특허 받은 '국산 초음파 탐상장비'로 철도레일 균열 잡아낸다
특허 받은 '국산 초음파 탐상장비'로 철도레일 균열 잡아낸다
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검측 정확도 50% 이상 ↑…해외 철도박람회서 시제품 호평
한국철도공사와 샬롬엔지니어링이 지난 2018년 4월 23일 공동 출원해 그해 9월 7일 등록을 받은 ‘휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치’ 특허 도면. 그림=키프리스 캡처
한국철도공사와 샬롬엔지니어링이2018년 4월 23일 공동 출원해 그해 9월 7일 등록을 받은 ‘휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치’ 특허 도면. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] 철도 레일은 차량과 궤도를 연결하는 가장 중요한 인터페이스로써 레일 품질관리는 열차 안전 운행에 있어 매우 중요한 사안입니다.

차량의 반복 운행과 통과 톤수 증가로 레일에 변형이 발생할 수 있으므로 안전사고에 대비하기 위해서는 사전점검과 예방 보수가 필수적입니다. 이와 함께 최근 철도 운송 수요 증대로 인한 철도 총연장 길이의 증가와 철도의 고속화로 궤도 성능 평가 기법 및 궤도강성 검측장비 개발 필요성이 증가하고 있습니다.

철도 레일에 발생한 결함은 열차 통과 시의 부하 등으로 인해 계속 진전하여 사전에 발견해 적절한 조처를 취하지 않으면, 레일 절손 등으로 이어지게 되며, 이는 철도 탈선 등 심각한 사고를 일으키게 됩니다.

따라서 레일 절손에 따른 중대사고 방지를 위해서는 선제적으로 선로 장애를 파악할 필요가 있으며, 이를 위해 레일 결함탐상 검측 기술이 필요하고 각국의 철도 운영 기관은 철도 운영 상황에 따른 맞춤형 검측시스템 개발을 위해 노력하고 있습니다.

철도 레일의 결함 검출을 위한 비파괴 탐상 기술로는 초음파 레일 탐상 기술이 대표적입니다. 초음파 레일 탐상 기술은 레일에 초음파를 발생시켜서 레일 내부에 존재하는 결함을 검출하는 기술입니다. 초음파레일 탐상 기술은 탐촉자에서 발생한 초음파를 레일로 침투시키고 되돌아오는 초음파를 감지해 결함을 검출합니다. 즉, 레일 내부로 침투되어 진행하는 초음파의 진행 경로 상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 초음파는 반사되어 되돌아오게 되므로 그 초음파를 감지해 결함에 대한 크기와 위치를 검출할 수 있습니다.

현재 초음파 레일 탐상 방법은 각도별 단일 탐촉자(probe)를 사용해 A-Scan 및 B-Scan 방식을 통해 균열을 측정하고 있습니다. 그런데 이런 탐상 방법을 통해 검출된 균열은 정확한 위치나 결함의 크기를 가늠하기에 어려움이 있습니다. 또 종래의 방법은 레일수직 균열에 대한 검지 능력이 크게 떨어지는 문제가 있습니다.

이런 가운데 국내 공공기관 등이 민간 기업과 공동으로 복수의 위상배열 초음파 탐촉자를 이용, 레일의 결함 검출 효율을 향상시킬 수 있는 휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치를 제공하는 것을 목적으로 한 특허를 등록받고 실제 현장에 적용시킨 국산 초음파 탐상장비로 철도레일의 규열을 정확하게 찾아내 안전을 확보할 수 있게 되어 주목을 받고 있습니다.

국토교통부는 국가 연구개발(R&D)을 통해 철도레일 내부의 균열이나 손상을 정밀하게 측정할 수 있는 ‘초음파 레일탐상장비’를 국산화 개발에 성공, 상용화하는데 성공했습니다.

해당 기술은 한국철도공사와 샬롬엔지니어링이 2018년 4월 23일 공동 출원(출원번호 제1020180046625호)해  같은해 9월 7일 등록(등록번호 제101898586호)을 받은 ‘휴대용 위상배열 초음파 레일 탐상장치’ 특허를 기반으로 하고 있습니다.

'초음파 레일탐상장비' 실제 사용 장면. 사진=국토교통부 제공
'초음파 레일탐상장비' 실제 사용 장면. 사진=국토교통부 제공

해당 장비는 병원에서 초음파를 이용해 태아나 몸속 상태를 검사하는 것처럼 철도레일의 균열이나 손상의 크기, 위치, 방향 등을 초음파를 이용해 실시간으로 확인할 수 있으며 휴대용으로 활용도 높습니다.

철도운영기관에서는 그동안 레일에 발생하는 결함을 확인하기 위해 일본이나 미국 등 외국산 탐상장비에 의존해 왔습니다. 하지만 이번 특허 적용 장비의 도입으로 외화절약의 효과까지 기대할 수 있게 됐습니다.

한국철도공사 측은 “해외 유사장비보다 검측정확도가 50% 이상 높아졌고 그동안 검측이 불가능했던 수직균열도 찾아낼 수 있어 레일탐상 기술을 획기적으로 향상시켰다”라고 설명했습니다.

한국철도공사는 개발된 탐상장비에 대해 지난해 10월 성능검증을 완료하고 장비 3대를 신규로 구매해 레일탐상에 활용하고 있으며 향후 지방자체단체 철도·지하철 운영기관에도 확산될 것으로 예상했습니다.

해당 제품은 2018년 독일 철도박람회(Inno Trans)에 시제품이 전시돼 여러 국가들로부터 관심과 호평을 받기도 했다고 합니다.

특히 인도와 베트남 등에서 독점판매권 요청이 있어 특허협력조약(PCT) 출원과 함께 해당 국가 시장 진입을 위해 필요한 인허가 절차를 진행 중이라고 합니다.

국토부 관계자는 “선제적 선로장애 예방을 목표로 개발한 레일탐상 장비를 통해 철도의 주행 안전성 확보와 국민의 신뢰도 향상이 기대된다”면서 “앞으로도 다양한 연구개발을 통해 최첨단 검측장비들을 계속해서 개발해 나가겠다”고 말했습니다.


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