KR101321790B1 - 철도레일의 탐상차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사선을 이용한 철도레일의 탐상차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선 발생장치로부터 방사되는 방사선을 철도레일에 투과시켜 투과되는 방사선을 검출함으로써 철도레일 내부에 존재하는 결함을 검사하기 위한 탐상차량에 관한 것이다. 본 발명은 방사선을 상기 철도레일로 조사하는 방사선발생장치와, 상기 방사선발생장치로부터 상기 철도레일이 사이에 게재될 수 있는 간격을 두고 설치되고 상기 조사된 방사선을 검출하기 위한 디텍터와, 상기 방사선 발생장치와 상기 디텍터가 상기 철도레일의 길이방향에 대하여 소정의 각도로 경사지도록 변경하는 틸팅장치와, 상기 디텍터에 의해 검출된 신호를 처리하고 결함의 유무나 크기를 판단하는 신호처리장치를 포함하는 철도레일의 탐상차량을 제공한다.

철도레일, 방사선, X-ray, 디텍터, 결함, 크랙

Description

철도레일의 탐상차량{Crack Detection vehicle for railway}

본 발명은 철도레일의 탐상차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선 발생장치로부터 방사되는 방사선을 철도레일에 투과시켜 투과되는 방사선을 검출함으로써 철도레일 내부에 존재하는 결함을 검사하기 위한 탐상차량에 관한 것이다.

종래 철도레일의 결함을 검사하기 위하여 초음파나 방사선을 이용하는 철도레일 비파괴 검사장치가 개발되어 있다.

상기 초음파를 이용하는 검사방식은 초음파 펄스를 철도레일 내부에 발사하여 그 반사 신호로부터 레일의 결함유무나 결함의 종류를 검출하고 있다.

한편, 방사선을 이용하는 검사방식도 조사된 방사선에 의해 레일을 투과한 방사선과 반사되어 나오는 역산란 방사선을 검출함으로써 내부 상태에 대한 영상데이터를 얻어 결함의 유무를 판단하게 된다.

그러나, 종래 철도레일의 검사 장치에 있어서는 철도레일에 대하여 수직방향으로 검사가 진행됨에 따라, 철도레일의 방향에 수직으로 성장한 크랙에 대하여 실 제 크기보다 작은 점이나 선으로 검출하게 되어 실제 크랙의 크기를 분석할 수 없고, 영상으로 나타나는 크기가 매우 작은 경우에는 분석과정에서 그 결함의 존재를 간과하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 방사선의 조사방향과 평행하게 성장한 내부결함을 용이하고 정확하게 검출할 수 있는 철도레일의 탐상차량을 제공하는 것이다.

