- 철도연, 다채널 초음파 검사로 차륜결함 사전예방 -

□ 한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 사공명)은 열차 바퀴(차륜) 전체를 빠르고 정밀하게 검사하는 ‘다채널 초음파 검사기술(이하 개발 기술)’을 개발했다. 개발 기술은 철도차량 답면(차륜과 레일이 맞닿는 면)의 표면결함은 물론, 림(Rim)과 웹(Web) 부위의 내부 결함까지 동시에 탐지하여 탈선이나 대형 사고를 사전에 예방할 수 있다.

※ 림(Rim): 차륜의 가장 바깥쪽 부분으로, 레일과 직접 맞닿는 답면이 포함된 부분.

웹(Web): 차륜의 중심과 림을 연결하는 중간 부분.

ㅇ 기존의 초음파 검사 방식은 주로 표면이나 특정 부위의 내부 결함만을 국소적으로 점검해 왔으나, 열차 바퀴의 구조가 복잡하여 검사하기 어려운 사각지대가 있었다. 개발 기술은 여러 개의 초음파 센서를 배열하고, 신호처리 알고리즘과 융합하는 등 디지털 검사방식을 고도화하였다.

ㅇ 철도연은 개발 기술을 통해 차륜 1개를 약 1분 만에 신속하게 스캔하면서도 결함 검출 신뢰도를 99% 이상으로 높였다. 특히 비접촉식 센서를 함께 사용해 차륜 모양과 검사 조건이 달라져도 유연하게 대응할 수 있게 했다. 이 때문에 향후 고속철도, 도시철도, 화물철도 등 다양한 차량군에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

□ 철도 차륜은 운행 중 지속적인 하중과 반복충격을 받기 때문에 피로균열, 박리, 내부 기공 등의 결함이 발생하기 쉽다. 이를 제때 발견하지 못하면 파손에 의한 탈선, 대형 사고 등으로 이어질 수 있어 정기검사에서의 정확한 발견이 무엇보다 중요하다. 개발 기술을 활용하면 결함을 조기에 발견해 유지보수 비용을 줄이고, 차량 운행 안전성을 높이며, 승객의 신뢰도 역시 향상시킬 수 있다.

ㅇ 철도연은 향후 장비의 경량화, 자동화 시스템과의 연계를 통해 국내 철도차륜 검사 표준장비로 상용화하고 해외 철도시장에도 진출할 계획이다.

ㅇ 개발 기술은 국가과학기술연구회(이하 NST, 이사장 김영식) 산하 철도연의 기본연구사업을 통해 개발되었다.

※ 관련 연구과제

- 과제명 : 인공지능기반 고속철도 탈선예방 핵심기술 개발 (철도연 기본사업)

(연구기간: 2024. 1. ~ 2025. 12.)

□ 김민수 철도연 책임연구원은 “이번 연구는 초음파와 레이저를 융합하여 알고리즘을 고도화한 기술로, 차륜 전 영역을 스캔할 수 있다는 점에서 기존 기술과 차별화된다”며, “철도 차량과 인프라에 폭넓게 적용 가능하다”고 밝혔다.

□ 사공명 철도연 원장은 “사전 예방을 통한 철도 안전성 강화는 물론이고, 사고 원인의 조기 진단을 통한 유지보수 비용까지 동시에 저감하는 철도현장 수요지향 연구성과”라며, “앞으로도 국민이 안심하고 철도를 이용할 수 있도록 안전 기술 개발에 최선을 다하겠다”고 전했다.

참고 | 다채널 초음파 차륜 탐상 기술 소개 자료

※ 사진설명 : 김민수 철도연 책임연구원이 개발한 차륜 탐상 장치

※ 사진설명 : 차륜 전 영역 검사를 위한 다채널 초음파 센서배열 및 레이저 차륜 표면결함 장치

※ 사진설명 : 다채널 초음파 탐상 및 결함신호 해석 모습