ITTO20100479A1 - Apparecchio di misura e verifica per sale ferroviarie - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Apparecchio di misura e verifica per sale ferroviarieâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un apparecchio di rilievo e verifica per sale ferroviarie, particolarmente di tipo installabile in un deposito ferroviario e predisposto per eseguire misure volte a determinare alcune grandezze caratteristiche di una sala ferroviaria.

Problema tecnico generale

Il materiale rotabile circolante sulla rete ferroviaria à ̈ soggetto, durante l'uso, ad un degrado progressivo dei propri componenti, dal quale non sono esenti gli elementi di rodiggio. In particolare, fra gli elementi di rodiggio, le sale ferroviarie sono tipicamente soggette a fenomeni di usura piuttosto marcati poiché sono soggette a condizioni operative particolarmente gravose.

Tali fenomeni di usura difficilmente sono regolari o sostanzialmente simmetrici fra le ruote che compongono una sala ferroviaria, il che può dare origine a indesiderati e pericolosi fenomeni dinamici che inficiano la dinamica di marcia del treno e la sicurezza del rotabile stesso e dei suoi occupanti.

L'usura che interessa una sala ferroviaria si manifesta in modo marcato sulle ruote, le quali sono soggette a variazioni e/o alterazioni del loro profilo a causa, ad esempio, di urti durante la marcia, di strisciamenti del bordino lungo il fianco di una rotaia, e a cause del semplice rotolamento sulle rotaie stesse.

La verifica periodica delle sale ferroviarie à ̈ importante poiché consente di avere un'indicazione circa lo stato di usura di una sala ferroviaria e di conseguenza indicazioni circa potenziali criticità che possono insorgere durante la marcia del rotabile. Tuttavia nel campo degli apparecchi di verifica noti manca una soluzione atta a eseguire verifiche complete e accurate in modo semplice e rapido sulle sale ferroviarie senza richiedere laboriose operazioni di smontaggio della sala ed installazione su un banco prova.

Nondimeno, gli apparecchi di misura di tipo noto, forniscono in generale dati incompleti (p.es. non estesi alla intera circonferenza) e/o poco accurati, in particolare per quanto riguarda il diametro e l'eccentricità)

Scopo dell'invenzione

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare i problemi tecnici precedentemente descritti.

In particolare, lo scopo dell'invenzione à ̈ quello di fornire un apparecchio per la misura e la verifica di sale ferroviarie che consenta di eseguire le operazioni di misura in modo semplice, rapido ed accurato e senza richiedere laboriose operazioni di smontaggio e successivo rimontaggio della sala su un carrello di un veicolo ferroviario.

Sommario dell'invenzione

Lo scopo della presente convenzione à ̈ raggiunto da un apparecchio avente le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell’insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all'invenzione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione sarà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, provvisti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un apparecchio secondo la presente invenzione in una prima condizione operativa,

- la figura 2 Ã ̈ una vista ingrandita corrispondente alla figura 1 e con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 3 à ̈ una vista secondo la freccia III di figura 1 e con alcuni componenti rimossi per chiarezza, - la figura 4 à ̈ una vista prospettica di un primo assieme funzionale dell'apparecchio secondo l’invenzione, - la figura 5 à ̈ una vista secondo la freccia V di figura 4 con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 6 Ã ̈ una vista secondo la freccia VI di figura 4 con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 7 Ã ̈ una vista prospettica ingrandita corrispondente alla figura 5 e con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 8 Ã ̈ una vista prospettica di un secondo assieme funzionale dell'apparecchio secondo la presente invenzione,

- la figura 9 Ã ̈ una vista secondo la freccia IX di figura 8,

- la figura 10 Ã ̈ una vista prospettica con alcuni componenti rimossi degli assiemi funzionali delle figure 4, 8,

- la figura 11 à ̈ una vista prospettica, con alcuni componenti rimossi per chiarezza, di un terzo assieme funzionale dell'apparecchio secondo l’invenzione,

- la figura 12 Ã ̈ una vista prospettica dell'apparecchio di figura 1 in una seconda condizione operativa,

- la figura 12A Ã ̈ una vista secondo la freccia XII di figura 12,

- la figura 13 Ã ̈ una vista ingrandita corrispondente a figura 12 con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 14 Ã ̈ una vista secondo la freccia XIV di figura 12 con alcuni componenti rimossi per chiarezza,

- la figura 15 à ̈ una vista esemplificativa di una modalità di funzionamento dell'apparecchio secondo l’invenzione,

- la figura 16 illustra in modo schematico il significato di alcune grandezze misurabili mediante l’apparecchio secondo l’invenzione, e

- la figura 17 illustra in modo schematico il significato di ulteriori grandezze misurabili mediante l’apparecchio secondo l’invenzione;

-la figura 18 illustra in modo schematico alcune procedure implementate da mezzi di elaborazione operanti in associazione all’apparecchio secondo l’invenzione;

- la figura 19 à ̈ una vista schematica di un dettaglio dell’apparecchio secondo l’invenzione;

- la figura 20 illustra in modo schematico il significato di ulteriori grandezze misurabili mediante l’apparecchio secondo l’invenzione;

- la figura 21 illustra in modo schematico una prima modalità di misura di una grandezza misurabile mediante l’apparecchio secondo l’invenzione;

- le figure 22 e 23 illustrano in modo schematico una seconda modalità di misura di una grandezza misurabile mediante l’apparecchio secondo l’invenzione;

- la figura 24 illustra in modo schematico un modulo di controllo dell’apparecchio secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

In figura 1 à ̈ indicato con 1 un apparecchio di rilievo verifica per sale ferroviarie secondo la presente invenzione. Con riferimento alle figure 1 a 3, l'apparecchio 1 comprende un gruppo di movimentazione e supporto 2, un gruppo di misurazione 4 e un gruppo mobile di supporto 6. L'apparecchio 1 à ̈ di preferenza installato in una fossa di officina, globalmente indicata con il numero di riferimento 8 ed rappresentata, in alcune delle sue parti, in modo schematico. La fossa 8 comprende un pavimento 9 in cui à ̈ ricavata una sede 9A.

Con riferimento alle figure 4, 5, 6, il gruppo di movimentazione e supporto 2 comprende un carrello 10 avente un primo telaio 12 ed un secondo telaio 14. Il carrello 10 comprende inoltre quattro ruote 16 connesse in modo girevole al primo telaio 12 e mobili lungo rotaie di tipo Burback indicate con il numero di riferimento 18 e fissate a piastre 20 a loro volta alloggiate nella sede 9A della fossa 8.

Il primo telaio 12 comprende due longheroni 22 uniti da quattro traverse 24 per formare una struttura “a scala†. Due delle traverse 24 sono disposte in prossimità di rispettive estremità opposte dei longheroni 22 (talvolta indicate, nella presente descrizione, come “traverse 24 esterne†) mentre le rimanenti traverse 24 (talvolta indicate, nella presente descrizione, come “traverse interne†) sono disposte fra le due traverse 24 precedentemente menzionate definendo in tal modo una luce quadrangolare 25 (figura 6). Nella presente descrizione, i termini “longitudinale†e “trasversale†fanno riferimento all’orientamento, rispettivamente, dei longheroni 22 e delle traverse 24.