이에 따라, 본 발명은 레일 위에서 이동하면서 상기 레일의 결함유무를 검사하기 위한 철도레일의 탐상차량에 있어서, 상기 탐상차량의 차체의 하부에 설치되는 연결수단; 상기 연결수단에 고정되어 상기 레일의 측방에 설치되는 것으로서, 상기 레일의 일측방에 설치되어 상기 레일에 방사선을 조사하는 방사선발생장치와, 상기 레일의 타측방에 설치되어 상기 레일을 투과한 방사선을 검출하여 영상신호를 출력하는 디텍터를 구비한 결함검출부; 및, 상기 영상신호를 상기 연결수단에 내장된 케이블을 통해 전달받아 상기 영상신호를 처리하고 결함의 유무를 판단하는 신호처리장치를 포함하되, 상기 결함검출부에는 상기 방사선발생장치와 상기 디텍터를 동시에 경사지도록 상기 레일의 상부에 중심부를 두고 그 중심부를 기준으로 상기 방사선발생장치와 상기 디텍터를 선회시켜 방사선의 조사 및 검출방향을 상기 레일의 길이방향에 대하여 소정각으로 경사지도록 변경하는 틸팅장치가 더 포함되고, 상기 방사선발생장치는 상기 레일의 두부과 복부에 각각 달리 방사선을 조사하도록 상하이동이 가능하게 설치되고, 상기 두부에 방사선을 조사하는 위치에서는 상기 복부에 방사선을 조사하는 위치보다 방사선 조사시간을 길게 설정하며, 상기 디텍터은 형광체를 포함하는 이미지센서와 상기 이미지센서에서 발생된 가시광선을 검출하여 상기 영상신호를 출력하는 CCD카메라를 포함하는 것이고, 상기 방사선 발생장치에서 조사하는 방사선은 X-ray이며, 상기 탐상차량이 상기 레일 위에서 이동시, 상기 틸팅장치는 방사선의 조사 및 검출방향을 연속적으로 변경하고, 상기 CCD카메라가 획득하는 영상슬라이더는 상기 레일의 동일 검사부위에 대하여 2개 이상이 획득될 수 있도록 설정된 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 철도레일 탐상차량은 종래 철도레일의 비파괴 검사장치의 단점을 극복하기 위한 것으로 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 철도레일의 진행방향과 경사를 이룰 수 있도록 기울어지는 방사선 발생장치와 방사선 검출수단을 구비함에 따라 철도레일 진행방향에 수직방향으로 성장한 크랙을 검출할 수 있다. 특히, 1600 X 1200 이상의 픽셀(Pixel)을 가지는 X-ray 이미지센서를 이용하여 200마이크로 미만의 헤어핀(hair pin) 도 검출이 가능하다.

둘째, 탐상차량에 검사장비가 탑재되어 소정의 속도(시속 5km 이상)에서 연속촬영이 가능하여 신속한 검사가 가능하다.

셋째, 철도레일의 상단인 두부와 가운데 기둥부분인 복부를 방사선으로 촬영함에 있어서 그 노출시간을 달리함으로써 정확한 결과를 도출하고 검사시간을 효율화 할 수 있다. 즉, 레일의 두부를 촬영할 경우에는 검사시간을 길게 하고, 레일의 복부를 촬영하는 경우에는 노출시간을 짧게 하여 정확하고 효율적인 검사를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따라 방사선을 이용한 철도레일 비파괴 검사장치가 탐상차(10)에 탑재된 상태를 도시하는 구성도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 비파괴검사장치의 구성을 설명하는 설명도이다.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 철도레일 비파괴검사장치는 철도레일(30)을 점검하는 탐상차(10)에 탑재되어 있다. 상기 탑상차(10)은 철도레일 위에서 이동하면서 레일(30)의 결함유무를 검사하게 된다.

상기 탐상차(10)에는 결함검출부(120)가 레일(30)의 측면으로 근접하여 설치되고, 상기 결함검출부(120)는 연결수단(140)으로 탐상차(10)에 고정된다. 상기 연결수단(140)에는 탐상차(10)에 탑재되어 있는 신호처리장치(150)와 결함검출부(120)의 통신을 위하여 케이블(144)이 내장된다.

상기 결함검출부(120)는 철도레일(30)의 검사부위에 방사선을 조사하고 투과되는 방사선을 검출하여 영상신호를 생성하는 부분이다.

상기 신호처리장치(150)는 결함검출부(120)에서 검출된 영상신호를 처리하고 결함의 유무나 크기를 판단하는 장치로서, 상기 신호처리장치(150)의 판단결과에 따라 결함의 유무 및 검출위치에 대한 표시와 결함의 크기 등 특성에 대한 정보가 검사자에게 통지되게 된다.

도2에서 결함검출부(120)의 구성을 도시하고 있다.

도2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 결함검출부(120)은 방사선발생장치(122)와, 디텍터(123)과, 틸팅장치(미도시)를 포함하여 이루어진다.

상기 방사선발생장치(122)는 방사선을 레일(30)에 측면에서 조사하는 수단으로, 발생되는 방사선은 X-ray인 것이 바람직하다.

