ES2209601B1 - Sistema de auscultacion, registro y tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energia a unidades motrices de ferrocarril. - Google Patents
Sistema de auscultacion, registro y tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energia a unidades motrices de ferrocarril.Info
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Abstract
Sistema de auscultación, registro y tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energía a unidades motrices de ferrocarril. Permite realizar un mantenimiento más objetivo y rentable de las instalaciones de la red de electrificación del metro. Se consigue la medida y control de los siguientes parámetros: altura del hilo de contacto con relación al nivel de carriles, descentramiento del mismo respecto al eje de rodadura de los trenes, desgastes producidos en el hilo de contacto con su exacta localización, grabación en vídeo de la imagen explorada y generación de gráficos e informes sobre papel para su análisis posterior. El desgaste de la catenaria se obtiene por observación digital del hilo mediante una o más cámaras (6, 7), por la diferencia de color de la zona desgastada por el rozamiento y en contraste con el resto más oscuro por suciedad y oxidación. La imagen se procesa en tiempo real, determinándose el número de hilos (14), el ancho (15) de la zona brillante de cada uno, ypor su posición en la imagen, su descentramiento. Existen sensores de posición (LVDT) (4) en un eje de rodadura y en un pantógrafo de medida (1) ubicado en el techo de un vagón específico, para medir la altura de la catenaria.
Description
Sistema de auscultación, registro y tratamiento
de desgaste de la catenaria de suministro de energía a unidades
motrices de ferrocarril.
La presente invención, según lo expresa el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de
auscultación, registro y tratamiento de desgaste de la catenaria de
suministro de energía a unidades motrices de ferrocarril, con el
que se permite realizar un mantenimiento más objetivo y rentable de
las instalaciones de electrificación.
Los parámetros que se pretenden medir y
registrar son:
- Altura del hilo o hilos de contacto con
relación al nivel de carriles.
- Descentramiento del hilo o hilos de contacto
con relación al eje de rodadura de los trenes.
- Desgastes producidos en el hilo o hilos de
contacto con su exacta localización.
- Grabación en vídeo de la imagen explorada.
- Generación de gráficos e informes sobre papel
para su análisis posterior.
En líneas generales, el sistema de auscultación,
registro y tratamiento de desgaste de la catenaria del metro, que
constituye el objeto de la invención, establece la medida del
desgaste de la catenaria mediante la observación digital del hilo,
debido a la diferencia de color de la zona desgastada por el
rozamiento (zona brillante) y el contraste con el resto, más oscuro
por el efecto de la suciedad y 1a oxidación. La imagen obtenida es
procesada en tiempo real, determinándose el número de hilos, el
ancho de cada uno (zona brillante) y, por su posición en la imagen
su descentramiento.
La altura de la catenaria con respecto al plano
de la vía se determina gracias a varios sensores de posición (LVDT)
colocados en un eje de rodadura y en el pantógrafo de medida. La
composición de esas medidas da la posición de la altura del hilo o
hilos de contacto respecto al nivel de carriles.
El sistema genera dos imágenes de vídeo: una
digital a partir de la imagen procesada de la catenaria, y otra
analógica, de conjunto, a partir de una segunda cámara en el techo
del vagón. El sistema superpone en las imágenes de vídeo los datos
de situación (P.K., Sensor de Recorrido), medidas del desgaste de
la catenaria en cada hilo y, opcionalmente, señal de audio de
comentarios del utilizador.
Físicamente, el equipo consta de:
- Un módulo de cámara y pantógrafo de medida,
que se ubica en el techo del vagón y que contiene el sistema óptico
de medidas de desgaste del hilo y el sistema de medida de altura
del hilo de la catenaria respecto al techo del vagón, junto con una
segunda cámara de conjunto.
- Un sistema de medida en el eje de ruedas, que
registran el trayecto recorrido e incluyen sensores de posición
para determinar la posición del vagón respecto del plano de la
vía.
- Un sistema electrónico e informático, desde
donde se controla el sistema, instalado en el interior del
vagón.
La instalación de todos los componentes
(pantógrafo de medida, módulo de cámara, sistema de medida de
ruedas, equipos electrónicos y sistema informático) necesitan de un
vagón especifico en el que ir instalados de forma permanente. Esto
conlleva las siguientes ventajas:
- Disponibilidad de realizar medidas de forma
instantánea, sin tiempos muertos de montaje de los distintos
elementos en otro vagón. Téngase presente que el sistema de
registro de altura de los hilos se basa en suponer que los
distintos sensores están colocados en posiciones determinadas y
conocidas. Cualquier variación debido a cambios de posición
(distintos tipos de vagón) supondría reajustar el sistema de
medida.