In corrispondenza delle estremità di ciascun longherone 22 sono inoltre fissati (preferibilmente mediante saldatura), sostanzialmente ortogonali alle traverse 24, quattro montanti 26, a loro volta a coppie congiunti da rispettive traverse 28.

Di preferenza, i longheroni 22, i montanti 26 e le traverse 24, 28 sono realizzati mediante profilati di acciaio a sezione cava. A ciascun montante 26 Ã ̈ inoltre fissata una guida 30 posizionata in modo da risultare affacciata verso tutte le rimanenti guide 30. In altre parole, ciascuna guida 30 Ã ̈ posizionata in una regione spaziale compresa fra i quattro montanti 26.

Le guide 30 comprendono, ciascuna, una piastra di fissaggio 32, due morse 34 fissate ad estremi opposti della piastra 32 ed una barra cilindrica 36, disposta con asse verticale ed ortogonale ai longheroni 22, stretta e assicurata in posizione dalle morse 34 (di preferenza mediante viti di serraggio).

Sui fianchi dei longheroni 22, da una stessa parte rispetto alle ruote 16 ed in adiacenza con esse, sono disposti quattro piedi 38, rigidamente connessi agli stessi longheroni 22 ed aventi ciascuno uno zoccolo 40 comprendente un recesso 41 di forma sostanzialmente complementare a quella della rotaia Burback 18. I piedi 38 sporgono fra le ruote 16 e verso le rotaie 18, quando il carrello 10 si trova su di esse.

Con riferimento alla figura 6, illustrante una vista inferiore del carrello 10, le ruote 16 sono a coppie connesse in modo girevole ad assali 42, su ciascuno dei quali si impegnano due elementi di guida 44 fissati in posizioni sostanzialmente corrispondenti a quelle dei longheroni 22 rispetto agli assali 42.

Ciascun elemento di guida 44 comprende una porzione inferiore 46 ed una porzione superiore 48 fissate l'una all'altra e definenti una cavità cilindrica 50 all'interno della quale si dispongono gli assali 42. Inoltre, a ciascuna porzione 46 sono fissate prime estremità 51 di molle a balestra 52, aventi seconde estremità 53 fissate ai longheroni 22. In tal modo ciascun assale 42 à ̈ connesso elasticamente ai longheroni 22.

Inoltre, ciascun elemento di guida 44 à ̈ mobile, grazie alla seconda porzione 48, in rispettivi recessi 54 aventi forma sostanzialmente complementare alla porzione 48 stessa, realizzando così una guida prismatica. Con riferimento inoltre alla figura 7, in cui uno dei longheroni 22 à ̈ stato rimosso per apprezzare dettagli interni della struttura del carrello 10, ciascun elemento di guida 44 porta inoltre un tampone 56 predisposto per cooperare con una piastra d'arresto 58 la quale à ̈ inoltre connessa ad un perno di regolazione del pre-carico 60. Il tampone 56, la piastra 58 e il perno di regolazione del pre-carico 60 sono tutti alloggiati all’interno dei longheroni 22.

Gli elementi di guida 44, le molle a balestra 52 e gli assali 42 realizzano quindi una sospensione del carrello 10 in cui la massa non sospesa comprende le ruote 16, gli assali 42 e gli elementi di guida 44, mentre la massa sospesa comprende sostanzialmente il telaio 12 e tutto ciò che à ̈ da esso direttamente o indirettamente supportato.

Con riferimento alle figure 4 a 7, il secondo telaio 14 Ã ̈ supportato da quattro attuatori 62 fissati ai longheroni 22 grazie a rispettive piastre di fissaggio 64. Ciascun longherone 22 porta due attuatori 62 disposti in adiacenza a ciascuno dei montanti 26.

Ciascun attuatore 62 Ã ̈ del tipo a vite, preferibilmente con filetto trapezoidale, e comprende un rispettivo stelo filettato 66 di tipo passante. Lo stelo 66 attraversa infatti l'intero attuatore 62 ed inoltre attraversa anche una rispettivo foro passante 68 provvisto sul longherone 22 corrispondente.

Con riferimento alla figura 6, fra ciascuno stelo 66 ed il telaio 14 à ̈ interposta una cella di carico 70. Ciascun attuatore 62 à ̈ inoltre operativamente connesso per l'azionamento ad una trasmissione meccanica 72 comprendente un motore elettrico 74 con asse parallelo ai longheroni 22 e flangiato ad un primo riduttore 76 avente tre alberi di uscita. In particolare, il riduttore 76 comprende un primo ed un secondo albero di uscita 78, 80 collegati con rispettivi giunti 78A, 80A (preferibilmente del tipo a manicotto) a corrispondenti perni di azionamento 81 degli attuatori 62 (ogni attuatore 62 comprende due perni di azionamento 81 speculari, dei quali à ̈ visibile quello non impegnato nel giunto), ed un albero di rinvio 82 che porta il moto ad un secondo riduttore 84 avente due alberi di uscita 86, 88 sostanzialmente identici agli alberi 78, 80 ed anch'essi connessi mediante giunti 86A, 88A ai perni sdi azionamento 81 di corrispondenti attuatori 62.

Ciascuno dei riduttori 76, 84 Ã ̈ fissato ad una corrispondente traversa interna 24.

Con riferimento alle figure 4, 6, 7, il secondo telaio 14 comprende due longheroni 90 aventi forma sostanzialmente arcuata e ciascuno comprendente rispettive estremità verticali 92 sostanzialmente parallele ai montanti 26. Inoltre, i due longheroni 90 sono trasversalmente uniti da due alberi fissi 94 che connettono in modo girevole un primo rullo 96 ad un secondo rullo 98. I rulli 96, 98 giacciono da parti opposte rispetto al telaio 14.

I primi rulli 96 hanno diametro maggiore rispetto ai rulli 98 ed a uno di essi à ̈ connesso un motore elettrico 100 mediante una cinghia dentata 102. I rulli 96, 98 comprendono ciascuno un tratto terminale di supporto 104 (avente il medesimo diametro su entrambe i rulli) avente un bordo conico 106 con diametro maggiore in posizione estrema rispetto a ciascun rullo 96, 98. Una boccola di guida 108 à ̈ fissata a ciascuna estremità 92 ed à ̈ impegnata in modo scorrevole su una rispettiva barra cilindrica 36 di una guida 30.

Con riferimento alla figura 1, sono inoltre parte del gruppo di movimentazione e supporto 2 anche una prima ed una seconda puleggia 110, 112 supportate in modo girevole mediante rispettive staffe 110A, 112A fissate alle piastre 20 sulle quali si avvolge una fune 114 fissata meccanicamente al carrello 10, particolarmente al primo telaio 12.

Con riferimento alla figura 3 ed alle figure 8 a 10, il gruppo di misura 4 comprende una prima stazione di misura laterale 116, una seconda stazione di misura laterale 118 ed una stazione di misura centrale 120. La prima e la seconda stazione di misura laterale 116, 118 sono identiche e disposte specularmente, nella sede 9A della fossa 8, rispetto al gruppo di movimentazione e supporto 2 (figura 3).

Ciascuna stazione laterale di misura 116, 118 comprende: un’unità ottica di acquisizione 122 supportata da un castello 123 montato scorrevole su guide 124 portate da profilati 126 entro la sede 9A della fossa 8. In tal modo, ciascuna unità ottica di acquisizione à ̈ scorrevole in direzione longitudinale lungo le guide 124.

