СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ТОКОСЪЕМНИКА Российский патент 2017 года по МПК B60L5/20 G01N21/88 G01B11/03 G01B11/24 G06K9/20 G06T7/00 

Изобретение относится к системе для определения состояния токосъемника приводимого в действие электричеством транспортного средства согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Приводимые в действие электричеством транспортные средства оснащены токосъемником для передачи электрической энергии между системой контактной сети и электрическим приводом транспортного средства. Такие транспортные средства известны в качестве рельсовых транспортных средств, например электрических моторовагонных поездов или электрических локомотивов, или также в качестве нерельсовых транспортных средств, например троллейбусов в общественном транспорте или дизельэлектрических грузовых автомобилей на предприятиях горнодобывающей промышленности. Токосъемники содержат гибкие каркасы в форме штанг, пантографа или полупантографа, которые с помощью подъемного устройства регулируют в диапазоне между опущенной позицией покоя и расправленной эксплуатационной позицией. В эксплуатационной позиции обеспечивается электрический скользящий контакт между токосъемником и проходящим вверху контактным проводом системы контактной сети. Системы контактной сети для рельсовых транспортных средств являются, как правило, однополюсными, то есть содержат один выполненный в качестве подводящего провода контактный провод, причем заземленные шины рельса используют в качестве обратного провода. Безрельсовые транспортные средства содержат токосъемник с двумя изолированными друг от друга контактными накладками токоприемника, которые находятся в контакте с двумя контактными проводами, выполненными в качестве подводящего провода и обратного провода двухполюсной контактной сети. В то время как контактные накладки токоприемника при штанговых токосъемниках расположены в принудительно направляемых полюсных башмаках, в случае дуговых токоприемников они выполнены в качестве удлиненных контактных вставок, которые удерживаются в балансире, который несет каркас, и ориентированы параллельно поперечной оси транспортного средства.

Поскольку контактные накладки вследствие трения о контактный провод подвержены обусловленному эксплуатацией износу, они подлежат замене через равномерные промежутки времени. В результате своего существенного значения для энергоснабжения транспортного средства токосъемники подвергаются визуальному контролю обслуживающим персоналом с целью контроля состоянии токосъемника. Состояние контактных накладок токоприемника оценивают на основании степени износа поверхностей скольжения на всей рабочей ширине контактной накладки токоприемника, на основании возможных дефектов, например сколов и трещин, а также на основании позиции и ориентации башмака токосъемника на балансире. Однако состояние контактной накладки токосъемника определяет также позицию и ориентацию балансира на каркасе или самого каркаса, которые в результате деформаций могут отклоняться от своей исходной формы и в результате этого могут привести к ошибочным функциям.

Для сигнализации состояния износа на контактных накладках токоприемника из документа DE 102004001799 A1 известно устройство с датчиками, которое состоит из внедренных в контактные накладки токосъемника глухих отверстий и из блока контроля, которые соединены между собой с помощью каналов передачи. В глухих отверстиях расположена среда, вырабатывающая сигналы при определенном состоянии износа, а в каналах передачи расположена среда, передающая эти сигналы к блоку контроля. Вырабатывающая и передающая сигнал среда может представлять собой сжатый воздух, электрический проводник или световод.

Документ DE 102005042087 В3 раскрывает способ определения состояния токосъемника, который содержит в продольном направлении две краевых области, а также одну центральную позицию, которые соответственно оснащены позицией измерения продольных деформаций. В позициях измерения продольных деформаций определяют механические относительные удлинения токосъемника, вызванные силой контакта между контактным проводом и токосъемником. Фактический износ контактной накладки токоприемника рассчитывают на основании фактической силы контакта, которую определяют на основании удлинений в краевых областях, и определяют удлинение, определенное в центральной позиции. Места измерения удлинений могут быть образованы датчиками Брэгга.

Документ DE 102009006392 A1 описывает устройство для контроля соответствующего эксплуатации состояния и состояния износа скользящих контактных устройств приводимых в действие электричеством рельсовых транспортных средств. Скользящие контактные устройства расположены на соответственно опускаемом и поднимаемом устройстве пантографа. Сеть электропитания содержит расположенную выше транспортного средства линию тока, которая расположена подвешенной на большом количестве расположенных на расстоянии друг от друга опорах. На по меньшей мере одной опоре или на линии тока расположена система распознавания изображений для автоматического распознавания изображений скользящего контактного устройства проезжающего мимо транспортного средства. Система распознавания изображений содержит несколько электронных камер, которые соответственно ориентированы под другим углом зрения относительно скользящего контактного устройства. Съемки изображений передаются в качестве взаимосвязанного комплекта изображений на компьютер для обработки/или оценки изображений. Теперь человек-оператор визуально рассматривает на мониторе записанные изображения, причем его работа может быть облегчена или поддержана посредством использования программы с помощью базирующегося на программном обеспечении распознавания изображений.

