KR102040025B1 - Method for measuring the shape of wheel for railway vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 철도차량 차륜 형상 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차륜의 표면에 세 개의 레이저라인을 동시에 조사하여 그 좌표를 동시에 측정하고, 측정된 좌표의 상관관계를 통해 차륜의 형상을 추출할 수 있도록 함으로써 차륜의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the shape of a wheel of a railway vehicle, and more particularly, simultaneously irradiates three laser lines on a surface of a wheel and simultaneously measures the coordinates thereof, and extracts the shape of the wheel through the correlation of the measured coordinates. The present invention relates to a method for measuring a wheel shape of a railway vehicle, which enables to simultaneously extract a profile and a diameter of a wheel.
일반적으로, 철도차량은 궤도를 운행하기 위해 특수한 형태의 차륜 프로파일 구조를 갖는다.In general, railway vehicles have a specially shaped wheel profile structure for driving a track.
레일과의 지속적인 마찰에 의해 차륜이 기준 이상으로 마모되어 탈선 등의 사고가 발생하는 것을 방지하고, 동시에 안정적인 승차감을 확보하기 위해서는 특정한 기준 형상의 프로파일을 유지하여야 한다.In order to prevent the wheels from being worn over the standard due to continuous friction with the rails and to prevent accidents such as derailment, and to ensure a stable ride, a profile of a specific reference shape must be maintained.
따라서, 철도차량용 차륜의 관리를 위해 차륜의 형상을 주기적으로 측정하여 관리하도록 규정되어 있다.Therefore, it is prescribed to periodically measure and manage the shape of the wheels for the management of the wheels for railway vehicles.
종래의 차륜 형상 측정장치는 주행 중인 열차의 하부에 설치되는데, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 조사면이 차륜(10)의 폭방향으로 하나의 라인을 이루는 프로파일용 레이저(22)와, 프로파일용 레이저(22)에 의해 나타나는 프로파일라인을 촬영하는 프로파일용 카메라(20)와, 차륜의 내측면을 조사하는 직경용 레이저(32)와, 직경용 레이저(32)에 의해 나타나는 직경부라인을 촬영하는 직경용 카메라(30)를 포함하여 이루어진다.Conventional wheel shape measuring device is installed in the lower portion of the train running, the configuration is, as shown in Figure 1, the
즉, 차륜(10)의 프로파일라인과 직경부라인의 이미지가 얻어지면 이를 조합하고 해석함으로써 전체적인 차륜의 형상을 측정하며, 직경부 이미지에 의해 확인되는 차륜 내측을 기준으로 플랜지 두께 등을 측정한다.That is, when an image of the profile line and the diameter line of the
하지만, 이러한 종래의 차륜 형상 측정장치를 사용하는 경우, 차륜 진입시 수직 및 수평방향으로 기울어지거나 수평방향의 일측으로 치우치게 되는 것을 검사할 수 없게 되고, 그로 인하여 측정오차가 크게 발생되는 문제점이 있었다.However, when using such a conventional wheel shape measuring device, it is impossible to check that the wheel is inclined in the vertical and horizontal directions or biased to one side in the horizontal direction, thereby causing a large measurement error.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 대한민국 등록특허공보 제10-0628351호에는 멀티라인 레이저를 이용한 차륜형상 측정장치가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 둘 이상의 제1레이저라인을 차륜의 프로파일부 저면에 조사하여 촬영함으로써 차륜의 프로파일라인 이미지신호를 둘 이상 출력하는 프로파일 측정부와, 둘 이상의 제2레이저라인을 상기 차륜의 답면부 저면에 조사하여 촬영함으로써 차륜의 직경라인 이미지신호를 둘 이상 출력하는 직경 측정부 및 상기 프로파일라인 이미지신호와 직경라인 이미지신호를 보정하여 차륜형상 데이터를 추출하는 데이터처리부를 포함하여 이루어진다.In order to solve the problems of the prior art, Korean Patent Publication No. 10-0628351 discloses a wheel shape measuring apparatus using a multi-line laser, the main technical configuration of which is a profile of two or more first laser lines Two or more profile measuring units for outputting two or more profile line image signals of the wheel by irradiating and photographing the bottom of the wheel; and two or more diameter line image signals of the diameter line of the wheel by irradiating and photographing two or more second laser lines on the bottom surface of the wheel And a data processor for correcting the profile line image signal and the diameter line image signal to extract wheel shape data.
