СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРОВНОСТЕЙ И ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Российский патент 2013 года по МПК B61K9/08 E01B35/00 G01N27/82 G01N29/04 

Описание патента на изобретение RU2489291C1

1. Область техники

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути.

2. Уровень техники

Известен способ контроля состояния рельсового пути (патент RU 2123445, В61К 9/08, Е01В 35/00 от 12.07.1995), заключающееся в том, что определяют угловые колебания и координаты буксы колесной пары. Находят координаты точек касания левого и правого колес колесной пары и просадку каждой рельсовой нити выражают в виде разности вертикальных координат точки касания колеса, соответствующих двум моментам времени. Известен также способ инерциальных измерений рельсового пути (патент RU 2242391, В61К 9/08, Е01В 35/06 от 30.12.2002), согласно данному способу формируют вектор виртуальной скорости каждой из рельсовых нитей в проектной системе координат, используя сигналы с датчика пути, переходят к независимой переменной по продольной координате пути. Интегрированием найденных скоростей получают вертикальные и горизонтальные профили рельсовых нитей и искомые неровности получают как разность между полученными профилями и их аппроксимирующими кривыми, полученными в результате обработки измерений, или с паспортными профилями. Недостатками аналогов являются низкая чувствительность к мелким неоднородностям, размеры которых меньше ширины верхней опорной поверхности рельса, а также необходимость иметь паспортные профили рельсовых нитей.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ оценки состояния путевой структуры (патент RU 2096221, В61К 9/06, В61К 9/08 от 03.10.1994). Способ заключается в том, что определяется уровень электромагнитного излучения от поверхности контролируемого участка, которое сравнивают с эталонным, соответствующим заданной характеристике путевой структуры, и по результатам сравнения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры. Недостатками данного способа являются низкая чувствительность к мелким неоднородностям, размеры которых меньше ширины верхней опорной поверхности рельса, а также необходимость иметь паспортные (эталонные) профили рельсовых нитей и необходимость устанавливать устройства для дефектоскопии на специальных путеизмерительных вагонах.

3. Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг.1 представлена блок-схема получения изображений рельсового пути: 1 - неполяризованное электромагнитное излучение видимого спектра; 2 - частично поляризованное излучение; 3 - рельсовый путь; 4 - поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания; 5 - приемник электромагнитного излучения видимого спектра, 6 - угол визирования; 7 - нормаль к поверхности головки рельса.

На фиг.2 представлено фотоизображение впадины на рельсе, снятое в профиль (длинна впадины - 300 мм, глубина - 3 мм).

На фиг.3 приведены исходное изображение участка рельсового пути в видимом диапазоне электромагнитного спектра излучения.

На фиг.4 показан результат обработки изображений впадины на рельсе, полученный при различных положениях поляризационного фильтра, и их последующей обработки путем оценки параметров Стокса.

4. Сущность изобретения

4.1. Задача

Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков за счет фиксации изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения с использованием поляризационного фильтра с вращающейся осью пропускания.

4.2. Отличительные признаки

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видиотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка, и по измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры, производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса.

4.3. Сущность способа

Сущность способа оптического определения неровностей рельсового пути показана на фиг.1: неполяризованное электромагнитное излучение видимого спектра 1 становится частично поляризованным 2, отражаясь от рельсового пути 3, проходит поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания 4 и попадает в приемник электромагнитного излучения видимого спектра 5, в дальнейшем полученное изображение обрабатывается с помощью преобразований Стокса, что позволяет получать более четкие изображения дефектов рельсового пути (в том числе и малоразмерных). Данный эффект основан на том, что степень поляризации отраженного от угла визирования 6 (7 - нормаль к поверхности головки рельса), который является постоянной величиной для ровных участков головки рельса и изменяется на ее неровностях.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Известно, что при отражении света от металлической поверхности происходит изменение параметров его поляризации, т.е. поляризационные характеристики отраженного света не совпадают с аналогичными характеристиками падающего (М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики, М., 1973, 716 с.; Соколов А.В., Оптические свойства металлов, М., 1961, 464 с.) Параметры поляризации зависят от угла визирования, который, в свою очередь, определяется профилем поверхности рельса в месте наблюдения.