La movimentazione dell’unità di acquisizione ottica 122 lungo le guide 124 à ̈ affidata ad un motore elettrico 128 accoppiato a un trasduttore di posizione angolare, ad esempio un encoder. Ciascuna unità ottica di acquisizione 122 comprende una prima, una seconda ed una terza finestra di osservazione 130, 132, 134 associate a rispettivi gruppi telecamera-sorgente laser operativamente connessi con un’unità di controllo esterna 250, illustrata in figura 24, comprendente una pluralità di dispositivi elaboratori elettronici. I gruppi telecamera-sorgente laser operano una rilevazione del tipo cosiddetto a †̃sezione di luce’, o anche †̃laser line detection’. Le sorgenti laser del gruppo a sezione di luce emettono una linea laser in un certo angolo sugli oggetti che devono essere scanditi, che viene poi rilevata in riflessione dalla telecamera, permettendo di ricavare il contorno dell’oggetto scandito.

La finestra di osservazione 132, come il rispettivo gruppo telecamera-sorgente laser, à ̈ in posizione centrale rispetto alle finestre 130, 134 e verrà pertanto identificata, nella presente descrizione, anche con il termine "finestra centrale" e similmente verrà usato il termine "strumento centrale" per il gruppo telecamerasorgente laser associato alla finestra 132.

Analogamente, le finestre 130, 134 ed i gruppi telecamera-sorgente laser ad essi associati verranno talvolta indicati con i termini "finestre laterali" e "strumento(i) laterale(i)".

La stazione di misura centrale 120 comprende una terza ed una quarta unità ottica di acquisizione, ciascuna indicata col numero di riferimento 136, identiche fra loro. Ciascuna unità di acquisizione 136 à ̈ portata da una piastra 138 che si sviluppa in direzione sostanzialmente trasversale, a sua volta portata da un castello 140 montato scorrevole lungo guide 142 orientate longitudinalmente parallele alle guide 124.

Ciascuna unità di acquisizione 136 comprende una rispettiva finestra di osservazione 144 associata, analogamente alle unità 122, ad un gruppo videocamerasorgente laser.

Con riferimento alla figura 10, le stazioni di misura laterali 116, 118 e la stazione di misura centrale 120 sono disposte su schiere di piastre 20 all'interno della fossa 8 ed in particolare le stazioni di misura laterali sono fissate alle piastre 20 in modo tale che i profilati 126 risultino paralleli al carrello 10 ed alle rotaie Burback 18, mentre la stazione di misura centrale à ̈ installata all'interno del primo telaio 12 essenzialmente in modo che il castello 140 occupi la luce quadrangolare 25 esistente fra le traverse 24 interne ed in modo inoltre che la piastra 138 si disponga a cavallo dei longheroni 22 fra gli attuatori 62 ed i riduttori 76, 84, preferibilmente al di sotto dell'albero di rinvio 82.

Con riferimento alla figura 11, il gruppo mobile di supporto 6 comprende una prima ed una seconda rotaia mobile 146, 148 del tipo Vignoles comunemente utilizzato sulle reti ferroviarie europee. Ciascuna rotaia mobile 146, 148 à ̈ supportata da una rispettiva coppia di attuatori 150 di preferenza identici agli attuatori 62. Ciascun attuatore 150 comprende uno stelo filettato 152 rigidamente connesso ad una cella di carico 154 alla quale à ̈ fissato a sua volta un blocco 156.

Ciascuna rotaia 146, 148 poggia su una coppia di blocchi 156 allineati direzione longitudinale e a ogni blocco 156 Ã ̈ inoltre fissata una boccola di guida 158 che si impegna in modo scorrevole su una barra cilindrica 160 con asse verticale fissata all'interno di una colonna di guida 162, pure verticale. La boccola di guida 158 e la barra cilindrica 160 definiscono una guida di tipo sostanzialmente identico alla guida 30.

Ciascuno degli attuatori 150 Ã ̈ operativamente connesso ad una trasmissione meccanica 164 comprendente un motore elettrico 166 montato con asse verticale e flangiato ad un riduttore 168 comprendente due alberi di uscita 170 fra loro coassiali ed allineati in direzione longitudinale.

Ciascun albero di uscita 170 Ã ̈ meccanicamente connesso mediante un giunto 170A ad un albero d'ingresso di un corrispondente attuatore 150.

Gli attuatori 150, le trasmissioni meccaniche 164 e le colonne di guida 162 sono portati da piastre 172, 174 all'interno della sede 9A della fossa 8.

In particolare, con riferimento alla figura 1, il gruppo mobile di supporto 6 Ã ̈ installato nella sede 9A della fossa 8 in modo tale che le rotaie mobili 146, 148 siano disposte, rispettivamente, fra la stazione di misura laterale 116 ed il gruppo di movimentazione e supporto 2, particolarmente il carrello 10, e fra la stazione di misura laterale 118 e lo stesso gruppo di movimentazione e supporto 2, particolarmente il carrello 10.

La rotaia mobile 146 à ̈ posizionata in una regione spaziale compresa fra la stazione di misura laterale 116 ed i rulli 96, mentre la rotaia 148 à ̈ disposta fra la stazione di misura laterale 118 ed i rulli 98. Inoltre, ciascuna rotaia mobile 146, 148 à ̈ disposta trasversalmente allineata con rotaie fisse, rispettivamente, 176, 178 e 180, 182 sempre del tipo Vignoles e portate in parte dalle colonne di guida 162, in parte da colonnine 184 a loro volta fissate, al pari delle colonne di guida 162, dalle piastre 172. Il gruppo di movimentazione e supporto 2 à ̈ disposto, evidentemente, fra le coppie di rotaie fisse 176, 180 e 178, 182, nonché fra le rotaie mobili 146, 148. Per quanto precedentemente descritto, inoltre, le stazioni di misura laterali 116, 118 sono disposte esternamente rispetto alle rotaie fisse 176, 178 e 180, 182, mentre la stazione di misura centrale 120 à ̈ disposta fra le rotaie fisse 176, 178 e 180, 182 e fra le rotaie mobili 146, 148, trovandosi compresa entro la luce 25 del telaio 12.

In figura 24 à ̈ mostrato uno schema a blocchi di principio di un sistema di controllo della misura dell’apparecchio. Un’unità di controllo esterna 250 dell’apparecchio, che ad esempio si ubica in un quadro elettrico, comprende un’unità di controllo di azionamento 251, comprendente una logica programmabile, con il compito di azionare i motori presenti nel sistema ed eseguire il ciclo automatico di misura. Tale unità di controllo esterna 250 comprende inoltre preferibilmente un elaboratore per la diagnostica 252, con il compito di monitorare il sistema, evidenziare le anomalie e permettere l'inserimento di alcuni parametri necessari all’unità di controllo di azionamento 251 per la movimentazione. L’unità di controllo esterna 250 comprende poi un elaboratore di misura 252, configurato per a interfacciarsi con gli strumenti di misura e con l’unità di controllo di azionamento 251 per coordinare l'acquisizione dei dati. I carrelli 116, 118, e 120, portano ,come descritto in precedenza tre gruppi telecamera-sorgente laser atti ad acquisire il profilo esterno della ruota e ogni gruppo telecamera-laser comprende una rispettiva scheda a microprocessore 260, ad esempio PowerPC con sistema operativo Linux real-time ELDK e con moduli per l’acquisizione profili, come indicato anche in figura 19. Nell’unità di controllo esterna 250 à ̈ anche presente un rack di controllo 253, dotato di scheda a microprocessore per sincronizzare gli impulsi laser e l'acquisizione delle telecamere sulla base degli impulsi trasmessi da degli encoder 258 di misura che operano sui motori elettrici 128.

