СИСТЕМА И СПОСОБ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ОБРАБОТКИ ОПРЕДЕЛЯЕМОГО ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДИНАМИЧЕСКИ ПРОФИЛЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА, В ЧАСТНОСТИ, С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗНИКШЕГО ИЗНОСА Российский патент 2010 года по МПК G05B19/42 G01B11/08 

Изобретение относится к системе и способу дальнейшей обработки определяемого, преимущественно динамически, профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего износа.

В немецкой патентной заявке DE 10313191.4 и в международной патентной заявке PCT/ЕР 04/00295 описан бесконтактный способ динамического определения профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего на твердом теле износа, при котором для соблюдения короткого времени измерения, обеспечения перекрывающего, по меньшей мере, три порядка величин диапазона измерения, таких как десятые миллиметра, миллиметры и сантиметры, и высокой точности измерения даже в тяжелых условиях эксплуатации предусмотрено, что, по меньшей мере, один созданный лазерным устройством, расширенный, по меньшей мере, до одной линейной световой полосы световой луч проецируют, по меньшей мере, на один участок поверхности твердого тела, твердое тело перемещают мимо лазерного устройства, отраженный от участка поверхности твердого тела свет фокусируют в устройстве отображения, оптическая ось которого расположена под постоянным триангуляционным углом к направлению проекции лазерного устройства и на постоянном базовом расстоянии от лазерного устройства, и с высокой, по сравнению со скоростью движения твердого тела, частотой регистрируют посредством поверхностного светоприемника, после чего по подаваемым светоприемником сигналам в зависимости от триангуляционного угла и базового расстояния, посредством тригонометрических отношений и при связи с определяемыми в соответствии со скоростью движения твердого тела поправочными значениями в устройстве обработки данных получают измеренные значения профиля, которые хранят в устройстве обработки данных в виде профилограммы.

Твердое тело может представлять собой, при этом, вращательно-симметричное тело, совершающее поступательное, вращательное движение или, предпочтительно, движение качения, в частности колесо транспортного средства. Способ согласно изобретению представляет собой, тем самым, крайне предпочтительную возможность определить профили колеса во время движения и сделать из этого выводы об износе.

В смысле полного определения профиля предпочтительно, если несколько профилограмм определяют как частичные профилограммы с использованием, по меньшей мере, трех лазерных устройств, проецирующих световые полосы на участки, лежащие на разных сторонах поверхности твердого тела, и приданных им устройств отображения, частичные профилограммы хранят в устройстве обработки данных и получают на основе этого общую профилограмму. У твердого тела, в основном, цилиндрической или кольцеобразной основной формы, такого как колесо транспортного средства, по меньшей мере, три участка, на которые проецируют световые полосы, могут лежать при этом предпочтительно на обеих наружных поверхностях или на боковой поверхности цилиндра или кольца. Профилограмму, частичные профилограммы и/или общую профилограмму можно затем сравнивать с соответственно одной или несколькими эталонными профилограммами и регистрировать соответствующие отклонения от данной эталонной профилограммы, что является мерой возникающего износа или мерой того, лежит ли возникающий износ еще в допустимом диапазоне. С помощью коррелятивных связей между возникающей длительностью нагрузки твердого тела и определенным износом можно в этой связи сделать также экстраполирующий вывод о том, как долго, не вызывая опасений, может еще длиться нагрузка, или когда окажется необходимой повторная проверка.

При этом оказалось предпочтительно, если профилограмму, частичные профилограммы, общую профилограмму, соответствующую эталонную профилограмму и/или соответствующие отклонения соотносят с постоянной, в течение длительного времени неизменной геометрической базовой величиной, такой как не подвергаемая износу внутренняя периферия обода колеса. Таким образом, поверхность износа можно изобразить, например, в виде развертки, на которой высотный профиль по сравнению с базовой величиной отображают подходящими изобразительными средствами. Например, профилограмму, частичные профилограммы, общую профилограмму, соответствующую эталонную профилограмму и/или соответствующие отклонения можно визуализировать в индикаторном устройстве, например на дисплее.

В названных заявках описан также стенд для контроля износа колес рельсового транспортного средства, таких как железнодорожные колеса, в котором находит применение описанный способ. Стенд рассчитан на катящиеся по рельсам, движущиеся мимо с поступательной и угловой скоростями колеса в качестве измеряемых твердых тел. При этом в качестве базовой величины с помощью системы уравнений по динамически определенным измеренным значениям определяют, в частности, эталонный радиус катящегося колеса. Определенный радиус может служить, с одной стороны, основой для измеряемых значений высоты профиля, определяемых на боковой поверхности колеса, а, с другой стороны, можно привлечь этот радиус для определения корректировочных значений, которые следует учитывать в соответствии с лежащим в основе измерения методом лазерной триангуляции.

Что касается дальнейшей обработки динамически определенного профиля, то соответствующую профилограмму, частичные профилограммы и/или общую профилограмму можно сравнивать с соответственно одной или несколькими эталонными профилограммами и установить соответствующие отклонения от данной эталонной профилограммы. Эталонные профилограммы могут представлять собой предпочтительно допустимые заданные размеры, а одна эталонная профилограмма может быть также хранящимся блоком данных измеренных значений от прежнего измерения, так что соответствующие отклонения позволяют судить о том насколько велик износ, возникший с прошедшего измерения.