즉, 상기 종래기술은 차륜이 수평 또는 수직 방향으로 틀어지거나 위치가 변경되더라도 각 부의 형상을 비교적 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있으나, 차륜의 프로파일부와 직경부를 별도로 측정하여야 하므로 차륜의 형상 측정을 위한 장비들이 많이 필요하게 되고, 그에 따라 측정 오차가 발생될 확률이 높아지는 단점이 있다.That is, the prior art has the advantage that the shape of each part can be measured relatively accurately even if the wheel is displaced in the horizontal or vertical direction or the position is changed, but the profile and the diameter of the wheel must be measured separately for measuring the shape of the wheel. There is a disadvantage in that a lot of equipment is required, which increases the probability of measurement error.
또한, 상기 종래기술에는 차륜의 답면 및 플랜지 표면에 차축 방향으로 복수개의 레이저라인을 형성시켜 각 라인을 해석하고 그 상관관계를 계산하여 플랜지 높이 등의 프로파일 형상을 차륜의 틀어짐과 관련없이 정확하게 측정할 수 있다는 내용이 언급되어 있으나, 차륜의 형상 전체를 직접 측정하는 방식이라는 내용만 언급되어 있을 뿐 각 라인의 해석 및 상관관계의 계산이 어떠한 방식에 의해 이루어지는지 전혀 언급되어 있지 않다는 문제점도 있다.In addition, in the prior art, a plurality of laser lines are formed in the axle direction of the wheel and the flange surface of the wheel to analyze each line and calculate the correlation to accurately measure the profile shape such as the flange height regardless of the wheel twist. Although it is mentioned that it can be mentioned, it is mentioned that only the method of directly measuring the entire shape of the wheel is mentioned, and there is a problem in that it is not mentioned at all how the interpretation of each line and the calculation of correlation are made.
그리고, 상기 종래기술의 경우 속도 및 가속도를 측정하고, 이를 사용하여 카메라 트리거링 지점을 연산하는 것으로 기재되어 있으나, 속도와 가속도 측정에 오차가 포함될 수 밖에 없고, 이는 영상을 측정하는 카메라 트리거링 타이밍에 영항을 미치므로 결국 측정 정밀도가 저하되는 문제점도 있다.In the case of the prior art, it is described that the speed and the acceleration are measured and the camera triggering point is calculated using the same. However, the speed and the acceleration measurement are inevitably included in the measurement, which affects the camera triggering timing for measuring the image. As a result, there is also a problem that the measurement accuracy is eventually reduced.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일정간격으로 평행하게 이격 설치되는 3개의 레이저라인센서를 통해 동시에 측정되는 좌표들을 이용하여 한 개소에서의 측정만으로 차륜의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to measure in one place by using the coordinates simultaneously measured through three laser line sensors spaced apart in parallel at a predetermined interval It is to provide a method for measuring the shape of the wheel of the railway vehicle that can be extracted at the same time the profile and diameter of the wheel.
또한, 본 발명은 종래의 카메라 트리거링 타이밍에 발생할 수 있는 오차를 원천적으로 배제시킬 수 있도록 함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for measuring a wheel shape of a railway vehicle to improve measurement accuracy by allowing an error that may occur in a conventional camera triggering timing to be excluded at source.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above objects,
철도차량 차륜 형상 측정방법에 있어서, 차륜의 진행방향 하부에 다수의 레이저라인센서를 설치하는 레이저라인센서 설치단계와, 상기 차륜의 표면에 다수의 레이저라인을 동시에 조사하여 생성되는 레이저라인의 좌표를 동시에 측정하는 좌표측정단계 및 상기 좌표측정단계에서 측정된 레이저라인의 좌표와 차륜의 기하학적 형상을 이용하여 차륜의 프로파일과 반경을 동시에 추출하는 차륜형상 연산단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In the wheel shape measurement method of a railway vehicle, the laser line sensor installation step of installing a plurality of laser line sensors in the lower direction of the wheel, and the coordinates of the laser line generated by irradiating a plurality of laser lines on the surface of the wheel at the same time And a wheel shape calculation step of simultaneously extracting a profile and a radius of the wheel by using the coordinate measuring step of measuring simultaneously and the geometry of the wheel and the coordinates of the laser line measured in the coordinate measuring step.
이때, 상기 레이저라인센서 설치단계에서는 3개의 레이저라인센서를 서로 일정간격 이격되도록 하여 평행하게 설치하는 것을 특징으로 한다.At this time, the laser line sensor installation step is characterized in that the three laser line sensors are installed in parallel so as to be spaced apart from each other by a predetermined interval.
