ES2325389B1 - Medidor de geometria de la rodadura ferroviaria. - Google Patents
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Abstract
Medidor de geometría de la rodadura ferroviaria,
formado por una fuente de luz (4) que emite una proyección láser
(8) sobre el perfil de rodadura (1) de la rueda de aplicación, y un
sensor de arrays o matricial (5) que traduce la posición de la
recepción de la mencionada proyección (8) en distancias que
corresponden a las alturas del perfil de rodadura (1) en toda la
anchura de la rueda.
Description
Medidor de geometría de la rodadura
ferroviaria.
El objeto de la presente invención está
relacionado con la medición de los perfiles de rodadura de las
ruedas de los trenes que se encuentran en las vías ferroviarias,
proponiendo un dispositivo que permite realizar la captura de
perfiles sucesivos para la obtención del contorno de la superficie
de la rodadura.
El re-perfilado de las ruedas de
ferrocarril es un mantenimiento correctivo de las ruedas
ferroviarias en explotación. Este mantenimiento correctivo de las
ruedas es necesario para dejar el perfil de rodadura de las ruedas
dentro de los parámetros autorizados por la normativa ferroviaria,
para la circulación de los trenes, los cuales son;
- -
- Altura de la pestaña.
- -
- Grosor de la pestaña.
- -
- Factor qR.
- -
- Distancia entre las caras internas de la rueda (DCI)
- -
- Distancia entre las caras activas de la rueda (DCA)
Estos parámetros determinan el grado de desgaste
de la rueda.
En este sentido se hace necesario conocer el
estado de los perfiles de las ruedas de los vehículos ferroviarios
que se encuentran en uso en las vías, para lo cual se conocen
diferentes dispositivos y métodos de evaluación de los perfiles de
rodadura.
Se conocen sistemas que emiten un haz de luz que
se refleja en el perfil de la rueda, permitiendo captar una imagen
para su posterior análisis y obtención de los parámetros necesarios
para la evaluación del perfil de la rueda, tal es el caso de las
Patentes de TALGO ES 2 122 876 y ES 2 208 055, así como la Patente
de Hegenscheidt US 4 798 963, que describen unos sistemas
constituidos al menos por un proyector de iluminación y una cámara,
mediante los cuales se realiza la captación de la imagen del perfil
de la rueda para realizar un posterior análisis de dicha imagen en
lo que se denomina visión artificial.
En este tipo de sistemas, en los que la medición
debe efectuarse dinámicamente al paso del tren, el primer problema
se produce en el momento de realizar la captación de la imagen, ya
que para obtener una imagen optima la cámara debe dispararse en el
preciso momento en el que la rueda del vehículo ferroviario se
encuentra en la perpendicular con el proyector de luz. En este
sentido se precisa la incorporación de un sincronizador entre el
proyector y la cámara, lo cual hace muy complejo el sistema de
captación.
Por otro lado estos sistemas dependen de las
limitaciones que tenga la cámara de captación en cuanto a la
digitalización de la imagen, ya que el número de fotos por segundo
que permite captar, depende de la resolución y del número de
imágenes que pueda transmitir.
Para solucionar este problema de digitalización
de las imágenes, las soluciones actuales implementan el uso de más
de una cámara de captación junto con espejos y otros elementos, de
manera que cada elemento recoge una parte diferente del perfil, con
lo cual el procesamiento de la imagen, así como la implementación
del sistema en el lugar de toma de datos, se hace más complejo.
Esta complejidad del sistema y del procesamiento
de las imágenes hace que la toma de datos no pueda ser tan
continua como se desearía, traduciéndose estos inconvenientes en la
obtención de unos resultados poco precisos del estado real del
perfil de rodadura de las ruedas.
De acuerdo con la presente invención se propone
un dispositivo que permite realizar la captación de la rodadura de
una rueda de un vehículo ferroviario de forma directa y al paso del
tren, resultando realmente ventajoso frente a las soluciones
convencionales que se emplean en la misma aplicación.
El objeto de la invención se basa en un
dispositivo de triangulación láser de 2D que permite la captura
sucesiva de perfiles en 2D de la superficie de rodadura a analizar.
Dicho dispositivo se basa en el principio de que la observación con
un ángulo determinado de un haz de luz proyectado sobre una
superficie, se puede relacionar con la distancia entre el haz y el
objeto.
