KR102111196B1 - 지상 차량 부품 탐지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지상 차량 부품 탐지 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 철도 차량의 부품을 탐지하여 결함 발생 여부를 진단하는 지상 차량 부품 탐지 시스템에 관한 것이다. 지상 차량 부품 탐지 시스템은 이동하는 철도 차량의 부품(E)에 접촉되거나, 철도 차량의 주변에 설치되는 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112); 탐지 모듈(111, 112)로부터 탐지된 정보를 처리하는 데이터 처리 모듈(12); 데이터 처리 모듈(12)로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 부품의 결함 발생 여부를 분석하는 데이터 분석 모듈(14); 데이터 처리 모듈(12)로부터 처리된 부품(E)에 대하여 측정되어야 하는 매개변수 설정 모듈(161); 및 부품(E)의 탐지 상황에 대한 환경 상황을 설정하는 환경 설정 모듈(162)을 포함하고, 상기 매개변수는 편심 및 진동을 포함한다.
Description
본 발명은 지상 차량 부품 탐지 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 철도 차량의 부품을 탐지하여 결함 발생 여부를 진단하는 지상 차량 부품 탐지 시스템에 관한 것이다.
화물 또는 여객의 수송을 위한 철도 차량의 경우 수송 규모로 인하여 다양한 방법으로 사고 발생 가능성을 탐색하고 이에 따른 대책이 만들어질 필요가 있다. 철도 차량은 레일을 따라 운행이 되므로 철도 사고는 부품의 노후화 또는 결함으로 인하여 발생될 수 있다. 이를 위하여 철도 차량의 부품의 결함 또는 노후화가 미리 탐지되어 진단되고, 그에 기초하여 교체 시기가 결정될 필요가 있다.
철도 차량의 부품의 탐지 및 진단과 관련된 선행기술로 미국특허등록번호 US 6,951,132는 철도 차량의 진입 속도 및 진동 주파수를 탐지하여 철도 차량의 결함을 탐지하는 기술에 대하여 개시한다. 또한 미국특허공개번호 US 20170210401은 철도 차량 및 노선에 설치된 센서를 통하여 차체별 차량의 이상 상태를 탐지하면서 관리 시스템과 무선 통신이 가능한 기술에 대하여 개시한다.
철도 차량의 부품에 대한 결함은 다양한 형상으로 발생될 수 있고, 선로 또는 주변 환경에 따라 결함에 따른 작동 상태가 변할 수 있으므로 다양한 매개변수에 기초하여 탐지될 필요가 있다. 또한 필요에 따라 접촉 방식으로 물리적인 결함 또는 내부 결함이 탐지될 필요가 있다. 그러나 선행기술 또는 공지기술은 이와 같은 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 이동하는 철도 차량의 선로 또는 주변에 설치된 다양한 탐지 유닛으로부터 정보에 기초하여 철도 차량의 부품의 결함을 탐지하여 작동 상태의 진단이 가능한 지상 차량 부품 탐지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 지상 차량 부품 탐지 시스템은 이동하는 철도 차량의 부품에 접촉되거나, 철도 차량의 주변에 설치되는 적어도 하나의 탐지 모듈; 탐지 모듈로부터 탐지된 정보를 처리하는 데이터 처리 모듈; 데이터 처리 모듈로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 부품의 결함 발생 여부를 분석하는 데이터 분석 모듈; 데이터 처리 모듈로부터 처리된 부품에 대하여 측정되어야 하는 매개변수 설정 모듈; 및 부품의 탐지 상황에 대한 환경 상황을 설정하는 환경 설정 모듈을 포함하고, 상기 매개변수는 편심 및 진동을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 탐지 모듈은 철도 차량이 주행하는 선로의 정해진 지점의 서로 마주보는 위치에 설치되고, 철도 차량의 접근에 따라 적어도 하나의 탐지 모듈의 작동을 위한 탐지 개시 신호가 발생되고, 차량의 속도에 따라 동기화 보정 유닛에 의하여 작동 시간이 보정이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 진동 탐지 유닛은 레일에 결합되는 고정 부재; 고정 부재에 결합되는 충격 흡수 블록; 및 충격 흡수 블록에 고정되는 탐지 센서로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 레일의 이음매 상태 측정을 위한 마이크로폰을 더 포함하고, 상기 편심은 레이저 센서에 의하여 탐지된다.