I diversi moduli di elaborazione e schede a microprocessore illustrati in figura 24 comunicano fra loro tramite protocollo TCP/IP e hanno ognuno un rispettivo indirizzo IP.

Il funzionamento dell'apparecchio 1 Ã ̈ il seguente.

Con riferimento in particolare alle figure 1 a 3 e 12 a 15, il gruppo mobile di supporto 6 Ã ̈ predisposto per la movimentazione delle rotaie mobili 146, 148 fra una prima posizione operativa illustrata delle figure 1 a 3 ed una seconda posizione operativa illustrata nelle figure 12 a 15. In particolare, la posizione illustrata nelle figure 1 a 3 Ã ̈ una posizione sollevata, in cui ciascuna delle rotaie 146, 148 Ã ̈ posizionata in modo che la sua sezione trasversale sia allineata e coincidente con la sezione trasversale delle rotaie 176, 178 e 180, 182 in modo da realizzare un piano del ferro sostanzialmente continuo e privo di gradini.

Al contrario, la posizione illustrata nelle figure 12 a 15 Ã ̈ una posizione abbassata (lo stesso vale per la figura 11, in cui le rotaie sono raffigurate in posizione abbassata) in cui le rotaie 146, 148 sono allineate trasversalmente con le rotaie 176, 178 Ã ̈ 180, 182, ma le loro sezioni trasversali non sono coincidenti, risultando quindi in uno sfalsamento verticale di esse.

La movimentazione di ciascuna delle rotaie 146, 148 à ̈ comandata azionando i motori 166 che tramite le trasmissioni 164 portano il moto agli attuatori 150 comandando un’estrazione o una ritrazione degli steli filettati 152. Nel loro moto in direzione verticale le rotaie 146, 148 sono inoltre guidate dalle boccole di guida 158 che si impegnano sulle barre cilindriche 160.

Analogamente, anche il gruppo di movimentazione e supporto 2, particolarmente il secondo telaio 14, à ̈ mobile fra una posizione sollevata e una posizione abbassata associate rispettivamente, come verrà nel seguito descritto, alla posizione abbassata e alla posizione sollevata delle rotaie mobili 146, 148.

La movimentazione del secondo telaio 14 rispetto al primo telaio 12 avviene comandando il motore 74 che grazie alla trasmissione meccanica 72 porta il moto agli attuatori 62 comandando un’estrazione o una ritrazione degli steli 66. Si osservi che, al pari di quanto accade per la trasmissione 164, gli attuatori 62 sono tutti sincronizzati fra loro poiché meccanicamente connessi a un’unica catena cinematica.

L'apparecchio 1 à ̈ predisposto per effettuare misure e rilevamenti su una sala ferroviaria 186 che può rotolare sul tratto di binario definito dalle rotaie 176, 146, 178 e 180, 148, 182. La sala ferroviaria 186 comprende un assile 188 sul quale sono calettate due ruote 190. Ciascuna ruota 190 comprende una vela 191, una superficie conica di rotolamento 192 e un bordino 194. Inoltre, ciascuna ruota 190 comprende una faccia interna 195 e una faccia esterna 195a, in cui la faccia interna 195 di una ruota à ̈ in vista della corrispondente faccia interna 195 dell’altra ruota. Le ruote 190 sono calettate sull’assile 188 in modo che una porzione dell’assile stesso sporga esternamente rispetto ad essi, definendo in particolare due fuselli 196 sui quali vengono calettati cuscinetti di una boccola che connette la sala ferroviaria 186 a un telaio di un carrello ferroviario (non illustrato) installato su un veicolo ferroviario per il quale à ̈ necessario procedere all’esecuzione di misure e verifiche.

Per poter eseguire una misurazione o un rilievo sulla sala ferroviaria 186 à ̈ necessario portare quest'ultima in corrispondenza delle rotaie mobili 146, 148. Allo scopo, visto e considerato che la sala 186 non viene smontata dal telaio del carrello ferroviario al quale à ̈ accoppiata, à ̈ necessario che il veicolo ferroviario venga movimentato tramite un verricello o mediante una locomotiva di manovra in modo che la sala 186 si porti in corrispondenza delle rotaie 146, 148.

A questo punto, un operatore addetto al controllo dell'apparecchio 1 mediante l’unità di controllo esterna 250, in particolare l’unità di azionamento 251, precedentemente menzionata comanda un motore collegato alla puleggia 110 in modo da portare il carrello 10 in prossimità delle ruote 190, come illustrato nelle figure 1 a 3. Il posizionamento del carrello 10 rispetto alla sala ferroviaria 186 non necessita di grande precisione in questa fase, poiché, come verrà ora descritto, il carrello 10 à ̈ in grado di disporsi in posizione ottimale rispetto alla sala 186 in modo del tutto automatico.

In particolare, con riferimento alle figure 12 a 15, l'operatore impartisce un comando tramite l’unità di azionamento 251 al motore elettrico 74 che mediante la trasmissione meccanica 72 porta il moto agli attuatori 62 comandandone una estrazione degli steli 66. Tale estrazione provoca una salita del secondo telaio 14 ed i rulli 96, 98 da esso portati. In tal modo, si provoca un progressivo avvicinamento dei tratti terminali di supporto 104 ai bordini 194, al fine di raggiungere una posizione in cui i rulli 96, 98 supportano interamente la sala 186 e il carico su di essa gravante portando i bordini 194.

Durante la salita del secondo telaio 14, nel caso in cui il carrello 10 sia disallineato rispetto alla posizione ottimale che dovrebbe assumere per sopportare la sala 186, il contatto fra i bordini 194 e i rulli 96, 98 non avviene in modo sostanzialmente simultaneo su ciascuna coppia di rulli, ma evidentemente i bordini 194 entrano in contatto con un rullo 96 e un rullo 98 associati a una delle traverse tubolari 94.

La forza che viene scambiata all'interfaccia fra i rulli 96, 98 che entrano in contatto con i bordini 194 possiede una componente orientata in direzione longitudinale che ha modulo insufficiente per provocare uno spostamento della sala 186 (in particolare una rotazione) ma sufficiente per provocare uno spostamento del carrello 10 in direzione longitudinale fino a provocare il contatto dei bordini 194 con i rulli 96, 98 che non erano stati interessati dal contatto e che sono associati all’altra traversa tubolare 94.

Questo provoca sostanzialmente un centraggio automatico dei rulli 96, 98 rispetto al bordino 194 che risulta in una posizione relativa illustrata in figura 12a, in cui il bordino 194 Ã ̈ supportato da entrambi i tratti terminali di supporto 104 dei rulli 96 o 98.