또한, 상기 차륜형상 연산단계는, 좌표측정단계에서 측정된 레이저라인의 좌표 중 차륜의 폭방향으로 동일한 지점에서의 임의의 세 점의 좌표를 이용하여 세 점을 통과하는 원의 중심을 구하는 중심좌표 연산단계와, 상기 중심좌표 연산단계에서 연산된 원의 중심좌표를 이용하여 원의 반경을 구하는 반경 연산단계 및 상기 중심좌표 연산단계 및 반경 연산단계를 차륜의 폭방향으로 일정 간격마다 반복하여 전체적인 차륜의 프로파일을 산출하는 프로파일 산출단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Further, the wheel shape calculation step, the center coordinates to obtain the center of the circle passing through the three points using the coordinates of any three points at the same point in the width direction of the wheel of the coordinates of the laser line measured in the coordinate measuring step The entire wheel by repeating the calculation step, the radius calculation step of obtaining the radius of the circle using the center coordinates of the circle calculated in the center coordinate calculation step, and the center coordinate calculation step and the radius calculation step at regular intervals in the width direction of the wheel. Characterized in that it comprises a profile calculation step of calculating the profile of.
여기서, 상기 중심좌표 연산단계에서는, ... (1), ... (2), ... (3)에 의해, 원의 중심 좌표 , 를 연산하는 것을 특징으로 한다.Here, in the center coordinate calculation step, ... (One), ... (2), ... coordinates of the center of the circle, by (3) , It is characterized in that the operation.
또한, 상기 반경 연산단계에서는 중심좌표 연산단계에서 연산된 원의 중심좌표를 상기 (1) ~ (3) 중 어느 하나의 식에 대입하여 원의 반경(R)을 연산하는 것을 특징으로 한다.In the radius calculation step, the radius R of the circle may be calculated by substituting the center coordinates of the circle calculated in the center coordinate calculation step into any one of the formulas (1) to (3).
그리고, 상기 차륜형상 연산단계에서 추출된 차륜의 프로파일과 반경을 이용하여 차륜 관리시 요구되는 치수들을 측정하는 치수측정단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The method may further include a dimension measuring step of measuring dimensions required for wheel management using the profile and the radius of the wheel extracted in the wheel shape calculation step.
본 발명에 따르면, 일정간격으로 평행하게 이격 설치되는 3개의 레이저라인센서를 통해 동시에 측정되는 좌표들을 이용하여 한 개소에서의 측정만으로 차륜의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 함으로써 차륜의 형상 측정에 소요되는 장비와 절차를 대폭 간소화시킬 수 있도록 함과 동시에 그에 따라 설치 및 유지 보수 비용을 저감시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, by using the coordinates measured at the same time through the three laser line sensors spaced apart in parallel at a predetermined interval to extract the profile and the diameter of the wheel at the same time only by measuring at the same time to measure the shape of the wheel This greatly simplifies the equipment and procedures required, while also reducing installation and maintenance costs.
또한, 본 발명에 따르면 종래의 카메라 트리거링 타이밍에 발생할 수 있는 오차를 원천적으로 배제시킬 수 있도록 함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 차륜과 레일 간의 기하학적 접촉특성 해석을 통해 등가답면구배를 보다 신뢰성 있게 구할 수 있게 되는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, it is possible to fundamentally eliminate errors that may occur in the conventional camera triggering timing, thereby improving measurement accuracy, and accordingly analyzing the geometric contact characteristics between the wheels and the rails, thereby making the equivalent surface gradient more reliable. It has an additional effect that can be obtained.
도 1은 종래 차륜 측정장치의 동작 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법 중 레이저라인센서를 이용하여 차륜의 형상을 측정하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법 중 차륜형상 연산단계에서 사용되는 기하학적 형상을 개념적으로 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 나타낸 차륜형상 연산단계에서 추출된 차륜의 반경이 포함된 프로파일 형상을 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 나타낸 차륜의 프로파일 형상으로부터 차륜의 반경을 뺀 형상을 나타낸 도면.
도 7은 도 5에 나타낸 차륜의 프로파일 형상으로부터 차륜관리에서 요구되는 치수를 구하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면.1 is a perspective view showing an operation configuration of a conventional wheel measuring device.
2 is a flowchart sequentially showing a method for measuring a wheel shape of a railway vehicle according to the present invention;
3 is a view conceptually showing a state of measuring the shape of the wheel using the laser line sensor of the method for measuring the shape of the wheel of the railway vehicle according to the present invention.