В основе настоящего изобретения лежит задача создания системы и способа дальнейшей обработки определяемого, преимущественно динамически, профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего износа, выходящих за рамки известной обработки сигналов измеренных значений профиля твердого тела, в частности установления износа и сравнения с эталонным профилем.

Согласно изобретению это достигается посредством способа описанного рода, при котором данные определяемого профиля твердого тела используют в качестве управляющей величины для управления, по меньшей мере, одним станком для обработки поверхности, в частности, для механической обработки поверхности колеса рельсового транспортного средства.

Согласно изобретению это достигается посредством системы описанного рода, компоненты которой при своем взаимодействии осуществляют управление, по меньшей мере, одним станком для обработки поверхности, в частности, для механической обработки поверхности колеса рельсового транспортного средства, с использованием данных определяемого профиля твердого тела.

При этом для обработки данных с целью управления станком могут быть привлечены дополнительные параметры, такие как геометрические данные, технологические данные, инструментальные данные и/или технологические карты. Управление передачей данных на станок может происходить тогда посредством подходящего аппаратного интерфейса, такого как электрические интерфейсы, например RS232, RS422, TTY. Таким же образом можно управлять также подачей материала.

При этом может осуществляться, в частности, восстановительная обработка поверхности - в смысле так называемого репрофилирования - в частности на изношенном твердом теле, которому должен соответствовать определяемый профиль твердого тела. Можно также из нескольких профилей твердого тела обобщающим образом, например, посредством образования средних значений и/или посредством интерполяции или отнесенной к дальнейшему времени хода или к желаемой общей продолжительности хода экстраполяции создать для соответственно определенных геометрий, технологий, например для определенного применения материала и/или начально установленного качества поверхности, а также для инструментальных данных управляющие величины для изготовления нового твердого тела приблизительно при полной замене не поддающихся больше репрофилированию колес рельсовых транспортных средств и их возможное согласование с имеющейся, еще репрофилируемой колесной парой.

Если, как сказано выше, дальнейшая обработка данных профиля включает в себя сравнение соответствующей профилограммы с эталонной профилограммой и устанавливают соответствующие отклонения от соответствующей профилограммы, это означает, что ремонт или, при необходимости, также производство может быть оптимальным образом согласован (согласовано) с реальным износом. За счет этого в отношении технологии и применения материала возникают преимущества в смысле обнаружения потенциала экономии. Так, например, не требующие ремонта колеса, у которых профилограммы после сравнения с так называемой обучающей кривой, снятой, в частности, на стенде контроля износа, не достигают не только заданное предельное значение износа, но и заданное, соответствующее меньшему износу контрольное значение, с самого начала исключаются из ремонта.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в нижеследующем подробном описании.

Изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенном на прилагаемых чертежах, на которых представлено:

- фиг.1: блок-схема для пояснения соответствующих изобретению способа и системы;

- фиг.2: отображенные на дисплее визуализации профилограммы, используемые в способе и системе;

- фиг.3: в схематичном перспективном виде принцип, поясняющий основы предпочтительного способа, с помощью которого определяют обработанный способом согласно изобретению профиль твердого тела;

- фиг.4: блок-схема определения профиля твердого тела способом согласно изобретению;

- фиг.5: перспективный вид стенда для контроля износа колес рельсового транспортного средства, таких как железнодорожные колеса, для которых предпочтительно применяется способ согласно изобретению.

Как показано на фиг.1, система образована несколькими компонентами, характеристика и принцип действия которых указаны в изображенных блоках и символизированы обозначенными стрелками. Позиции 1-14 обозначают при этом отдельные, имеющиеся в данном случае системные элементы, позиции W1-W11 на стрелках действия - имеющиеся системные связи между системными компонентами, а позиции WW1, WW2 - особые системные связи, действующие в смысле взаимодействия. Позиции TS1-TS3 обозначают подсистемы заявленной системы, а позиции KS1-KS3 - коммуникационные системы, которые представляют собой, в свою очередь, подсистемы служащей для управления производством субсистемы TS3.

Служащая для управления производством субсистема TS3 включает в себя, помимо трех имеющихся коммуникационных систем KS1-KS3, координационную систему 5 и обрабатывающие станки, в частности токарные автоматы 8, 11 для обработки поверхности, в частности для механической обработки поверхности колеса рельсового транспортного средства, причем эту обработку осуществляют с использованием данных определяемого профиля твердого тела, как это показано на фиг.2.

Коммуникационные системы KS1-KS3 состоят из системных элементов для подготовки данных 6, 9, 12 и аппаратных интерфейсов 7, 10, 13 для управления передачей данных на станки (токарные автоматы 8, 11) или для подачи 14 материала. Управление происходит, при этом, всегда специфическим для каждого станка образом, например, как указано, через электрические интерфейсы RS232, RS422 и TTY. Так можно управлять, например, скоростями продольной и поперечной подач для достигаемого, удаляемого уровня материала.