상기 디텍터(123)는 이미지센서(125)와 CCD카메라(124)로 이루어진다. 상기 이미지센서(125)는 상기 방사선발생장치(122)에서 조사되어 레일(30)에 투과된 방사선을 검출하기 위한 것이다. 상기 이미지센서(125)는 구체적으로 형광체를 포함하며, 상기 형광체는 투과된 방사선에 의해 가시광선을 발생시킨다.

상기 CCD카메라(124)는 상기 형광체에서 발생된 가시광선을 검출하고, 검출된 가시광선을 증폭시킨 영상을 출력한다. CCD카메라(124)의 출력된 영상은 연결수단(140)에 내장된 케이블(144)에 의해 전송되어 탐상차(10) 내부의 신호처리장치(140)에 전달된다.

상기 틸팅장치(미도시)는 방사선발생장치(122)의 방사선 조사방향을 상기 철도레일(30)의 길이방향에 대하여 소정의 각도로 경사지도록 변경하기 위한 수단이다. 상기 틸팅장치는 방사선발생장치(122)와 디텍터(123)를 동시에 조절하는 것으로, 도3에서 도시하는 바와 같이 철도레일(30)의 검사위치의 상부에 중심부(O)를 두고 양측에서 방사선발생장치(122)와 디텍터(123)를 선회시켜 방사선의 조사방향 및 조사된 방사선을 검출하는 방향이 레일(30)의 길이방향, 즉 탐상차(10)의 진행방향과 소정의 각도를 이루도록 한다.

한편, 결함검출부(120) 내의 방사선발생장치(122)는 상기 철도레일(30)의 두 부(310)와 복부(320)에 모두 방사선을 조사할 수 있도록 도5의 (a)와 같이 방사선발생장치(122)의 상하이동이 가능하게 구성하거나, 방사선발생장치(122)의 방사선 방사가 철도의 두부(310)와 복부(320)에 전체적으로 이루어지도록 방사선 방사구를 넓히고 가림막(127)을 이용하여 방사부위 및 시간을 조절하도록 구성한다. 상기의 경우들에 있어서, 상기 레일(30)의 두부(310)는 그 두께로 인하여 방사선의 투과량이 복부(320)와 차이가 있으므로 방사선을 조사하는 시간을 두부(310)는 길게 하고 복부(320)는 짧게 설정하는 것이 바람직하다.

다음은 본 발명에 따른 철도레일 비파괴 검사장치의 결함검출과정에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명은 철도레일(30)로 방사선을 조사하고, 상기 조사된 방사선 중 철도레일(30)을 투과한 방사선을 검출한다.

결함검출부(120)는 탐상차(10)에 부착되어 철도레일의 측부에 위치하고, 탐상차(10)가 철도레일(30)을 따라 움직이면 상기 결함검출부(120)에서 레일의 상태에 대한 영상을 연속적으로 얻게 된다. 이때, 상기 결함검출부(120)의 방사선발생장치(122)는 방사선을 연속적으로 조사하고 디텍터(123)에서 철도레일(30)을 투과한 방사선을 검출한다.

통상적인 크랙(crack)의 경우, 방사선을 조사함에 따라 그 크랙의 길이와 폭이 나타나 결함판정이 가능할 정도의 영상을 얻을 수 있으나, 크랙의 성장방향이 방사선의 조사방향에 평행한 경우, 예컨대 방사선을 탐상차(10)의 진행방향과 직교하는 방향에서 조사하고 레일의 크랙이 탐상차(10)의 진행방향과 직교하는 방향으 로 성장한 경우[도4의 A방향 참고]에 검출되는 영상에는 실제의 크랙보다 작은 점이나 선으로 나타나게 된다. 그 경우, 신호처리장치(150)에서의 판단결과에 오류가 있을 수 있고, 영상에 대하여 검사자가 육안으로 검사하는 경우에도 그러한 결함이 간과될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 방사선의 조사방향을 경사지게 기울여 레일(30)과 다른 각도를 이루며 결함을 검출할 수 있도록 하기 위하여, 상기 다른 각도에서 추가적인 방사선 조사 및 검출과정을 두어 복수의 검출된 영상을 얻도록 구성된다.