Nondimeno, la posizione ottimale così raggiunta viene mantenuta grazie ai piedi 38 e agli zoccoli 40. Infatti, quando lo spostamento verticale del secondo telaio 14 à ̈ tale per cui tutto il peso della sala 186 à ̈ sostenuto dai rulli 96, 98 e non più dalle rotaie mobili 146, 148 e dai relativi attuatori 150, gli zoccoli 40 sono a contatto con le rotaie Burback 18 poiché la rigidezza delle molle a balestra 52 à ̈ scelta in modo tale da avere, sotto il carico della sala 186, una freccia tale da annullare la distanza esistente fra gli zoccoli 40 e le rotaie Burback 18, provocando quindi il contatto fra di essi. Il recesso 41 à ̈ conformato secondo una forma sostanzialmente complementare a quella della rotaia 18 ed à ̈ con essa mantenuto in contatto dal peso della sala 186 gravante sul carrello 10. La forza con il quale gli zoccoli 40 sono premuti sulle rotaie 18 à ̈ sufficiente perché le condizioni di aderenza fra essi e le rotaie 18 possano prevenire qualunque ulteriore movimento in direzione longitudinale del carrello 10 sotto l’azione di forze agenti sul carrello 10.

Contestualmente, nel momento in cui l'intero peso della sala 186 Ã ̈ supportato dai rulli 96, 98, viene comandata una discesa delle rotaie mobili 146, 148 verso la fossa 8.

Le modalità con cui viene comandata la discesa delle rotaie 146, 148 verranno ora descritte. Essendo gli attuatori 62 e gli attuatori 150 operativamente connessi a celle di carico interposte fra i rispettivi steli e il carico da essi supportato (nella fattispecie il secondo telaio 14 per gli attuatori 62 e le rotaie mobili 146, 148 per gli attuatori 150) si può sfruttare l’informazione proveniente dalle celle di carico stesse per decidere l'istante in cui arrestare la salita verticale del secondo telaio 14 e conseguentemente comandare la discesa delle rotaie mobili 146, 148.

Infatti, quando l'intero peso della sala 186 passa completamente dalle rotaie 146, 148 ai rulli 96, 98 si osserva un azzeramento del valore di carico letto dalle celle 154 e un conseguente cambiamento del valore di tensione fornito in uscita da esse il che può essere utilizzato per fornire un comando al motore elettrico 74 per la cessazione del moto e la conseguente interruzione della salita del telaio 14.

E’ possibile a questo punto comandare la discesa delle rotaie 146, 148. Tale discesa deve essere tale da scoprire completamente il profilo della ruota 190 rispetto alle finestre 130, 132, 134 e rispetto alle finestre 144, raggiungendo sostanzialmente una posizione illustrata nelle figure 13, 14. Nelle suddette figure, infatti, à ̈ possibile contemporaneamente osservare il modo in cui i rulli 96, 98 sopportano la sala 186 e la posizione finale raggiunta dalle rotaie 146, 148. Con riferimento in particolare alla figura 13, si può osservare in particolare come la stazione di misura laterale 116 (ma analogo discorso vale per la stazione laterale di misura 118, rimossa per chiarezza in figura 13) sia affacciata sulla ruota 190 corrispondente senza ostacoli interposti.

Successivamente, i motori elettrici 128 vengono comandati per portare le unità di acquisizione 122 in posizione sostanzialmente corrispondente a quella del carrello 10 e della sala ferroviaria 186. Ciò avviene mediante scorrimento lungo le guide 124 delle suddette unità 122. Sono in tal modo definite le condizioni essenziali per l'inizio della misura e del rilevamento sulla sala ferroviaria 186.

Allo scopo, l'unità di controllo esterna 250 invia un comando al motore 100 che porta in rotazione il rullo 96 ad esso collegato dalla cinghia 102. Dal rullo 96 connesso al motore 100 il moto viene trasmesso al bordino 194 della corrispondente ruota 190 e da questo viene trasmesso anche all'altro rullo 96 e ai rulli 98 grazie all’assile 188 e alla seconda ruota 190. In altre parole, con riferimento al sistema di controllo, l’unità di controllo azionamento 251 posiziona i carrelli esterni in asse con il carrello interno e si pone in attesa della conferma di avvio ciclo di misura da parte dell’elaboratore di misura 253; l’elaboratore di misura 253 comunica all’unità di controllo azionamento 251 la durata della rotazione della ruota e la velocità di rotazione desiderata; l’unità 251 avvia la rotazione delle ruote.

Si osservi inoltre che la presenza del bordo conico 106 sui tratti di supporto 104 e dello spallamento interno dei rulli favorisce l'auto-centramento e previene l'eventualità di uno svio della sala 186 dai rulli 96, 98 con conseguente danneggiamento dell'apparecchio 1 e pericolo per la sicurezza dell'operatore preposto all’esecuzione delle misure mediante l’apparecchio 1 stesso.

Con riferimento alle figure 15 e 12A, il gruppo 4 à ̈ predisposto per rilevare almeno un profilo di ciascuna ruota 190. Nella presente descrizione, con il termine “profilo†riferito alla ruota 190 si intende indicare una curva aperta ottenuta, in corrispondenza della superficie di rotolamento 192, del bordino 194 e delle facce 195, 195A, per intersezione della ruota 190 con un piano di riferimento. La descrizione che segue e le relative figure chiariranno ulteriormente tale concetto.

Ciascuna unità telecamera-sorgente laser à ̈ in grado di inquadrare una sezione della ruota 190 e collimare un fascio di luce laser in corrispondenza di detta sezione. Più precisamente, attraverso ciascuna finestra 130, 132, 134 viene emesso un rispettivo fascio F130, F132, F134 che illumina diverse sezioni della ruota, corrispondenti a diversi diametri della ruota 190.

Anche la stazione di misurazione centrale 120 à ̈ predisposta per emettere attraverso le finestre 144, grazie alle rispettive unità telecamera-sorgente laser, fasci di luce laser F144 che vengono collimati sostanzialmente in corrispondenza dei fasci F132. In tal modo, i fasci F132 ed F144 sono in grado di rilevare un profilo P1 su un diametro allineato alla verticale, in cui il fascio F144 ha evidentemente la funzione di mappare la zona del profilo della ruota 190 corrispondente a parte del bordino 194 e alla faccia 195 che sarebbe altrimenti geometricamente schermata rispetto al fascio F132.

I fasci F130 ed F134 emanati dalle finestre laterali 130, 134 individuano, in modo analogo ai fasci F132, rispettivi profili P2, P3 su diametri angolarmente sfasati rispetto al diametro sul quale viene rilevato il profilo P1. Quindi l’apparecchio 1 à ̈ in grado di rilevare tre profili, ma in generale può rilevare uno o più profili di tipo analogo ai profili P1, P2, P3.

Tutti i profili vengono inquadrati e memorizzati dalle telecamere di ciascuna unità telecamera-sorgente laser e inviati all’unità di controllo esterna per l’elaborazione.

Nell'esempio illustrato in figura 15, i profili P2 e P3 vengono rilevati simmetricamente rispetto al profilo P1, ma à ̈ anche possibile rilevare i profili P2, P3 in corrispondenza di diametri scelti arbitrariamente rispetto al diametro di riferimento considerato per il rilevamento del profilo P1.

Durante tale misura, ripetibile per un numero qualsivoglia di giri della sala 186, à ̈ possibile inoltre visualizzare i profili generati dall'unità telecamera tratto sorgente laser associata alla finestra centrale 132 e quelli generati dalla unità telecamera-sorgente laser associata alla finestra 144.