Часто качество записанных видеоизображений не является достаточно качественным для обеспечения возможности надежного автоматизированного распознавания состояния. Более того, необходимо привлечение опытного персонала технического обслуживания к визуальному анализу видеоизображений, что делает распознавание состояние токосъемника длительным по времени и затратным.

По этой причине задачей изобретения является представление соответствующей родовому признаку системы, с помощью которой можно автоматически более быстро и надежно распознавать фактическое состояние токосъемника.

Задача решена с помощью системы для определения состояния токосъемника описанного выше типа с признаками, указанными в отличительной части п. 1 формулы изобретения. Исходя из устройства с видеокамерами для цифровой записи изображений токосъемника и устройства для оценки изображений для оценки записей изображений с использованием обработки данных токосъемник приводимого в действие электрическом транспортного средства содержит в соответствии с изобретением оптически распознаваемые маркировки, позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет могут быть автоматически распознаны с помощью устройства оценки изображений. Главной идеей изобретения является оснащение подлежащего исследования токосъемника маркировками, изменения которых вследствие износа или деформаций могут быть быстро и надежно распознаны на записанном видеоизображении токосъемника. За счет ограничения оценки изображения до маркировок в ходе первого грубого этапа могут быть определены интересующие области изображения, в которых расположены маркировки, и в ходе второго точного этапа может быть произведена оценка лишь данных изображения интересующей области изображения для определения точных признаков маркировкой, таких как позиция, форма, содержимое поверхности или цвет. Это существенно экономит время вычисления при оценке изображения. Кроме того, это упрощает оценку, в результате чего состояние токосъемника можно определить с более высокой надежностью.

В одной предпочтительной форме соответствующей изобретению системы скользящий башмак содержит простирающуюся в направлении износа маркировку, позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет которой изменяются с возрастанием износа. Так, пронизывающие скользящий башмак или нанесенные на него снаружи маркировки могут быть предусмотрены с одним контрастным цветом или наложенными друг на друга слоями контрастного цвета, которые стираются в результате износа и при этом изменяют свою геометрическую форму, и/или свое содержимое поверхности, или свою свободно расположенную красочную поверхность.

Предпочтительно контактная накладка соответствующей изобретению системы содержит на своей рабочей стороне проходящую насквозь маркировку или несколько маркировок, расположенных на расстоянии друг от друга. За счет расстояния между маркировками можно несложным образом определить точность определения позиции распознавания состояния износа на протяжении рабочей ширины.

В одном предпочтительном исполнении соответствующей изобретению системы контактная накладка содержит вне своей рабочей ширины маркировку в качестве эталона. За счет этого подверженная износу маркировка может быть сравнена непосредственно на видеоизображении со сравнительными маркировками внутри рабочей зоны контактной накладки.

В одном предпочтительном исполнении соответствующей изобретению системы токосъемник содержит несколько распределено расположенных маркировок, которые при соответствующем эксплуатации состоянии токосъемника имеют определенное положение относительно друг друга. В качестве маркировок позиции в данном случае возможно использование как нанесенных цветовых маркировок, так и формованных конструктивных элементов, которые позволяют быстро определять на видеоизображении маркированную на токосъемнике позицию. В данном случае оценку изображения производят на основании сравнения записанного фактического относительного положения с записанным в память устройства оценки изображений заданным относительным положением, которое соответствует соответствующему конструкции эксплуатационному состоянию токосъемника. Отклонения могут указывать на деформацию или скручивание конструктивных элементов токосъемника.

В одной предпочтительной форме исполнения соответствующей изобретению системы на токосъемнике расположен контрастный щиток, который в направлении рассмотрения видеокамерой формирует фоновую маркировку с высокой контрастностью применительно, по меньшей мере, к одной части токосъемника. За счет этого наряду со сколами частей контактной накладки, которые могут быть распознаны на основании измененного контура скользящего башмака на видеоизображении, может быть также улучшено распознавание трещин в корпусе контактной накладки.