그러한 검사방법을 수행하기 위한 구체적인 방법은 후술하는 다양한 방법으로 실현될 수 있을 것이다.

먼저, 연속적으로 획득되는 영상의 판단결과, 결함검출이 의심되는 부분에서 탐상차(10)를 정지시키고, 틸팅장치를 작동시켜 방사선발생장치(122)의 각도를 변경하여 검출하는 방법이 고려될 수 있다.

또 다른 하나의 방법으로, 탐상차(10)의 서행과 더불어 틸팅장치를 계속 작동시켜 연속적으로 방사선 조사각도의 변경이 발생하도록 하고, 연속적으로 생성되는 영상슬라이더의 화면에서 소정넓이의 영역만큼 인접하는 영상슬라이더가 서로 겹치되록 하여 동일한 검사부위가 최소 2개 이상의 영상 슬라이더에 포함되도록 한다. 이에 따라, 동일한 결함부위가 서로 다른 각도에서 복수의 영상 슬라이더에 나타나므로 결함을 판정할 수 있다.

또 다른 한 방법으로는 소정의 각도로 방사선을 조사하면서 탐상차(10)가 이동하고, 이후 탐상차(10)가 검사구간을 되돌아 오면서 다른 각도로 방사선을 조사 하여 검사하는 방법이다.

또한, 상기 방사선발생장치(122)를 2개 이상 설치하여 상기 철도레일(30)의 길이방향에 대해 각각 서로 다른 각도에서 방사선을 조사하고, 상기 디텍터(123)는 상기 각각의 방사선발생장치(122)에서 조사하는 방사선을 각각 검출하는 방법이 고려될 수 있다. 이는 동일 검사부위에 대하여 동시에 다른 각도의 2개의 영상을 얻을 수 있는 방법으로서, 상기 방사선발생장치(122)는 방사선을 조사하는 각도가 서로 90°의 각도를 이루도록 2개가 설치되고, 상기 2개의 방사선발생장치(122)는 각각 철도레일(30)의 길이방향에 대하여 45°의 경사각으로 방사선을 조사하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법들을 통해서 도2에서 도시하는 크랙(40)이 도4의 A방향에서는 매우 작은 점이나 선으로 나타났으나, 도4의 B방향에서는 그 보다 큰 선이나 면으로 나타날 수 있는 것이다.

상기와 같은 과정을 통해 결함검출부(120)에서 동일한 결함부위에 대하여 다른 각도에서 검출한 2개 이상의 영상신호를 생성하고, 생성된 영상신호는 신호처리장치(140)로 전송되게 된다.

상기 신호처리장치(140)에서는 전송받은 영상으로부터 결함부위가 나타나는 특정 영상을 추출하고 노이즈를 제거하는 등 분석이 보다 용이한 영상으로 변환하는 이미지처리과정을 거치게 된다.

상기 신호처리장치(150)에서 변환된 영상은 이미지 내에 나타나는 명암의 정도의 차이, 결함부의 형상과 경사도 등을 고려하여 사전에 설정된 판단프로세스에 따라 판단결과를 생성한다. 판단결과에는 홀(hole) 형상인지, 수평형 크랙 또는 수직형 크랙인지 여부에 대한 판단결과를 포함한다. 그 후 상기 신호처리장치(150)에서 생성된 판단결과는 표시장치를 통하여 결함의 유무 및 검출위치, 크기와 같은 결함특성에 대한 정보가 검사자에게 통지된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하였으며, 본 실시예는 철도레일(30)의 결함검사에 한정하여 설명하였으나, 다른 종류의 레일의 검사에도 활용할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 불과하고, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 철도레일 비파괴검사장치가 탐상차에 탑재된 구성을 도시하고 있다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 비파괴검사장치의 구성을 설명하는 설명도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 비파괴검사장치의 작동과정을 설명하는 설명도이다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 비파괴검사장치가 레일 내부에 형성된 크랙을 검출하는 과정을 설명하는 설명도이다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 방출장치가 레일의 두부와 복부에 방사선을 조사하는 작동을 설명하는 설명도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10; 탐상차 30; 레일