В системных элементах для подготовки данных 6, 9 помимо данных определяемого профиля твердого тела в качестве управляющей величины, которые для определения износа, как показывает, например, частичный график «РАЗНОСТЬ» на фиг.2, сравнивают предпочтительно с эталонным профилем, для управления, по меньшей мере, одним станком, а именно токарным автоматом 8 для обработки поверхности, привлекают другие параметры, например геометрические данные, технологические данные, инструментальные данные и/или технологические карты.

Один системный элемент для подготовки данных 12 может служить, как показано, также для определения потребности в материале и его подачи.

Кроме того, возможно также, чтобы система включала в себя не только функцию станка для механической обработки поверхности, такого как токарный автомат 8 для обработки поверхности катания колес, но и функции нескольких обрабатывающих станков, например токарного автомата 11 для механической обработки валов.

Перед отдельными коммуникационными системами KS1-KS3, в которых поток технической информации в виде сигналов происходит преимущественно от соответствующего входа к соответствующему выходу преимущественно линейно (W3, W4, W5 в KS1; W6, W7, W8 в KS2; W9 W10, W11 в KS3), может быть предусмотрена координационная система 5, в которой происходит взаимное согласование информационных сигналов и которая, таким образом, вместе с коммуникационными системами KS1-KS3 образует субсистему TS3 для управления производством.

Как видно, входная величина (системная связь W2) для субсистемы TS3 для управления производством может происходить, например, по меньшей мере, из одной дополнительной субсистемы TS1 или из взаимодействия WW1 двух дополнительных субсистем, например субсистем TS1 и TS2 (материальный склад 4).

Названная субсистема TS1 включает в себя, в данном случае, три основных системных элемента 1, 2, 3.

Системный элемент 1 представляет собой интерфейс, который осуществляет связь с Интернетом (INET) или локальной сетью (LAN) через персональный компьютер (РС), причем предпочтительным образом для передачи данных, например для передачи собранных в нескольких разных местах (предприятия А, В, С, …) данных о профилях твердых тел, в частности колес, может применяться традиционный протокол ТСР/IP.

Во втором системном элементе 2 содержится база данных, в которой хранятся собранные в нескольких разных местах (цеха А, В, С, …) данные о профилях твердых тел, в частности колес, в виде данных об износе (см. упомянутый частичный график «РАЗНОСТЬ» на фиг.2), пробега в километрах, заданных и/или обучающих кривых.

Второй системный элемент 2 находится в информационном обмене (взаимодействие WW1) с третьим системным элементом 3, представляющим собой систему анализа потребности, которая, в свою очередь, находится во взаимодействии WW2 с материальным складом TS2, 4. Анализ потребности может осуществляться в третьем системном элементе 3 на основе имеющихся в нем, базирующихся на знаниях баз данных. При этом речь может идти о базах данных, созданных эмпирическим путем посредством экстра- или интерполяции измеренных значений износа, или о базах данных, в основу которых положена определенная теоретическая модель износа, причем возможны также гибридные формы. С помощью анализа потребности можно управлять поставкой материала на склад 4, например, таким образом, чтобы на материальном складе 4 в наличии всегда был материал, в смысле производства «точно по графику», или же предпочтительно - в смысле стабильных производственных условий - задел материала на заданный отрезок времени, например три-четыре недели.

На фиг.2 помимо уже упомянутого частичного графика «РАЗНОСТЬ», который в виде столбчатой диаграммы высоты профиля в зависимости от длины измерения показывает предпочтительно используемые согласно изобретению в качестве управляющей величины для токарного автомата 8 на фиг.1 данные об износе, на частичном графике «ПРОФИЛЬ» содержатся также данные о первоначально определяемом профиле (ПРОФИЛЬ) в противопоставлении с заданной кривой (ОБУЧЕНО). Вид представления соответствует при этом частичному графику «РАЗНОСТЬ», причем, однако, вместо столбчатой диаграммы нанесена профильная линия. На фиг.2 речь может идти об интегрированном в субсистему TS1, TS2, TS3 дисплее, на котором в виде графиков (внизу) отображаются также измеряемые или обрабатываемые места. Дисплей может содержать также словесную информацию, такую как показанные слева на фиг.2 обобщения результатов (РЕЗУЛЬТАТЫ), где может быть отображено, например, превышает ли измеренный профиль предельное или контрольное значение или он в порядке, так что он не требует репрофилирования.

Субсистемы TS1, TS2, TS3 могут находиться - в смысле оптимизированного распределения местоположения - в пространственно отдельных местах. В частности, сбор данных о профиле (ПРОФИЛЬ) в клиенте может быть реализован по схеме клиент-сервер с помощью пространственно удаленного от клиента сервера.

На фиг.3 поясняются основы предпочтительного способа, с помощью которого могут быть собраны обработанные способом согласно изобретению данные о профиле (ПРОФИЛЬ) твердого тела. Это пояснение важно потому, что из принципа сбора данных вытекает, в частности, природа данных о профиле (ПРОФИЛЬ).

