УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕНИЯ КОЛЕСА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК B61K9/12 

Настоящее изобретение относится к области высокоточных измерений параметров качения на колесах, установленных на железнодорожных вагонах, которые движутся со скоростью маневрирования. Из этих параметров наиболее важными являются следующие: толщина и высота гребня колеса, показатель q R, диаметр колеса и расстояние между внутренними лицевыми поверхностями. Аналогично, в соответствии с изобретением, сюда относится и воспроизведение, включая параметры, формируемого профиля колеса, что дает возможность сравнивать его с другими стандартными профилями или проводить измерения любого другого типа.

Изобретение заключается в установке для измерения указанных параметров и в соответствующем способе ее эксплуатации.

Предлагаемую установку можно сооружать на рельсовом пути любого типа, по которому вагоны движутся со скоростью маневрирования, причем ее можно устанавливать как на рельсовых путях, расположенных в депо, так и на рельсовых путях, расположенных вне депо. Измерения, осуществляемые на вагонах, которые движутся по этим рельсовым путям, обрабатывают, а результаты их рассылают в центры технического обслуживания и ремонта подвижного состава с тем, чтобы в них можно было выполнять операции по устранению любых недостатков, выявленных в состоянии колес.

Бесконтактное измерение параметров поверхностных структур уже известно. Так, в патенте ES-A-499366 раскрыт специальный, движущийся по рельсам измерительный вагон, который несет на себе излучатель и приемник лазерных лучей, а также средства для указания и, если нужно, для хранения данных измерения для исследуемой поверхности; в патенте ES-A-2054398 речь идет о специальном перемещаемом по рельсам вагоне для замера геометрических параметров рельсового пути с использованием емкостного реле и оптических датчиков расстояния; кроме того, в патенте EP-A-0461119 раскрыто устройство для интерферометрических измерений параметров поверхностных структур, которое включает в себя по меньшей мере два лазерных источника и которое используют для замера разности фаз в парах лазерных частиц в установленных точках измерения на исследуемой поверхности. Все эти системы применимы к фиксированным поверхностным структурам, таким как рельсовые пути, проемы тоннелей и дефиле, но в отличие от настоящего изобретения они не дают возможности измерять параметры движущихся объектов, таких как колеса вагона. Аналогично, в патенте EP-A-0467984 защищена установка для определения профиля колес поездов с помощью блока освещения, блока сканирования, блока измерения и процессора для обработки данных. Однако, технологические принципы, на которых основана эта установка, отличаются от тех принципов, которые использованы для разработки этого изобретения.

Поэтому стоящая перед изобретением задача ранее не ставилась и не решалась тем способом и в тех условиях, на которые в связи с изобретением испрашивается защита, что означает, что установка и способ, указанные в этом описании, являются новыми и соответствуют изобретательскому уровню по отношению к известным техническим решениям.

В основном, изобретение заключается в формировании плоского луча света лазера, который падает на колесо, измерение параметров нижней части которого проводят с помощью рельса, который специально предназначен для того, чтобы служить опорой для колеса поезда на гребне или его части, наиболее удаленной от центра, в зависимости от того измеряют диаметр или параметры профиля колеса. Таким образом, можно получать изображения выступов окружности колеса, формируемые лазерным лучом, в зоне с самой малой мгновенной скоростью движения и с началом отсчета на опорном рельсе. Точнее, таким образом получают менее искаженные изображения при большей скорости.

Согласно изобретению установка для измерения указанных параметров качения содержит стальную плиту, по которой катится колесо, параметры которого надо замерить, защитный рельс, который взаимодействует со стальной плитой, чтобы предотвратить сход с рельсов, датчик положения колеса, который выдает сигнал, когда колесо находится в подходящем положении для измерения, лазерный генератор, который, после приведения его в действие указанным сигналом, испускает плоский луч света лазера на колесо, телекамеру с объективом и фильтром, которая захватывает изображение, формируемое плоским лучом света, устройство управления для освещения и захвата изображения, синхронизирующее захват на автоматическое сопровождение изображения с помощью датчика положения колеса, и обладающую высоким разрешением электронную аппаратуру искусственной системы технического зрения, которая анализирует изображение, захваченное телекамерой, и которая посылает полученные замеры в центральную управляющую ЭВМ, где их обрабатывают и визуализуют.

Изображение, сформированное плоским лучом света, может состоять из профиля колеса относительно стальной плиты, и в этом случае такое изображение получают с помощью зеркала для внутреннего освещения или другого лазерного генератора, который взаимодействует с уже упомянутым лазерным генератором. В качестве альтернативы, изображение, сформированное плоским лучом света может состоять из линии, образуемой на колесе и символизирующей диаметр последнего.