Для реализации предлагаемого способа проводилась съемка железнодорожного пути фотокамерой Canon 40D с установленным объективом Canon EF-S 17-55 f/2.8 IS USM и поляризационным фильтром. Использовалось фокусное расстояние 55 мм. Для каждого фрагмента полотна делалась серия кадров (60 или 30) с разной ориентацией поляризационного фильтра (с шагом 6 или 12 градусов соответственно), при этом осуществлялся полный поворот фильтра на 360 градусов.

В качестве модели отраженного сигнала ICj), регистрируемого матрицей фотокамеры при угле ϕj между главной осью поляризационного фильтра и вертикальной плоскостью, проходящей через ось оптической системы, использовалось следующее выражение:

I C ( φ j ) = 1 2 [ I + Q cos ( 2 φ j ) + U sin ( 2 φ j ) ] . ( 1 )

По каждой серии снимков вычислялись оценки параметров Стокса

I ˜ = 2 N j = 1 N I C ( φ j ) , ( 2 )

Q ˜ = 4 N j = 1 N I C ( φ j ) cos ( 2 φ j ) , ( 3 )

U ˜ = 4 N j = 1 N I C ( φ j ) sin ( 2 φ j ) ( 4 )

и ошибка модели:

e r r 2 = 1 N 1 j = 1 N ( I ˜ + Q ˜ cos ( 2 φ j ) + U ˜ sin ( 2 φ j ) I C ( φ j ) ) 2 , ( 5 )

где N - количество кадров; φ j = 2 π j N - угол поворота поляризационного фильтра для кадра j.

Для экспериментов использовался участок пути в районе станции Ржевская Октябрьской железной дороги, г.Москва.

В качестве первого тестового образца был выбран участок пути со сварным рельсовым швом (фиг.2). Из-за нарушения структуры металла в месте сварки при длительной эксплуатации такого рельса возникает впадина, длина которой составляла около 30 см, а максимальная глубина была около 3 мм. Изображение впадины на рельсе, снятое в профиль, приведено на фиг.2.

На фиг.3 приведено изображение впадины на рельсе в естественном свете, а на фиг.4 - после обработки исходного изображения путем оценки параметров Стокса. Преобразованное изображение позволило значительно увеличить контраст впадины на исходном изображении.

Способ, основанный на изменении параметров поляризации электромагнитного излучения видимого диапазона, отраженного от дефектов рельсовых нитей, по сравнению с бездефектными участками пути позволяет использовать в качестве носителя аппаратуры кроме путеизмерительных вагонов и низколетящие летательные аппараты, в том числе и дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА). Использование ДПЛА позволит повысить производительность и оперативность диагностики состояния железнодорожных путей.

Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия «изобретательский уровень», из уровня техники неизвестен также механизм достижения технического результата, раскрытого в материалах заявки.