- Eliminar el eje de ruedas supletorio,
acoplando los sensores de distancia recorrida (y medida de altura)
al propio eje del tren, con la consiguiente reducción de los
problemas mecánicos que el arrastre de un eje de ruedas accesorio
puede originar.
- Mayor ergonomía en el puesto de trabajo a la
hora de manejar el equipo, ya que seria posible ubicar el equipo
informático en una mesa de trabajo, en lugar de un rack de
transporte.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de
esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en
cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
Figura 1.- Es una vista en alzado longitudinal,
de un vagón que incluye los componentes del sistema de
auscultación, registro y tratamiento de desgaste de la catenaria
del metro, objeto de la invención.
Figura 2.- Es una vista en alzado frontal, de lo
mostrado en la figura 1.
Figura 3.- Es una vista en alzado longitudinal, a
mayor escala, del pantógrafo de medida con las diferentes cámaras
que lleva acopladas.
Figura 4.- Es una vista lateral de lo mostrado
en la figura 3.
Figura 5.- Es una vista en alzado longitudinal
del módulo de cámara para digitalizar la imagen y realizar la
medida, que incluye un sistema de prisma óptico.
Figura 6.- Es una vista en planta de lo mostrado
en la figura 5.
Figura 7.- Es una vista esquemática en alzado
frontal, de un eje de ruedas en el que se encuentran acoplados los
sensores de recorrido y de posición como sistemas de medida.
Figura 8.- Es una vista esquemática en alzado
lateral, de lo mostrado en la figura 7.
Figura 9.- Es una vista esquemática donde se
establece el sistema de medida del desgaste de la catenaria,
visualizado por una o varias cámaras.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras, podemos ver cómo el sistema de auscultación, registro y
tratamiento de desgaste de la catenaria del metro, que la
invención propone, incluye un pantógrafo referenciado en general
con el número 1 montado en el techo de un vagón 2, materializado un
sistema mecánico, similar a un pantógrafo guía, con muelles y
resorte, en el que se encuentra montada una cámara CCD lineal 3
para digitalizar la imagen y realizar la medida. Esto permite
minimizar los efectos de variación en el campo de enfoque de la
cámara y obtener una mayor precisión en la medida del desgaste.
Esta cámara digital 3 registra sólo líneas.
En el pantógrafo de medida 1 se encuentra
montado un sensor de posición (LVDT) 4 que mide las variaciones de
altura del hilo con el que hace contacto, y el techo del vagón
2.
En la base 5 del pantógrafo de medida 1 se
instala otra cámara de vídeo 6 para registro de la imagen de
conjunto (no solo del cable de catenaria) y su correspondiente
sistema de iluminación. Esta cámara registra una imagen completa
(no sólo de líneas).
El pantógrafo 1 dispone de un sistema de
subida-bajada (como un pantógrafo convencional)
manejado desde el puesto de control, para acionarlo, por ejemplo,
en los tramos en los que no esté instalada catenaria.
En las figuras 5 y 6 podemos ver a mayor escala
y mostrado de forma esquemática, el módulo de cámara 3 en el que se
encuentra montada la cámara propiamente dicha 7 y el prisma óptico
8 para que este dispositivo de medida tenga poca altura.
En el pantógrafo de medida 1 se encuentran
también montados unos dispositivos de iluminación y los apoyos
mecánicos 9 en el hilo de contacto (anterior y posterior).
Gracias al poco peso del conjunto, la fuerza
necesaria para el contacto con la catenaria es mínima, eliminando
prácticamente la posible distorsión introducida en la posición de
la misma.
El sistema de medida incluye también los
sensores de recorrido (encoders de pulsos) que están instalados en
un eje 10 de ruedas, referenciados con el número 11 y montados uno
en cada rueda 12 midiéndose con ellos el trayecto recorrido. El
valor se obtiene haciendo la media entre los dos sensores 11, para
compensar las diferencias producidas por los radios de curvatura. A
partir de esta medida y en función del tiempo, se determina la
velocidad del vagón.
El sistema de medida en el eje de ruedas 10
incluye también dos sensores de posición (LVDT) referenciados en
general con el número 13, uno por cada rueda 12.
Mediante los sensores de desplazamiento se
registra la posición (altura y balanceo) del vagón 2 respecto del
plano de vía.
Los elementos de medida de este dispositivo van
integrados en un eje convencional estandar.
El sistema de auscultación, registro y
tratamiento del desgaste, se realiza en el equipo instalado en el
interior del vagón y que consta de:
- Un sistema electrónico que realiza las
funciones de acondicionamiento de los sensores, digitalización de la
señal de vídeo y la extracción de medidas.
- Sistema informático, basado en un ordenador,
pantalla, ratón y teclado, desde donde se maneja el sistema.
- Dos monitores de vídeo para visualizar las
imágenes de las dos cámaras 3 y 6.
- Dos grabadores de vídeo.
- Impresora para listados e informes.
Con esta disposición, el funcionamiento del
equipo para la determinación de los parámetros que se pretenden
medir y registrar, es el que indicamos a continuación.
La altura del hilo de contacto con relación al
nivel de carriles, así como el descentramiento del mismo con
respecto al eje de rodadura, la determina el sistema mediante:
- Los sensores de posición del vagón respecto a
la vía.
- El sensor de altura del hilo respecto al techo
del vagón.
- La altura del vagón (dato fijo).
- El descentramiento medido por la cámara de
visión 7.
El desgaste producido es interpretado por el
sistema a partir de la imagen suministrada por la cámara 7 que
enfoca por intermedio del prisma óptico 8, a la parte inferior de
la catenaria.
La distancia recorrida la dan los sensores
instalados en el eje, permitiendo al sistema informático la
identificación de las medidas realizadas con respecto a su
ubicación en el túnel (P.K.). Además, y mediante la sincronización
con el sistema de balizas, se determina el punto exacto en donde se
encuentra.
El sistema funciona en un entorno Windows,
realizándose el manejo en un puesto de control mediante un
ordenador personal, con su correspondiente monitor, teclado y
ratón. Las imágenes de las dos cámaras (3, 6) se visualizan en los
dos monitores de vídeo. En estos monitores se superpone la
información numérica relativa a: medida de desgaste del hilo,
(P.K.), distancia recorrida, tiempo, etc. La imagen de estos
monitores es enviada a los grabadores de vídeo. Los monitores
pueden ser usados para la visualización de cintas ya grabadas con
anterioridad, para proceder a su análisis.
El sistema admite la programación de alarmas de
desgaste máximo y mínimo.
Está previsto que el sistema digitalice de forma
continua líneas, a una velocidad de 1.500 líneas por segundo. Estas
líneas son procesadas en tiempo real, obteniéndose de cada línea el
número de hilos, la posición de cada hilo y la anchura del desgaste
de cada hilo. Estas medidas obtenidas y calculadas son comparadas
con las alarmas prefijadas, todo ello en tiempo real. A esta
información se le asocia la posición dentro del túnel (P.K.) y el
momento en que han sido tomadas. Todo el conjunto de información
(cada medida) es registrado en soporte magnético por si fuera
necesario su posterior listado o generación de informes. En una
tabla se relaciona la distancia entre medidas en función de la
velocidad del tren.
Las funciones de acondicionamiento de sensores
de medida de desplazamiento, sensores de recorrido, digitalización
de la señal de vídeo y extracción de medidas, cálculo de alarmas y
generación de éstas informaciones superpuestas al vídeo, la realiza
el sistema electrónico. Este módulo también controla la
subida-bajada del pantógrafo de medida 1.
A partir de los datos tomados pueden generarse
listados e informes por la impresora del sistema. Estos
incluyen:
- Desgaste de cada hilo de la catenaria, con
indicación de alarmas.
- Altura de la catenaria respecto del plano de
vía.
- Descentramiento del cable respecto del eje de
la vía.
- Referencia del P.K.
- Registro del momento en que se realiza cada
punto del ensayo programado.
En un ejemplo de realización de la invención,
para el sistema de visión se ha elegido una cámara digital CCD de
una sola línea y una elevada resolución, en lugar de usar varias
cámaras convencionales, por las siguientes ventajas:
- Uso de una sola óptica (un sólo ajuste) en
lugar de múltiples ópticas para cada cámara, lo que además, redunda
en el coste.
- No hay necesidad de alineación mecánica entre
las distintas cámaras.
- El sistema de una sola cámara, montada en el
pantógrafo de medida 1 es mucho más ligero, permitiendo que ésta
vaya a una distancia fija del cable (casi en contacto con él), con
lo que se minimizan los problemas de desenfoque.
- La digitalización es sobre una sola línea (lo
que se desea medir), no una imagen, lo que resulta de una
simplificación en el hardware asociado, tanto para su
digitalización como en su salvado y posterior proceso.
- Al ser una cantidad de información mucho menor
a procesar, el sistema permite informar al usuario en tiempo real,
tanto de los resultados de medición como de las alarmas
programadas, es decir, en el mismo instante (y lugar) en que se
detecta el problema, y sin esperar a su posterior procesado.
Se ha elegido el sistema de seguimiento en
altura de la catenaria porque se ha dado prioridad a la medida del
desgaste del hilo, para lo cual se requiere que los parámetros como
el enfoque y profundidad de campo, permanezcan lo más inalterable
posible.
El sistema de medida del desgaste de la
catenaria, registra con una sola cámara 7 visualizando la parte
inferior de dicho cable. En el caso de curvas o zonas en las que
puedan producirse otro tipo de desgastes (desgaste tangencial), los
resultados obtenidos pueden no ser del todo correctos. Para
minimizar este problema y acorde con lo mostrado en la figura 9, es
posible ampliar el sistema de visión a más de una cámara 7, que
registren el cable de la catenaria desde más de un ángulo de
visión. En la posición a) de esta figura 9, se muestra
esquemáticamente el desgaste en la parte inferior del hilo 14 con
una determinada amplitud, siendo registrado por la cámara a través
del prisma 8. En la posición b) se observa el desgaste tangencial
15 del hilo 14, visualizado también por una sola cámara a través
del prisma 8.
En la posición c) de la figura 9 a la que
estamos ahora haciendo referencia, se puede observar el desgaste
tangencial 15 del hilo 14, pero registrado por más de una cámara
con sus respectivos prismas ópticos 8.
El registro y comparación entre las distintas
cámaras de cada ángulo de visión permitiría determinar desgastes
tangenciales con una mayor precisión. Esta ampliación del sistema
estarla condicionada, como es lógico, a los resultados obtenidos
con una sola cámara.
Claims (4)
1. Sistema de auscultación, registro y
tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energía a
unidades motrices de ferrocarril, con el que se consigue la medida
de los siguientes parámetros: altura del hilo o hilos de contacto
con relación al nivel de carriles, descentramiento del hilo o hilos
de contacto con relación al eje de rodadura de los trenes,
desgastes producidos en el hilo o hilos de contacto con su exacta
localización, grabación en vídeo de la imagen explorada, y
generación de gráficos e informes sobre papel para su análisis
posterior, caracterizado porque la medida de la altura de la
catenaria se determina mediante sensores de posición (LVDT) (4),
colocados en un eje de rodadura y en un pantógrafo de medida (1)
ubicado en el techo de un vagón especifico; determinándose la
medida del desgaste de la catenaria mediante la observación digital
del hilo (14), basándose en la diferencia de color de la zona
desgastada por el rozamiento (zona brillante) y el contraste con el
resto, más oscuro por efecto de la suciedad y oxidación, siendo
procesada en tiempo real la imagen obtenida, en correspondencia
con el número de hilos (14), el ancho de la zona brillante (15) de
cada uno, y por su posición en la imagen, su descentramiento;
existiendo un sistema electrónico e informático de control,
instalado en el interior del vagón.
2. Sistema de auscultación, registro y
tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energía a
unidades motrices de ferrocarril, según reivindicación 1,
caracterizado porque se generan dos imágenes de vídeo: una
digital a partir de la imagen procesada de la catenaria, y otra
analógica, de conjunto, a partir de una segunda cámara (6) ubicada
en el techo del vagón, controlándose por superposición en las
imágenes de vídeo los datos de situación, medidas del desgaste de
la catenaria en cada hilo (14) y opcionalmente, una señal de audio
de comentarios del controlador.
3. Sistema de auscultación, registro y
tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energía a
unidades motrices de ferrocarril, según reivindicación 2,
caracterizado porque la cámara (7) para digitalizar la
imagen y realizar la medida es CCD lineal y forma parte de un
módulo de cámara (3) donde también se encuentra una óptica con un
prisma reflector (8) para que tenga poca altura, estando montada en
el pantógrafo de medida (1) en posición muy próxima al cable de la
catenaria para precisión en la medida.
4. Sistema de auscultación, registro y
tratamiento de desgaste de la catenaria de suministro de energía a
unidades motrices de ferrocarril, según reivindicación 1,
caracterizado porque los sensores (11) ubicados en el eje de
ruedas (10), miden el recorrido de una y otra ruedas y la posición
(altura y balanceo) del vagón respecto del plano de guía.
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