Согласно изобретению аппаратуру для измерения профиля колеса вместе с расстоянием между внутренними лицевыми поверхностями и аппаратуру для измерения его диаметра можно встроить в один и тот же блок. Вместо этого аппаратура для измерения параметров профиля колеса и расстояния между внутренними лицевыми поверхностями, а также аппаратура для измерения диаметра колеса могут быть автономными и способными функционировать независимо друг от друга.

За исключением центральной управляющей ЭВМ, которая является общей для всех колес, замеры параметров которых приходится проводить, остальные элементы предлагаемой установки, соответствующие одному колесу колесной пары, повторяются для противоположного колеса.

Кроме того, способ измерения параметров качения посредством искусственной системы технического зрения на колесах, установленных на железнодорожных вагонах, которые движутся со скоростью маневрирования, при котором используют предлагаемую установку, заключается в том, что для измерения параметров профиля колеса последнее заставляют вращаться, оставаясь самой дальней от центра своей частью на стальной плите, за счет чего приводят в действие датчик положения колеса, вследствие чего лазерный генератор испускает плоский луч света лазера на колесо и изображение, соответствующее профилю колеса, формируется с помощью зеркала или иного лазерного генератора; соответствующая телекамера захватывает это изображение, и его посылают в электронную аналитическую аппаратуру искусственной системы технического зрения, а замеры параметры профиля колеса, полученные в указанной аналитической аппаратуре, передают в центральную ЭВМ, где их обрабатывают вместе с данными для противоположного колеса и формируют сообщение о замерах параметров колес, причем получившийся результат визуализуют на мониторе.

Другой способ измерения параметров качения посредством искусственной системы технического зрения на колесах, установленных на железнодорожных вагонах, которые движутся со скоростью маневрирования, при котором также используют предлагаемую установку, заключается в том, что для измерения диаметра колеса, его заставляют вращаться, оставаясь гребнем на стальной плите, за счет чего приводят в действие датчик положения колеса, вследствие чего лазерный генератор испускает плоский луч света лазера на колесо и формируется изображение в форме линии, отображающей диаметр колеса, наносимое на это колесо; соответствующая телекамера захватывает это изображение, и его посылают в электронную аналитическую аппаратуру искусственной системы технического зрения, а замер диаметра колеса, полученный в указанной аналитической аппаратуре, передают в центральную ЭВМ, где его обрабатывают и формируют сообщение о замерах параметров колеса, причем получившийся результат визуализуют на мониторе.

Измерение параметров профиля колеса совместно с расстоянием между его внутренними лицевыми поверхностями и измерение его диаметра можно осуществить с помощью измерительных элементов, которые образуют часть единого блока. В качестве альтернативы, можно осуществлять измерение параметров профиля колеса совместно с расстоянием между внутренними лицевыми поверхностями и измерение диаметра колеса с помощью измерительных элементов, которые образуют часть двух блоков, способных функционировать независимо друг от друга.

Теперь приводится более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематически проиллюстрирована установка, воплощенная согласно изобретению.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка, применяемая для измерения параметров профиля колеса; этот чертеж разделен на две части, причем в правой части чертежа показано изображение колеса в виде обода катящегося колеса, тогда как в левой части чертежа показано изображение колеса в виде одной из его лицевых поверхностей;
на фиг. 2 показана предлагаемая установка, применяемая для измерения диаметра колеса; и
на фиг. 3 показан схематический чертеж всей измерительной установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

Обращаясь сначала к фиг. 1, подчеркнем, что для измерения параметров профиля колеса (то же измерение одновременно проводят и для противоположного колеса) предлагаемая установка содержит специально сконструированную опору качения или стальную плиту 2, по которой катят наиболее удаленную от центра часть колеса 1, параметры которого надо измерить, и имеет защитный рельс 3, который предотвращает сход колеса с рельса. Следовательно, зона качения, в которой желательно осуществить анализ параметров, остается свободной, и эта свободная зона составляет по меньшей мере 75 мм для ширины обода колеса 135 мм. На одной стороне стальной плиты 2 находится датчик 9 положения колеса, который при прохождении колеса, посылает сигнал в генератор 5 лазерного луча, который вследствие этого приводится в действие и испускает плоский луч света лазера на колесо.

