IT201800002756A1 - Sistema di rilevamento senza contatto di profili ferroviari - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
TITOLO
SISTEMA DI RILEVAMENTO SENZA CONTATTO DI PROFILI FERROVIARI
SETTORE TECNICO
La presente invenzione si inserisce nel settore tecnico inerente la costruzione e manutenzione di materiale ferroviario, con particolare riferimento alle rotaie ed alle ruote di locomotori e vagoni.
STATO DELL’ARTE
I componenti citati devono essere controllati all’atto della costruzione, per verificarne sia l’esatta corrispondenza dimensionale al progetto che il rispetto delle tolleranze di forma ammesse, queste ultime specialmente nelle ruote.
Inoltre, è fondamentale che tali controlli siano effettuati con regolarità durante la vita operativa dei componenti, in modo da monitorare le usure e l’insorgenza di eventuali danni strutturali che possano inficiare la sicurezza dei treni.
Le operazioni di controllo e manutenzione, dagli albori del trasporto ferroviario, si sono evolute e raffinate nel tempo, utilizzando gli strumenti che il progresso tecnologico ha mano a mano messo a disposizione.
Grazie alle recenti tecnologie, sono ora disponibili dispositivi di lettura a raggio laser in grado di rilevare con precisione forme tridimensionali anche complesse, senza contatto con le stesse.
Tali dispositivi sono utilizzati, ad esempio, nel cosiddetto “reverse engineering”, per ottenere, velocemente e con esattezza, disegni digitalizzati di pezzi meccanici esistenti ma dei quali non si abbia il progetto.
SINTESI DELL’INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è perciò quello di proporre un sistema di rilevamento senza contatto di profili ferroviari, in particolare rotaie e ruote di treno, in grado di acquisire velocemente e con elevata precisione la forma e la dimensione dei medesimi.
Un altro scopo dell’invenzione è quello di memorizzare tutti i dati acquisiti, per rendere più efficaci e tempestive le manutenzioni.
Ancora uno scopo dell’invenzione consiste nel poter allestire detto sistema in diverse versioni, sia per lavori statici in officina che per ispezionare tratti di binari delle linee ferroviarie.
Un ulteriore scopo dell’invenzione prevede il confronto tra i profili rilevati e profili campioni, da cui ricavare rapidamente gli scostamenti dovuti ad usura o a danni strutturali localizzati.
Questi ed altri scopi sono pienamente raggiunti mediante un sistema di rilevamento senza contatto di profili ferroviari comprendente:
- almeno un dispositivo di rilevamento laser, previsto per acquisire un numero sufficiente di punti caratteristici di un profilo ferroviario, detto dispositivo di rilevamento laser essendo del tipo a tendina e comprendente una pluralità di proiettori ottici, disposti in maniera che i raggi da loro emessi risultino giacenti su uno stesso piano, con quest’ultimo opportunamente orientato rispetto a detto profilo ferroviario;
- un’unità di elaborazione elettronica, destinata a ricevere le informazioni parametriche acquisite da detto dispositivo di rilevamento laser, ed a processarle con algoritmi contenuti in un programma software, quest’ultimo essendo in grado di ricostruire in maniera digitale almeno una prestabilita porzione della forma di detto profilo ferroviario;
- primi mezzi, associati a detta unità di elaborazione elettronica, anche in remoto, previsti per la memorizzazione dei dati inerenti detto profilo digitale acquisito.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Le caratteristiche dell’invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione del sistema di rilevamento senza contatto di profili ferroviari, di cui all’oggetto, in accordo con quanto proposto nelle rivendicazioni e con l’ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali:
- la Fig. 1A illustra schematicamente un dispositivo laser del sistema applicato per il rilevamento del profilo trasversale di una ruota ferroviaria;
- la Fig.1B illustra da un’altra angolazione il rilevamento di cui alla Fig.1A;
- la Fig. 2 illustra, in una vista simile alla Fig. 1, una variante di realizzazione del sistema, con due dispositivi laser applicati per il rilevamento del profilo trasversale di una ruota ferroviaria;
- la Fig. 3 illustra un dispositivo laser del sistema applicato per il rilevamento del profilo di rotolamento di una ruota ferroviaria;
- la Fig. 4 illustra un dispositivo laser del sistema applicato per il rilevamento del profilo trasversale di una rotaia;
- la Fig. 5 illustra un dispositivo laser del sistema applicato per il rilevamento della rettilineità della faccia superiore della rotaia;
- la Fig.6 illustra il sistema rappresentato mediante una schema a blocchi.
DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE
Nelle sopraelencate figure, è stato indicato col riferimento 1 il sistema di rilevamento senza contatto oggetto della presente invenzione, nel suo insieme.
Il sistema di rilevamento 1 è stato studiato, in particolare, per applicazioni riguardanti l’ambito ferroviario, quali le ruote 2 di vagoni o locomotori oppure rotaie 3 e binari, pertanto la descrizione che seguirà si focalizza in tale settore tecnico.
Tuttavia ciò non deve essere inteso quale fattore limitativo dell’invenzione, che potrà trovare vantaggiosamente altre applicazioni in settori affini e diversi, in generale ove si presenti la necessità di verificare l’integrità di un componente meccanico ovvero il suo grado di usura.
Il sistema 1, in una sua configurazione base, comprende almeno un dispositivo di rilevamento laser 10, preferibilmente del tipo a tendina, nel quale una pluralità di proiettori ottici, non illustrati in dettaglio, sono disposti in maniera che i raggi da loro emessi risultino giacenti su uno stesso piano, mutuamente paralleli e ravvicinati, così che l’impronta luminosa che si realizza su una superficie ha forma di linea.
Il dispositivo di rilevamento laser 10 è previsto per acquisire un numero sufficiente di punti caratteristici di un profilo ferroviario, quali ad esempio le citate ruote 2 e rotaie 3, e a tal fine viene disposto ed orientato rispetto a queste ultime, in funzione della caratteristica dimensionale o di forma che interessa verificare, come più dettagliatamente precisato nel seguito.
Per l’applicazione di cui sopra, il dispositivo di rilevamento laser 10 è preferibilmente del tipo previsto per un campo di scansione tra 140 e 1000mm, con precisione centesimale.
Nel sistema 1 è prevista un’unità di elaborazione elettronica 11, destinata a ricevere le informazioni parametriche acquisite dal dispositivo di rilevamento laser 10, ed a processarle con algoritmi contenuti in un idoneo programma software.
Il dispositivo di rilevamento laser 10 è interfacciato all’unità di elaborazione elettronica 11 in maniera tradizionale, via cavo, oppure wireless (Bluetooth o simili) od anche in remoto, mediante collegamenti internet e/o una rete di telefonia cellulare.
Attraverso questa elaborazione, viene ricostruita in maniera digitale almeno una prestabilita porzione della forma di detto profilo ferroviario, ad esempio la sezione trasversale.
All’unità di elaborazione elettronica 11 sono associati primi mezzi 12, ad esempio costituiti da hardware e software, rappresentati a blocco nella Fig. 6, per la memorizzazione dei dati inerenti detto profilo digitale acquisito.
Detti primi mezzi 12 possono essere interfacciati all’unità di elaborazione elettronica 11 in maniera tradizionale, via cavo, oppure wireless (Bluetooth o simili) od anche in remoto, mediante collegamenti internet e/o una rete di telefonia cellulare.
Grazie a ciò, i dati possono vantaggiosamente essere memorizzati in un “cloud” 15 e resi disponibili da qualunque parte del mondo.
In una preferita forma di realizzazione del sistema 1, sono inoltre previsti secondi mezzi 13, ad esempio costituiti da hardware e software, rappresentati a blocco nella Fig. 6, anch’essi associati a detta unità di elaborazione elettronica 11, previsti per confrontare detto profilo digitale acquisito con un profilo campione, allo scopo di rilevare, sul primo, gli scostamenti dimensionali o di forma rispetto al secondo e/o la presenza di danni strutturali localizzati.
Vantaggiosamente, il sistema prevede terzi mezzi 14, ad esempio costituiti da hardware e software, rappresentati a blocco nella Fig. 6, a loro volta associati all’unità di elaborazione elettronica 11 e ai suddetti secondi mezzi 13, atti a segnalare mediante messaggi e/o avvisatori luminosi e/o avvisatori acustici, la presenza di danni strutturali e/o di scostamenti superiori a prestabiliti valori di soglia tra detti profilo digitale acquisito e profilo campione.
I detti secondi e terzi mezzi 13, 14 sono stati rappresentati come interfacciati in remoto rispetto all’unità di elaborazione 11, ad esempio nel citato cloud 15 (Fig. 6), ma ovviamente sono possibili collegamenti diversi realizzati utilizzando uno di quelli noti già menzionati più sopra.