4 is a view conceptually showing the geometric shape used in the wheel shape calculation step of the wheel shape measurement method of a railway vehicle according to the present invention.
5 is a view showing a profile shape including the radius of the wheel extracted in the wheel shape calculation step shown in FIG.
FIG. 6 is a view showing a shape obtained by subtracting the radius of the wheel from the profile shape of the wheel shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram conceptually showing how to obtain dimensions required for wheel management from the profile shape of the wheel shown in FIG. 5; FIG.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the method for measuring the shape of the wheel of the railway vehicle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법 중 레이저라인센서를 이용하여 차륜의 형상을 측정하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법 중 차륜형상 연산단계에서 사용되는 기하학적 형상을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 나타낸 차륜형상 연산단계에서 추출된 차륜의 반경이 포함된 프로파일 형상을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5에 나타낸 차륜의 프로파일 형상으로부터 차륜의 반경을 뺀 형상을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5에 나타낸 차륜의 프로파일 형상으로부터 차륜관리에서 요구되는 치수를 구하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면이다.2 is a flowchart sequentially illustrating a method for measuring a wheel shape of a railway vehicle according to the present invention, and FIG. 3 conceptually illustrates a shape of a wheel using a laser line sensor among the method for measuring the shape of a wheel of a railway vehicle according to the present invention. 4 is a view conceptually showing the geometric shape used in the wheel shape calculation step of the railway vehicle wheel shape measurement method according to the present invention, Figure 5 is a view of the wheel extracted in the wheel shape calculation step shown in FIG. FIG. 6 is a view showing a profile shape including a radius, and FIG. 6 is a view showing a shape obtained by subtracting the radius of a wheel from the profile shape of the wheel shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a request for wheel management from the profile shape of the wheel shown in FIG. 5. This figure conceptually shows how to obtain the dimensions.
본 발명은 차륜의 표면에 세 개의 레이저라인을 동시에 조사하여 그 좌표를 동시에 측정하고, 측정된 좌표의 상관관계를 통해 차륜의 형상을 추출할 수 있도록 함으로써 차륜의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법에 관한 것으로, 그 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 레이저라인센서 설치단계(S10), 좌표측정단계(S20) 및 차륜형상 연산단계(S30)를 포함하여 이루어진다.The present invention by simultaneously irradiating three laser lines on the surface of the wheel to measure the coordinates at the same time, by extracting the shape of the wheel through the correlation of the measured coordinates to extract the profile and diameter of the wheel at the same time It relates to a railway vehicle wheel shape measurement method, the configuration is composed of a laser line sensor installation step (S10), coordinate measurement step (S20) and wheel shape calculation step (S30) as shown in FIG.
보다 상세히 설명하면, 상기 레이저라인센서 설치단계(S10)는 차륜(10)의 진행방향 하부에 다수의 레이저라인센서(50)를 설치하는 단계에 관한 것으로, 상기 레이저라인센서(50)는 발광부와 수광부가 하나로 구성된 센서로 피사체, 즉 차륜(10)에 레이저 라인을 조사하여 그 라인의 형상을 측정할 수 있도록 구성된 센서를 뜻한다.In more detail, the laser line sensor installation step (S10) relates to the step of installing a plurality of
이때, 상기 레이저라인센서 설치단계(S10)에서는 총 3개의 레이저라인센서(50)를 서로 일정거리 이격되도록 하여 평행하게 설치하는데, 이는 차륜(10) 폭방향으로 동일한 지점에서 총 3개의 좌표를 획득할 수 있도록 하기 위함이다.In this case, in the laser line sensor installation step (S10), a total of three