С помощью зеркала 7 для внутреннего освещения (или с помощью другого лазерного генератора) этот луч формирует затененный профиль 4. Телекамера 6, оснащенная объективом и фильтром, захватывает изображение этого профиля, и его посылают - с целью анализа - в обладающую высоким разрешением электронную аппаратуру 11 искусственной системы технического зрения, показанную на фиг. 3. Положение профиля 4 относительно неподвижных деталей 2 и 3 дает возможность получить расстояние между внутренними лицевым поверхностями DC1 путем вычисления значений для обоих колес.

Предлагаемая установка, которая показана на фиг. 2, подготовленная для измерения диаметра колеса, отличается, говоря на языке основных терминов, от установки, показанной на фиг. 1, поскольку изображение берется в перпендикулярном направлении. В установке, показанной на фиг. 2, колесо 1 вращается, оставаясь гребнем на стальной плите 2 и направляясь посредством этой плиты и направляющего рельса 3. Как и в схеме на фиг. 1, датчик положения 9 вырабатывает сигнал, когда колесо проходит, и таким образом приводит в действие лазерный генератор 5, который испускает плоский луч света лазера на колесо, после чего на последнем формируется линия 12. Камера 6 захватывает изображение этой линии, и его анализирует электронная аппаратура 11 искусственной системы технического зрения.

Предлагаемая измерительная установка показана целиком на схематическом чертеже фиг. 3. Стальные плиты качения 2 служат опорами телекамерам 6 и лазерным генераторам 5. Устройство управления 10 освещением и захватом изображения служит для синхронизации захвата на автоматическое сопровождение изображения посредством датчиков положения 9. Блоки аппаратуры 11 искусственной системы технического зрения анализируют эти изображения и посылают результаты измерений и параметры профиля колеса, а также результат измерения его диаметра, в центральную управляющую ЭВМ 8, где указанные данные обрабатывают, чтобы сформировать сообщения о замерах для вагонов, причем получающийся результат визуализуют на мониторе 13.

Для монтажа устройства управления 10 и блоков аппаратуры 11 искусственной системы технического зрения, а также других элементов системы, служит шкаф управления 14 (см.чертеж).

В показанном на фиг. 3 схематическом чертеже часть, обозначенная буквами MD, подготовлена для измерения диаметра колес, тогда как часть, обозначенная буквами MP, предназначена для измерения параметров профиля и расстояния между внутренними лицевыми поверхностями колес.

Процесс эксплуатации установки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, можно уяснить из предшествующего описания чертежей, и он заключается, в основном, в том, что система обнаружения положения (датчик положения 9) вызывает, для каждого проходящего колеса, захват на автоматическое сопровождение соответствующих изображений посредством телекамер 6, которые оснащены фильтром, имеющим ту же самую частоту, что и частота, соответствующая длине волны испускаемого генератором 5 света лазера, за счет чего исключается влияние окружающего света. Захваченное камерами изображение анализируется и корректируется геометрически в реальном масштабе времени обладающей высоким разрешением аппаратурой 11 системы технического зрения, за счет чего возникает возможность получать высокий уровень точности при измерениях. Изобретение также дает возможность достигать приемлемых скоростей прохождения в случае вагонов с базой 1800 мм.

Как можно заключить из предшествующего описания, установка состоит из двух разных частей, первая из которых состоит из аппаратуры для измерения параметров профиля колеса, тогда как вторая образована аппаратурой для измерения диаметра указанного колеса. Эти две часта могут образовывать единую установку или вместо этого работать независимо друг от друга.