Для съемки топографии движущегося преимущественно со скоростью v трехмерного твердого тела 201, т.е. для сбора обрабатываемых согласно изобретению данных о профиле (ПРОФИЛЬ), на фиг.3 работают идущим от лазерного устройства 202, расширенным до световой полосы 203 лазерным лучом. Световая полоса 203 отбрасывается назад от поверхности твердого тела 201 в виде отраженного света RL и воспринимается поверхностным приемником 206, например ПЗС-камерой в качестве светоприемника, в виде изображения профилограммы PG. Затем по подаваемым приемником 206 сигналам в соответствии с сутью применяемого, известного самого по себе метода лазерной триангуляции с учетом триангуляционного угла и базового расстояния В между оптической осью отраженного света RL и лазерным устройством 202 в устройстве обработки данных (не показано), таком как ПК, определяют измеренные значения профиля (ПРОФИЛЬ) и хранят в виде профилограммы. Вместо такой профилограммы на светоприемнике 206 показана линия, изображающая профилограмму PG.

Изображенная на фиг.4 блок-схема программы рассчитана, в частности, на бесконтактное определение профиля (ПРОФИЛЬ) колес рельсового транспортного средства, таких как железнодорожные колеса, изображенное на фиг.3 методом лазерной триангуляции. На фиг.5 в качестве примера изображено такое колесо 201а рельсового транспортного средства 210.

Блок-схема программы включает в себя, в частности, съемочный контур 100 для динамического определения профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела 201, 201а, активируемый после процессов запуска системы, которые инициируют по запросу 90 сервера, находящегося в виде системного элемента 1 предпочтительно в субсистеме TS1 на фиг.1. Эти процессы запуска системы обозначены блоком 95 и могут включать в себя управление светофором для рельсового транспортного средства 210, активирование триггера для съемки изображения в приемнике 206 и включение лазерного устройства 202.

В съемочном контуре 100 посредством лазерного дистанционного датчика 101, представляющего собой, в частности, светоприемник 206, после кондиционирования 102 сигнала формируют, в частности, сигнал 103 расстояния, т.е. в начальный момент t₀ происходит определение начальных условий твердого тела 201, 201а, таких как расстояние до лазерного устройства 202, распределение интенсивности света и, при необходимости, временное изменение этого расстояния в качестве первой и - при ускоренном движении - также второй производных пути от времени.

На этапе 104 «обработка сигналов» по начальным условиям, в частности сигналу 103 расстояния, происходит определение момента t_f сбора, для которого из приемника 206 выбирают подаваемые сигналы для получения измеренных значений профиля (ПРОФИЛЬ). Более подробно это означает, что к приемнику 206, например камере, подают пусковой импульс 105, в результате чего в момент t_f сбора происходит съемка 106 изображения. Определенный по начальным условиям момент t_f сбора должен быть при этом получен с критерием максимальной близости по времени с начальным моментом t₀, поскольку в этом случае имеющиеся в начальный момент t₀ и момент t_f сбора сигналы лишь немного отличаются друг от друга предпочтительным для обработки сигналов образом.

Определение момента t_f сбора по начальным условиям (сигнал 103 расстояния) может осуществляться, при этом, в частности, посредством цифрового сигнального процессора (DSP), который может быть преимущественно интегрирован в имеющееся устройство обработки данных. Это обуславливает при определенных обстоятельствах предвключение DSP аналого-цифрового преобразователя, в случае если лазерный дистанционный датчик 101 не подает цифровой сигнал.

Цифровой сигнальный процессор (DSP) из-за своей точной предсказуемости и крайне короткого необходимого времени предназначен для выполнения желаемых операций, в частности обработки сигналов в реальном времени, т.е. непрерывно. Его применение для обработки 104 сигналов предпочтительным образом позволяет оптимально обрабатывать имеющиеся в виде цифровых сигналов данные как в отношении обращения с ними, такого как перемещение, хранение и/или оценка, так и в отношении математических вычислений, таких как сложение и умножение. Что касается математических вычислений, то при обработке 104 сигналов могут осуществляться в микросекундном диапазоне фильтрация, свертка, а также преобразования Фурье, Лапласа и/или z-преобразования. Что касается обращения с данными, то посредством DSP перед их записью или передачей - также в микросекундном диапазоне - возможно высокоэффективное сжатие данных.

Используя DSP, можно также по начальным условиям определить временное изменение расстояния твердого тела 201, 201а до лазерного устройства 202, т.е., например, скорость отдельных, релевантных для динамического определения профиля участков твердого тела 201, 201а, которая может быть привлечена для определения момента t_f сбора, в случае если эта скорость посредством прямого установления не определена или твердо не задана или не настроена как относящаяся к начальным условиям.

В смысле быстрой обработки сигналов и, тем самым, близости по времени между начальным моментом t₀ и моментом t_f сбора благоприятно, если для определения начальных условий твердого тела 201, 201а в начальный момент t₀ подаваемые приемником 206 сигналы используют для образования рисунка, в частности двоично-кодированной маски, а момент t_f сбора определяют преимущественно с критерием наличия, т.е. повторного обнаружения, этого рисунка.