Si osservi che il supporto dei bordini 194 mediante i rulli 96, 98 Ã ̈ utile in particolare per poter misurare il profilo dal basso in un piano trasversale verticale e quindi sempre radialmente ed indipendentemente dal diametro della ruota.

La misura termina quando viene arrestata la rotazione dei rulli 96, 98, a cui segue l'impartizione di un comando di risalita alle rotaie mobili 146, 148 in modo da riportarle a contatto con la superficie di rotolamento conica 192 per liberare i rulli 96, 98 dal carico della sala 186 (comprensivo sia del peso proprio della sala, sia della frazione di peso del veicolo ferroviario che si scarica su di essa). Dopodiché, viene comandato un abbassamento del secondo telaio 14 grazie agli attuatori 62 azionati dal motore 74 a cui segue uno spostamento del veicolo ferroviario lungo il piano del ferro continuo delle rotaie 176, 146, 178 e 180, 148, 182, durante il quale à ̈ possibile portare in corrispondenza dell'apparecchio 1 un'altra sala dello stesso carrello oppure sale di un carrello diverso o ancora sale di un diverso veicolo ferroviario.

Riassumendo, la procedura di misura, a partire dal momento in cui le ruote sono poste in rotazione comprende i passi di:

a) raccogliere, mentre le ruote sono in rotazione, tramite l’elaboratore 253 i profili generati delle telecamere. I profili vengono salvati in formato originale P e in un formato linearizzato, come meglio dettagliato nel seguito con riferimento a figura 18; durante la misura à ̈ inoltre possibile visualizzare i profili generati dalla telecamera centrale e dalla telecamera interna per ogni ruota. E' inoltre possibile visualizzare i profili generati dalle telecamere esterni;

b) salvare i profili P1, P2, P3 in formato binario, in file assiemati MP, per permettere delle successive operazioni di postelaborazione per ricavare valori di grandezza della sala ferroviaria 186;

c) al termine della rotazione, l’encoder di misura 258, con il quale l’elaboratore di misura 253 à ̈ in comunicazione, non invia più impulsi e l’elaboratore di misura 253 arresta la misura;

d) terminata la procedura di acquisizione i dati vengono elaborati per produrre come risultati valori di grandezze della sala 186.

e) terminata la misura, come già indicato l’unità di controllo azionamento 251 riporta le rotaie mobili 146, 148 in posizione di riposo e abbassa i rulli per riportare le ruote in carico sulle rotaie.

Il veicolo ferroviario à ̈ quindi libero di riposizionarsi

Le grandezze della sala ferroviaria 186, ottenuti a valle della misura al passo b) e della post-elaborazione al passo d), a margine del profilo della ruota che viene elaborato con un algoritmo che verrà successivamente descritto, comprendono otto grandezze, tutte quante fornite in funzione dell'angolo di rotazione della sala 186. In particolare, tali grandezze comprendono (figure 16, 17): - una larghezza S del bordino 194 rilevata a una distanza d da un ginocchio K a sua volta fissato a una distanza D (convenzionalmente fissata a un distanza convenzionale dc pari a 70 mm) dalla faccia 195,

- un'altezza H del bordino 194 riferita al ginocchio K - un angolo α di inclinazione della superficie conica di rotolamento 192,

- una larghezza L del profilo rilevato,

- uno scartamento interno Si, ossia una distanza fra le facce 195 delle due ruote 190,

- uno scartamento S2rfra la faccia 195 della ruota 190 associata alla stazione di misura laterale 116 e la mezzeria del carrello 10,

- uno scartamento S2lcon significato identico allo scartamento S2rma riferito alla ruota 190 associata alla stazione di misura laterale 118, e

- un diametro D della ruota 190 calcolato come di seguito descritto.

Il calcolo del diametro della ruota 190 (di ciascuna ruota 190) viene eseguito mediante i tre profili P1, P2 e P3 rilevati dalle telecamere-sorgenti laser associate alle finestre 130, 132, 134 e 144. Noto l'interasse fra le unità telecamera-sorgente laser associate alle finestre 130 132, 134 e scelto un piano di misura ortogonale all'asse della sala 168 e intersecante la superficie di rotolamento conica 192, à ̈ possibile calcolare una circonferenza passante per tre punti P10, P20, P30 risultanti dall'intersezione del suddetto piano di misura con i tre profili P1, P2, P3 precedentemente misurati.

L'interasse fra le unità telecamera-sorgente laser à ̈, in questa forma di esecuzione dell’apparecchio 1, fissato a 320 mm di modo che, assumendo che il sistema di riferimento sia centrato in corrispondenza delle unità telecamerasorgente laser associate alle finestre centrali 132, à ̈ assegnata a ciascun punto di intersezione una terna di coordinate cartesiane relative ad esso ed à ̈ possibile scrivere in forma generale un'equazione di una circonferenza passante per i punti P10, P20, P30 sui profili P1, P2, P3 da cui, risolvendo il sistema risultante, à ̈ possibile calcolare i coefficienti dell'equazione della circonferenza e di conseguenza tutte le grandezze geometriche ad esso associate, ivi incluso il diametro di riferimento qui descritto e le coordinate del centro. Tali operazioni sono meglio dettagliate con riferimento a un modulo di calcolo di parametri della ruota 242 indicato in figura 18 e illustrato con riferimento alle figure 21-23.

In figura 18 à ̈ illustrato a titolo di esempio uno schema di processi di elaborazione, in particolare processi software, relativi alle elaborazioni della procedura di misura dell’apparecchio secondo l’invenzione, in particolare nelle operazioni riferite nei passi da a) a d) già precedentemente descritti. In tale figura 18 sono rappresentati schematicamente blocchi rappresentativi di moduli, o processi software, che implementano passi o operazioni di tali procedure.

I moduli o processi software impiegati per la misura sono caricati sui processori di differenti sistemi, su una scheda di controllo sistema 221, così come sui processori associati alle stazione laterali di misura 116 e 118.

Per le stazioni laterali di misura 116 e 118 sono previsti quattro moduli di acquisizione 224, per acquisire profili visualizzati dalle rispettive quattro telecamere, corrispondenti alle finestre 130, 132, 134, 144, che misurano una data ruota 190, e trasmettere dati misurati di profili P1, P2, P3, nel formato originale, verso dei moduli di linearizzazione 225, che provvedono a riportare i punti dei profili P1, P2, P3 originali in un sistema di riferimento omogeneo a tutte le telecamere, producendo dei profili linearizzati LP1, LP2, LP3. A tal scopo, vengono adottati procedure e parametri di calibrazione.

Il modulo di controllo del sistema 221 comprende un modulo di acquisizione 226 per acquisire i segnali analogici provenienti da sensori laser di distanza 211, 212 che misurano l'eccentricità della ruota come funzione degli spostamenti della boccola durante la rotazione della ruota. Tale modulo di acquisizione 226 fornisce in uscita un flusso di dati misurati di distanza MCH rappresentabile con un diagramma cartesiano con ascissa lo sviluppo x della circonferenza ed ordinata le distanze misurate dai sensori 211 e 212;tali dati misurati sono cioà ̈ associati all'angolo di rotazione della ruota, fornito ad esempio dagli encoder sotto forma di impulsi da conteggiare, e pertanto queste misure sono eseguite in posizione nota rispetto alle misure dei profili eseguite dai relativi gruppi laser/telecamera E’ previsto un modulo di salvataggio 227 che provvede a salvare in file binari i dati trasmessi dalle telecamere, cioà ̈ i profili P1, P2, P3, o dai processi di elaborazione dei profili quali i moduli di linearizzazione 225. Corrispondentemente un modulo di salvataggio 228 provvede a salvare in file binari i dati di misura di distanza MCH, generati dal modulo di acquisizione 226.