Похожие патенты RU2489291C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПУТЕВОЙ СТРУКТУРЫ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Алексенко Владимир Михайлович
  • Насельский Павел Давидович
  • Рубан Владимир Григорьевич
RU2096221C1
ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СОСТАВА 2013
  • Разевиг Владимир Всеволодович
  • Ивашов Сергей Иванович
  • Бугаев Александр Степанович
  • Ивашов Александр Иванович
RU2518078C1
Способ получения радиолокационного изображения и геометрии поверхности рельсового полотна 2018
  • Журавлев Андрей Викторович
  • Разевиг Владимир Всеволодович
RU2683120C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ И ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 2011
  • Лазарев Сергей Григорьевич
  • Кибкало Алексей Алексеевич
  • Клочков Василий Васильевич
  • Славинская Татьяна Зиновьевна
  • Мягков Борис Анатольевич
RU2487809C2
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ ПЕРЕД ДВИЖУЩИМСЯ ПОЕЗДОМ 2011
  • Епифанцев Борис Николаевич
  • Ахмеджанов Равиль Абдрахманович
  • Федотов Александр Анатольевич
RU2490153C1
Способ определения положения центров шпал рельсового пути 2023
  • Штрунова Екатерина Сергеевна
RU2821619C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОДОЛЬНО-НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ 2014
  • Костюк Олег Михайлович
RU2555070C1
СПОСОБ МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ 2016
  • Карабутов Александр Алексеевич
  • Воротилкин Алексей Валерьевич
  • Крылов Александр Игоревич
  • Крылов Игорь Петрович
  • Лёвин Борис Алексеевич
  • Липа Кирилл Валерьевич
  • Лесун Анатолий Федорович
  • Охотников Денис Александрович
  • Славинский Михаил Дмитриевич
RU2636827C1
СПОСОБ МОНИТОРИНГА ИЗНОСА ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ КОЛЕСА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ 2007
  • Кучинский Константин Иванович
  • Патерикин Владимир Иванович
  • Плотников Сергей Васильевич
RU2337031C1
ВЫПРАВОЧНО-ПОДБИВОЧНО-РИХТОВОЧНАЯ МАШИНА ДЛЯ ВЫПРАВКИ И КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ВЫПРАВОЧНО-ПОДБИВОЧНО-РИХТОВОЧНОЙ МАШИНЫ 2010
  • Ершова Кира Борисовна
  • Петуховский Вячеслав Васильевич
  • Петуховский Сергей Вячеславович
  • Холин Алексей Евгеньевич
  • Юдин Борис Александрович
  • Араканцев Константин Геннадьевич
  • Пантюшин Антон Валерьевич
  • Тимофеев Александр Николаевич
RU2443826C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 489 291 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРОВНОСТЕЙ И ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. Способ заключается в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видеотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка. По измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры. При этом производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса. В результате обеспечивается возможность определять дефекты и неоднородности рельсового пути любого размера и применять его с любого носителя, включая воздушный. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 489 291 C1

Способ оптического определения дефектов рельсового пути, заключающийся в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видеотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка, и по измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры, отличающийся тем, что производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2489291C1

СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПУТЕВОЙ СТРУКТУРЫ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Алексенко Владимир Михайлович
  • Насельский Павел Давидович
  • Рубан Владимир Григорьевич
RU2096221C1
Имитатор воздействия подповерхностных дефектов для вихретоковых дефектоскопов с проходными преобразователями 1988
  • Шкатов Петр Николаевич
  • Шишкарев Александр Анатольевич
  • Касимов Геннадий Анатольевич
  • Палеес Евгений Эммануилович
SU1619151A1
Способ получения дипиридилгунидина и его производных 1933
  • Топчиев К.С.
SU38148A1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП "ЛАСТОЧКА" 2001
  • Бобров В.Т.
  • Тарабрин В.Ф.
  • Одынец С.А.
  • Кулешов Р.В.
RU2231783C2
МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ПОРОШОК ЦИНКА ДЛЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ, СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ И МУФТА С ТЕРМОДИФФУЗИОННЫМ ЦИНКОВЫМ ПОКРЫТИЕМ 2008
  • Галин Рашит Галимович
  • Марков Дмитрий Всеволодович
  • Прилуков Сергей Борисович
  • Ладыгин Сергей Александрович
  • Осинцев Александр Николаевич
  • Данилов Владимир Александрович
  • Демидова Ольга Владимировна
RU2383413C1

RU 2 489 291 C1

Авторы

Ивашов Сергей Иванович

Разевиг Владимир Всеволодович

Лёвин Борис Алексеевич

Бугаев Александр Степанович

Воробьев Владимир Борисович

Недорчук Борис Лаврентьевич

Даты

2013-08-10Публикация

2012-02-01Подача