Для образования и повторного обнаружения рисунка можно, при этом, предпочтительно определить в гистограмме имеющееся в начальный момент t₀ и/или в момент t_f сбора на твердом теле 201, 201а распределение интенсивности света, в частности в виде распределения прозрачности, и преимущественно с использованием Look-up-таблицы (LUT), подвергнуть преобразованию изображения, в частности операции с пороговым значением, такой как фильтрация верхних частот, осуществленной преимущественно посредством преобразования Лапласа. Под Look-up-таблицей (LUT) при этом понимают, как это принято при обработке изображения, ассоциативно связанную структуру индексных номеров поля с выводимыми значениями. Известной LUT-таблицей является, например, так называемая Colormap или палитра. С ее помощью ограниченному числу цветовых индексов - обычно 256 - присваивают значения цвета и интенсивности. В рамках изобретения, в частности, составленные и/или затем преобразованные Look-up-таблицы могут быть динамически согласованы с начальными условиями в соответствующий момент t₀. Подобная обработка сигналов оптимальным образом отвечает случайно чередующимся или регулярно имеющимся окружающим условиям, например изменению условий освещения за счет цехового света или влияниям времени года, таким как снег при определениях под открытым небом.

Для получения и повторного обнаружения рисунка, в частности двоично-кодированной маски, можно использовать, в частности, альфа-канал, преимущественно двоичный альфа-канал. Под «альфа-каналом» следует при этом понимать канал, имеющийся в цифровых изображениях при их съемке и обработке в дополнение к обычно используемым цветовым каналам и хранящий за пределами кодированной в цветовом пространстве цветовой информации также прозрачность отдельных пикселей. Для этого может быть, например, использован один байт на пиксель, в результате чего возникают, как уже сказано, 2⁸ = 256 возможных градаций интенсивности света. Двоичный альфа-канал является минимализированным альфа-каналом, который основан на использовании только одного бита для кодирования прозрачности и поэтому может лишь указывать, является ли пиксель либо полностью прозрачным (черным), либо полностью матовым (белым).

При этих действиях и помимо этих действий, описанных в дополнение или в качестве альтернативы к вышеупомянутым, для получения и повторного обнаружения рисунка могут применяться и другие, известные обычно под названием «интеллектуальная обработка изображения» методы, в частности операции фильтрации, например повышение резкости изображения или создание хром-эффекта.

Если съемка 106 изображения происходит в момент t_f сбора, то регистрируют, в частности, матрицу 107 изображения, преимущественно в виде первого полного изображения после триггерного пускового импульса 105, и зарегистрированное изображение направляют в память 108. Одновременно происходит сброс 109 таймера. Описанные процессы повторяются, как это поясняется съемочным контуром 100.

Критериями прекращения процессов в съемочном контуре 100 служит проверка условий, поясняемая блоками 110, 111. При этом, с одной стороны, проверяют (блок 110), работает ли таймер уже более 10 с, а, с другой стороны, сняты ли все оси рельсового транспортного средства 210 (блок 111). Если одно из этих условий соблюдено, то съемку изображения прекращают (блок 112). Цель вопроса о том, работает ли таймер уже более 10 с, заключается, при этом, в том, чтобы определить, остановилось ли твердое тело 201, 201а. После прекращения 112 съемки изображения хранящиеся данные 108 изображения передают на сервер (блок 113). Одновременно могут происходить процессы остановки системы, такие как «выключение триггера», «выключение лазерного устройства 202» и «управление светофором для рельсового транспортного средства 210», обозначенные блоком 195.

На фиг.5 изображено типичное применение способа согласно изобретению, а именно при определении износа. Здесь показан перспективный вид стенда 208 для контроля износа, предназначенного для катящихся по рельсам 209, движущихся мимо со скоростью v колес 201а в качестве измеряемых твердых тел 201. Для осуществления изображенных в блок-схеме программы на фиг.4 процессов, в частности в съемочном контуре 100, в стенд 208 могут быть встроены соответствующие аппаратные средства, благодаря чему, как уже сказано, может быть реализована схема клиент-сервер, в которой клиент находится на пути 209, а сервер - в пространственно удаленном месте.

Колесо 201а рельсового транспортного средства 210 представляет собой вращательно-симметричное по своей основной форме, по существу, цилиндрическое или кольцеобразное твердое тело 1, причем в данном случае предусмотрены два участка, на которые проецируют световые полосы 203. Участки лежат на обоих основаниях D₁, D₂ и на боковой поверхности М цилиндра или кольца. Предпочтительность использования двух световых полос 3а, 3b состоит, при этом, в следующем. За счет того, что в начальный момент t₀ происходит определение начальных условий 103 твердого тела 201, 201а, а затем по начальным условиям определяют момент t_f сбора, для которого выбирают подаваемые приемником 206 сигналы, существует возможность проецирования световых полос 203 одновременно или же со сдвигом по времени на одно и то же место измерения по отношению к положению на боковой поверхности М. Благодаря этому, в свою очередь, участки различных сторон D₁, D₂ М поверхности твердого тела 1, не определяемые за счет затенения вследствие преимущественно бокового излучения световых полос 203 из-за затенения одной световой полосой 203, при соответствующем позиционировании лазерных устройств 202 по отношению друг к другу доступны для определения соответственно другой световой полосой 203. Полученные, таким образом, частичные профилограммы могут храниться в устройстве обработки данных и по ним за счет наложения может быть получена общая профилограмма.

