. 즉, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 줄 틀림 현상은 궤간틀림의 특수한 형태로서, 실제로는 궤간이 틀려져 있음에도 불구하고 궤간이 일정한 것으로 측정되는 경우이다. 즉, 궤간틀림은 메인프레임(61)과 보조프레임간의 회전이 발생되지 않거나 또는 아주 미미한 정도의 각도변화가 있을 뿐이지만, 줄틀림의 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 곡선으로 휘어지는 구간이 발생되므로 보조프레임과 메인프레임(61)이 수직각도를 유지한 채로 이동됨이 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 상기 보조프레임과 메인프레임(61)간에 힌지를 구비하여 회전가능토록 하였고, 상기 보조프레임과 메인프레임(61)간의 회전각도를 통해 줄틀림을 판정하게 되며, 이는 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 철도레일 측정시스템은 이러한 레일의 줄 틀림 현상을 측정(검사)하기 위하여, 상기 메인프레임(61)과 보조프레임(66)을 힌지(63)에 의해 상호 회동 가능하게 결합하여 구성되며, 두 프레임이 이루는 각도를 측정하기 위한 각도측정센서(13)가 구비되어 이루어진다. 또한 상기 제 2 수평롤러(653)는 상술한 바와 같이 상기 메인프레임(61)에 항상 90도를 유지한체로 고정된 상태에서 상기 좌측레일을 따라 회전된다.

따라서 상기 보조프레임(66)은 줄틀림이 발생된 구간을 이동하게 되면, 상기 제 2 수평롤러가 상기 메인프레임(61)에 의해 고정됨에 따라 양 레일간의 간격은 그대로 유지된체로 상기 힌지에 의해 보조프레임(66)이 회전되어 해당구간을 진행하여 이동된다.

상기 각도측정센서(13)는 보조프레임의 안쪽 측면을 향하여 광을 발사하고 반사된 광을 수광하여 이를 출력하며, 상기 연산부(30)는 A/D컨버터(20)를 통해 인가되는 감지신호를 통하여 메인프레임(61)에 대한 보조프레임(66)의 상대적 회전 여부에 의해 레일의 줄 틀림 여부를 판단하게 된다. 좌측 레일에 줄 틀림 현상이 발생된 경우 또한 마찬가지로 메인프레임(61)과 보조프레임(66) 상호간의 상대적 회전이 발생되므로 동일한 방법에 의해 측정이 가능하다.

따라서 작업자는 상기 철도레일 측정시스템을 이용하여 철도레일(70)의 줄 틀림이나 궤간틀림을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 한 레일의 편평도 및 두 레일의 수평 틀림여부까지 동시에 측정할 수 있으므로, 측정(검사) 결과에 따라 적절한 대처를 취할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 작업자가 상기 레일 측정시스템을 철도레일을 따라 일정구간별로 이동시킴에 따라 자동적으로 수평 및 궤도간의 간격의 측정할 수 있어 작업이 매우 용이하므로 철도레일의 유지 및 보수가 매우 용이한 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 의한 철도레일 측정시스템은 사용자가 휴대하여 이동할 수 있는 소형 측정장치로서, 특히 철도차량에 장착하여 측정하기에 부적합한 구간에서 더욱 효과적으로 사용할 수 있는 잇점이 있는 유용한 발명이다.

Claims

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철도 레일을 따라 이동되면서, 우측 레일이 높이와 현재온도에 따른 레일의 수축 또는 팽창률에 따른 레일의 변화를 보상하여 레일간 거리 및 높이를 측정하여 양측레일간의 간격을 측정 및 그 결과를 출력하는 궤간틀림 측정단계와; 상기 철도 레일을 따라 이동되면서, 우측 레일과 좌측 레일의 높이차와 각 레일의 높이를 연산하여 양측 레일의 수평정도를 측정하고 그 결과를 출력하는 수평틀림측정단계와; 상기 철도레일을 따라 이동되면서, 우측레일의 높이변화와, 좌우측레일간의 수평도를 측정하여 레일의 편평도를 측정하는 편평도측정단계를 포함하는 철도레일측정방법에 있어서,

양측 레일이 모두 휘어진 경우 또는 하나의 레일이 휘어진 줄틀림구간에서 우측레일을 따라 이동되는 보조프레임과 상기 보조프레임에 횡으로 연결되어 그 끝단이 좌측레일을 따라 이동되는 메인프레임에서 상기 메인프레임과 보조프레임을 회전 가능하도록 구성하되, 상기 메인프레임을 좌측레일과 수직각도를 유지하도록 회전케 하고, 상기 메인프레임과 보조프레임과의 회전각도를 감지하여 상기 회전각도의 정도에 따라 줄틀림 여부를 판정하는 줄틀림판정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도레일측정방법.
양측 레일의 진행방향에 대해 수직 방향으로 위치하는 메인프레임(61)과;

상기 메인프레임(61)에 구비되는 손잡이(62)와;

상기 메인프레임(61)의 우측에, 상기 우측 레일의 진행방향과 동일방향으로 결합되어지되, 힌지(63)에 의해 상기 메인프레임(61)에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 결합되는 보조프레임(66)과;

상기 보조프레임(66)의 양 단부에 구비되며, 상기 우측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 1 수평롤러(651)와;

상기 보조프레임(66)의 양 단부에 구비되며, 상기 우측 레일의 안쪽 측면을 따라 회전되는 제 1 측면롤러(652)와;

상기 메인프레임(61)의 좌측 끝단에 구비되며, 상기 좌측 레일의 상면을 따라 회전되는 제 2 수평롤러(654)와;

상기 메인프레임(61)의 좌측에 구비되며 상기 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착되어 회전되는 제 2 측면롤러(653)와;

상기 메인프레임(61)의 좌측에 구비되며, 좌측 레일의 안쪽 측면을 향하여 레이저 또는 적외광을 발광시켜 반사된 광을 수광하여 양측 레일 간의 간격 변화 감지신호를 출력하는 폭측정센서(11)와;

상기 보조프레임(66)의 중앙부에 구비되며, 우측 레일의 상면에 레이저 또는 적외광을 발광시키고 반사되는 광을 수광하여 발광에서 수광까지의 시간에 따른 상기 우측 레일의 높이 감지신호를 출력하는 높이측정센서(12)와;

상기 메인프레임(61)과 보조프레임(66)이 이루는 각도가 90°인지의 여부를 측정하여 감지신호를 출력하는 각도측정센서(13)와;

상기 메인프레임(61)의 상부면에 구비되며, 상기 양측 레일에 걸친 상태에서의 상기 메인프레임(61)의 수평 여부를 감지하여 이를 출력하는 수평계(15)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도레일 측정시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 수평롤러(654)는 신축연결부재(65)에 의해 상기 메인프레임(61)의 좌측에 결합되어, 상기 좌측 레일의 상면을 따라 이동하면서 회전되며,

상기 제 2 측면롤러(653)는 상기 제 2 수평롤러(654)를 지지하는 지지구의 하측에서 브라켓(68)에 의해 지지되어 구성됨으로써,

상기 신축연결부재(65)의 내부에 구비된 탄성수단(미도시)에 의해 항상 좌측 레일의 안쪽 측면에 밀착된 상태로 상기 레일을 따라 이동하면서 회전되는 것을 특징으로 하는 철도레일 측정시스템.