Дальнейшие свойства и преимущества изобретения вытекают из последующего описания примеров исполнения на основании чертежей, которые схематически пояснены в перспективном изображении соответствующей изобретению системы распознавания состояния:

фиг. 1 показывает первый пример исполнения маркировки на контактной накладке,

фиг. 2 показывает второй пример исполнения маркировки на контактной накладке,

Фиг. 3 показывает третий пример исполнения маркировки на контактной накладке,

фиг. 4 показывает четвертый пример исполнения маркировок на контактных накладках и балансире,

фиг. 5 показывает пятый пример исполнения маркировок на контактных накладках,

фиг. 6 показывает шестой пример исполнения маркировок на токосъемнике и

фиг. 7 показывает седьмой пример исполнения маркировок на контактных накладках.

Соответствующая изобретению система для определения состояния токосъемника 1, который изображен в целом на фиг. 6, содержит не изображенное устройство с видеокамерами для цифровой записи изображений токосъемника 1 на находящемся в движении транспортном средстве. Устройство с видеокамерами может содержать одну или несколько видеокамер, размещенных в расположенном на стороне участка движения месте распознавания, которые могут производить съемку токосъемника 1 из различных направлений съемки. Видеокамеры могут быть смонтированы, например, на стреле установки контактной сети для электрификации участка движения, например, железнодорожного пути или автобана. Записи изображений поступают на также не изображенное устройство оценки изображений, которое может быть расположено в пункте распознавания или центральной станции, для информационно-технической оценки. Устройство оценки изображений содержит средства для обработки электронных данных изображений, средства вычисления и запоминания с выполняемыми программами для обработки изображений. Для улучшенной оценки изображений относительно состояния токосъемника токосъемник 1 содержит маркировки М, позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет которых можно надежно распознавать на записанных видеоизображениях с помощью устройства оценки изображений.

В соответствии с фиг. 1 по фиг. 3 контактная накладка 11 токосъемника 1 укреплена на выполненном в качестве полого профиля держателе 12 контактной накладки. Контактная накладка 11 имеет удлиненную форму, которая простирается параллельно поперечной оси Q транспортного средства, и имеет в основном прямоугольное поперечное сечение. Контактная накладка 11 может быть выполнена из угля или меди и в процессе эксплуатации скользит своей обращенной вверх поверхностью S скольжения по не изображенному контактному проводу системы контактной сети. В комбинации из прохождения контактного провода относительно пути движения, из возможных отклонения транспортного средства и из установочных движений токосъемника поперечно продольной оси L транспортного средства предпринимается попытка удержания скользящего контакта с контактным проводом внутри определенной рабочей ширины B, которая не исчерпывает полной ширины контактной накладки 11. В процессе эксплуатации происходит стачивание контактной накладки 11 до рабочей ширины B, так что поверхность S скольжения в большей или меньшей мере равномерно уменьшается в направлении V износа, которое проходит параллельно вертикальной оси H транспортного средства.

В соответствии с фиг. 1 и фиг. 4 на расположенные напротив друг друга продольные стороны контактной накладки 11 контрастной краской нанесены маркировки M_F формы, например, красной краской контактную накладку из угля, которые состоят из поочередно следующих треугольных поверхностей. Треугольные поверхности граничат со своими базовыми сторонами на держателе 12 контактной накладки и сужаются в направлении вверх плоть до их расположенных напротив базовых сторон вершин к кромке продольных сторон к поверхности S скольжения. С возрастающим износом происходит стачивание треугольных поверхностей, так что маркировки M_F формы принимают форму трапеций или четырехугольников. Формы и размеры записанных маркировок M_F формы являются несложными в отношении техники обработки изображений и надежно определяемыми, так что на основании соответствующей высоты одной маркировки M_F формы можно сделать заключение о резерве износа или о наступившем износе в этом месте контактной накладки 11. Износ особенно просто определить в случае, если на записанных видеоизображениях возможно сравнение с различными маркировками M_F формы вне рабочей ширины В. По этой причине эта краевая область контактной накладки 11 маркирована на держателе 12 скользящего башмака эталонными маркировками M_R в форме полос.

В соответствии с фиг. 2 контактная накладка 11 пронизана на протяжении ее ширины рядом имеющих форму стержней маркировок М_C цвета, которые простираются в направлении V износа и составлены из установленных друг на друга сегментов различных цветов. В этом случае маркировка М_C цвета появляется на поверхности S скольжения в соответствующем тому или иному износу цвете, который соответственно может быть несложным образом и надежно распознан на записанных видеоизображениях. Тонина маркировок М_C цвета может быть в этом случае задана посредством соответствующих высот отдельных красочных сегментов.