Способ согласно изобретению обеспечивает преимущественно определение и обработку профиля (ПРОФИЛЬ) в чрезвычайно короткое время. Так, с помощью лазерных устройств 202 и устройств 5 отображения, расположенных с обеих сторон рельсов 209, по которым мимо катится рельсовое транспортное средство 210, например для пяти тележек, т.е. десяти колесных пар, в режиме реального времени может быть составлена соответственно трехмерная профилограмма, имеющаяся непосредственно в распоряжении для дальнейшей обработки. Для такой профилограммы может быть при этом достигнуто разрешение менее 2,0 мм, в частности менее 0,2 мм.

Предпочтительным в отношении приборной техники образом с изобретением связана также возможность значительного сокращения затрат на оборудование по сравнению с известными способами, поскольку при поступательной скорости движения твердого тела 201 менее чем 3,5 м/с невозможно использовать высокоскоростную камеру, или при использовании высокоскоростной камеры измерение может происходить при очень высокой поступательной скорости движения твердого тела. Так, возможно определение профиля колес 201а движущегося мимо стенда 208 с максимальной скоростью поезда ICE (внутригородской экспресс), причем затем определяемый профиль (ПРОФИЛЬ) в кратчайшее время, например после въезда поезда в цех обработки, имеется в распоряжении в качестве управляющей величины в станке 8 для обработки поверхности.

Настоящее изобретение не ограничено описанным примером его осуществления, а включает в себя все средства и меры одинакового в смысле изобретения действия. Так, например, определение износа необязательно должно происходить с указанной на фиг.2 кривой «ОБУЧЕНО», а сравнительная кривая - в случае наличия и возможности соотнесения - может быть представлена также более ранним измерением на том же объекте. Изображенный на фиг.3-5 вид определения профиля (ПРОФИЛЬ) представляет собой предпочтительный, в смысле эффективности и точности способа, синергетический по своему взаимодействию с дальнейшей обработкой профиля (ПРОФИЛЬ) согласно изобретению вид сбора данных, который, однако, не ограничивает дальнейшую обработку согласно изобретению.

Со ссылкой на фиг.5, на которой приблизительно показаны соотношения размеров стенда 208 и колеса 201а, можно констатировать, что стенд 208, предназначенный для осуществления способа согласно изобретению, может иметь намного меньший и более компактный конструктивный размер, чем это показано, например размер приблизительно вдвое больше коробки из-под обуви. Поэтому в большинстве случаев предпочтительным образом при монтаже стенда 208 на рельсовом пути можно отказаться от сложных бетонных работ.

Перечень ссылочных позиций

1-14 системные элементы 90 запрос сервера 95 запуск системы 100 съемочный контур 101 лазерный дистанционный датчик 102 кондиционирование сигналов 103 сигнал расстояния 104 обработка сигналов 105 пусковой импульс (триггер) 106 съемка изображения 107 матрица изображения 108 хранение изображения 109 сброс таймера 110, 111 проверка условий прекращения работы 100 112 прекращение съемки изображения 113 передача данных на сервер 195 остановка системы 201 твердое тело 201а колесо у 210 202 лазерное устройство 203 световая полоса из 202 206 светоприемник 208 стенд для контроля износа 209 рельс 210 рельсовое транспортное средство В базовое расстояние D₁, D₂ основание 201, 201а KS1-KS3 коммуникационные системы, подсистемы субсистемы TS3 M боковая поверхность 201, 201а PG изображение профилограммы ПРОФИЛЬ профиль 201, 201а RL отраженный свет TS1-TS3 субсистемы v (поступательная) скорость 201, 201а W1-W11 системные связи, стрелки действия WW1, WW2 системные связи, стрелки взаимодействия