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 차륜(10)의 진행 방향 하부에 레이저라인센서(50)를 설치하여 차륜(10)에 총 3개의 레이저라인을 조사하게 되는데, 차륜(10)의 폭 방향을 X 방향이라 하고, 차륜(10)의 진행방향을 Y 방향이라 하며, 차륜(10)의 높이 방향을 Z 방향이라 할 경우, 상기 레이저라인센서(50)는 X 방향으로 총 3개의 레이저라인을 조사하게 되며, 이때 3개의 레이저라인은 서로 평행을 이루게 된다.That is, as shown in FIG. 3, the
한편, 상기 레이저라인센서 설치단계(S10)에서는 3개의 레이저라인센서(50)를 설치하는 대신 하나의 광원으로 다수의 레이저라인을 조사할 수 있는 멀티라인 제너레이팅 옵틱스 장치(미도시)를 사용할 수도 있는데, 상기 멀티라인 제너레이팅 옵틱스 장치는 여러 광학분야에서 상용화 되어 있는 부품이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the laser line sensor installation step S10, instead of installing three
다음, 상기 좌표측정단계(S20)는 차륜(10)의 표면에 다수의 레이저라인 즉, 총 3개의 레이저라인을 동시에 조사하여 생성되는 레이저라인의 좌표를 동시에 측정하는 단계에 관한 것으로, 이는 후술할 차륜형상 연산단계(S30)에서 세 점을 동시에 지나는 원의 형상을 연산할 수 있도록 하기 위한 것이다.Next, the coordinate measuring step (S20) relates to the step of simultaneously measuring the coordinates of the laser line generated by irradiating a plurality of laser lines, that is, a total of three laser lines on the surface of the
즉, 동일 평면 상에서 동일한 직선 위에 위치되지 않는 서로 다른 세 점을 지나는 원은 오직 하나만 존재하게 되므로, 레이저라인센서(50)로부터 조사되고 차륜(10)에 접촉되어 생성되는 3개의 레이저라인의 좌표를 동시에 측정한 후, 동일한 X 좌표 상에 존재하는 세 개의 점의 좌표를 이용하여 차륜(10)을 이루는 원의 형상을 연산할 수 있도록 하는 것이다.That is, since only one circle passing through three different points that are not positioned on the same straight line on the same plane exists, the coordinates of three laser lines generated by the
다음, 상기 차륜형상 연산단계(S30)는 좌표측정단계(S20)에서 측정된 레이저라인의 좌표와, 차륜(10)의 기하학적인 형상, 즉 종방향 단면(도 3의 X축에 수직인 단면)이 원형인 것을 이용하여 차륜(10)의 프로파일(profile) 형상과 차륜(10)의 반경을 동시에 추출하는 단계에 관한 것으로, 도 4에 나타낸 기하학적 관계를 이용한다.Next, the wheel shape calculation step (S30) is a coordinate of the laser line measured in the coordinate measurement step (S20), the geometric shape of the
즉, 도 4는 도 3에 나타낸 차륜 및 레이저라인을 축방향인 X 방향의 임의의 위치(X1) 정면에서 본 Y-Z 좌표계 모습, 즉 X방향 임의의 지점(X1)에서의 차륜(10)의 종단면을 도시한 것으로, A, B, C는 각각 레이저라인센서(50)에 의해 조사되어 생성된 3개의 레이저라인 상의 X좌표가 X1 인 점, 즉 X좌표가 X1 인 Y-Z 평면에 위치되는 레이저라인 상의 점들을 나타내는 것이고, a,c,e 는 각각 Y-Z 평면에서 A, B, C의 y좌표이고, b,d,f 는 각각 Y-Z 평면에서 A, B, C의 z좌표이며, 는 각각 Y-Z 평면에서 A, B, C에 의해 결정된 원의 y좌표, z좌표이고, R은 Y-Z 평면에서 A, B, C에 의해 결정된 원의 반경이며, h는 레이저라인센서(50) 사이의 거리를 나타내는 것이다.That is, FIG. 4 is a view of the YZ coordinate system viewed from the front of the position X 1 in the axial direction of the wheel and the laser line shown in FIG. 3, that is, the
이때, 상기 차륜형상 연산단계(S30)는 중심좌표 연산단계(S32), 반경 연산단계(S34) 및 프로파일 산출단계(S36)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 중심좌표 연산단계(S32)는 좌표측정단계(S20)에서 측정된 세 개의 레이저라인 좌표 중 차륜(10)의 폭방향으로 동일한 지점에서의 임의의 세 점의 좌표를 이용하여 세 점을 통과하는 원의 중심을 구하는 단계에 관한 것으로, 원의 방정식을 이용한다.At this time, the wheel shape calculation step (S30) comprises a center coordinate calculation step (S32), a radius calculation step (S34) and a profile calculation step (S36), the center coordinate calculation step (S32) is first measured coordinates The method relates to a step of obtaining a center of a circle passing through three points using coordinates of any three points at the same point in the width direction of the
보다 상세히 설명하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 좌표측정단계(S20)에서 측정된 세 개의 레이저라인 좌표 중 차륜(10)의 폭방향으로 동일한 지점, 즉 X1에서의 Y-Z 평면 상의 임의의 세 점 및 그 좌표를 A(a,b), B(c,d), C(e,f)라 하고, 상기 세 점을 지나는 원의 중심 및 그 좌표를 O(Oy, Oz)라 하면, 원의 방정식에 의해 아래의 세 개의 식이 얻어진다.More specifically, as shown in FIG. 4, any three points on the YZ plane at the same point in the width direction of the
... (1), ... (One),
... (2), ... (2),
... (3) ... (3)
상기 (1) 내지 (3)식을 이용하여 연립방정식을 풀면, 세 점을 지나는 원의 중심 z좌표와 y좌표를 각각 아래의 (4)식과 (5)식을 이용하여 구할 수 있게 된다.By solving the system of equations using equations (1) to (3), the central z and y coordinates of the circle passing through three points can be obtained using Equations (4) and (5), respectively.
... (4), ...(5) ... (4), ... (5)
여기서, 는 각각 Y-Z 평면에서 레이저라인 상의 임의의 세 점 A, B, C에 의해 결정된 원 중심의 y좌표, z좌표이고, H=2(c-e), I=2(f-d), J=c2+d2-e2-f2, K=2(c-a), L=2(b-d), M=-a2-b2+c2+d2 이다.here, Are the y and z coordinates of the circle center determined by any three points A, B and C on the laser line in the YZ plane, respectively, where H = 2 (ce), I = 2 (fd) and J = c 2 + d 2 -e 2 -f 2 , K = 2 (ca), L = 2 (bd), M = -a 2 -b 2 + c 2 + d 2 .
다음, 상기 반경 연산단계(S34)는 중심좌표 연산단계(S32)에서 연산된 원의 중심좌표를 이용하여 원의 반경(R)을 구하는 단계에 관한 것으로, 상기 (4), (5)식에 의해 얻어진 원의 중심좌표를 다시 (1) ~ (3)식 중의 어느 하나에 대입하면 원의 반경 R을 구할 수 있다.Next, the radius calculation step (S34) relates to the step of obtaining the radius (R) of the circle by using the center coordinates of the circle calculated in the center coordinate calculation step (S32), the equation (4), (5) The radius R of the circle can be obtained by substituting the center coordinates of the circle obtained by the equation again into any one of the formulas (1) to (3).
이때, 상기 원의 중심좌표를 (1) ~ (3)식 중 어느 것에 대입하더라도 동일한 원의 반경 R을 구할 수 있음은 물론이다.At this time, the radius R of the same circle can be obtained even if the center coordinates of the circle are substituted into any one of the formulas (1) to (3).
다음, 상기 프로파일 산출단계(S36)는 전술한 중심좌표 연산단계(S32)와 반경 연산단계(S34)를 차륜(10)의 폭방향, 즉 X 방향으로 일정 간격마다 반복하여 실시함으로써 전체적인 차륜(10)의 프로파일을 산출하는 단계에 관한 것이다.Next, the profile calculation step S36 is performed by repeating the above-described center coordinate calculation step S32 and the radius calculation step S34 at regular intervals in the width direction of the
즉, 차륜(10)의 폭방향 시점부터 종점에 이르기까지 일정 간격으로 세 개의 레이저라인의 동일한 x좌표를 통과하는 원의 중심 및 반경을 구하여 연결시킴으로써 전체적인 차륜(10)의 프로파일을 산출할 수 있게 되는 것이다.That is, by calculating and connecting the center and the radius of the circle passing through the same x coordinate of the three laser lines at regular intervals from the width direction starting point to the end point of the
이때, 상기 프로파일 산출단계(S36)에서 산출되는 원의 중심좌표들은 모두 차륜(10)의 중심이 되어 동일하므로 중심좌표 연산단계(S32)를 생략하고 하나의 중심좌표를 이용한 반경 연산단계(S34)의 반복만으로 차륜(10)의 프로파일을 산출할 수도 있음은 물론이다.At this time, since the center coordinates of the circle calculated in the profile calculation step S36 are all the same as the center of the
도 5 및 도 6은 각각 전술한 차륜형상 연산단계(S30)에서 추출된 차륜(10)의 반경이 포함된 프로파일 형상과, 상기 차륜(10)의 프로파일 형상으로부터 차륜의 반경을 뺀 형상을 나타낸 도면으로, 실제 차륜(10)과 거의 동일한 반경 및 프로파일 형상이 산출된 것을 확인할 수 있다.5 and 6 are views illustrating a profile shape including a radius of the
한편, 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법은 치수측정단계(S40)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 치수측정단계(S40)는 차륜형상 연산단계(S30)에서 얻어진 차륜(10)의 프로파일 형상 및 반경을 이용하여 차륜 관리시 요구되는 치수들을 측정하는 단계에 관한 것이다.On the other hand, the railway vehicle wheel shape measuring method according to the present invention may be configured to further include a dimensional measurement step (S40), the dimensional measurement step (S40) of the
보다 상세히 설명하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 차륜형상 연산단계(S30)에서 얻어진 차륜(10)의 프로파일 형상으로부터 플랜지의 두께, 플랜지 각도, 플랜지 높이 및 플랜지 곡선(qR) 등의 차륜(10) 관리에서 요구되는 치수들을 측정함으로써 철도차량 차륜(10)의 형상 측정을 완료하는 것이다.More specifically, as shown in Fig. 7, the