La ventaja que ofrece este dispositivo radica en
el hecho de que el medidor capta punto a punto las distancias
existentes entre el sensor y el objeto, generando un perfil de
distancias (altura) para la anchura total de la rueda. Es decir, el
dispositivo no entrega imágenes sino que entrega perfiles o un mapa
de distancias, por lo que el procesamiento de imágenes que se
realizaba con las soluciones convencionales ya no es necesario, lo
que se traduce en una simplificación del procesamiento de las
capturas así como un aumento de la capacidad de recogida de
datos.
Dado que en este sistema la capacidad de
almacenamiento y transmisión de datos no plantea ningún problema,
al contrario de lo que ocurría con las soluciones convencionales,
se puede asegurar un mayor número de capturas de perfiles,
eliminando la necesidad de un sincronismo entre el captador y el
proyector de luz al paso de la rueda del vehículo ferroviario. La
realización de un mayor número de medidas, contribuye por otro lado
a una mayor robustez y precisión del sistema de medición,
pudiéndose incluso obtener un perfil en 3D dependiendo de la
velocidad de paso de la rueda del vehículo.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra un esquema gráfico de los
sistemas convencionales para la obtención del perfil de rodadura de
las ruedas de los ferrocarriles.
La figura 2 muestra una perspectiva del
dispositivo objeto de la invención en su función de aplicación.
Las figuras 3 y 4 muestran sendos esquemas
gráficos de la captación del mapa de distancias mediante el
dispositivo de la invención.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques del
funcionamiento del dispositivo objeto de la invención.
La figura 6 muestra en perspectiva una
realización preferente del dispositivo de la invención.
La figura 7 muestra una vista seccional lateral
del dispositivo de la figura anterior en la función de
aplicación.
La figura 8 muestra una vista seccional frontal
en correspondencia con la figura anterior.
La figura 9 es una perspectiva de un ejemplo de
instalación práctica del dispositivo de las figuras anteriores.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención está relacionada con los
dispositivos que se emplean en la medición de la rodadura de las
ruedas de los vehículos ferroviarios, proponiendo un dispositivo
capaz de medir la geometría de la rodadura de las ruedas sin
contacto mecánico, proporcionando una gran robustez de las medidas
que se obtienen.
En la figura 1 se muestra un esquema de
instalación de un dispositivo de captación de banda de rodadura
convencional. Tal y como se ha indicado anteriormente, las
soluciones convencionales de los dispositivos de captación de la
banda de rodadura de las ruedas de vehículos ferroviarios se
constituyen por una pluralidad de cámaras (B) localizadas en
diferentes puntos del lugar de toma de datos, así como
dispositivos de iluminación (C).
En estas soluciones cada cámara (B) toma la
imagen de una zona determinada del perfil (A), iluminada por un
dispositivo de iluminación (C), en el momento del paso del vehículo
ferroviario, con lo cual todas las cámaras (B) instaladas deben de
estar sincronizadas entre sí y con el preciso momento de paso del
tren, de forma que una vez la imagen haya sido procesada disponga
de la mayor precisión. Sin embargo debido a la complejidad del
dispositivo y del procesamiento de las imágenes, estos dispositivos
resultan inadecuados para esta aplicación.
El dispositivo objeto de la invención (figura
2), permite reproducir el perfil (1) completo de la banda de
rodadura de la rueda (2) del ferrocarril a una velocidad de
maniobra de unos 30 Km/h aproximadamente, debido a la no existencia
de contacto físico.
El dispositivo preconizado consta de dos
unidades gemelas (3) localizadas en ambos lados de la vía, estando
cada unidad constituida por una fuente de luz (4) estructurada en
forma de línea láser y un sensor de array o matricial (5).
La instalación se realiza modificando los
carriles (6), los cuales serán sustituidos por hilos de rail de
material similar al de los carriles y que permiten la rodadura de
la parte exterior de la banda de rodadura de las ruedas (2) del
ferrocarril, quedando la parte activa de la rodadura libre para
poder efectuar las mediciones pertinentes.
Por otro lado, para evitar que la rueda (2) del
ferrocarril se desalinee respecto del carril (6), se prevé la
incorporación de un contracarril (7) que la mantiene alineada.