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе и способу дальнейшей обработки определяемого, преимущественно динамически, профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего износа, причем предложено, что данные определяемого профиля твердого тела используют в качестве управляющей величины для управления, по меньшей мере, одним станком для обработки поверхности, в частности, для механической обработки поверхности, колеса транспортного средства. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ дальнейшей обработки определяемого с целью установления возникшего износа (РАЗНОСТЬ) профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела (201, 201a), например колеса рельсового транспортного средства, причем износ (РАЗНОСТЬ) определяют посредством сравнения данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) с записанными в информационной базе (2) через системный элемент (1), который представляет собой интерфейс, осуществляющий связь с Интернетом или локальной сетью через персональный компьютер, данными о заданной кривой (ОБУЧЕНО) эталонного профиля, и данные определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) используют в качестве управляющей величины для управления производством в одной субсистеме (TS3), служащей для управления производством и взаимодействующей с другой субсистемой (TS1), в которой находится база данных износа, и с другой субсистемой (TS2), представляющей собой материальный склад (4), и содержащей коммуникационные системы (KS1-KS3), которые через системные связи (W5, W8, W11) передают данные для управления, по меньшей мере, одним токарным автоматом (8, 11) для механической обработки поверхности колеса (201а) рельсового транспортного средства или для подачи (14) материала, причем в зависимости от определенного таким образом износа (РАЗНОСТЬ):
не требующие ремонта колеса (201а), у которых профили (ПРОФИЛЬ) после сравнения с заданной кривой (ОБУЧЕНО) не достигают предварительно заданного значения износа (КОНТРОЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ), исключают из ремонта, или
обработку поверхности осуществляют для восстановления в виде репрофилирования изношенного колеса или для замены не поддающегося больше репрофилированию колеса (201а) рельсового транспортного средства в виде изготовления нового колеса,
и при этом данные определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) с другими параметрами для обработки поверхности, а именно геометрическими данными, технологическими данными, инструментальными данными и/или технологическими картами используют для специфического для каждого станка управления подачей материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) используют в качестве управляющей величины для управления скоростями продольной и поперечной подач для регулирования удаляемого, по меньшей мере, одним станком (8) уровня материала.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что данные дополнительных параметров, такие как геометрические данные твердого тела (201, 201a), технологические данные, инструментальные данные и/или технологические карты, используют в качестве управляющих величин для управления, по меньшей мере, одним станком (8) для обработки поверхности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) привлекают для анализа потребности, осуществляемого с помощью базирующейся на знаниях системы анализа потребности, на основе которого управляют поставками на материальный склад (TS2, 4).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что из профилей (ПРОФИЛЬ) нескольких твердых тел (201, 201a) обобщающим образом для соответственно определенных геометрий и/или технологий, а также для данных об использованных инструментах создают управляющие величины для изготовления нового твердого тела (201, 201a).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляющие величины из профилей (ПРОФИЛЬ) нескольких твердых тел (201, 201a) создают посредством образования средних значений, интерполяции и/или посредством экстраполяции, отнесенной к дальнейшему времени хода или к желаемой общей продолжительности хода колеса (201а) рельсового транспортного средства.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляющие величины создают для соответственно определенного применения материала и/или для заданного качества поверхности твердого тела (201, 201a).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные о профиле (ПРОФИЛЬ) собирают в нескольких разных местах (цеха А, В, С, стенд 208).

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что сбор данных о профиле (ПРОФИЛЬ) в клиенте реализуют по схеме клиент-сервер с помощью пространственно удаленного от клиента сервера (системный элемент 1).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что процессы (95) клиента для запуска системы, а именно управление светофором для рельсового транспортного средства (210), активирование триггера для съемки (106) изображения в приемнике (206), включение лазерного устройства (202), используемого для сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ), и/или запуск съемочного контура (100) для сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ) осуществляют по запросу (90) сервера (системный элемент 1).

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что определение момента (t_f) сбора, для которого выбирают подаваемые приемником (206) сигналы для сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ), осуществляют в съемочном контуре (100), для реализации которого в находящийся на пути (209) для рельсовых транспортных средств (210) стенд (208) встроен аппаратный компонент.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ) в съемочном контуре (100) в начальный момент (t₀) посредством лазерного дистанционного датчика (101, 206) формируют сигнал (103) для начальных условий твердого тела (201, 201a), а именно расстояния до лазерного устройства (2), временного изменения этого расстояния и/или распределения интенсивности света.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что по сигналу (103) для начальных условий твердого тела (201, 201a) посредством его обработки (104) определяют момент (t_f) сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ), в который к приемнику (206) подают пусковой импульс (105), в результате чего происходит съемка (106) изображения, при которой регистрируют матрицу (107) изображения и зарегистрированное изображение направляют в память (108).

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что для определения момента (t_f) сбора, для которого выбирают подаваемые приемником (206) сигналы для сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ), используют цифровой сигнальный процесс (DSP).

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что определяемый по начальным условиям момент (t_f) сбора получают с критерием максимальной близости по времени с начальным моментом (t₀).

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что для определения начальных условий твердого тела (201, 201а) в начальный момент (t₀) используют подаваемые приемником (206) сигналы для образования рисунка, а момент (t_f) сбора определяют преимущественно с критерием наличия, т.е. повторного обнаружения, этого рисунка.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что для образования и повторного обнаружения рисунка определяют в гистограмме имеющееся в начальный момент (t₀) и/или в момент (t_f) сбора на твердом теле (201, 201a) распределение интенсивности света, и подвергают преобразованию изображения, такой как фильтрация верхних частот, осуществленной посредством преобразования Лапласа.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что для образования и повторного обнаружения рисунка используют альфа-канал.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что для образования и повторного обнаружения рисунка применяют операции фильтрации интеллектуальной обработки изображения, такой как повышение резкости изображения или создание хром-эффекта.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что в съемочном контуре (100) осуществляют связанные с таймером и/или определенным числом заданных измерений проверки (110, 111) условий в качестве критериев прекращения сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ).

21. Способ по п.9, отличающийся тем, что после сбора данных о профиле (ПРОФИЛЬ) после прекращения (112) съемки изображения данные о профиле (ПРОФИЛЬ) передают от клиента на сервер (системный элемент 1).