전술한 바와 같은, 본 발명에 따른 철도차량 차륜 형상 측정방법에 의하면, 일정간격으로 평행하게 이격 설치되는 3개의 레이저라인센서(50)를 통해 동시에 측정되는 좌표들을 이용하여 한 개소에서의 측정만으로 차륜(10)의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 함으로써 차륜(10)의 형상 측정에 소요되는 장비와 절차를 대폭 간소화시킬 수 있도록 함과 동시에 그에 따라 설치 및 유지 보수 비용을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 카메라 트리거링 타이밍에 발생할 수 있는 오차를 원천적으로 배제시킬 수 있도록 함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 차륜(10)과 레일 간의 기하학적 접촉특성 해석을 통해 등가답면구배를 보다 신뢰성 있게 구할 수 있게 되는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.As described above, according to the railroad vehicle wheel shape measurement method according to the present invention, the wheel by measuring only at one location using the coordinates measured at the same time through the three
따라서, 고속철도차량의 차륜(10)에 대한 등가답면구배 관리 시 유용하게 활용될 수 있으며, 이때 등가답면구배 분석 코드는 EN 15302 Railway applications - Method for determining the equivalent conicity를 사용한다.Therefore, it can be usefully used to manage the equivalent surface gradient for the
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 적용된 장비 및 측정방법을 전동차, 일반철도, 고속철도 등 철도차량 검수관련 중정비 및 경정비 기지에서 폭 넓게 활용될 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.The above embodiments have been described with respect to the most preferred examples of the present invention, but is not limited only to the above embodiments, the equipment and measurement method to which the present invention is applied heavy maintenance and light maintenance base related to the inspection of railway vehicles such as electric cars, general railroads, high-speed rail It will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, such as being widely available.
본 발명은 철도차량 차륜 형상 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차륜의 표면에 세 개의 레이저라인을 동시에 조사하여 그 좌표를 동시에 측정하고, 측정된 좌표의 상관관계를 통해 차륜의 형상을 추출할 수 있도록 함으로써 차륜의 프로파일과 직경을 동시에 추출할 수 있도록 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the shape of a wheel of a railway vehicle, and more particularly, simultaneously irradiates three laser lines on a surface of a wheel and simultaneously measures the coordinates thereof, and extracts the shape of the wheel through the correlation of the measured coordinates. The present invention relates to a method for measuring a wheel shape of a railway vehicle, which enables to simultaneously extract a profile and a diameter of a wheel.
10 : 차륜 50 : 레이저라인센서
S10 : 레이저라인센서 설치단계 S20 : 좌표측정단계
S30 : 차륜형상 연산단계 S32 : 중심좌표 연산단계
S34 : 반경 연산단계 S36 : 차륜형상 연산단계
S40 : 치수측정단계10: wheel 50: laser line sensor
S10: laser line sensor installation step S20: coordinate measurement step
S30: Wheel shape calculation step S32: Center coordinate calculation step
S34: radius calculation step S36: wheel shape calculation step
S40: Dimension measuring step
Claims (6)
차륜의 진행방향 하부에 차륜의 폭방향으로 레이저라인을 조사하는 3개의 레이저라인센서를 서로 일정간격 이격되도록 하여 평행하게 설치하는 레이저라인센서 설치단계와,
상기 3개의 레이저라인센서에 의해 조사되어 차륜의 표면에 생성되는 레이저라인의 좌표를 동시에 측정하는 좌표측정단계 및
상기 좌표측정단계에서 측정된 레이저라인의 좌표와 차륜의 기하학적 형상을 이용하여 차륜의 프로파일과 반경을 동시에 추출하는 차륜형상 연산단계를 포함하여 구성되되,
상기 차륜형상 연산단계는,
좌표측정단계에서 측정된 레이저라인의 좌표 중 차륜의 폭방향으로 동일한 지점에서의 임의의 세 점의 좌표를 이용하여 세 점을 통과하는 원의 중심을 구하는 중심좌표 연산단계와,
상기 중심좌표 연산단계에서 연산된 원의 중심좌표를 이용하여 원의 반경을 구하는 반경 연산단계 및
상기 중심좌표 연산단계 및 반경 연산단계를 차륜의 폭방향으로 일정 간격마다 반복하여 전체적인 차륜의 프로파일을 산출하는 프로파일 산출단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법.
In the railway vehicle wheel shape measurement method,
A laser line sensor installation step of installing three laser line sensors that irradiate the laser lines in the width direction of the wheel below the traveling direction of the wheel so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval in parallel to each other;
A coordinate measuring step of simultaneously measuring the coordinates of the laser lines irradiated by the three laser line sensors and generated on the surface of the wheel;
Comprising the wheel shape calculation step of extracting the profile and the radius of the wheel at the same time by using the coordinates of the laser line and the geometry of the wheel measured in the coordinate measuring step,
The wheel shape calculation step,
A center coordinate calculation step of obtaining a center of a circle passing through three points using coordinates of any three points at the same point in the width direction of the wheel among coordinates of the laser line measured in the coordinate measuring step;
A radius calculation step of obtaining a radius of the circle using the center coordinates of the circle calculated in the center coordinate calculation step;
And calculating a profile of the overall wheel by repeating the center coordinate calculating step and the radius calculating step at predetermined intervals in the width direction of the wheel.
상기 중심좌표 연산단계에서는,
... (1),
... (2),
... (3)에 의해,
원의 중심 좌표 , 를 연산하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법.
(여기서, a,c,e 는 각각 Y-Z 평면에서 레이저라인 상의 임의의 세 점의 y좌표이고, b,d,f 는 각각 Y-Z 평면에서 레이저라인 상의 임의의 세 점의 z좌표이며, 는 각각 Y-Z 평면에서 레이저라인 상의 임의의 세 점에 의해 결정된 원 중심의 y좌표, z좌표이고, R은 원의 반경이며, H=2(c-e), I=2(f-d), J=c2+d2-e2-f2, K=2(c-a), L=2(b-d), M=-a2-b2+c2+d2 이다.)
The method of claim 1,
In the center coordinate calculation step,
... (One),
... (2),
... by (3),
Circle's center coordinate , Railroad vehicle wheel shape measurement method, characterized in that for calculating.
(Where a, c, e are the y-coordinates of any three points on the laser line in the YZ plane, respectively, b, d, f are the z-coordinates of any three points on the laser line in the YZ plane, respectively, Are the y and z coordinates of the circle center determined by any three points on the laserline in the YZ plane, respectively, R is the radius of the circle, H = 2 (ce), I = 2 (fd), J = c 2 + d 2 -e 2 -f 2 , K = 2 (ca), L = 2 (bd), M = -a 2 -b 2 + c 2 + d 2 )
상기 반경 연산단계에서는 중심좌표 연산단계에서 연산된 원의 중심좌표를 상기 (1) ~ (3) 중 어느 하나의 식에 대입하여 원의 반경(R)을 연산하는 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법.
The method of claim 4, wherein
In the radius calculation step, the wheel shape of the railway vehicle, characterized in that the radius (R) of the circle is calculated by substituting the center coordinates of the circle calculated in the center coordinate calculation step into any one of the above (1) to (3). How to measure.
상기 차륜형상 연산단계에서 추출된 차륜의 프로파일과 반경을 이용하여 차륜 관리시 요구되는 치수들을 측정하는 치수측정단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량 차륜 형상 측정방법.
The method of claim 1,
And a dimension measuring step of measuring dimensions required for wheel management by using the profile and the radius of the wheel extracted in the wheel shape calculation step.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180127340A KR102040025B1 (en) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Method for measuring the shape of wheel for railway vehicles |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110879043A (en) * | 2019-11-23 | 2020-03-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Rail vehicle wheel diameter measuring equipment |
CN111288922A (en) * | 2020-04-01 | 2020-06-16 | 西安交通大学 | On-machine measurement method for wheel and tread profile of railway vehicle |
CN112238879A (en) * | 2020-10-26 | 2021-01-19 | 中国华电科工集团有限公司 | Wheel tread measuring device |
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2018
- 2018-10-24 KR KR1020180127340A patent/KR102040025B1/en active IP Right Grant
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