Nelle Figg. 1A, 1B, è illustrata la scansione di una ruota 2 di un locomotore o di un vagone.
Il dispositivo di rilevamento laser 10 è orientato in modo che la tendina T dei raggi sia radiale rispetto alla ruota 2; il dispositivo 10, inoltre, presenta vantaggiosamente uno sviluppo trasversale tale per cui la tendina T di raggi emessa, quindi la lunghezza della linea luminosa generata, sia pari o superiore alla larghezza della ruota 2.
Per tale applicazione, il sistema 1 comprende organi motorizzati (non illustrati in dettaglio) per la rotazione relativa tra detta ruota 2 ed il dispositivo di rilevamento laser 10, con avanzamenti discreti o in continuo, per acquisire una pluralità di letture, corrispondenti ad altrettanti profili digitali, a distanze angolari prestabilite a coprire interamente la circonferenza della ruota 2.
Con le suddette letture, l’unità di elaborazione elettronica 11 è in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale la ruota 2 monitorata.
Nella Fig. 2 è illustrata una variante realizzativa del sistema 1 che prevede, per la scansione del profilo di detta ruota 2, di utilizzare una coppia di dispositivi di rilevamento laser 10, dei quali il primo disposto come già detto sopra, ed il secondo ruotato di 90°, orientato verso il fianco interno 2F della stessa ruota 2 e con la rispettiva tendina T di raggi complanare a quella del primo dispositivo 10.
Nella Fig. 3 è illustrata una diversa modalità di scansione della ruota 2, con il dispositivo di rilevamento laser 10 orientato in modo che la rispettiva tendina T di raggi risulti perpendicolare all’asse di rotazione della ruota 2 medesima.
Con questa modalità di scansione viene rilevata la circonferenza di rotolamento della ruota 2 destinata ad appoggiarsi su una rotaia, permettendo di controllare la relativa forma circolare, se regolare od ovalizzata, nonché il centraggio della stessa rispetto all’asse di rotazione.
Nelle Figg. 1A, 1B, 2 e 3 sono illustrati opzionali organi meccanici di posizionamento 20, resi solidali al corpo del dispositivo di rilevamento laser 10, che permettono di disporre con facilità quest’ultimo in una prestabilita posizione rispetto alla ruota 2, ad esempio mediante un puntalino 21 posto a sfioramento della circonferenza esterna dello spallamento 2B della ruota 2 stessa.
Nella Fig. 4 è illustrata la scansione di una rotaia ferroviaria 3, per la quale sono preferibilmente utilizzati tre dispositivi di rilevamento laser 10 per ricavarne il profilo digitale, aventi i rispettivi raggi complanari, ortogonali rispetto all’asse longitudinale della medesima rotaia 3 e convergenti verso quest’ultima.
Il primo dei citati dispositivi 10 è disposto superiormente alla rotaia 3 ed è orientato verso il basso, mentre il secondo ed il terzo dispositivo 10 sono disposti ai fianchi della medesima rotaia 3, sostanzialmente contrapposti.
Per tale scansione, il sistema 1 comprende organi per la movimentazione rettilinea relativa tra la rotaia 3 e la terna di dispositivi di rilevamento laser 10, non illustrati in quanto noti e di intuitiva comprensione.
Con una prestabilita velocità di campionamento, vengono pertanto acquisite una pluralità di letture, per la scansione di corrispondenti profili digitali, dai quali l’unità di elaborazione elettronica 11, in cooperazione con i secondi ed i terzi mezzi 13, 14, è in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale il tratto di detta rotaia 3 monitorato.
Nella Fig. 5 è illustrata una diversa modalità di scansione della rotaia 3, con un solo dispositivo di rilevamento laser 10 orientato in modo che la rispettiva tendina di raggi risulti disposta parallela all’asse longitudinale della rotaia 3 medesima.
Con questa modalità di scansione viene rilevata la superficie della faccia orizzontale superiore 3A su cui avviene il rotolamento della ruota 2, permettendo di controllarne l’andamento orizzontale, se regolarmente rettilineo o se interessato da avvallamenti o dossi.
Come naturale estensione dell’utilizzo del sistema 1 sopra descritto con riferimento alla Fig. 4, è previsto di scansionare contemporaneamente le due rotaie 3 che compongono un binario (non illustrato) costituente una linea ferroviaria, o parte di essa.
Ciascuna rotaia 3 di detto binario viene quindi preferibilmente rilevata da una terna di dispositivi di rilevamento laser 10 disposti come sopra specificato, allineata trasversalmente con l’altra terna di dispositivi laser 10 preposti al rilevamento della restante rotaia 3.