본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 철도 차량의 이동 과정에서 예를 들어 차륜, 차축, 베어링 또는 이와 유사한 철도 차량 부품의 작동 상태를 탐지하는 것에 의하여 부품에 대한 정확한 탐지 및 진단이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 다양한 매개변수에 기초하여 부품의 결함을 탐지하고 이에 기초하여 부품 상태를 진단하는 것에 의하여 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다. 이에 따라 철도 차량의 각각의 부품이 적절한 시기에 교체되도록 하는 것에 의하여 안전사고의 방지가 가능하면서 이와 동시에 유지 및 보수비용이 감소되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상 차량 부품 탐지 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 탐지 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 탐지 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 탐지 시스템에 의하여 철도 차량의 부품에 대한 상태 진단이 이루어지는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 탐지 시스템에서 서로 다른 탐지 유닛의 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 탐지 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 탐지 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 탐지 시스템에 의하여 철도 차량의 부품에 대한 상태 진단이 이루어지는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 탐지 시스템에서 서로 다른 탐지 유닛의 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상 차량 부품 탐지 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 이동하는 철도 차량의 부품(E)에 접촉되거나, 철도 차량의 주변에 설치되는 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112); 탐지 모듈(111, 112)로부터 탐지된 정보를 처리하는 데이터 처리 모듈(12); 데이터 처리 모듈(12)로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 부품의 결함 발생 여부를 분석하는 데이터 분석 모듈(14); 데이터 처리 모듈(12)로부터 처리된 부품(E)에 대하여 측정되어야 하는 매개변수 설정 모듈(161); 및 부품(E)의 탐지 상황에 대한 환경 상황을 설정하는 환경 설정 모듈(162)을 포함하고, 상기 매개변수는 편심 및 진동을 포함한다.
부품 탐지 시스템은 예를 들어 운행을 마치고 열차의 차량 정비 또는 대기를 위하여 차고로 이동되는 열차의 다양한 부품의 상태를 탐지할 수 있다. 차고로 이동되는 차량은 예를 들어 5 내지 30 km/h의 저속으로 이동이 되므로 서로 다른 위치에 배치된 동일 또는 유사한 부품의 상태를 탐지하여 분석될 수 있도록 한다. 또한 열차의 정비 과정이 진행되기 이전에 미리 열차의 다양한 부품에 대한 진단이 이루어지고, 이에 의하여 정비가 부품 진단을 기초로 진행되도록 한다.
부품(E)은 차륜, 차축, 차축 베어링, 대차 또는 이와 유사한 부품이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 탐지 모듈(111, 112)은 선로에 설치되거나, 선로 주변에 설치될 수 있고, 예를 들어 열차가 진입 또는 진출되는 선로에 배치되어 차륜의 중량을 측정하는 로드 셀, 선로의 응력 변화를 측정하는 스트레인 센서, 차량의 이동에 따른 선로의 접촉점에서 변위를 측정하는 가속도 센서, 차륜 또는 차축 베어링에서 발생하는 진동을 측정하는 진동 센서, 편심을 측정하는 레이저 센서, 온도의 측정을 위한 적외선 센서, 소음을 측정하는 마이크로 폰 또는 선로의 이음매의 변화를 측정하는 광학 센서와 같은 것을 포함할 수 있다. 예를 들어 선로의 한쪽 또는 양쪽에 설치되어 각각의 차축 베어링, 차륜 또는 선로의 이음매에서 발생되는 소음 또는 속도가 지향성 마이크로폰 또는 속도 센서에 의하여 측정될 수 있다. 또는 선로의 한쪽 또는 양쪽에 설치되어 차축, 차륜 또는 선로의 손상 여부 또는 온도가 초음파 센서, 적외선 센서 또는 레이저 센서에 의하여 측정될 수 있다. 또한 선로에 설치되어 차량의 이동 과정에서 속도의 변화에 따라 차축 베어링 또는 차륜에서 발생되는 진동이 진동 탐지 유닛에 의하여 측정될 수 있다. 이와 같이 탐지 모듈(111, 112)은 선로에 설치되거나, 선로 주변에 설치되어 열차의 부품에 대한 다양한 물리적 특성을 탐지할 수 있다.