В соответствии с фиг. 3 контактная накладка 11 пронизана маркировкой M_S содержимого поверхности. Маркировка M_S содержимого поверхности имеет поперечное сечение в форме треугольника и выполнена в качестве включения краски, простирающегося непрерывно или на участках на протяжении ширины контактной накладки 11. Треугольное поперечное сечение граничит своей базовой стороной с держателем 12 контактной накладки и сужается в направлении вверх вплоть до своей расположенной напротив базовой стороны вершины на поверхности S скольжения. С возрастанием износа маркировка M_S содержимого поверхности становится видимой на поверхности скольжения в виде сплошных или прерывающихся полос с увеличивающимся содержимым поверхности и, тем самым, может быть распознана с помощью оценки изображений. Зависимое от износа расширение полосы задают острым углом треугольного поперечного сечения маркировки M_S содержимого поверхности. Для улучшения распознаваемости износа на видеоизображениях возможно комбинирование маркировки M_S содержимого поверхности с выполненной в качестве структуры слоев краски маркировкой цвета М_C в соответствии с фиг. 2.

Во всех исполнениях оптически распознаваемых маркировок M по фиг. 1 - фиг. 3, которые также могут быть комбинированы между собой, может быть надежно распознана характеристика износа на протяжении рабочей ширины B контактной накладки 11.

В соответствии с фиг. 4 балансир 10 токосъемника 1 содержит две проходящие параллельно друг другу и к поперечной оси Q транспортного средства контактных накладки 11, которые расположены одна за другой относительно продольной оси L транспортного средства. Держатели 12 контактных накладок содержат на своих боковых концах отогнутые вниз концевые насадки 13, которые облегчают боковое набегание контактного провода на контактные накладки 11 и соединены между собой и с верхней трубой 9 токосъемника 1 с помощью двух направляющих 14 в форме параллелограмма. На заданных позициях на балансире 10 нанесены маркировки М_P позиции, которые в соответствии с особенностями конструкции имеют определенное относительно положение по отношению друг к другу. Маркировка М_P позиции может быть образована имеющим форму окружности символом с сегментами окружности с различными цветами, в результате чего подлежащая маркировке позиция определена центром окружности и может быть несложным образом и надежно распознана на записанных видеоизображениях. Маркировки М_P позиции расположены, например, на наружных концах концевых насадок 13, а также на переходе к держателям 12 контактных накладок. Теперь при оценке видеоизображений на основании сравнения распознанного фактического относительного положения маркировок М_P позиции с записанным в память заданным относительным движением можно сделать вывод о том, имеют ли каждая из контактных накладок 11 или держатель 12 контактных накладок и концевые насадки 13 деформации, например изгибы или скручивания. По этой причине маркировки М_P позиции могут быть нанесены на направляющие 14 в форме параллелограмма в центральном положении. В результате этого также обеспечивается возможность измерения с помощью техники обработки изображений фактической позиции и фактического положения контактных накладок 11 относительно друг друга и внутри балансира 10 и их сравнения с заданными позициями и заданными положениями. Отклонения свидетельствуют о деформациях или повреждениях этих конструктивных элементов.

В соответствии с фиг. 5 на нижней стороне держателя 12 контактных накладок расположены плоские контрастные экраны 20, которые оснащены более контрастной по сравнению с материалом контактных накладок 11 расцветкой. За счет пригодного расположения и ориентации относительно направления съемки видеокамерой контактные экраны 20 образуют маркировки М_B заднего плана, которые позволяют с помощью оценки изображений лучше распознавать на видеозаписях силуэты, а также корпус контактных накладок 11 для автоматизированного распознавания изломов или даже трещин в контактных накладках 11.