Le due terne di dispositivi laser 10, in una possibile vantaggiosa soluzione costruttiva, sono montate su un carrello d’ispezione (non illustrato) adatto ad avanzare lungo detto binario con velocità controllata, così da acquisire una pluralità di letture con una prestabilita velocità di campionamento, per la scansione di corrispondenti profili digitali, dai quali l’unità di elaborazione elettronica 11, in cooperazione con i secondi ed i terzi mezzi 13, 14, è in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale il tratto di detto binario monitorato.
Il citato carrello d’ispezione può vantaggiosamente essere a guida automatica, comandabile anche da remoto, e comprende organi di geolocalizzazione, tipo GPS o simili, in grado di interfacciarsi con detta unità di elaborazione elettronica 11 per la mappatura dei tratti di binario monitorati, e/o di interfacciarsi con una stazione di controllo, anche remota e non illustrata, per la sorveglianza del movimento del carrello medesimo rispetto al traffico ferroviario in corso.
Dalla descrizione sopra esposta risultano con tutta evidenza le peculiari caratteristiche del sistema di rilevamento senza contatto in oggetto, che permette di effettuare velocemente e con elevata precisione controlli riguardanti la forma e la dimensione di ruote ferroviarie, rotaie e binari, sia in fase di collaudo di pezzi nuovi che durante le periodiche manutenzioni, così da visualizzare le usure e osservare tempestivamente la presenza di danni strutturali localizzati, elevando così il grado di sicurezza dei treni.
Il sistema proposto, infatti, è estremamente versatile e grazie alle tecnologie di interfacciamento adottate può essere allestito in diverse versioni, sia per lavori statici in officina che per ispezionare tratti di binari delle linee ferroviarie, utilizzando il descritto carrello semovente da inviare lungo queste ultime.
Ai fini di un’efficace azione preventiva si rivela di fondamentale importanza la memorizzazione di tutti i dati acquisiti nel tempo, nonché i confronti tra i profili rilevati e quelli profili campioni, che i responsabili della manutenzione ferroviaria saranno in grado di interpretare e valutare in modo ottimale.
Come già precisato nella descrizione, il sistema di rilevamento proposto, ancorché dedicato in particolare al settore ferroviario, può trovare applicazione in altri ambiti e settori tecnici, con vantaggi del tutto simili.
Si intende comunque che quanto sopra descritto ha valore esemplificativo e non limitativo, pertanto eventuali varianti di dettaglio che si rendessero necessarie per ragioni tecniche e/o funzionali, si considerano sin da ora rientranti nel medesimo ambito protettivo definito dalle sottoriportate rivendicazioni.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di rilevamento senza contatto di profili ferroviari, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un dispositivo di rilevamento laser (10), previsto per acquisire un numero sufficiente di punti caratteristici di un profilo ferroviario (2, 3), detto dispositivo di rilevamento laser (10) essendo del tipo a tendina e comprendente una pluralità di proiettori ottici, disposti in maniera che i raggi da loro emessi risultino giacenti su uno stesso piano, con quest’ultimo opportunamente orientato rispetto a detto profilo ferroviario (2, 3); - un’unità di elaborazione elettronica (11), destinata a ricevere le informazioni parametriche acquisite da detto dispositivo di rilevamento laser (10), ed a processarle con algoritmi contenuti in un programma software, quest’ultimo essendo in grado di ricostruire in maniera digitale almeno una prestabilita porzione della forma di detto profilo ferroviario (2, 3); - primi mezzi (12), associati a detta unità di elaborazione elettronica (11), anche in remoto, previsti per la memorizzazione dei dati inerenti detto profilo digitale acquisito.
- 2. Sistema secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre: - secondi mezzi (13), associati a detta unità di elaborazione elettronica (11), anche in remoto, previsti per confrontare detto profilo digitale acquisito con un profilo campione ed a rilevarne eventuali scostamenti ovvero danni strutturali localizzati presenti sul medesimo profilo digitale acquisito; - terzi mezzi (14), associati a detta unità di elaborazione elettronica (11), anche in remoto, previsti per segnalare danni strutturali e/o scostamenti superiori a prestabiliti valori di soglia tra detti profilo digitale acquisito e profilo campione.