탐지 모듈(111, 112)에서 탐지된 정보는 유선 또는 무선 수단을 통하여 데이터 처리 모듈(12)로 전송될 수 있다. 데이터 처리 모듈(12)은 차량에 대한 고유 번호를 기준으로 탐지 정보를 전송 가능한 형태로 처리할 수 있고, 처리된 탐지 정보는 데이터 분류 모듈(13)로 전송될 수 있다. 다양한 탐지 정보가 서로 다른 탐지 모듈(111, 112)로부터 획득될 수 있고, 다양한 조건에서 다양한 부품에 대한 탐지 정보가 획득될 수 있다. 데이터 분류 유닛(13)은 이와 같은 다양한 형태의 정보를 적절한 방법으로 분류하여 데이터 분석 모듈(14)로 전송할 수 있다.
데이터 분석 모듈(14)은 분류된 탐지 정보를 분석하여 각각의 부품의 결함 발생 여부를 분석할 수 있다. 분석 과정에서 데이터 분석 모듈(14)은 진단 데이터베이스(15)에 대한 각각의 부품에 대한 다양한 조건에서의 작동 특성을 탐색하여 결함의 발생 여부를 분석할 수 있다. 그리고 분석 결과가 저장이 되어 관리 서버로 전송되거나 차량 정비 과정으로 전송될 수 있다.
차축, 차륜, 베어링 또는 차량의 부품에 대한 진단은 매개변수에 기초하여 이루어질 수 있다. 매개변수는 환경 매개변수와 탐지 매개변수로 이루어질 수 있고, 환경 매개변수는 주위 환경과 선로 상태를 나타내는 매개변수를 포함하고, 탐지 매개변수는 환경 매개변수에 따른 부품의 상태를 나타내는 매개변수가 될 수 있다.
탐지 매개변수 및 환경 매개변수는 매개변수 설정 모듈(161) 및 환경 설정 모듈(162)에 의하여 설정될 수 있다. 매개변수는 예를 들어 차축 베어링 및 차륜 베어링에서 발생되는 진동, 선로에서 발생되는 진동; 외부 환경 온도, 차륜의 온도, 선로의 온도; 차륜의 회전 속도; 차륜 베어링에서 발생되는 소음, 선로와 차륜의 마찰로 인한 소음, 선로의 이음매에서 발생되는 소음; 차축 베어링, 차륜 및 선로로부터 반사된 적외선의 광 스펙트럼; 또는 차륜의 하중에 따른 선로 접촉점의 변위와 같은 것을 포함할 수 있다. 다양한 매개변수가 설정될 수 있고, 이에 따라 다양한 탐지 모듈(111, 112)이 선로 또는 선로 주변에 설치될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
탐지 매개변수는 편심 및 진동을 포함하고, 편심 및 진동을 비롯한 각각의 탐지 매개변수는 정해진 위치에서 각각의 차륜, 차축 베어링 또는 다른 부품에 대하여 측정될 수 있다. 편심은 서로 마주보는 두 개의 차륜, 차축 또는 차축 베어링의 경사 수준을 말한다. 그리고 진동은 서로 마주보는 두 개의 차륜, 차축 또는 차축 베어링이 선로의 정해진 지점을 통과하면서 발생시키는 진동 주파수를 분석하여 탐지할 수 있다. 정해진 위치는 적어도 철도 차량이 주행하는 선로의 서로 다른 두 개의 위치가 될 수 있고, 각각의 부품에 대한 탐지 매개변수가 적어도 서로 다른 두 개의 위치에서 측정될 수 있다. 이에 따라 탐지 매개변수는 각각의 위치에서 탐지되는 위치 탐지 매개변수 및 동일 위치에서 동일한 부품에 대하여 탐지되는 시간 탐지 매개변수를 포함한다. 그리고 환경 매개변수에 따른 위치 탐지 매개변수 및 시각 탐지 매개변수를 분석하여 각각의 부품에 대한 진단이 이루어질 수 있다.
환경 매개변수 또는 탐지 매개변수는 다양한 방법으로 설정될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 탐지 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 적어도 하나의 탐지 모듈은 철도 차량이 주행하는 선로의 정해진 지점의 서로 마주보는 위치에 설치되고, 철도 차량의 접근에 따라 적어도 하나의 탐지 모듈의 작동을 위한 탐지 개시 신호가 발생되고, 차량의 속도에 따라 동기화 보정 유닛(27)에 의하여 작동 시간이 보정이 된다.