40; 결함(crack) 120; 결함검출부

122,122′; 방사선발생장치 123; 디텍터

124; CCD카메라 125; 이미지센서

127; 가림막 140; 연결수단

144; 케이블 150; 신호처리장치

310; 레일의 두부 320 :레일의 복부

Claims (8)

1. 레일 위에서 이동하면서 상기 레일의 결함유무를 검사하기 위한 철도레일의 탐상차량에 있어서,

   상기 탐상차량의 차체의 하부에서 전후의 바퀴 사이에 고정설치되는 연결수단(140);

   상기 연결수단(140)의 하단에 고정되어 상기 레일(30)의 측방에 설치되는 것으로서, 상기 레일(30)의 일측방에 설치되어 상기 레일(30)에 방사선을 조사하는 방사선발생장치(122)와, 상기 레일(30)의 타측방에 설치되어 상기 레일을 투과한 방사선을 검출하여 영상신호를 출력하는 디텍터(123)를 구비한 결함검출부(120); 및,

   상기 영상신호를 상기 연결수단(140)에 내장된 케이블(144)을 통해 전달받아 상기 영상신호를 처리하고 결함의 유무를 판단하는 신호처리장치(150)를 포함하되,

   상기 결함검출부(120)에는

   상기 방사선발생장치(122)와 상기 디텍터(123)를 동시에 경사지도록 상기 레일(30)의 상부에 중심부를 두고 그 중심부를 기준으로 상기 방사선발생장치(122)와 상기 디텍터(123)를 선회시켜 방사선의 조사 및 검출방향을 상기 레일의 길이방향에 대하여 소정각으로 경사지도록 변경하는 틸팅장치가 더 포함되고,

   상기 방사선발생장치(122)는 상기 레일(30)의 두부(310)와 복부(320)에 각각 달리 방사선을 조사하기 위해, 상하이동이 가능하게 설치되고 상기 두부(310)에 방사선을 조사하는 위치에서는 상기 복부(320)에 방사선을 조사하는 위치보다 방사선 조사시간을 길게 설정하며,

   상기 디텍터(123)는

   상기 방사선발생장치(122)에서 조사하는 방사선에 의해 가시광선을 발생시키는 형광체를 포함하는 이미지센서(125)와, 상기 이미지센서(125)에서 발생된 가시광선을 검출하여 상기 영상신호를 출력하는 CCD카메라를 포함하는 것이고,

   상기 방사선 발생장치에서 조사하는 방사선은 X-ray이며,

   상기 탐상차량이 상기 레일 위에서 이동시, 상기 틸팅장치는 방사선의 조사 및 검출방향을 연속적으로 변경하고,

   상기 CCD카메라가 획득하는 영상슬라이더는 상기 레일의 동일 검사부위에 대하여 2개 이상이 획득될 수 있도록 설정되며,

   상기 이미지센서(125)는 1600 x 1200 픽셀이거나 그보다 큰 픽셀을 가지고,

   상기 신호처리장치(150)에서 생성된 판단결과를 표시하는 표시장치를 더 포함하며,

   상기 신호처리장치(150)는 상기 레일의 결함유형이 홀(hole)형상, 수평형 크랙형상, 수직형 크랙형상 중 어느 것인지 여부를 판단하고,

   상기 레일에서 결함의 검출위치와 크기를 판단하며,

   상기 표시장치는 상기 레일의 상기 결함유형, 상기 검출위치 및 상기 크기에 대한 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 철도레일의 탐상차량
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