- 3. Sistema secondo la riv. 1, nel quale detto profilo ferroviario è costituito da una ruota (2) di un locomotore o di un vagone, caratterizzato dal fatto di comprendere organi per la rotazione relativa tra detta ruota (2) ed il citato almeno un dispositivo di rilevamento laser (10), dal fatto che è previsto di acquisire una pluralità di letture, corrispondenti ad altrettanti profili digitali, a distanze angolari prestabilite a coprire la circonferenza della medesima ruota (2), e dal fatto che detta unità di elaborazione elettronica (11) è dotata di un programma software in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale la ruota (2) monitorata.
- 4. Sistema secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di dispositivi di rilevamento laser (10) per il rilevamento del profilo di rotolamento della suddetta ruota (2), dei quali il primo dispositivo (10) è orientato in modo che la rispettiva tendina (T) dei raggi risulti radiale rispetto a detta ruota (2), ed il secondo ruotato di 90°, orientato verso il fianco interno (2F) della stessa ruota (2) e con la rispettiva tendina (T) di raggi complanare a quella del primo dispositivo (10).
- 5. Sistema secondo la riv. 1, nel quale detto profilo ferroviario è costituito da una rotaia (3), caratterizzato dal fatto di comprendere organi per la movimentazione rettilinea relativa tra detta rotaia (3) ed il citato almeno un dispositivo di rilevamento laser (10), dal fatto che è previsto di acquisire una pluralità di letture con una prestabilita velocità di campionamento, per la scansione di corrispondenti profili digitali, e dal fatto che detta unità di elaborazione elettronica (11) è dotata di un programma software in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale il tratto di detta rotaia (3) monitorato.
- 6. Sistema secondo la riv. 5, caratterizzato dal fatto che detto almeno un dispositivo di rilevamento laser (10) risulta orientato in modo che la rispettiva tendina (T) di raggi sia disposta parallela all’asse longitudinale della citata rotaia (3), dal fatto che è previsto di rilevare la superficie della faccia orizzontale superiore (3A) di quest’ultima su cui avviene il rotolamento di una ruota ferroviaria (2), permettendo di controllarne l’andamento rettilineo ed eventuali avvallamenti o dossi.
- 7. Sistema secondo la riv. 5, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno tre di detti dispositivi di rilevamento laser (10) per il rilevamento del profilo digitale di detta rotaia (3), aventi le rispettive tendine (T) di raggi complanari, ortogonali rispetto all’asse longitudinale di detta rotaia (3) e convergenti verso quest’ultima, il primo dei citati dispositivi laser (10) essendo disposto superiormente alla stessa rotaia (3) e orientato verso il basso, e con il secondo ed il terzo dispositivo laser (10) disposti ai fianchi della medesima rotaia (3), sostanzialmente contrapposti.
- 8. Sistema secondo la riv. 1, nel quale detto profilo ferroviario è costituito da un binario formato da una coppia di rotaie (3) parallele, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno due di detti dispositivi di rilevamento laser (10), ciascuno atto a monitorare una corrispondente rotaia (3) e montati su un carrello d’ispezione adatto ad avanzare lungo detto binario con velocità controllata, dal fatto che è previsto di acquisire una pluralità di letture con una prestabilita velocità di campionamento, per la scansione di corrispondenti profili digitali, e dal fatto che detta unità di elaborazione elettronica (11) è dotata di un programma software in grado di ricostruire in maniera digitale tridimensionale il tratto di detto binario monitorato.
- 9. Sistema secondo la riv. 8, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno tre di detti dispositivi di rilevamento laser (10) per il rilevamento del profilo digitale di ciascuna rotaia (3) del citato binario, con i dispositivi (10) di ciascuna terna aventi le rispettive tendine (T) di raggi complanari, ortogonali rispetto all’asse longitudinale della rispettiva rotaia (3) e convergenti verso quest’ultima, il primo dei citati dispositivi essendo disposto superiormente alla stessa rotaia (3) e orientato verso il basso, e con il secondo ed il terzo disposti ai fianchi della medesima rotaia (3), sostanzialmente contrapposti.
- 10. Sistema secondo la riv. 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detto carrello d’ispezione è a guida automatica, comandata anche da remoto, e comprende organi di geolocalizzazione in grado di interfacciarsi con detta unità di elaborazione elettronica (11) per la mappatura dei tratti di binario monitorati, e/o di interfacciarsi con una stazione di controllo, anche remota, per la sorveglianza del movimento del carrello medesimo rispetto al traffico ferroviario in corso.
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2018
- 2018-02-16 IT IT102018000002756A patent/IT201800002756A1/it unknown
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