탐지 모듈은 레일(R) 또는 레일 주변에 설치될 수 있고, 각각의 탐지 모듈은 진동 탐지 유닛(21); 소음 탐지를 위한 소음 탐지 유닛(22); 속도의 탐지를 위한 속도 탐지 유닛(23); 및 선로에 인가되는 부하를 탐지하는 부하 탐지 유닛(24)을 비롯한 다양한 매개변수의 측정을 위한 탐지 유닛을 포함할 수 있다. 탐지 모듈은 차량(W)이 이동하는 레일(R)에 설치되거나, 레일(R)의 주변에 설치될 수 있다. 예를 들어 진동 탐지 유닛(21) 또는 부하 탐지 유닛(24)은 레일에 설치될 수 있고, 지향성 마이크로폰과 같은 소음 탐지 유닛(22) 또는 속도 탐지 유닛(23)은 레일(R)의 주변에 설치될 수 있다.
각각의 탐지 모듈은 동일하거나 서로 다른 탐지 유닛을 포함할 수 있고, 적어도 두 개의 탐지 모듈의 레일(R)의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 또한 각각의 탐지 모듈은 레일(R)의 하나의 정해진 위치에서 서로 마주보도록 설치될 수 있다. 레일(R)의 서로 다른 위치에 설치되는 탐지 모듈에 의하여 서로 다른 부품이 탐지되거나, 동일한 부품이 탐지될 수 있다. 각각의 탐지 모듈에 의하여 탐지되는 탐지 매개변수는 레일(R)에서 차량의 위치 또는 속도에 따라 서로 다른 값을 나타낼 수 있다. 그러므로 탐지 모듈의 위치와 탐지 대상의 위치가 각각의 탐지 모듈 또는 탐지 부품에 대하여 동일한 상태 또는 유사한 상태가 되는 것이 유리하다. 이를 위하여 개시 신호 발생 유닛(RS) 및 동기화 보정 유닛(27)이 설치될 수 있다.
개시 신호 발생 유닛(RS)은 서로 다른 위치에 배치된 각각의 탐지 모듈의 작동 개시 시각 및 탐지 주기를 결정할 수 있다. 각각의 탐지 모듈의 작동 개시 시각은 예를 들어 탐지 대상이 되는 부품이 탐지 모듈과 가장 근접하게 위치하는 시각이 될 수 있다. 그리고 탐지 주기는 예를 들어 차량에 연속적으로 배치된 서로 다른 베어링을 탐지하기 위한 탐지 모듈의 작동 주기를 말한다. 개시 신호 발생 유닛(RS)은 이동하는 차량의 탐지 모듈이 설치된 레일(R)에서 미리 결정된 위치에 도달하면 차량의 속력에 따라 각각의 탐지 모듈의 작동을 위한 개시 신호 및 탐지 주기를 각각의 탐지 모듈로 전송할 수 있고, 이와 동시에 동기화 보정 유닛(27)으로 전송할 수 있다. 그리고 각각의 탐지 모듈은 개시 신호 및 탐지 주기에 따라 작동하여 정해진 부품에 대한 탐지 매개변수를 측정할 수 있다. 개시 신호 발생 유닛(RS)은 주기적으로 또는 차량 속력의 변화에 따라 작동 개시 신호 및 작동 주기 신호를 각각의 탐지 모듈로 전송할 수 있고, 그에 따라 탐지 모듈의 작동 주기가 변하거나, 변하지 않을 수 있다.
동기화 보정 유닛(27)은 각각의 탐지 모듈이 설치된 레일(R)의 앞쪽에 설치되어 각각의 탐지 모듈에 전송된 작동 개시 신호 및 탐지 주기의 보정 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 동기화 보정 유닛(27)은 접촉 센서 또는 광학 센서와 같은 것이 될 수 있고, 탐지가 완료된 부품이 정해진 위치에 도달하는 시각을 탐지할 수 있다. 그리고 탐지된 시각을 개시 신호 발생 유닛(RS)에서 전송된 예상 도달 시각과 비교하고, 비교 결과를 개시 신호 발생 유닛(RS)으로 전송할 수 있다. 그리고 비교 결과에 따라 개시 신호 발생 유닛(RS)은 각각의 탐지 모듈의 작동 개시 시각 또는 탐지 주기를 변경하거나, 변경하지 않을 수 있다.