22. Система дальнейшей обработки определяемого с целью установления возникшего износа (РАЗНОСТЬ) профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела (201, 201a), например колеса рельсового транспортного средства, которая содержит компоненты (1-14, TS1-TS3, KS1-KS3), а именно субсистемы (TS1-TS3), включая коммуникационные системы (KS1-KS3), которые с помощью системного элемента (1), представляющего собой интерфейс, за счет своих связей (W1-W11) и взаимодействий (WW1, WW2) выполнены с возможностью реализации управления производством и, по меньшей мере, одним токарным автоматом (8, 11) для механической обработки поверхности колеса рельсового транспортного средства и с возможностью специфического для каждого станка управления подачей материала с использованием данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела (201, 201a), причем предусмотрено несколько подсистем (TS1, TS2, TS3), которые включают в себя подсистему (TS1) для передачи собранных данных профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела (201, 201a) и подсистему (TS3) для управления производством, причем подсистема (TS1) для передачи собранных данных профиля (ПРОФИЛЬ) содержит банк (2) данных, в котором хранятся собранные данные профиля (ПРОФИЛЬ) в виде данных (РАЗНОСТЬ) об износе, а также заданных и/или обучающих кривых (ОБУЧЕНО), и при этом подсистема (TS3) для управления производством образована в зависимости от получаемых из подсистемы (TS1) для передачи собранных данных профиля (ПРОФИЛЬ) входных величин, причем подсистема (TS3) для управления производством содержит коммуникационные системы (KS1, KS2, KS3), которые управляются посредством координационной системы (5) подсистемы (TS3) и в свою очередь управляют станком (8) для механической обработки поверхности колеса рельсового транспортного средства и подачей материала.

23. Система по п.22, отличающаяся тем, что содержит компоненты (1-14, TS1-TS3, KS1-KS3), которые за счет своих связей (W1-W11) и взаимодействий (WW1, WW2) выполнены с возможностью управления дополнительными станками (11) для обработки поверхности, такими как токарный автомат (11) для механической обработки поверхности валов, с использованием данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) твердого тела (201, 201a).

24. Система по п.22, отличающаяся тем, что для управления передачей данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) на станки (8, 11) для обработки поверхности и/или для управления передачей данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) для подачи (14) материала предусмотрены аппаратные интерфейсы, такие как электрические интерфейсы, например, RS232, RS422, TTY.

25. Система по п.22, отличающаяся тем, что субсистема (TS3) для управления производством включает в себя, по меньшей мере, одну координационную систему (5) для взаимного согласования информационных сигналов и несколько коммуникационных систем (KS1-KS3) преимущественно с линейным потоком информации от одного системного элемента к другому (W3, W4, W5 в KS1; W6, W7, W8 в KS2; W9, W10, W11 в KS3).

26. Система по п.25, отличающаяся тем, что коммуникационная система (KS1-KS3) содержит соответственно системный элемент (6, 9, 12) для подготовки данных и аппаратный интерфейс (7, 10, 13) для управления передачей данных определяемого профиля (ПРОФИЛЬ) на станки (8, 11) для обработки поверхности и/или для подачи (14) материала.

27. Система по п.22, отличающаяся тем, что для реализации связей (W1-W11) и взаимодействий (WW1, WW2) между ее компонентами (1-14, TS1-TS3, KS1-KS3) используют поддерживаемую посредством компьютера (системный элемент 1) передачу данных через Интернет (INET) и/или локальные сети (LAN).

28. Система по п.22, отличающаяся тем, что содержит субсистему (TS1), которая для передачи данных о профилях (ПРОФИЛЬ), собранных в нескольких разных местах (цеха А, В, С, стенд 208), содержит в системном элементе (1) интерфейс, выполненный с возможностью создания соединения через Интернет (INET) или локальную сеть (LAN).

29. Система по п.28, отличающаяся тем, что субсистема (TS1), служащая для передачи собранных данных о профилях (ПРОФИЛЬ), содержит сервер (системный элемент 1) схемы клиент-сервер, причем данные о профилях (ПРОФИЛЬ) собирают с помощью клиента.

30. Система по п.28, отличающаяся тем, что субсистема (TS1), служащая для передачи собранных данных о профилях (ПРОФИЛЬ), содержит систему анализа потребности в качестве системного элемента (3).

31. Система по п.30, отличающаяся тем, что система (3) анализа потребности находится во взаимодействии (WW1, WW2), с одной стороны, с базой (2) данных, а, с другой стороны, с материальным складом (TS2, 4).

32. Система по п.30, отличающаяся тем, что в систему (3) анализа потребности интегрированы базирующиеся на знаниях базы данных.

33. Система по п.27, отличающаяся тем, что интегрированные в систему (3) анализа потребности базы данных содержат полученные эмпирическим путем посредством экстра- или интерполяции измеренных значений износа (РАЗНОСТЬ) данные и/или данные, основанные на теоретической модели износа.

34. Система по п.29, отличающаяся тем, что содержит цифровой сигнальный процессор (DSP) для определения момента (t_f) сбора, в который происходит сбор данных о профиле (ПРОФИЛЬ).

35. Система по п.22, отличающаяся тем, что в субсистему (TS1, TS2, TS3) интегрирован дисплей, на котором в виде графического представления и/или словесной информации отображены данные определяемого профиля (ПРОФИЛЬ), заданных кривых (ОБУЧЕНИЕ), износа (РАЗНОСТЬ), информация об измеряемых и/или обрабатываемых местах и/или обобщения результатов (РЕЗУЛЬТАТЫ) сравнения определенного профиля (ПРОФИЛЬ) с предельным значением (ПРЕДЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ) или контрольным значением (КОНТРОЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ).