ES2248393T3 - Inspeccion de los hilos de toma de catenarias conforme a la condicion de scheimflug controlada. - Google Patents
Inspeccion de los hilos de toma de catenarias conforme a la condicion de scheimflug controlada.Info
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Abstract
Equipo para la captación óptica del desgaste en hilos de toma (10) de catenarias para vehículos accionados eléctricamente, con al menos una unidad de iluminación con proyectores (1, 1'') para iluminar el correspondiente tramo del hilo de toma (10), con al menos una cámara de línea (2, 2'') con objetivo (21) y plano de la imagen (22) para la toma de los puntos de la imagen por líneas de un tramo del hilo de toma (10) momentáneamente iluminado, con una unidad de evaluación (50) electrónica prevista para la evaluación de la imagen.
Description
Inspección de los hilos de toma de catenarias
conforme a la condición de Scheimflug controlada.
La presente invención se refiere a un equipo para
la captación óptica del desgaste en los hilos de toma de catenarias
para vehículos accionados eléctricamente. En ferrocarriles
eléctricos, a los cuales se lleva la corriente eléctrica a través
del hilo de toma de catenarias, desgasta la toma de corriente de la
locomotora durante la marcha con el contacto deslizante de su toma
de corriente material en la parte inferior de contacto del hilo de
toma. Cuando aumenta el desgaste, es decir, cuando aumenta el
material eliminado, aumenta la resistencia eléctrica del hilo de
toma y aumenta también el peligro de una rotura del hilo de toma.
Las normas en vigor de los correspondientes operadores ferroviarios
consideran entonces no crítica una reducción de la sección que
conduce la corriente del hilo de toma cuando la misma es inferior a
aprox. 20% del valor inicial. Por lo tanto, ha de preverse, para
evitar perturbaciones de funcionamiento, captar el desgaste que
resulta en el hilo de toma a intervalos razonables de tiempo.
Una inspección del hilo de toma de una catenaria
debe realizarse insertado en el funcionamiento normal ferroviario,
sin perturbar apreciablemente la seguridad del funcionamiento y la
secuencia regular del mismo. También debe realizarse esta actividad
de inspección de tal manera que no pueda presentarse peligro alguno
para las personas debido a las medidas que se tomen para la
captación óptica automática.
Desde hace mucho tiempo se conoce la práctica de
controlar los hilos de toma mediante comprobación visual y dado el
caso medición manual mediante una persona. Esto es así por ejemplo
porque ya según la experiencia deben ser captados estrechamientos
que se extiendan sólo aproximadamente entre 2 y 3 cm de longitud en
el hilo de toma, que se presenten debido a un fuerte calentamiento
local del hilo de toma. Un calentamiento tan fuerte es por ejemplo
la consecuencia de un elevado consumo de corriente al arrancar
locomotoras de pesados trenes de mercancías.
La evolución del estado de la técnica condujo ya
a varios procedimientos de funcionamiento automático y aparatos para
la inspección competente de catenarias. Como especialmente orientada
hacia el hilo de toma, hay que citar la DE-29 509
202 U1. La misma describe un sistema de medida que está compuesto
por una cámara CCD y una fuente de luz. Éstas están montadas en los
extremos contrapuestos de un contacto deslizante de una toma de
corriente. Esta cámara "observa" en dirección horizontal por
encima del contacto deslizante la fuente de luz contrapuesta y capta
con ello la altura residual del hilo a trasluz. Es un inconveniente
en esta solución que la velocidad del vehículo de medición sobre el
que se encuentra la toma de corriente está limitada a unos 60 Km/h.
Deben por tanto haberse tomado medidas precisamente en este
dispositivo mediante las cuales en la zona de las agujas pueda
levantarse el hilo de toma que cruza, para que las partes del
dispositivo que sobresalgan forzosamente hacia arriba por encima de
la toma de corriente puedan deslizar más allá por debajo de este
hilo que cruza. Cuando hay varios hilos de toma que discurren en
paralelo aproximadamente a la misma altura, lo cual se presenta por
ejemplo en las zonas de solapamiento y/o en un sistema de doble hilo
de toma, puede captarse sólo una sombra total, sin poder hacer un
dictamen sobre la altura residual a comprobar del hilo de toma
individual.
Otra ejecución conocida de un dispositivo
utilizado se describe en la DE-29 716 560 U1 y en la
DE-196 13 737 C2. La fuente de luz y la cámara están
allí dispuestas en un dispositivo con forma de U, encontrándose la
fuente de luz y la cámara en los brazos de la U. El hilo de toma
discurre entre estos brazos. Puesto que no obstante un hilo de toma
por lo general modifica a lo largo del trayecto de la vía, para una
altura la mayoría de las veces constante, su posición lateralmente,
es decir, que está colgado discurriendo en zigzag, es imprescindible
en este estado de la técnica un seguimiento mecánico continuo a
posteriori del dispositivo de medición transversalmente respecto
a la dirección de la marcha. También esto da lugar a que quede
considerablemente limitada la velocidad máxima del vehículo de
medida.
En J.M. Van Gigch y otros en "Carriles del
mundo", págs. 20-31, Abril 1991, se describe un
sistema desarrollado para los ferrocarriles holandeses, que necesita
cinco cámaras dirigidas hacia arriba, con las cuales se mide la
anchura de la superficie de contacto que resulta en el hilo de toma.
Estas cámaras están dispuestas sobre el techo de un vagón de medida.
Para poder mantener la imagen del hilo de toma que ocasionalmente
discurre a diferente altura en relación con el techo del vehículo en
la zona de más nitidez, está dispuesta otra cámara, pero ésta
orientada horizontalmente, con la que se calcula la posición
momentánea en cada caso de la toma de corriente en contacto con el
hilo de toma respecto al techo del vagón. La señal obtenida de aquí
sirve como magnitud de regulación para un equipo de enfoque con
seguimiento. El sistema aquí descrito sólo puede utilizarse no
obstante para hilos de toma con una sección conformada de tal manera
que la magnitud del desgaste, la llamada altura residual del hilo de
toma, sea función claramente de la anchura de la superficie de
contacto. Un sistema conocido que igualmente tiene el inconveniente
que acabamos de citar se describe en la DE-197 11
504 A1. El mismo funciona con un elemento de sensor sobre la base de
corrientes de Foucault inducidas. En la DE-198 50
118 se describe un radar de láser en el que un abanico compuesto por
unos 16 haces de rayos paralelos, realiza un seguimiento desde el
borde del techo del vehículo mediante un espejo giratorio que
realiza un seguimiento en relación con el hilo que discurre hacia un
lado y hacia otro. Estos 16 emisores individuales captan
continuamente la distancia absoluta entre el equipo de medida y
puntos que se encuentran uno junto a otro sobre la superficie del
hilo de toma. Estos valores de distancia dan como resultado el
perfil del hilo, tal como se ve desde el lado correspondiente. Si se
utilizan dos de tales sistemas de radar, puede captarse el perfil
desde dos lados. A partir de ello puede calcularse la altura
residual buscada. Aquí es un inconveniente el gran coste en
componentes ópticos, mecánicos y electrónicos. No obstante, es
ventajoso que el equipo de medida de este estado de la técnica no
necesita ninguna toma de corriente que esté en contacto con el hilo
de toma durante la medida, como base de montaje.
En la DE-196 34 060 se describe
un dispositivo de medida del hilo de toma en el que por debajo de la
regleta de contacto en la toma de corriente se alojan dos cámaras.
Con estas cámaras posicionadas en dos lados contrapuestos, se toma
la luz transmitida por las fuentes de luz igualmente montadas y
reflejadas en el hilo de toma. Las imágenes captadas del hilo de
toma se evalúan. A partir de ellas se determina la altura residual
aún existente del hilo de toma. El resultado de esta determinación
se indica como independiente del correspondiente perfil de sección
del hilo de toma. Para que, pese a que como es conocido, en una
suspensión que se mueve hacia un lado y hacia otro en un plano
esencialmente horizontal del hilo de toma, se obtenga siempre una
imagen nítida del hilo de toma con la cámara, se prevé la
utilización de la conocida regla de Scheimpflug. Es conocida esta
regla para evitar borrosidades en la realización de tomas
fotográficas de arquitectura mediante las llamadas cámaras de
fuelle. Esta regla indica - aplicada a la presente invención - que
el plano de la imagen de la cámara determinado para la toma de la
imagen del hilo de toma, el plano del objetivo de la cámara y el
plano de las posiciones variables del hilo de toma a captar con la
cámara, están orientados de tal manera que estos tres planos se
cortan en una recta.
En la DE-OS-24 40
085 y en la DE-OS-25 21 229 se
describe un equipo igualmente procedente, con el que se mide la
posición en cuanto a altura y lateralmente del hilo de toma
ópticamente y de manera continua. La captación tiene lugar, mediante
dos equipos de toma contrapuestos respecto al hilo de toma. Para que
los sensores allí utilizados puedan hacer el seguimiento del hilo de
toma a un lado y a otro, están montados los mismos sobre el techo
del vehículo sobre un carro que puede desplazarse allí
transversalmente a la dirección del hilo de toma, o bien se prevé
que el sistema óptico de estos sensores haga el seguimiento en
cuanto a dirección del hilo de toma. Sin indicar la manera como esto
es realizable, mencionemos simplemente que entonces puede ser
determinado también el grosor del hilo de toma.
Para fines de inspección del sistema de cadena
longitudinal y de los equipos de soporte transversales para un hilo
de toma, se describe en la solicitud de patente más antigua, no
publicada, con el número de actas oficial 199 36 448.6
(DE-A1-199 36 448, publicado el
15.3.2001, de la solicitante de la presente invención) un
dispositivo. Ya las medidas descritas para la invención de esta
solicitud más antigua pueden utilizarse también en la presente
invención y el contenido de la descripción de esta invención
precedente se incluye aquí como parte integrante de la publicación
de la invención, en relación con la presente invención. Esta
invención más antigua, que se refiere a la comprobación del sistema
de cadena longitudinal de un hilo de toma, incluye dos cámaras de
línea de diodos, con las cuales puede tomarse desde los bordes del
techo del vehículo de inspección, mirando oblicuamente hacia arriba,
una imagen continua "interminablemente" larga del sistema de
cadena longitudinal. Estas informaciones obtenidas se memorizan.
Como iluminación sirve, en este dispositivo no dado a conocer
previamente, en cada caso un diodo láser de infrarrojos de una
intensidad de por ejemplo 15 vatios en los dos proyectores
correspondientes. La utilización de un láser como el indicado
permite reducir el tamaño constructivo y la utilización de la luz de
infrarrojos impide cegamientos. La luz emitida por el
correspondiente diodo láser es ampliada, con ayuda de una retícula
extendida equipada con lentes cilíndricas para formar un haz de
iluminación de sólo varios milímetros de anchura con un ángulo de
abertura de por ejemplo aproximadamente 40º. Este haz de iluminación
que forma casi un disco plano, está orientado con su radiación
emitida de forma que este plano está orientado perpendicularmente al
eje del hilo de toma. La lente reticular está compuesta por ejemplo
por unas 100 lentes individuales. El sentido de esta medida es que,
en cuanto al ojo, éste no perciba el rayo láser intenso que emite
propiamente de forma puntual, sino que en lugar de esto observe 100
láseres más débiles que se encuentran uno junto a otro. Esta medida
sirve para cumplir las prescripciones relativas a la protección
ocular frente a la radiación láser. Puesto que además la intensidad
de radiación generada por este equipo láser desciende linealmente
cuando aumenta la distancia debido al ángulo de abertura del haz de
radiación dimensionado en por ejemplo 40º, queda excluido ya a
partir de una distancia mínima de 2 m cualquier peligro para el ojo
según las normas de protección frente a rayos láser que rigen
internacionalmente, siempre que el eventual tiempo máximo de
iluminación de la pupila del ojo sea inferior a 2 ms. Esta medida de
tiempo no se sobrepasa cuando el vehículo marcha con una velocidad
de al menos 20 Km/h.
Una tarea de la presente invención es indicar un
equipo o bien un principio de inspección que evite los
inconvenientes antes citados del estado de la técnica. En particular
es tarea de la presente invención optimizar el principio existe de
la invención más antigua, equipado y dimensionado para el sistema de
cadena longitudinal, para el diagnóstico o bien inspección del
desgaste del hilo de toma.
Esta tarea se resuelve con las particularidades
de la reivindicación 1 y otros perfeccionamientos y mejoras de la
invención se deducen de las reivindicaciones secundarias.
Para hacer más sencillo el entendimiento de la
presente invención, se describen, en base a las figuras adjuntas, la
misma, así como las particularidades tomadas de la antigua
invención, no publicada previamente, del nuevo equipo
correspondiente a la invención.
La figura 1 muestra la disposición relativa de un
par de proyectores como unidad de iluminación y una cámara de línea,
así como el ángulo de abertura de la iluminación y el ángulo de
abertura del objetivo de la cámara y al respecto una posición
instantánea de un hilo de toma. Esta figura muestra
complementariamente otro par de proyectores con la correspondiente
cámara en sus posiciones con sus ángulos de abertura, entre sí y en
relación con el primer par citado.
La figura 2 muestra una vista en planta sobre la
figura 1.
La figura 3 muestra las orientaciones conocidas
del objetivo de la cámara, del plano de la imagen allí contenido y
del plano de las posiciones del hilo de toma con la máxima deflexión
lateral, y todo ello según la regla de Scheimpflug.
Las figura 3A a 3C muestran la medida
complementaria correspondiente a la invención relativa a la figura
3.
La figura 4A muestra la sección de un hilo de
toma usual en Alemania.
La figura 4B muestra la sección de otro hilo de
toma usual.
La figura 5 complementa aclaraciones referentes a
la evaluación de la señal.
La figura 1 muestra un equipo correspondiente a
la invención, visto en la dirección del hilo de toma 10, del que se
ve así en la figura 1 la sección. Con 10' y 10'' se muestran también
posiciones del hilo de toma en su altura máxima Hmax y su altura
mínima Hmin. Para una mejor visibilidad no se han representado el
elemento colgante y el cable de soporte del hilo de toma 10. Con 20
se designa el techo indicado del vehículo 120 no representado más en
detalle, sobre el que se aloja un primer par de elementos compuesto
por un proyector 1 como unidad de iluminación y una cámara de línea.
Éstos están dispuestos, por razones prácticas que después se
describirán, contiguos lo más próximos posibles uno a otro. En sus
posiciones respectivas pueden estar intercambiados también uno
respecto a otro el proyector 1 y la cámara 2 en el mismo plano. Con
3 se designa el haz de alumbrado ya antes descrito en relación con
la antigua invención de aquella radiación de láser que es emitida
por una fuente de luz láser de semiconductores como proyector 1.
Este haz de alumbrado tiene en el plano de la figura, tal como se
representa, un ángulo de abertura que puede predeterminarse de por
ejemplo aquí 45º. El sistema óptico de enfoque del proyector 1 está
configurado como sistema óptico de lente cilíndrica, con lo que en
la dirección perpendicular al plano de representación de la figura 1
este haz de alumbrado es comparativamente muy delgado, por ejemplo
inferior de 10 mm de espesor. Con este haz 3 se ilumina así
lateralmente de forma momentánea siempre sólo un tramo
correspondientemente corto del hilo de toma 10. En el plano de la
figura 1 el ángulo \gamma está dimensionado tan grande y con su
eje 13 orientado de tal manera que el hilo de toma 10, para
cualquier posición extrema 10' y 10'' que se presente, y que a
continuación se explicará más en detalle, y también para la máxima
deflexión 10_{1} y 10_{2} de su evolución en zigzag, se
encuentre siempre dentro de la zona G dentro del haz de alumbrado 3
del proyector. De esta manera, puede prescindirse de un seguimiento
del proyector 1 y éste puede, de manera ventajosa, estar montado
fijamente sobre el techo del vehículo y estar orientado
fijamente.
Con 2 se denomina la cámara de línea ya citada.
Del cono de abertura del objetivo de la cámara, usualmente
denominado también a continuación ángulo de abertura, sólo se
indican los rayos marginales 5 visibles en la proyección de la
figura 1. Los haces del proyector 1 y el ángulo de abertura de la
cámara 2 están orientados y dimensionados dispuestos uno dentro de
otro tal como se ve para la zona de inspección/del objeto G con la
correspondiente amplitud del objeto g de tal manera que en el
servicio práctico de inspección el hilo de toma a inspeccionar
siempre se encuentra dentro del haz de iluminación y del ángulo de
abertura de la cámara y el hilo de toma siempre puede ser captado
ópticamente por la técnica de medida. La cámara de línea tiene una
línea (dado el caso también varias líneas paralelas para aumentar la
sensibilidad de medida) con píxeles de sensor dispuestos a lo largo,
dado el caso, de la correspondiente línea, por ejemplo sensores
CCD.
Con un par de elementos compuesto por proyector 1
y cámara 2, puede realizarse una reproducción en la cámara del hilo
de toma, tal como se ve en la figura 2, sólo en esta zona
direccional del haz 3.
Para la toma de la imagen desde otra dirección
adicional, se prevé otro par de elementos compuesto por proyector 1'
y cámara 2'. También estos elementos están realizados alojados sobre
el techo del vehículo 20 de la misma manera descrita. Los mismos
están dispuestos, tal como está representado, contrapuestos al par
de elementos 1, 2 sobre el techo 20 del vehículo 120. Con 3' y 5' se
denominan y reconocen el haz de iluminación del proyector 1' y el
ángulo de abertura de la cámara 2'. Las zonas de actuación de este
par de elementos 1', 2' y del par de elementos 1, 2 pueden estar
orientadas posicionadas en un plano, aquí el plano de representación
de la figura 1, desde penetrando una en otra hasta encontrándose
aproximadamente paralelas una detrás de otra. La primera ejecución
permite que aparezca clara la superficie de contacto, pero exige un
coste de ajuste. La segunda ejecución es técnicamente más sencilla,
pero puede dar problemas de contraste.
La figura 2 muestra una vista en planta sobre el
techo 20 de un vehículo 120 por debajo del hilo de toma 10 que
discurre algo en oblicuo respecto a la trayectoria de marcha 30 y
con las dos cámaras 2, 2' y dos proyectores 1, 1' alojados sobre el
techo, tal como se representa en la figura 1.
Puesto que con referencia tanto a la cámara 2
como también a la cámara 2', cuando se mueve el vehículo 120 sobre
la trayectoria de marcha, debido a que el hilo de toma 10 se mueve
hacia un lado y hacia otro dentro de la distancia 10_{1} a
10_{2}, varia continuamente dentro de límites definidos la
amplitud del objeto g y su dirección, referida a la cámara, tiene
lugar la aplicación de la conocida regla de Scheimpflug con
adaptación en función de la dirección de la amplitud de la imagen b
dentro de la cámara según la relación conocida 1/g + 1/b = 1/f con f
= distancia focal del objetivo.
Para describir la regla de Scheimpflug sirve la
figura 3. Con 21 se designa el plano del objetivo de la cámara 2.
Con 22 se designa el plano de la imagen de la cámara 2 orientado
según la regla de Scheimpflug. Con 10_{1} se muestran por un lado
la posición extrema derecha y con 10_{2} por otro lado la posición
extrema izquierda del hilo de toma 10 que discurre en zigzag hacia
un lado y hacia otro. Cuando el plano de estas posiciones 10_{1} a
10_{2}, el plano del objetivo 21 y el plano de la imagen 22 se
cortan en la recta S, se cumple la regla de Scheimpflug.
Si la altura del hilo de toma 10 suspendido sobre
la trayectoria de marcha fuese una dimensión constante, podría
mantenerse constante el ángulo entre el plano del objetivo 21 y el
plano de la imagen 22 para una nitidez de imagen constante en este
plano de la imagen 22. Pero puesto que en zonas de transición de la
vía o en túneles la altura del hilo de toma allí montado puede
variar en relación con la colocación regular, se prevé en el marco
de la invención otra medida de corrección, para incluso con una
variación de la posición en cuanto a altura del hilo de toma seguir
logrando siempre imágenes suficientemente nítidas del hilo de toma
en el plano de la imagen 22.
Como medida de corrección, se prevé en el marco
de la invención, que bien el plano del objetivo 21 o el plano de la
imagen 22 de la cámara 2 - dado el caso coordinados también cada uno
de ambos planos entre sí - realicen el seguimiento de manera
adaptada y controlada. Con miras a la intensidad de la nitidez del
sistema óptico de la cámara y teniendo en cuenta que las variaciones
de altura de la posición del hilo de toma por lo general sólo
oscilan entre aproximadamente -0,5 y +1,5 m, es suficiente según la
experiencia prever con la medida de corrección descrita como sigue
en su conjunto sólo un cumplimiento bastante aproximado de la regla
de Scheimpflug referida a la correspondiente posición en altura del
hilo de toma. El principio básico de las variantes a elegir de esta
medida es prever para el plano de la imagen 22 o el plano del
objetivo 21 - dado el caso también para cada uno de ambos planos -
una posibilidad de basculación P de su posición alrededor de un
único eje F a indicar y a definir, precisamente para lograr en la
práctica siempre una suficiente nitidez de la imagen de la
reproducción del hilo de toma.
Para describir las variantes de esta medida de
corrección a prever en el marco de la invención, remitimos también a
las figuras 3A, 3B, 3C. El eje F se encuentra en todos los casos
perpendicular al plano de representación de la figura 1, que también
es el plano del haz de iluminación 3 y de la imagen óptica. En estas
figuras se muestran las posibles posiciones marginales que
necesariamente han de captarse del hilo de toma 10 con la posición
en altura máxima y mínima 10' y 10'' respectivamente del hilo de
toma. Las deflexiones laterales extremas derecha e izquierda se
designan con 10_{1} y 10_{2} respectivamente. Resulta así como
10''_{2} la posición izquierda más baja en altura del hilo de toma
10. Lo mismo sirve para las demás posiciones 10'_{1}, 10'_{2} y
10''_{1}. Estas posiciones son también los vértices de la zona de
inspección/del objeto G.
Se observó que puede ser suficiente para una
primera variante como una primera indicación de la definición de la
posición del eje F de la basculación controlada, aquí como ejemplo
del plano de la imagen, partir de las posiciones 10'_{1} y
10'_{2}de la posición en cuanto altura más baja delhilo de toma 10
y para éstas ajustar exactamente la posición angular del plano de la
imagen según la regla de Scheimpflug. En la figura 3A esto da como
resultado el plano de la imagen 22_{a} orientado. Para la otra
indicación necesaria relativa a la posición del eje F, se parte de
una posición más alta del hilo de toma, para la que se utiliza el
índice b. Una zona óptima para esta posición en altura b a elegir se
encuentra según la invención entre la posición en altura regular del
hilo de toma, tal como se indica en las figuras 1 y 3 con el hilo de
toma 10_{0}, y una posición en altura H_{b}, que se elige algo
por encima de la antes indicada posición regular en cuanto a altura
H_{0} del hilo de toma. En la posición indicada en la figura 3A y
con la orientación del plano de la imagen 22_{b}, se cumple
igualmente la regla de
Scheimpflug.
Scheimpflug.
Tal como se ve en la figura 3A, resultan
análogamente a la figura 3 en la figura 3A los puntos de
intersección S_{a} y S_{b}, precisamente correspondientes al
punto de intersección S de la figura 3. La posición del eje de
basculación F ya antes mencionado y a prever en el marco de la
invención para el control adicional de la posición y la orientación
del correspondiente plano de la imagen 22, resulta de las rectas de
intersección de los planos de imagen 22_{a} y 22_{b}.
La basculación P del plano de la imagen 22 tiene
lugar entonces en la práctica en función de la posición actual en
cuanto a altura del hilo de toma 10 según la invención entre la
posición y la orientación del plano de la imagen 22_{a} mostrado,
que aquí representa un límite de la zona de la basculación P y una
posición y orientación de un plano de la imagen 22_{c}. Este se
encuentra más allá o bien en la figura 3A por encima del plano de la
imagen 22_{b}. Este plano de la imagen 22_{c} se controla para
el caso de la posición máxima en cuanto a altura del hilo de toma
10' como plano de la imagen para la reproducción mediante la cámara
2 en el marco de la invención mediante la basculación P. La
desviación forzosa de la orientación del plano de la imagen 22_{c}
respecto a la regla de Scheimpflug se ha demostrado en la práctica,
debido a la gran amplitud del objeto g del hilo de toma y con ello
la mayor nitidez en profundidad, como despreciable en la mayoría de
los casos.
Una segunda variante se representa en base a la
figura 3B en detalle, previéndose en la forma constructiva de esta
figura una basculación del plano del objetivo 21 en lugar de la
basculación del plano de la imagen 22 según la figura 3A.
Ya se ha indicado antes que para cumplir la regla
de Scheimpflug estando predeterminado el plano variable del objeto,
como es el caso aquí, y que aquí se corresponde con la
correspondiente posición en altura del hilo de toma, pueden
ajustarse a elección el plano del objetivo o el plano de la imagen
en su posición uno respecto a otro. Es por lo tanto ópticamente
equivalente adaptar aquí el plano de la imagen o el plano del
objetivo en cuanto a su posición. En el caso de la invención, puede
ser ventajoso realizar el plano de la imagen 22 fijo en su posición,
ya que en este plano de la imagen ha de disponerse el sistema de
sensores de línea para la toma de la imagen y al menos partes de su
correspondiente equipo electrónico. Éstos son en cuanto a peso más
pesados y en cuanto a volumen mayores que el objetivo de la cámara,
por lo cual es entonces más favorable que realice el seguimiento
esta última de manera controlada en su posición siguiendo la regla
de Scheimpflug. La basculación del objetivo respecto al eje de la
imagen óptica condiciona no obstante que el objetivo en este caso
deba ser corregido ópticamente para una zona angular de imagen
correspondientemente mayor. Pueden también concordarse tanto el
plano de la imagen como también el plano del objetivo entre sí,
cumpliendo aproximadamente la regla de Scheimpflug, realizando el
seguimiento, lo cual no obstante es muy costoso técnicamente.
La figura 3B muestra tres posiciones en cuanto a
altura del hilo de toma que pueden elegirse para la segunda variante
de la medida de corrección correspondiente a la invención. Por
ejemplo, se trata de la posición en cuanto a altura H_{máx} con el
hilo de toma 10', la posición más baja en cuanto a altura
H_{\text{mín}} con el hilo de toma 10'' y una posición intermedia
en cuanto a altura con el hilo de toma 10_{m}, que por ejemplo es
la posición normal del hilo de toma.
Para entender esta variante, partimos del
supuesto de que tres - o también incluso más - planos del objetivo
21_{i}, 21_{j}, 21_{k} ... se eligen posicionados tal que en
sus posiciones se cumple la regla de Scheimpflug en cada caso para
las posiciones del hilo de toma a elegir 10'', 10_{m} y 10' -así
como dado el caso para otras posiciones del hilo de toma -cuando
permanece fijo el plano de la imagen 22. Análogamente a la figura 3A
resultan aquí las posiciones para dos y para una mejora ventajosa
como tercera variante para tres - dado el caso para más aún - ejes.
Se trata al respecto en la figura del eje F1 como recta de
intersección de los planos del objetivo 21_{i} y 21_{j}, el eje
F2 como recta de intersección de los planos del objetivo 21_{j} y
21_{k}, así como el tercer eje F3 como recta de intersección de
los planos 21_{i} y 21_{k}. El eje F1 se corresponde por lo
demás con el eje F de la figura 3A. En las formas constructivas de
la figura 3B se aproxima por lo tanto también la zona de las
posiciones del hilo de toma entre H_{0} y H_{máx} al ajuste
exacto en cuanto a nitidez según la regla de Scheimpflug. Se ha
demostrado en la práctica que puede lograrse aún una aproximación
muy alta al ajuste de la nitidez según la regla de Scheimpflug para
todas las posiciones posibles del hilo de toma cuando - tal como se
indica en la figura 3A - también aquí en el marco de la invención se
prevé de nuevo sólo un eje de basculación F_{0}, que no obstante -
tal como se ha indicado más en detalle - se elige posicionado. La
posición optimizada del eje F_{0} deducida de las posiciones de
los ejes F1 y F2 según esta segunda variante se encuentra en la zona
que está entre los citados ejes F1 y F2. El citado tercer eje F3
permite ver adicionalmente que la posición optimizada del eje de
basculación F_{0} se encuentra en una zona algo apartada de las
rectas de unión entre las posiciones de los ejes F1 y F2.
Como medida de corrección en el marco de la
invención de esta segunda variante, se prevé aquí por lo tanto que
los planos a posicionar controladamente aproximándose al
cumplimiento de la regla de Scheimpflug, aquí el plano del objetivo,
pero como alternativa también el plano de la imagen, basculen
controladamente alrededor del único eje F_{0}, tal como se indica
con P, en función de la posición actual en cuanto a altura del hilo
de toma. Esto da lugar a que por ejemplo, en relación con la figura
3A, la zona superior de posición en cuanto a altura del hilo de toma
se aproxime a la regla de Scheimpflug en cuanto al ajuste de nitidez
en el plano de la imagen, aún cuando también para los planos
elegidos 21, 21' y 21'' ya no se cumpla exactamente la regla de
Scheimpflug.
Las posiciones y orientaciones de los planos
21_{i}, 21_{j} y 21_{k} tomados como punto de partida para
las consideraciones precedentes y los correspondientes planos 21,
21' y 21'' orientados según la invención, se encuentran en la figura
3B en cada caso tan juntos uno a otro que no pueden distinguirse en
esta figura en cuanto a su representación y por lo tanto tienen
estas referencias dobles.
Una adaptación más óptima aún se logra en esta
variante cuando la posición del eje de basculación F_{0} está
dimensionada corregida adicionalmente como sigue, ver al respecto la
figura 3C. Una posición más óptima aún respecto a la posición del
eje de basculación F_{0} puede indicarse para el eje de
basculación F_{0}' a partir de los cálculos. Se trata de la
formación de la suma de los cuadrados de las desviaciones angulares
d, d' y d''. Se trata aquí de las desviaciones angulares d entre el
plano 21 orientado tal como se ha indicado arriba en el marco de la
invención y el plano 21_{i}, exactamente orientado según la regla
de Scheimpflug, aquí del objetivo, d' la desviación angular entre
los planos 21' y 21_{j} y d'' entre los planos 21'' y 21_{k}.
Tal como antes se ha mencionado, se calculan por ejemplo las
posiciones de los planos 21_{i}, 21_{j} y 21_{k}.
La posición del eje de basculación F_{0}' para
la cual la suma de los cuadrados de las desviaciones angulares d, d'
y d'' es un mínimo, lo cual ha de calcularse mediante un ordenador,
es entonces el posicionamiento determinado aún mejor de esta forma
del eje F_{0} de la segunda variante. Con la basculación del plano
del objetivo alternativamente al plano de la imagen o bien de ambos
planos coordinadamente entre sí, puede lograrse una posición en cada
caso más optimizada aún de estos planos con el fin de un ajuste de
la nitidez del hilo de toma en el plano de la imagen para
cualesquiera posiciones diversas en cuanto a altura.
El eje F_{0}' determinado corregido de esta
manera, es así un eje de basculación posicionado de forma más óptima
aún.
Análogamente la misma medida de corrección con la
misma minimización de la suma de los cuadrados puede utilizarse en
el marco de la invención también para el caso en el que en lugar del
plano del objetivo se prevea la basculación del plano de la imagen
22, tal como es el caso en la figura 3A.
La corrección descrita antes en relación con la
figura 3B, 3C con la basculación alrededor de un eje optimizado
F_{0} - con independencia de si basculan el objetivo o el plano de
la imagen - puede estar realizada también de tal manera que se
elijan exactamente ajustadas más de las tres posiciones en cuanto a
altura del hilo de toma allí indicadas según la regla de
Scheimpflug.
En particular se recomienda, en lugar del ajuste
a la posición máxima en cuanto a altura, referir el ajuste exacto
según la regla de Scheimpflug del plano del objetivo 21' a una
posición en cuanto a altura que se encuentra algo por debajo de la
anterior y correspondientemente también el plano del objetivo 21''
ajustado en la figura 3B según la regla de Scheimpflug a una
posición del hilo de toma algo más alta que H_{\text{mín}}. Esto
debido a que con ello en estas zonas del borde la zona de nitidez
mayor del objetivo puede utilizarse adicionalmente de forma
mejor.
Solamente para hacer el cuadro más completo
describiremos otra medida de corrección en el marco de la invención,
desde luego muy costosa.
Tal como puede verse en la figura 3B, puede
orientarse para todas las posiciones de altura del hilo de toma el
objetivo o bien el plano del objetivo 21 exactamente siguiendo la
regla de Scheimpflug. En la figura 3B se indican los puntos de
intersección S, S' y S'', que determinan la posición exacta
correspondiente a la regla de Scheimpflug. Esta otra medida de
corrección consiste en que el objetivo de la cámara o el plano de la
imagen de la misma estén conducidos mecánicamente en por ejemplo una
pértiga de tal manera que el extremo contrapuesto de la pértiga sea
conducido a lo largo de la línea de unión S_{0} de los puntos de
intersección S'-S-S'' con ajuste de
la correspondiente amplitud del objeto g o bien amplitud de la
imagen b. De esta manera sería óptima la reproducción del hilo de
toma en cualquier posición.
La posición actual en cuanto a altura o bien la
variación momentánea en cuanto a altura del hilo de toma puede
reconocerse por un lado por el propio sistema de medida a describir
a continuación, determinándose en la señal de vídeo de la línea de
diodos alojada en el plano de la imagen de la cámara el contraste y
realizándose una basculación de la línea de diodos o bien del plano
de la misma alrededor del eje F hasta que el contraste en la señal
de vídeo alcanza (de nuevo) un máximo.
En muchos casos existe no obstante de todos modos
para el hilo de toma un equipo de medición de altura correspondiente
al estado de la técnica, que siempre indica la posición actual en
cuanto a altura del hilo de toma y con ello la dimensión por encima
del techo del vehículo. En este caso se realiza la basculación del
plano de la imagen alrededor del eje F según la altura del hilo de
toma visualizada actualmente.
Para las condiciones indicadas, es decir, 1) la
altura predeterminada regular del hilo de toma (por ejemplo, 5 m),
2) la altura conocida del techo del vehículo (por ejemplo, 3,70 m),
3) la dimensión conocida de la oscilación a un lado y hacia otro del
hilo de toma (0,9 m), 4) la máxima variación conocida en cuanto a
altura del hilo de toma (-0,5; 1,5 m), se prevé para la invención
dimensionar una distancia focal f del objetivo de la cámara 2, 2'
por ejemplo de 80 hasta 150 mm. Con una cámara de línea 2 con 4096
(2^{12}) píxeles en la línea de la cámara, se logra, para la
distancia focal así dimensionada, una resolución en la amplitud del
objeto g, es decir, sobre la superficie del hilo de toma, de unos
0,1 a 0,3 mm. Esta resolución es mayor que la que puede lograrse con
la invención más antigua (no publicada previamente). Para una
profundidad de nitidez dimensionada baja, dependiente además del
diafragma, de como mucho 10 cm, se logra en esta zona de distancias
focales, cuando se mantiene aproximadamente como promedio, tal como
se ha indicado antes, la regla de Scheimpflug, imágenes
prácticamente de una nitidez óptima en el plano de la imagen, es
decir, en la línea de los píxeles del sensor de la cámara 2.
Tal como se conoce, la iluminación con láser
implica una granulación perturbadora en las imágenes generadas. Esto
es debido a efectos de interferencia de la radiación coherente. En
la invención se evita que se presente esta perturbación utilizando
para los proyectores 1, 1' unos diodos láser tales que en lugar de
un único emisor posean varios emisores, que están dispuestos a una
distancia tan grande entre sí en el diodo que entre los distintos
tramos de diodo ya no se presenta una interacción como la indicada,
que da lugar a la coherencia de los haces de luz de los distintos
tramos de diodos entre sí. Con otras palabras, esto significa que
las múltiples radiaciones láser de los distintos tramos de diodos
aportan entre sí una luz esencialmente incoherente, sin que con ello
la elevada eficiencia energética de la generación de luz láser y la
radiación de luz de láser se reduzca para los proyectores. Para la
invención basta utilizar un proyector con un diodo láser con
aproximadamente 15 a 25 W de potencia eléctrica.
Para una velocidad de marcha predeterminada de
por ejemplo 80 km/h del vehículo de medida, se recomienda elegir un
tiempo de iluminación de la cámara con un máximo de 0,5 ms. Dentro
de un tiempo de iluminación así dimensionado se mueve hacia delante
la cámara, para la velocidad de marcha indicada, en 11 mm. Este
movimiento de la imagen está orientado transversalmente respecto a
la línea de diodos de la cámara dispuesta en el plano de la imagen,
referido al plano de representación de las figuras 3A, 3B,
perpendicularmente al mismo. Se logra con esta medida o bien
dimensionamiento una nitidez de movimiento ventajosa y deseada en la
imagen, que se corresponde con una formación del valor medio de los
valores de brillo a lo largo de estos 11 mm del hilo de toma y
perpendicularmente a la dirección de medida. La deflexión lateral
del movimiento de zigzag del hilo de toma es en este intervalo de
tiempo de un máximo de 0,3 mm, lo cual se encuentra en el orden de
magnitud de la resolución del equipo de medida y con ello el efecto
es más despreciable aún. Pero con una velocidad por ejemplo cuatro
veces inferior, es decir, 20 Km/h, para un tiempo de iluminación
dimensionado igual, se reduciría el tramo sobre el hilo de toma
sobre el que tiene lugar el promedio a un cuarto del valor anterior.
Para evitar esto, se recomienda adaptar controladamente el tiempo de
iluminación linealmente a la velocidad, aumentándolo aquí por lo
tanto correspondientemente en el factor 4. Puesto que de esta manera
podría presentarse una sobreiluminación en la línea de diodos, se
recomienda adicionalmente reducir la intensidad de la iluminación
láser, en este caso en función de la velocidad del vehículo
de
medida.
medida.
Alternativamente puede, cuando el tiempo de
iluminación es fijo, incluirse por parte del ordenador evaluador
valores de medida sucesivos en el tiempo para el cálculo del valor
medio.
Las figuras 4A, 4B muestran secciones del hilo de
toma usuales con una superficie de contacto 101 y una altura
residual R.
Las señales de vídeo de la línea de sensores de
píxeles de la cámara de línea 2 y dado el caso 2' del equipo
correspondiente a la invención, se llevan a una unidad electrónica
de evaluación 50 mediante las líneas 51. Esta puede ser por ejemplo
un ordenador personal 53 y una tarjeta de memoria para imagen 52 con
procesadores digitales de señal para un procesamiento previo de las
señales de la cámara de línea. Para una mejor comprensión de las
medidas de evaluación de las señales de vídeo obtenidas, es decir,
para obtener a partir de éstas la dimensión actual de la sección del
tramo del hilo de toma inspeccionado en ese momento, sirve la figura
5.
Primeramente remitimos a la figura 5A, que
muestra una sección de un hilo de toma 10 desgastado por el uso
según la figura 4A. La posición oblicua de la sección del hilo de
toma 10 mostrada en la figura 5 se corresponde con una radiación del
proyector y una toma de imagen con la cámara 2 mostrada en la figura
1 y orientada oblicua en el ángulo \alpha. La figura 5B muestra a
modo de ejemplo la evolución de la amplitud de la señal de vídeo
obtenida momentáneamente calculada a lo largo de la anchura A - D de
la toma de la imagen del hilo de toma 10 en el equipo de evaluación
50. La evolución de A a B se corresponde con el flanco orientado
actualmente hacia la cámara 2 o bien la superficie lateral 102 del
hilo de toma. La evolución entre C y D se corresponde con la señal
de vídeo de la superficie lateral 103 contrapuesta del hilo de toma.
La superficie de toma 101 del desgaste del contacto 101 generado
durante el funcionamiento de marcha precedente con el contacto
deslizante de la toma de corriente, da como resultado la evolución
de la amplitud entre los puntos B y C. Para poder determinar de la
manera más precisa posible con la técnica de medida los puntos A, B,
C y D de las transiciones, desde la base hasta un flanco del hilo,
hasta la superficie de contacto, hasta el flanco del hilo
contrapuesto y finalmente de nuevo hasta la base, se diferencia como
otra medida de la invención la señal de vídeo V recibida de la
figura 5. Esto da una evolución de la señal según la figura 5C en la
que el valor del gradiente de la señal V de la figura 5B se
reproduce con puntas de señal que se reconocen claramente. Son
especialmente reconocibles de forma clara los puntos importantes B y
C y su distancia da la medida que interesa de la anchura de la
superficie de contacto que resulta debido al desgaste.
La figura 5D muestra, análogamente a la figura
5C, pero a escala reducida, el resultado de medida diferenciado, que
puede obtenerse en una zona de solape con dos hilos conducidos uno
junto a otro o bien en un sistema de hilo de toma doble a lo largo
de la línea de la cámara.
Puesto que la escala de reproducción y el ángulo
de observación \alpha de la cámara, referido al techo del vehículo
20, son conocidos, puede determinarse a partir de las longitudes a
tomar B'C' de la figura 5C el valor efectivo de la anchura
B-C de la superficie de contacto actual sobre el
hilo y a partir de allí el espesor residual que interesa del hilo de
toma 10. El valor que interesa en definitiva para la sección
transversal residual o bien para la altura residual R del hilo de
toma, se toma, con objeto de lograr un coste de cálculo mínimo en
cuanto a tiempo, de una tabla, en la que se introducen como valores
de entrada el espesor del hilo conocido previamente y la anchura
calculada en el marco de la invención de la superficie de contacto.
Esta tabla se confecciona por una sola vez para el correspondiente
perfil de
consigna.
consigna.
En la figura 1 se representa el ángulo \alpha
entre el techo del vehículo 20 y el hilo de toma 10 con la cresta
del ángulo en el lugar del par de elementos 1, 2. La distancia
A-D vista desde la cámara 2 en este ángulo indicado
\alpha, se corresponde con el diámetro del hilo de toma, siempre
que éste tenga una sección circular, tal como es en el hilo de toma
de la figura 5A. El valor de este diámetro no está sometido a
desgaste alguno debido al deslizamiento lo largo de la toma de
corriente.
Si el valor de este diámetro es no obstante
claramente inferior localmente al valor de consigna del diámetro del
hilo de toma, hay allí un estrechamiento del hilo de toma, tal como
se ha mencionado ya al principio y dado el caso ha de detectarse con
la inspección.
Tal como se reconoce a partir de una comparación
de las figuras 4A y 4B con ayuda de las indicaciones anteriores,
permite la medición descrita hasta ahora un dictamen claro sólo para
la sección de hilo circular mostrada en la figura 4A. Para hilos de
toma casi rectangulares, tal como se muestra en la figura 4 en
sección, que además pueden estar colgados torcidos, es incluso
necesaria una medición desde dos lados contrapuestos entre sí. Esto
se muestra ya en la figura 1 con el sistema de un segundo par de
elementos compuesto por proyector 1' y cámara 2'. Ambos pares de
elementos 1, 2 y 1', 2' están, tal como puede verse en la figura 1,
dispuestos ventajosamente de forma simétrica en lados contrapuestos,
referidos a la posición del hilo de toma 10. Para la disposición y
ejecución y evaluación de la señal del segundo par de elementos 1',
2', rigen de la forma correspondiente las indicaciones anteriores,
por ejemplo el posicionamiento según la regla de Scheimpflug, en
relación con la basculación adicional facultativa alrededor del eje
F y similares. Para el segundo par de elementos 1', 2', es válida la
figura 3A en vista simétrica
especularmente.
especularmente.
Para el cálculo de la sección residual o bien de
la altura residual de hilos de toma con sección rectangular, tal
como se muestra en la figura 4B, que están suspendidos con un ángulo
de torsión desconocido, ha de realizarse además de la medición de la
anchura de la superficie sobre la que toma contacto la toma de
corriente, también la medición del diámetro visible mediante ambas
cámaras 2 y 2'. De esta manera puede obtenerse un resultado de
medida inequívoco. Para minimizar la duración del cálculo, es
conveniente también en este caso la utilización de una
tabla.
tabla.
Es ventajoso utilizar la ejecución última
descrita de la invención con los dos pares de elementos 1, 2 y 1',
2' tal como se ha indicado, también para hilos de toma de forma
circular a inspeccionar. La medición doble, que en cuanto a tiempo
no necesita coste adicional alguno, asegura un incremento nada
despreciable de la precisión de medida con un equipo como el
correspondiente a la invención.
Finalmente, refirámonos además a las ventajas
generales del equipo correspondiente a la invención respecto a
equipos según el estado de la técnica:
El equipo correspondiente a la invención está
alojado y posicionado sobre el techo 20 de un vehículo a gran
distancia del hilo de toma. Aquí no es necesario que se toque el
hilo de toma. En particular puede así incluso, de manera ventajosa,
evitarse el contacto con el hilo de toma, que forzosamente perjudica
al valor de medida, cuando hay que realizar una medición separada y
simultánea de la posición actual en cuanto a altura del hilo de
toma, tal como la que se presenta cuando existe una toma de
corriente. Preferentemente se aloja por lo tanto el equipo
correspondiente a la invención sobre el techo de un vehículo no
accionado eléctricamente, en particular de una locomotora
diesel.
Un seguimiento continuo del sistema óptico del
equipo para compensar los forzosos movimientos laterales del hilo de
toma debido a la suspensión en zigzag, no tiene importancia en la
invención.
Con la invención, puede calcularse la altura
residual de hilos con sección tanto circular como también
rectangular, con lo que se amplia o incluso se completa la
universalidad del equipo correspondiente a la invención.
Pueden medirse con la invención también los hilos
que se encuentren uno junto a otro a una altura que al menos sea
aproximadamente la misma. La cantidad de hilos que pueden medirse
simultáneamente es incluso casi cualesquiera. Su distancia mutua ha
de ser sólo superior al diámetro del hilo. Esta ventaja es
especialmente considerable allí donde en la zona de solape de los
hilos de toma, por tramos (superiores a 150 m de amplitud), existen
hilos de toma que discurren uno junto a otro para la transición
desde un terminal del hilo de toma hasta el siguiente comienzo del
hilo de toma.
De por sí perjudican también en la invención para
la evaluación prevista de la imagen las pinzas que sujetan el hilo
de toma desde arriba. Pero con la invención puede realizarse al
menos una medición sin perturbaciones, fiable, de la anchura B - C
de la superficie de contacto. En los sistemas conocidos que trabajan
a trasluz es la medición en el lugar de una pinza es al menos
defectuosa, si no es del todo
inútil.
inútil.
Con el equipo correspondiente a la invención
puede determinarse de manera fiable la magnitud del desgaste del
hilo de toma también cuando el hilo de toma está suspendido torcido
y el ángulo de torsión además cambia y/o es desconocido.
Se ha descrito hasta ahora la invención para
hilos de toma de ferrocarriles accionados eléctricamente. De la
manera correspondiente, puede aplicarse la invención también a
catenarias de por ejemplo autobuses de catenarias (trolley). Para
ello han de preverse algunas variaciones y/o complementos. Las
señales de los dos hilos de toma que discurren en paralelo se
encuentran no obstante también aquí separadamente como clara
indicación diagnóstica, tal como puede verse en el sentido
correspondiente en la figura 5D. Para el vehículo han de preverse
dado el caso medidas relativas a que en la marcha de inspección la
trayectoria no provoca una desviación de la evolución de la medida
de forma perjudicial, ya que dicha trayectoria usualmente no tiene
evolución en zigzag.
Claims (25)
1. Equipo para la captación óptica del desgaste
en hilos de toma (10) de catenarias para vehículos accionados
eléctricamente, con al menos una unidad de iluminación con
proyectores (1, 1') para iluminar el correspondiente tramo del hilo
de toma (10), con al menos una cámara de línea (2, 2') con objetivo
(21) y plano de la imagen (22) para la toma de los puntos de la
imagen por líneas de un tramo del hilo de toma (10) momentáneamente
iluminado,
con una unidad de evaluación (50) electrónica
prevista para la evaluación de la imagen,
estando dispuestos un proyector (1, 1') y una
cámara de línea (2, 2') juntamente (1, 2; 1', 2') en la zona del
techo (20) en un vehículo (120), estando previsto éste para viajar a
lo largo del hilo de toma (10) a inspeccionar, conjuntamente uno
próximo a otro y orientados a la zona (G) de la existencia del hilo
de toma (10) posicionado de orientación variable,
siendo el proyector (1, 1') una fuente de luz
láser de semiconductor, que lleva antepuesto un sistema óptico
cilíndrico para la formación de un haz de iluminación (3, 3') con un
ángulo de abertura (\gamma) y con un haz de algunos milímetros de
espesor, y
estando dispuestos al menos el plano del objetivo
(21) y/o el plano de la imagen (22) de la cámara (2, 2') de por sí
en su posición y orientación respecto al eje óptico (121) de la
cámara alrededor de un único eje de basculación (F, F_{0},
F_{0}') en función de la posición en cuanto a altura momentánea
durante el funcionamiento del hilo de toma (10' - 10''), que puede
calcularse mediante un equipo para la determinación de la posición
en cuanto a altura, tal que puede bascular (P) controladamente, para
un ajuste de la nitidez suficiente para la inspección del hilo de
toma en la reproducción en el plano de la imagen válido para todas
sus posibles posiciones en cuanto a altura, estando orientado este
eje de basculación en paralelo a la dirección de marcha del vehículo
(120) o bien perpendicularmente respecto al plano del haz de
iluminación (3, 3') y estando definida su posición por la recta de
intersección, de las que al menos hay una, de al menos dos planos de
objetivo como los indicados (21_{i}, 21_{j}, 21_{k}) o/y
planos de la imagen (22_{a}, 22_{b}), en los cuales el hilo de
toma está ajustado en posiciones en cuanto a altura elegidas de
manera predeterminable según la regla de Scheimpflug para lograr una
imagen nítida.
2. Equipo según la reivindicación 1,
en el cual la posición del eje (F) para la
basculación (P) del plano de la imagen o del plano del objetivo está
definida mediante la recta de intersección que resulta de la
intersección 1.) del plano de la imagen (22_{a}) o del plano del
objetivo, estando éste en la posición y orientación para el ajuste
de la nitidez según la regla de Scheimpflug para la posición del
hilo de toma (10'') aproximadamente en su posición más baja en
cuanto a altura con 2.) el plano de la imagen (22_{b}) o el plano
del objetivo, éste en la posición y orientación para el ajuste de la
nitidez según la regla de Scheimpflug para la posición del hilo de
toma en una posición en cuanto a altura predeterminable igual o algo
superior a la posición normalizada en cuanto a altura para el hilo
de toma.(Figura 3A)
3. Equipo según la reivindicación 1,
en el cual la posición del eje (F_{0}) para la
basculación (P) se calcula a partir por un lado de la recta de
intersección (F1) que resulta de la intersección 1.) del plano del
objetivo (21_{i}) o del plano de la imagen, estando éste en la
posición y orientación para el ajuste de la nitidez según la regla
de Scheimpflug para la posición del hilo de toma aproximadamente en
su posición más baja en cuanto a altura con 2.) el plano del
objetivo (21_{j}) o el plano de la imagen, éste en la posición y
orientación para el ajuste de la nitidez según la regla de
Scheimpflug para posiciones del hilo de toma en una posición en
cuanto a altura promedia predeterminable,
y por otro lado de la recta de intersección (F2)
que resultan de la intersección 1.) del plano del objetivo
(21_{k}) o del plano de la imagen, estando éste en la posición y
orientación para el ajuste de la nitidez según la regla de
Scheimpflug para posiciones del hilo de toma aproximadamente en su
posición más alta en cuanto a altura con 2.) el plano del objetivo
(21_{j}) o el plano de la imagen, éste en la posición y
orientación para el ajuste de la nitidez según la regla de
Scheimpflug para la posición del hilo de toma antes citada en la
posición intermedia en cuanto a altura y eligiéndose la posición del
eje (F_{0}) determinada para la basculación (P) prevista en el
equipo para el plano del objetivo o el plano de la imagen sobre una
posición que se encuentra entre las posiciones de ambas rectas de
intersección antes citadas (F1 y F2). (Figura 3B).
4. Equipo según la reivindicación 3,
en el cual la posición del eje (F_{0}) para la
basculación (P) se calcula adicionalmente con una recta de
intersección (F_{3}) que resulta de la intersección 1.) del plano
del objetivo (21_{k}) o del plano de la imagen, estando éste en la
posición y orientación para el ajuste de la nitidez según la regla
de Scheimpflug para posiciones del hilo de toma aproximadamente en
su posición máxima en cuanto a altura con 2.) el plano del objetivo
(21_{i}) o el plano de la imagen, éste en la posición y
orientación para el ajuste de la nitidez según la regla de
Scheimpflug para la posición del hilo de toma en una posición en
cuanto a altura que aproximadamente es la más baja y eligiéndose la
posición del eje (F_{0}) para la basculación (P) prevista en el
equipo para el plano del objetivo o el plano de la imagen hasta una
posición que se encuentra en la zona entre las posiciones de la
primera recta de intersección citada (F_{1}, F_{2}), teniendo en
cuenta la posición lateralmente desplazada de la última recta de
intersección citada (F_{3}). (Figura 3B).
5. Equipo según la reivindicación 3 ó 4,
en el que para la posición del eje (F_{0})
prevista para la basculación (P) se toman como base aún más de tres
rectas de intersección, que resultan en cada caso de la intersección
de dos planos del objetivo o planos de la imagen, para el ajuste de
la nitidez según la regla de Scheimpflug para el hilo de toma en una
posición predeterminable en cuanto a altura.
6. Equipo según la reivindicación 3, 4 ó 5,
en el que la posición de un eje (F'_{0})
corregido previsto para la basculación del plano del objetivo (21) o
del plano de la imagen (22), encontrándose esta posición entre las
posiciones de las citadas rectas de intersección (F_{1}, F_{2},
F_{3}) de en cada caso dos planos posicionados y orientados según
la regla de Scheimpflug, viene determinada por un ajuste de la
posición de este eje corregido (F'_{0}) para el que la suma de los
cuadrados de las desviaciones angulares (d, d', d'') de los planos
del objetivo/planos de la imagen ajustados es un mínimo, siendo la
correspondiente desviación angular (d, d', d'') aquélla que se
encuentra entre la orientación en cada caso de aquel plano del
objetivo (21, 21', 21'') o plano de la imagen que resulta en la
basculación alrededor de un eje (F_{0}) aún no corregido de esa
manera para la posición en cuanto a altura dada del hilo de toma y
de la orientación del correspondiente plano del objetivo (21_{i},
21_{j}, 21_{k}) o plano de la imagen para los que se cumpla
exactamente la regla de Scheimpflug para la reproducción del hilo de
toma.
7. Equipo según una de las reivindicaciones 3 a
6,
en el que el posicionamiento del eje para la
basculación (P) del plano del objetivo o/y del plano de la imagen
está realizado de manera variable alrededor de este eje a lo largo
de las rectas (S_{0}) de los posicionamientos de las rectas de
intersección (S', S, S'') de planos del objetivo y de la imagen
exactamente orientados según la regla de Scheimpflug para distintas
alturas del hilo de toma mediante una pértiga, estando prevista esta
conducción lateral de la posición del eje tal que puede controlarse
en función de la posición actual en cuanto a altura del hilo de
toma.
8. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
7,
donde está prevista la basculación coordinada en
este equipo de plano del objeto y plano de la imagen entre sí
alrededor de en cada caso un único eje de basculación.
9. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
8,
donde para el proyector (1, 1') está previsto un
diodo láser que está realizado con varios emisores, que están
dispuestos en el diodo a una distancia tan grande uno de otro que
hay incoherencia entre la radiación de láser de los distintos tramos
de emisor.
10. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
9,
donde el proyector (1, 1') incluye una óptica de
lente de retícula para cumplir con las normas de protección frente a
radiaciones de láser.
11. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
10,
en el que sobre el vehículo (120) están previstos
dos pares de elementos, cada uno con proyector (1, 1') y cámara (2,
2') que están previstos distanciados entre sí transversalmente
respecto a la dirección del hilo de toma y que están orientados de
tal manera que el hilo de toma es iluminado desde abajo desde dos
direcciones que se cortan (ángulo +\alpha, -\alpha) y el haz de
iluminación (3) de uno de los pares y (3') del otro par están
ajustados orientados de tal manera que estos dos haces de
iluminación (3, 3') están orientados entre sí posicionados desde
penetrando uno en otro hasta aproximadamente paralelos uno a
otro.
otro.
12. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
11,
en el que el correspondiente ángulo de abertura
del haz de iluminación (3, 3') es aproximadamente 45º.
13. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
12,
en el que el proyector (1, 1') es un proyector de
infrarrojos.
14. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
13,
en el que la cámara (2, 2') incluye una o varias
líneas y una línea tiene aproximadamente elementos sensores en el
orden de magnitud 2^{12}.
15. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
14,
estando dimensionada la distancia focal de la
cámara a unos 80 a 150 mm.
16. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
15,
incluyendo la unidad evaluadora (50) un ordenador
personal (53) y una tarjeta de memoria de imagen (52) con
procesadores de señal digitales.
17. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
16,
en el que para la evaluación del resultado de
medida se lleva el resultado de la señal calculado con la unidad
evaluadora (50) a una unidad para la formación de la diferencia.
18. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
17,
en el que puede calcularse la posición actual en
cuanto a altura del hilo de toma en base a la reproducción nítida
del mismo sobre el plano de la imagen de la cámara.
19. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
18,
en el que la duración de la iluminación está
ajustada de tal manera que la zona de captación de la cámara (2, 2')
detecta durante la marcha una longitud del hilo de toma de
aproximadamente 10 mm.
20. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
19,
en el que la duración de la iluminación está
ajustada de tal manera que la zona de toma de la cámara (2, 2') es
de unos 10 mm de longitud del hilo de toma para cada toma n durante
la marcha dentro de la duración de iluminación predeterminada y
porque a partir de n tomas que siguen inmediatamente una a otra de
la cámara (2, 2'), una unidad evaluadora (50) aporta una evolución
de señal que se corresponde con un promedio de los valores de señal
de las correspondientes n tomas.
21. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
20,
en el que la duración de la iluminación de la
cámara puede controlarse proporcionalmente en función de la
velocidad de marcha del vehículo (120).
22. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
21,
en el que la intensidad de la iluminación por
parte del proyector (1, 1') puede controlarse de manera que sea
inversamente proporcional a la duración de la iluminación de la
cámara (2, 2').
23. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
22,
en el que el ajuste de todos los parámetros en el
equipo puede elegirse de tal manera que para la toma de imagen del
hilo de toma con la cámara (2, 2') puede lograrse una resolución de
la imagen transversalmente a la dirección longitudinal del hilo de
toma (10) en la gama de algunas décimas de milímetro.
24. Equipo según una de las reivindicaciones 1 a
23,
en el que el equipo está alojado en un vehículo
(120), con lo que la inspección del hilo de toma (10) puede
realizarse sin contacto.
25. Equipo según la reivindicación 24,
en el que existe una locomotora con accionamiento
diesel como vehículo (120) para el montaje del equipo.
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