В соответствии с фиг. 6 токоприемник 1 содержит базовую раму 2, которая с помощью электрических изоляторов 3 опирается о не изображенное транспортное средство. Токосъемник 1 содержит шарнирный каркас 4, который содержит нижний рычаг 5, соединенный с базовой рамой через нижнее сочленение 6, и верхний рычаг 7, соединенный с нижним рычагом 5 через верхнее сочленение 7. Верхний рычаг 8 содержит две V-образно исходящих друг из друга от верхнего сочленения 7 поперечины, концы которых соединены верхней трубой 9, которая проходит параллельно поперечной оси Q транспортного средства. Верхняя труба 9 образует вращательную пару балансира 10, вокруг которой укреплены с возможностью поворота обе несущих контактные накладки 11 направляющие 14 в форме параллелограмма. На базовой раме 2 расположено подъемное устройство 16, которое приводят в действие с помощью исполнительной штанги 15, соединяющей расположенное на стороне рамы сочленение 18. С помощью расположенного на стороне рамы сочленения 19 исполнительная штанга 15 соединена с верхним рычагом 8. За счет привода в действие подъемного устройства 16 имеющий форму полупантографа каркас 4 может перемещать балансир 10 между нижней позицией покоя и верхней эксплуатационной позицией, в которой происходит прижим контактных накладок 11 к не изображенному контактному проводу для установления скользящего контакта. Для того чтобы при движениях подъема и опускания балансира 10 контактные накладки 11 удерживались на одинаковой высоте, одна из направляющих 14 в форме параллелограмма и нижний рычаг 5 соединены между собой с помощью направляющей штанги 17. Наряду с уже изображенными маркировками М_P на балансире 10 нанесены также маркировки М_P позиции на сочленения 7, 18 и 19, а также на базовую раму. Вследствие их принудительного направления маркировки М_P позиции на сочленениях 7 и 9, а также маркировки М_P позиции на балансире 10 могут перемещаться лишь по определенным траекториям, которые имеют фиксированное относительное положение применительно к фиксированным маркировкам М_P позиции на базовой раме 2 и на сочленении 1. Распознанное с помощью оценки изображений отклонение маркировок позиции от их заранее заданных траекторий позволяет сделать вывод о деформациях в каркасе 4 или балансире 10 и может указывать на ограниченную эксплуатационную пригодность или эксплуатационную непригодность токосъемника 1.

В соответствии с фиг. 7 маркировки М_P позиции могут быть также образованы формованными конструктивными элементами 21, которые расположены на определенных позициях балансира 10 токосъемника 1 и имеют наружную ограничительную линию формы конструктивного элемента, которая может быть легко распознана на основании оценки изображения. В изображенном примере исполнения на каждом держателе 12 контактных накладок в концевой области контактных накладок смонтированы круглые формованные конструктивные элементы 21, центральная точка которых определяет определенную позицию и поверхности которых определяют определенную плоскость. В эксплуатационном состоянии токосъемника 1 четыре формованных конструктивных элемента 21 могут определять одну и ту же плоскость. За счет распознавания обоюдного фактического положения этих маркировок М_P позиции, а также полученных посредством направления съемки видеокамерой эллиптических фактических форм наружной ограничительной линии формованных конструктивных элементов 21 можно сделать заключение о деформациях, например изгибании или скручивании, конструктивных элементов балансира 10.

Изобретение относится к токоприемникам транспортных средств. Система для определения состояния токосъемника транспортного средства содержит устройство с видеокамерами для цифровой съемки изображений токосъемника и устройство для оценки записанных изображений на основе технологии сбора, передачи и обработки данных. Токосъемник содержит оптически распознаваемые маркировки (M_P, M_F, M_S, M_C, M_B), позиция, и/или форма, и/или содержание поверхности, и/или цвет которых автоматически определяется устройством оценки изображений. Контактная накладка токосъемника содержит протирающуюся в направлении (V) износа маркировку (M_P, M_F, M_S, M_C), позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет которой изменяются с возрастанием износа. Технический результат заключается в более быстром и надежном распознании фактического состояния токоприемника. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для определения состояния токосъемника (1) приводимого в действие электричеством транспортного средства, содержащая устройство с видеокамерами для цифровой съемки изображений токосъемника (1) и устройство оценки изображений для оценки записанных изображений на основе технологии сбора, передачи и обработки данных, причем токосъемник (1) содержит оптически распознаваемые маркировки (M_P, M_F, M_S, M_C, M_B), позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет которых автоматически определяется устройством оценки изображений, отличающаяся тем, что контактная накладка (11) токосъемника (1) содержит протирающуюся в направлении (V) износа маркировку (M_P, M_F, M_S, M_C), позиция, и/или форма, и/или содержимое поверхности, и/или цвет которой изменяются с возрастанием износа.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контактная накладка (11) имеет на своей рабочей ширине (В) сквозную маркировку (M_P, M_F, M_S, M_C) или несколько расположенных на расстоянии друг от друга маркировок (M_P, M_F, M_S, M_C).

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что контактная накладка (11) содержит вне своей рабочей ширины (В) маркировку (M_R) в качестве эталона.

4. Система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что токосъемник (1) содержит несколько расположенных с распределением маркировок (M_P), которые при эксплуатационном состоянии токосъемника (1) имеют заданное взаимное положение.

5. Система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что на токосъемнике расположен контрастный экран (20), который в направлении съемки видеокамеры создает высококонтрастную фоновую маркировку (M_B) для по меньшей мере одной части токосъемника (1).

6. Система по п. 4, отличающаяся тем, что на токосъемнике расположен контрастный экран (20), который в направлении съемки видеокамеры создает высококонтрастную фоновую маркировку (M_B) для по меньшей мере одной части токосъемника (1).