Para la medición del perfil (1) de la rueda (2)
la fuente de luz (4) estructurada en forma de línea láser emite un
haz de luz que se proyecta sobre la superficie a medir, de manera
que la proyección (8), formada por la línea láser, es captada por
el sensor matricial o de array (5), de carácter fotosensible, que
traduce la posición de la recepción de la luz en distancia al
objeto, facilitando de esta manera las alturas del perfil (1) una a
una, tal y como se observa en las figuras 3 y 4.
En la figura 5 se muestra un diagrama de bloques
del funcionamiento del dispositivo objeto de la invención, según
el cual, una vez la fuente de luz (4) estructurada en forma de
línea láser emite un haz de luz sobre la superficie a medir, el
sensor (5) escanea (9) la proyección (8) de dicho haz de luz
traduciéndola (10) en distancias, las cuales proporcionan el perfil
(1) de la banda de rodadura de la rueda (2), el cual es transmitido
(11) a un procesador (14) en el que se realiza la captura (12) del
perfil (1) para el posterior cálculo (13) de los parámetros del
mismo.
Así como los parámetros del perfil (1) de la
rueda (2) se obtienen procesando el perfil (1) de rueda obtenido
por el sensor de arrays o matricial (5) mediante un procesador
(14), de la misma forma se puede obtener una representación del
perfil de la rueda en tres dimensiones.
Según una realización práctica preferente pero
no limitativa, el dispositivo preconizado está constituido como ya
se ha indicado anteriormente por dos unidades gemelas (3), estando
cada una de ellas constituida por una carcasa de forma cuasi
prismática rectangular que determina una elevación trapezoidal (15)
en uno de sus extremos; así como otra elevación (16) en uno de los
laterales, concretamente en el extremo opuesto al de la otra
elevación (15); todo ello tal y como se aprecia en la figura 6.
En la elevación (15) del extremo se ubica la
fuente de luz (4) estructurada en forma de línea láser, cuya
proyección láser (8) será captada por el sensor de array o
matricial (5), mientras que en la elevación lateral (16) se ubica
el sensor lateral (17) que marca la distancia existente hasta la
cara inactiva (2.1) de la rueda (2), ver figuras 7 y 8.
La instalación en vía de esta realización
preferente del objeto de la invención se realiza mediante la
incorporación de un hilo de carril en cada carril (6) de la vía
junto con un contracarril (7), acoplando cada dispositivo
preconizado de forma que el sensor lateral (17) quede en la parte
interna de la vía, mientras que el resto de dispositivos quedan
enfrentados al perfil (1) de la rueda (2) a medir, tal y como se
muestra en la figura 9.
El sensor lateral (17) realiza la medición de la
distancia existente entre él mismo y la cara interna inactiva
(2.1) de la rueda (2) del ferrocarril, pudiendo obtenerse la
distancia (DCI) existente entre las dos caras internas (2.1) de las
ruedas (2) y determinando una referencia para el cálculo de las
distancias existentes a la cara activa (2.2) de la rueda (2) que da
los diferentes perfiles (1) de la banda de rodadura.
Claims (3)
1. Medidor de geometría de la rodadura
ferroviaria, del tipo que se instala en la vía ferroviaria para
realizar la captación del perfil de la banda de rodadura de las
ruedas del ferrocarril en el paso de las mismas,
caracterizado porque el conjunto funcional se implementa en
unas unidades (3) que se instalan en unas vías de ferrocarril
modificadas (6), estando cada unidad (3) constituida por una fuente
de luz (4) y un sensor de arrays o matricial (5), emitiendo la
fuente de luz (4) un haz de línea láser, que el sensor de arrays o
matricial (5) traduce en distancias de las alturas del perfil de
rodadura (1) una a una en la anchura total de la rueda (2), en
función de las cuales proporciona la forma de dicho perfil de
rodadura (1).
2. Medidor de geometría de la rodadura
ferroviaria, según la primera reivindicación, caracterizado
porque comprende un procesador (14) en el que se realiza la captura
(12) del perfil de rodadura (1) definido por el sensor (5), para el
posterior cálculo (13) de los parámetros de dicho perfil de
rodadura (1).
3. Medidor de geometría de la rodadura
ferroviaria, según la primera reivindicación, caracterizado
porque se incorpora un sensor lateral (17) mediante el que se mide
la distancia hasta la cara inactiva (2.1) de la rueda (2) para
determinar una referencia de cálculo de los perfiles (1) de la
banda de rodadura.
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