Con 230 Ã ̈ indicato un modulo per assiemare, ossia eseguire il merging, dei profili prodotti da telecamere diverse. I profili assiemati sono preferibilmente quelli delle telecamere interne e centrali.

Con 229 sono indicati dei moduli di visualizzazione per visualizzare in maniera grafica i profili LP acquisiti in tempo reale. In modalità di misura solo il modulo di visualizzazione 229 per visualizzare il profilo composto dai dati acquisiti dalle telecamere sulle finestre interne 144 e centrali 132 à ̈ attivo.

Con 231 Ã ̈ indicato un modulo per raccogliere ed assiemare i dati provenienti dai vari moduli di linearizzazione 224 ossia i profili linearizzati LP, provvedendo in uscita dei file assiemati MP che contengono il merging dei dati di profilo ottenuti dalle stazione laterali di misura 116 e 118.

Con 240 Ã ̈ indicato un modulo di post-elaborazione, che riceve sia i file assiemati MP relativi ai profili misurati, sia i dati misurati di distanza MCH dai sensori 211, 212.

Un modulo 241, sulla base dei profili nei file assiemati MP e dei dati di distanza MCH, provvede al calcolo delle grandezze della ruota, come già in parte illustrato con riferimento a figura 16.

Un modulo 242 provvede, sempre sulla base dei profili nei file assiemati MP e dei dati di distanza MCH, al calcolo del diametro D della ruota.

Un modulo 243 provvede inoltre a eseguire operazioni di calibrazione, per correggere gli allineamenti meccanici delle telecamere e riportare i punti dei profili in un sistema di riferimento coerente. In vista delle imperfezioni meccaniche, in particolare nell'allineamento orizzontale e verticale delle guide dei carrelli, tale procedura à ̈ eseguita preferibilmente in almeno tre punti della corsa dei carrelli per adattare i parametri di correzione all'effettiva meccanica dell'impianto, impiegando dei “target†dalle quote note. I parametri di calibrazione vengono salvati un database 254. All'avvio della misura il modulo 231 aggiorna le tabelle delle telecamere con i corretti parametri di calibrazione dal database 254.

Viene ora descritto in maggiore dettaglio, nell’ambito del modulo di post-elaborazione 240, il funzionamento del modulo 241 di calcolo di grandezze della ruota. Tale modulo 241 à ̈ configurato in generale per calcolare le otto grandezze, fornite in funzione dell'angolo di rotazione della sala 186, già descritte con riferimento alle figure 16, 17. Tale modulo 241 à ̈ inoltre configurato per operare calcoli di grandezze delle sale 186 o ruote 190 sulla base di misure originate da sensori di distanza 211, 212, in particolare per operare un calcolo delle eccentricità delle ruote 190.

A questo proposito, in figura 19 Ã ̈ mostrata schematicamente la sala ferroviaria 186, che, sulle ruote 190, presenta le rispettive boccole 196 calettate sui fuselli 196, qui non visibili. Sono indicati i due sensori di distanza 211 e 212, rispettivamente destro e sinistro, che sono montati su posizioni di riferimento, in particolare rispettivamente sulle stazioni laterali di misura 116 e 118 e misurano una distanza destra lre sinistra ll, dalla relativa boccola 214, rappresentante lo spostamento della boccola 214 durante la misura. Tali sensori di distanza 211 e 212 operano la rilevazione sulla base di una procedura di triangolazione laser. Tramite la misura delle distanze destra lro sinistra lltra i sensori 211, 212 e la rispettiva boccola 214 Ã ̈ possibile posizionare i profili in un sistema di riferimento coerente.

E’ previsto di misurare la distanza destra lre sinistra l1in corrispondenza del diametro della ruota ad una quota prefissata dalla faccia interna della ruota stessa, che, come già indicato, à ̈ convenzionalmente fissata a una distanza dc=70 mm dalla faccia interna in questo stesso sistema di riferimento, ottenendo un diametro convenzionale D70, come mostrato in figura 20. Ripetendo la procedura per ogni angolo Ï‘ di rotazione si ottiene una funzione del diametro convenzionale D70 che corrisponde al diametro calcolato a dc=70mm. La misura della variazione del valore del diametro convenzionale D70 fornisce una misura dell'eccentricità della ruota. Tali operazioni possono essere ripetute naturalmente non solo per i punti a dc=70mm, ma per i punti ad ogni quota ritenuta significativa.

Più in dettaglio, l'eccentricità E della ruota à ̈ definita come:

E = Î ́D / Î ́Ï‘ (1)

dove D indica il diametro della ruota ad una quota prefissata dalla faccia interna della ruota stessa e ϑ l’angolo di rotazione.

Come evidenziato dalla figura 20, nella quale à ̈ rappresentato il profilo della ruota in maniera analoga a figura 16, si ha la relazione:

P(Ï‘ ) D(Ï‘ ) = k+ l(Ï‘ ) c (2)

dove P(Ï‘ ) à ̈ una distanza del profilo dall'origine del sistema di riferimento, k à ̈ una distanza del sensore 211 o 212 dall'origine del sistema di riferimento ed à ̈ costante, l(Ï‘ ) à ̈ la distanza del sensore 211 o 212 dalla boccola 214, c à ̈ la dimensione (diametro) della boccola 214.

Elaborando le relazioni precedenti si ha che :

D(Ï‘ ) = k+ l(Ï‘ ) c - P(Ï‘ ) (3) E = Î ́D / Î ́Ï‘ = Î ́l / Î ́Ï‘ - Î ́P / Î ́Ï‘ (4) Dall’ultima relazione (4) risulta come sia possibile calcolare l'eccentricità E disponendo di due vettori contenenti i dati delle distanze P e D in funzione dell’angolo di rotazione Ï‘.

Si noti che la misura dell’eccentricità non implica la misura del diametro, ma à ̈ una misura differenziale, che può essere riferita a varie distanze dalla faccia interna della ruota, in particolare in virtù edl fatto si dispone di profili precisi misurati lungo tutto la circonferenza.

Viene ora descritto in maggiore dettaglio il funzionamento del modulo 242 che implementa un procedimento per il calcolo del diametro della ruota a partire dalla misura dei profili, localizzati nello spazio tridimensionale, mentre le eccentricità sono misurate utilizzando anche i dati misurati dai sensori laser di distanza 211, 212.

Secondo una prima forma realizzativa di tale procedimento, à ̈ possibile impiegare un metodo a tre punti, come già accennato con riferimento alle figure 16 e 17, che sfrutta cioà ̈ il fatto che per tre punti in un piano passa una ed una sola circonferenza.

Dati tre punti P10, P20, P30 acquisiti dalle tre telecamere sui carrelli laterali e centrali, si à ̈ in grado di calcolare la circonferenza e di conseguenza il diametro.

Dati i tre punti P10(x1,z1), P20(x2,z2) e P30(x3,z3) dove, ad esempio, x1 = 0,x2 = 320, x3 = 320 occorre risolvere il sistema di equazioni:

x<2>+z<2>+Ax+Bz+C=0 (5) dove A, B, C sono i coefficienti. Sostituendo i valori di x e z con i valori dei punti sopra indicati si ottengono equazioni in A, B e C, che ne forniscono i valori.