탐지 모듈의 작동을 다양한 방법으로 설정될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
가속도 센서(211)에 의하여 차륜 또는 차축의 경사도가 측정될 수 있고, 진동 탐지 유닛(21)에 의하여 차륜, 차축 또는 베어링의 진동 주파수가 탐지될 수 있다. 또한 예를 들어 마이크로폰과 같은 소음 탐지 유닛(22)에 의하여 소음이 탐지될 수 있고, 특히 레일(R)의 이음매에서 발생되는 소음이 탐지될 수 있다. 부품에 결함이 발생된 경우 레일(R)의 이음매에서 충격음 또는 큰 소음을 발생시킬 수 있고, 이와 같은 비정상적인 충격음 또는 소음이 마이크로폰에 의하여 측정될 수 있다. 또한 레이저 센서(LD)에 의하여 차축, 차륜 또는 베어링의 편심이 측정될 수 있다. 예를 들어 레이저 센서(LD)로부터 부품의 표면에 투사된 레이저의 반사율 또는 반사 방향을 측정하는 것에 의하여 차륜, 차축 또는 베어링의 편심이 탐지될 수 있다.
탐지 모듈에 의하여 탐지된 정보는 실시간으로 중계 장치(25)로 전송될 수 있다. 중계 장치(25)는 전송된 탐지 정보를 처리 가능한 디지털 정보로 변환하여 관리 서버(26)로 전송하거나 적절한 정보 처리 프로세서로 전송할 수 있다.
탐지 유닛 또는 탐지 센서는 예를 들어 차륜, 차축 또는 베어링과 같은 부품의 작동 특성의 탐지가 가능한 다양한 위치에 설치될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 탐지 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 진동 탐지 유닛(21)은 레일(R)에 결합되는 고정 부재(31); 고정 부재(31)에 결합되는 충격 흡수 블록(32); 및 충격 흡수 블록(32)에 고정되는 탐지 센서(33)로 이루어진다.
진동 탐지 유닛(21)에 의하여 차륜, 차축 또는 베어링에 의하여 발생되는 진동이 탐지될 필요가 있고, 외부 진동의 유입이 차단될 필요가 있다. 이를 위하여 탐지 센서(33)는 선로로부터 분리되어 고정되면서 외부 충격 또는 외부 진동의 유입이 제한되도록 충격 흡수 블록(32)에 고정될 수 있다. 충격 흡수 블록(32)은 고무, 실리콘 또는 합성수지 소재와 같이 진동 흡수 또는 충격 흡수가 가능한 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
레일(R)에 결합되는 고정 부재(31)는 선형으로 연장되면서 한쪽 부분이 레일(R)에 결합되고, 다른 쪽 부분에 충격 흡수 블록(32)이 고정되는 구조로 만들어질 수 있다. 고정 부재(31)의 한쪽이 레일(R)에 견고하게 결합되어 레일(R)로부터 진동이 탐지 센서(33)로 전달되도록 한다. 고정 부재(31)는 서로 마주보는 한 쌍으로 이루어질 수 있고, 선형 부재 구조를 가질 수 있다. 고정 부재(31)는 레일(R)에 고정된 한쪽 끝으로부터 레일(R)의 바깥쪽으로 연장되는 다른 끝은 자유로운 끝 부분을 형성하는 구조를 가질 수 있다. 서로 마주보는 자유로운 끝 부분에 한 쌍의 충격 흡수 블록(32)이 고정되고, 충격 흡수 블록(32) 사이에 진동의 탐지를 위한 탐지 센서(33)가 고정될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하여 탐지 센서(33)는 지면으로부터 분리되어 위치하고, 이에 의하여 부품으로부터 발생되는 진동이 효율적으로 전달될 수 있다. 탐지 센서(33)는 케이싱의 내부에 배치될 수 있고, 케이싱의 내부에 탐지 신호의 처리를 위한 처리 프로세서 및 통신 칩이 배치될 수 있다. 또한 케이싱의 내부에 저장 매체가 배치될 수 있다. 통신 칩에 의하여 진동 탐지 유닛(21)은 제어 모듈과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어 작동 개시 신호가 통신 칩을 통하여 수신되고, 탐지 정보가 저장 매체에 저장이 되면서 통신 칩을 통하여 관리 서버로 전송될 수 있다.