Предшествующее описание изобретения было приведено со ссылками на то, что представляет собой в настоящее время предпочтительный вариант воплощения изобретения. Тем не менее, как очевидно для специалистов в данной области техники, возможны некоторые модификации формы и составляющих элементов раскрытой и проиллюстрированной установки в смысле конструкции составляющих ее элементов без отступления тем самым от объема изобретения. Поэтому изобретение следует рассматривать в том его объеме, который ограничен единственно и исключительно содержанием прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к области измерений параметров качения на колесах железнодорожных вагонов, движущихся со скоростью маневрирования. Установка содержит стальную плиту с защитным рельсом, датчик положения колеса, лазерный генератор, телекамеру, устройство управления, электронную аппаратуру системы технического зрения, ЭВМ, монитор. Для измерения диаметра или параметров профиля колеса и расстояния между внутренними лицевыми поверхностями колесо заставляют вращаться, оставаясь самой дальней от центра своей частью на стальной плите. Лазерный генератор испускает плоский луч света лазера на колесо. Формируется соответствующее изображение. Телекамера захватывает это изображение. Замеры и параметры, полученные в электронной аналитической аппаратуре, передают на ЭВМ для их обработки и формирования сообщения. Получающийся результат визуализуют на мониторе. Техническим результатом является возможность получения менее искаженных изображений при большей скорости. 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Установка для измерения параметров качения посредством искусственной системы технического зрения колес железнодорожных вагонов, которые движутся со скоростью маневрирования, в которой, помимо прочих параметров, проводят измерение толщины и высоты гребня колеса, показателя qR, диаметра колеса и расстояния между внутренними лицевыми поверхностями, а также осуществляют воспроизведение параметров профиля колеса, отличающаяся тем, что содержит стальную плиту (2), по которой катится колесо (1), параметры которого надо замерить, защитный рельс (3), который взаимодействует со стальной плитой, для предотвращения схода колеса с рельса, датчик (9) положения колеса для выработки сигнала, когда колесо находится в подходящем положении для измерения, приводимый в действие указанным сигналом лазерный генератор (5) для испускания плоского луча света лазера на колесо, телекамеру (6) с объективом и фильтром для захвата изображения, сформированного плоским лучом света, устройство (10) управления для освещения и захвата изображения и для синхронизирующего захвата на автоматическое сопровождение изображения с помощью датчика (9) положения колеса, обладающую высоким разрешением электронную аппаратуру (11) искусственной системы технического зрения для анализа изображения, захваченного камерой, которая посылает полученные результаты измерения в центральную управляющую ЭВМ (8) для обработки и визуализации на мониторе (13). 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что изображение, сформированное плоским лучом света, содержит профиль (4) колеса (1) и его получают с помощью зеркала (7) для внутреннего освещения или другого лазерного генератора, который взаимодействует с лазерным генератором (5). 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что изображение, сформированное плоским лучом света, содержит линию (12) на колесе (1), которая символизирует его диаметр. 4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что аппаратура для измерения параметров профиля колеса (1) и аппаратура для измерения его диаметра встроены в один и тот же блок. 5. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что аппаратура для измерения параметров профиля колеса (1) и аппаратура для измерения его диаметра автономны и способны функционировать независимо друг от друга. 6. Установка по любому из предшествующих пп.1 - 5, отличающаяся тем, что все элементы установки, соответствующие одному из колес, параметры которого надо измерить, повторяются для противоположного колеса, за исключением ЭВМ (8), которая является общей для всей установки, давая возможность получить расстояние между внутренними лицевыми поверхностями. 7. Способ измерения параметров качения посредством искусственной системы технического зрения на колесах железнодорожных вагонов, которые движутся со скоростью маневрирования, при котором используют установку по одному или нескольким из пп.1 - 6, отличающийся тем, что для измерения параметров профиля колеса (1) и расстояния между внутренними лицевыми поверхностями колесо заставляют вращаться, оставаясь самой дальней от центра своей частью на стальной плите (2), за счет чего приводят в действие датчик (9) положения колеса, вследствие чего лазерный генератор (5) испускает плоский луч света лазера на колесо и формируется изображение, соответствующее профилю (4) колеса, с помощью зеркала (7) или другого лазерного генератора, телекамера (6) захватывает это изображение, и его посылают в электронную аналитическую аппаратура (11), а замеры и параметры профиля колеса, полученные в указанной аналитической аппаратуре, передают на ЭВМ (8) для их обработки и формирования сообщения о замерах параметров колеса, при этом получающийся результат визуализуют на мониторе (13). 8. Способ измерения параметров качения посредством искусственной системы технического системы технического зрения на колесах железнодорожных вагонов, которые движутся со скоростью маневрирования, при котором используют установку по одному или нескольким из пп.1 - 6, отличающийся тем, что для измерения диаметра колеса (1) колесо заставляют вращаться, оставаясь своим гребнем на стальной плите (2), за счет чего приводят в действие датчик (9) положения колеса, вследствие чего лазерный генератор (5) испускает плоский луч света лазера на колесо, и на указанном колесе формируется изображение в форме линии (12), соответствующей диаметру колеса, телекамера (6) захватывает это изображение, и его посылают в электронную аналитическую аппаратуру (11), а замеры диаметра колеса, полученные в указанной аналитической аппаратуре, передают в ЭВМ (8) для их обработки и формирования сообщения о замерах параметров колеса, причем получающийся результат визуализуют на мониторе (13). 9. Способ по любому из п.7 или 8, отличающийся тем, что измерение параметров профиля колеса и расстояния между ободами и измерение его диаметра осуществляют с помощью измерительных элементов, образующих часть единого блока. 10. Способ по любому из п.7 или 8, отличающийся тем, что измерение параметров профиля колеса и расстояния между ободами и измерение его диаметра осуществляют с помощью измерительных элементов, образующих часть двух автономных блоков, способных функционировать независимо друг от друга.