진동 탐지 유닛(21)은 다양한 구조로 만들어져 레일(R)에 결합될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 탐지 시스템에 의하여 철도 차량의 부품에 대한 상태 진단이 이루어지는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 탐지 모듈은 레일 탐지 모듈(411) 및 차량 탐지 모듈(412)로 이루어지고, 레일 탐지 모듈(411)과 차량 탐지 모듈(412)로부터 전송된 정보에 기초하여 상관 지도가 생성될 수 있다.
레일 탐지 모듈(411)에 의하여 레일 자체의 상태 또는 차량의 접촉에 따른 상태 변화가 탐지될 수 있고, 차량 탐지 모듈(412)에 의하여 차량의 부품의 상태가 탐지될 수 있다. 다양한 탐지 모듈로부터 전송된 정보, 서로 다른 시각 또는 위치에서 동일 부품에 의하여 탐지되는 정보에 기초하여 레일 상태가 탐지될 수 있고, 레일 탐지 모듈(411)은 이와 같은 정보로부터 레일 상태에 대한 정보를 추출할 수 있다. 레일 탐지 모듈(411)은 다양한 탐지 정보로부터 레일 자체로부터 발생되는 매개변수 값을 추출할 수 있다. 그리고 이와 같은 레일 상태에 기초하여 레일 매개변수에 기초하여 각각의 차륜, 차축 또는 차량 베어링과 같은 부품에 대한 탐지 정보로부터 탐지 매개변수를 추출할 수 있다. 이와 같이 레일 상태에 대한 정보와 부품 상태에 대한 정보가 각각 레일 탐지 모듈(411)과 차량 탐지 모듈(412)에 의하여 추출될 수 있다. 레일 상태 정보와 부품 탐지 정보는 서로 관련성을 가지므로 레일 탐지 모듈(411)과 차량 탐지 모듈(412)에서 추출된 매개변수 값이 서로 비교가 될 수 있다. 그리고 탐지된 각각의 매개변수 값이 상관지도 유닛(42)으로 전송될 수 있다. 상관지도 유닛(42)은 서로 다른 매개변수 사이의 상관성을 분석하는 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 진동과 편심 사이의 관련성 또는 진동과 소음 사이의 관련성을 분석하는 기능을 가질 수 있다. 상관지도는 동일 부품 사이의 매개변수 사이의 상관성 또는 동일 종류의 부품에서 배치 위치에 따른 상관지도를 형성할 수 있다. 그리고 이와 같은 부품에 대한 상관지도가 비교/분석 유닛(43)으로 전송될 수 있다. 비교/분석 유닛(43)은 상관지도에 기초하여 각각의 부품에서 탐지된 정보를 비교 및 분석할 수 있고, 구체적으로 서로 다른 위치에서 탐지된 동일 부품에 대한 매개변수 값, 차량의 서로 다른 위치에 배치된 부품의 매개변수 값 또는 이와 유사한 매개변수 값을 비교 및 분석할 수 있다. 그리고 비교 및 분석이 된 각각의 부품에 대한 결과가 탐지 데이터베이스(45) 및 부품 진단 데이터베이스(44)로 전송되어 저장될 수 있다. 부품 진단 데이터베이스(44)는 전송된 탐지 매개변수의 비교 및 분석을 참조하여 정비가 요구되는 부품, 정밀 진단이 요구되는 부품 또는 교체가 되어야 하는 부품을 결정할 수 있다. 또한 각각의 부품에 대한 예상 교체시기를 결정할 수 있다.
상태 진단은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 탐지 시스템에서 서로 다른 탐지 유닛의 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 선로의 이음매 상태 측정을 위한 마이크로폰(512)을 더 포함하고, 상기 편심은 레이저 센서(511)에 의하여 탐지될 수 있다.
위에서 설명된 것처럼, 레이저 센서(511)가 설치되어 각각의 차륜, 차축 또는 베어링의 편심이 측정될 수 있다. 또한 마이크로폰(512)이 설치되는 레일의 이음매에서 발생되는 충격음 또는 소음을 측정하여 레일의 이음매 상태가 측정될 수 있다. 또한 진동 센서(513)에 의하여 차륜 차축 또는 베어링의 구조 결함이 탐지될 수 있다. 레이저 센서(511), 마이크로폰(512) 및 진동 센서(513)에서 탐지된 정보가 각각 편심 측정 유닛(521), 이음매 측정 유닛(522) 및 구조 결함 유닛(523)으로 전송될 수 있다. 편심 측정 유닛(521)은 투사된 레이저의 반사율을 측정하여 편심 수준을 결정할 수 있고, 이음매 측정 유닛(522)은 충격음의 크기, 주파수 또는 파형에 따라 이음매의 상태 또는 차륜의 결함을 탐지할 수 있고, 구조 결함 유닛(523)은 다양한 진동 주파수를 분석하여 내부 또는 외부에서 구조적인 결함이 발생되었는지 여부를 결정할 수 있다. 그리고 탐지 또는 결정된 값이 위치 변동 추이 유닛(53) 및 시간 변동 추이 유닛(54)으로 전송될 수 있다. 적어도 두 개의 탐지 모듈이 레일에 배치되고, 서로 다른 위치에서 동일 매개변수에 대한 값이 탐지될 수 있다. 또한 동일 부품이 열차의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 위치 변동 추이 유닛(53)은 이와 같이 동일 부품에 대한 서로 다른 탐지 위치에서 측정된 매개변수 값 또는 열차의 서로 다른 위치에 배치된 동일 부품의 매개변수 값의 변화 추이를 추적하는 기능을 가질 수 있다. 또한 시간 변동 추이 유닛(54)은 동일 부품의 시간의 경과에 따른 매개변수 값의 변화를 추적하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 추적된 결과에 따라 각각의 부품에 대한 시간의 경과에 따른 부품의 소모 상태가 부품 소모 곡선 유닛(55)에 의하여 만들어질 수 있다.
레이저 센서(511), 마이크로폰(512) 및 진동 센서(513)에서 측정된 탐지 정보는 부품에 대한 정보와 레일에 대한 정보를 모두 포함하고 있다. 편심 측정 유닛(521), 이음매 측정 유닛(522) 및 구조 결함 유닛(523)은 레일 매개변수 값과 부품 매개변수 값을 분리하고, 각각의 정보를 레일 진단 유닛(57) 및 부품 진단 유닛(56)으로 전송할 수 있다. 그리고 레일 진단 유닛(57)과 부품 진단 유닛(56)은 전송된 각각이 정보로부터 레일 및 부품의 상태를 진단할 수 있다. 그리고 부품에 대한 진단 정보가 진단 데이터베이스(15)에 저장될 수 있다.
각각의 탐지 유닛에서 탐지된 정보가 다양한 방법으로 처리될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 철도 차량의 이동 과정에서 예를 들어 차륜, 차축, 베어링 또는 이와 유사한 철도 차량 부품의 작동 상태를 탐지하는 것에 의하여 부품에 대한 정확한 탐지 및 진단이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 다양한 매개변수에 기초하여 부품의 결함을 탐지하고 이에 기초하여 부품 상태를 진단하는 것에 의하여 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다. 이에 따라 철도 차량의 각각의 부품이 적절한 시기에 교체되도록 하는 것에 의하여 안전사고의 방지가 가능하면서 이와 동시에 유지 및 보수비용이 감소되도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
12: 데이터 처리 모듈 13: 데이터 분류 유닛
14: 데이터 분석 모듈 15: 진단 데이터베이스
21: 진동 탐지 유닛 22: 소음 탐지 유닛
23: 속도 탐지 유닛 24: 부하 탐지 유닛
25: 중계 장치 26: 관리 서버
27: 동기화 보정 유닛 31: 고정 부재
32: 충격 흡수 블록 33: 탐지 센서
42: 상관지도 유닛 43: 비교/분석 유닛
44: 부품 진단 데이터베이스 45: 탐지 데이터베이스
53: 위치 변동 추이 유닛 54: 시간 변동 추이 유닛
55: 부품 소모 곡선 유닛 56: 부품 진단 유닛
57: 레일 진단 유닛 111, 112: 탐지 모듈
161: 매개변수 설정 모듈 162: 환경 설정 모듈
211: 가속도 센서 411: 레일 탐지 모듈
412: 차량 탐지 모듈 511: 레이저 센서
512: 마이크로폰 513: 진동 센서
521: 편심 측정 유닛 522: 이음매 측정 유닛
523: 구조 결함 유닛 E: 부품
LD: 레이저 센서 R: 레일
RS: 개시 신호 발생 유닛 W: 차량
14: 데이터 분석 모듈 15: 진단 데이터베이스
21: 진동 탐지 유닛 22: 소음 탐지 유닛
23: 속도 탐지 유닛 24: 부하 탐지 유닛
25: 중계 장치 26: 관리 서버
27: 동기화 보정 유닛 31: 고정 부재
32: 충격 흡수 블록 33: 탐지 센서
42: 상관지도 유닛 43: 비교/분석 유닛
44: 부품 진단 데이터베이스 45: 탐지 데이터베이스
53: 위치 변동 추이 유닛 54: 시간 변동 추이 유닛
55: 부품 소모 곡선 유닛 56: 부품 진단 유닛
57: 레일 진단 유닛 111, 112: 탐지 모듈
161: 매개변수 설정 모듈 162: 환경 설정 모듈
211: 가속도 센서 411: 레일 탐지 모듈
412: 차량 탐지 모듈 511: 레이저 센서
512: 마이크로폰 513: 진동 센서
521: 편심 측정 유닛 522: 이음매 측정 유닛
523: 구조 결함 유닛 E: 부품
LD: 레이저 센서 R: 레일
RS: 개시 신호 발생 유닛 W: 차량
Claims (4)
- 이동하는 철도 차량의 부품(E)에 접촉되거나, 철도 차량의 주변에 설치되는 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112);
탐지 모듈(111, 112)로부터 탐지된 정보를 처리하는 데이터 처리 모듈(12);
데이터 처리 모듈(12)로부터 전송된 탐지 정보에 기초하여 부품의 결함 발생 여부를 분석하는 데이터 분석 모듈(14);
데이터 처리 모듈(12)로부터 처리된 부품(E)에 대하여 측정되어야 하는 매개변수 설정 모듈(161); 및
부품(E)의 탐지 상황에 대한 환경 상황을 설정하는 환경 설정 모듈(162)을 포함하고,
상기 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112)은 차축 베어링 또는 차륜에서 발생되는 진동을 탐지하는 진동 탐지 유닛(21), 레일의 이음매 상태를 측정하는 마이크로폰(512) 및 서로 마주보는 두 개의 차륜, 차축 또는 차축 베어링의 경사 수준인 편심을 측정하는 레이저 센서(511)를 포함하고,
상기 진동 탐지 유닛(21)은 레일(R)에 결합되는 고정 부재(31); 고정 부재(31)에 결합되는 충격 흡수 블록(32); 및 충격 흡수 블록(32)에 고정되는 탐지 센서(33)로 이루어지고,
상기 고정 부재(31)는 서로 마주보는 한 쌍으로 이루어진 선형 부재 구조를 가지며 레일(R)에 고정된 한쪽 끝으로부터 레일(R)의 바깥쪽으로 연장되는 다른 끝은 자유로운 끝 부분을 형성하고, 상기 고정 부재(31)의 서로 마주보는 자유로운 끝 부분에 한 쌍의 충격 흡수 블록(32)이 고정되고, 충격 흡수 블록(32) 사이에 상기 탐지 센서(33)가 고정되어 상기 탐지 센서(33)가 지면으로부터 분리되어 위치되는 것을 특징으로 하는 지상 차량 부품 탐지 시스템. - 청구항 1에 있어서, 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112)은 철도 차량이 주행하는 선로의 정해진 지점의 서로 마주보는 위치에 설치되고, 철도 차량의 접근에 따라 적어도 하나의 탐지 모듈(111, 112)의 작동을 위한 탐지 개시 신호가 발생되고, 차량의 속도에 따라 동기화 보정 유닛(27)에 의하여 각각의 탐지 모듈(111, 112)의 작동 개시 신호 및 탐지 주기가 보정되는 것을 특징으로 하는 지상 차량 부품 탐지 시스템.
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