Ottenuti i valori dei coefficienti A, B e C il diametro D si ottiene con la relazione:

D=sqr(A<2>+B<2>-4C) (6)

mentre le coordinate del centro sono date da

x=-A/2 (7)

Per ridurre l'errore commesso nella rilevazione di questi punti, che à ̈ amplificato dall'algoritmo di calcolo e aumentare la precisione, si può ricorrere ad una procedura di calcolo a tre punti con riduzione d’errore, illustrata qui con riferimento alla figura 21, che prevede di:

-per ogni terna di profili P1, P2, P3 in una pluralità di terne di profili (vengono infatti di solite considerate centinaia di terne per ruota), calcolare il diametro con il metodo dei tre punti ad una distanza prefissata dalla faccia esterna della ruota, ottenendo dati di distanza a una pluralità di distanze (dalla faccia interna), ad esempio d50, d55, d60, d65, d70, d75, d80, d85 e d90 come mostrato in Figura 21;

- ripetere il calcolo per ogni terna di profili generando i vettori di dati D50, D55, D60, D65, D70, D75, D80, D85 e D90;

- per ogni serie di dati, ad esempio D50, calcolare il valore medio,il massimo ed il minimo, cioà ̈ ad esempio dm50, dmin50,dmax50;

- utilizzare il valore medio, ad esempio dm50, per generare un profilo medio;

- operare uno smorzamento applicando un algoritmo di smoothing, ad esempio del terzo ordine, sul profilo medio;

- calcolare il diametro d70, cioà ̈ alla distanza convenzionale dc, del profilo smorzato, che corrisponde al valore finale del diametro.

L’uso di un “profilo medio†à ̈ utile per ridurre gli errori, perché di fatto si tiene conto non solo del singolo punto alla distanza convenzionale dc pari a 70mm ma anche dei vari punti al contorno coinvolgendoli nell'algoritmo di misura.

Una seconda forma realizzativa del procedimento per il calcolo del diametro delle ruote prevede di impiegare i dati di eccentricità E prodotti dai sensori a triangolazione laser 211, 212 che misurano la distanza della boccola 214 dall'origine del piano riferimento durante il rilevamento dei profili, tenendo conto che l'eccentricità E della ruota 190 à ̈ funzione della variazione delle distanze destra e sinistra lle lrmisurate durante la rotazione della ruota stessa.

I valori delle distanze destra e sinistra lle lrin funzione dell'angolo di rotazione ϑ sono dunque sostanzialmente “ripetibili†con periodo 2π, come mostrato nel diagramma della figura 22, che mostra l’andamento della distanza, ad esempio destra, lr, in funzione dell’angolo di rotazione ϑ.

Come accennato in precedenza sono previsti trasduttori di posizione angolare, particolarmente encoder 258, che misurano la movimentazione dell’unità di acquisizione ottica 122 lungo le guide 124.

Essendo i dati di eccentricità E correlati con l’ascissa fornita dagli impulsi encoder, l’individuazione tramite essi di un impulso legato all'angolo Î ̧ e un impulso legato alla posizione x+2Ï€ fornirà automaticamente il numero di impulsi encoder necessari per compiere un giro intero.

Ciascun encoder 258 à ̈ calettato direttamente sul rullo 96 o 98 che pone in rotazione la ruota, le cui quote sono note ed à ̈ quindi possibile calcolare lo sviluppo spaziale della circonferenza del bordino della ruota. Infatti à ̈ il bordino della ruota che appoggia sul rullo di rotazione 96 e non la ruota stessa.

Al fine di correlare una funzione sostanzialmente ignota come quella dell'eccentricità E, la quale presenta usualmente una pluralità di massimi e minimi relativi, rendendo più difficoltosa la correlazione rispetto a quella di una funzione monotona, à ̈ previsto di operare riducendo l'intervallo per eseguire l’auto-correlazione tramite l’uso di una misura approssimata del diametro.

L’operazione di stima del diametro della ruota può prevedere di scegliere fra le seguenti opzioni:

- un valore di diametro nominale inserito dall'operatore;

- un valore inserito in un database di configurazione; - un valore ottenuto tramite la procedura a tre punti precedentemente descritta, nella forma semplice alla sola distanza D70, oppure nella forma con riduzione d’errore illustrata con riferimento a figura 21, applicata ad un singolo profilo campione; in quest’ultimo caso occorre tener conto del fatto che l'algoritmo calcola il diametro della ruota, mentre il valore richiesto qui à ̈ una stima del diametro del bordino 194; occorrerà quindi aggiungere l’altezza nominale del bordino 194 al valore di diametro ottenuto.

L'intervallo da applicare corrisponde preferibilmente a un errore Δe commesso nell’operazione di stima del diametro sopra delineata. Anche per la scelta di tale errore vi sono diverse possibilità, ad esempio:

- un valore prefissato;

- un valore quali i valori massimo o minimo di distanza (es. dmin50 o dmax50) ottenuti dalla procedura di figura 21.

In figura 23 à ̈ mostrato l’andamento della distanza misurata lrdella boccola in funzione dell’angolo di rotazione Î ̧, come in figura 22, dove però sono indicate due aree di auto-correlazione, intorno alle posizioni x e x+Ï€ dest, (qui indicati come sviluppi di circonferenza, corrispondenti a rispettivi angoli di rotazione), dove:

- destindica un diametro stimato

-Δe indica l'errore sulla stima del diametro stimato dest.

Dunque tale procedimento prevede di:

- stimare il valore di diametro stimato dest;

- determinare il valore di errore Δe associato all’operazione di stima del diametro stimato dest;

- considerare nei valori di spostamento lro llacquisiti in funzione dell’angolo di rotazione Ï‘ insiemi di valori di spostamento, lro ll, posti fra loro a una distanza dest± Δe, cioà ̈ una distanza determinata, misurata in impulsi degli encoder 258 - destro e sinistro per ruota destra e sinistra rispettivamente, riportati a una misura di lunghezza, ossia di sviluppo di circonferenza, mediante il relativo fattore di scala, ad esempio ogni impulso corrisponde a un numero dato di micrometri - in base al valore di diametro stimato deste variabile intorno al valore di diametro stimato destentro un valore di errore Δe scelto; in figura 23 sono indicati gli intervalli di variazione ± Δe intorno a una posizione x scelta come riferimento per il calcolo e x+ dest;

- operare il calcolo di una funzione di crosscorrelazione, più specificamente di auto-correlazione, su detti valori di spostamento lr,ll, in particolare variando per il calcolo dell’auto-correlazione tale distanza determinata a partire da destentro il valore di errore Δe scelto; in altre parole, ci si pone a calcolare l’autocorrelazione non su tutto il dominio, ma solo in un intorno delimitato (di ampiezza ± Δe) di un valore stimato di diametro, riducendo così il problema dei minimi e massimi relativi

- identificare come diametro esatto, rispetto a tale valore di diametro stimato dest, il valore della distanza determinata dest± Δe che massimizza il risultato di detta operazione di cross-correlazione, in particolare ricercando la distanza per la quale un dato numero di punti nei due intervalli assumono lo stesso valore consecutivamente.

Inoltre, per calcolare poi nel sistema di riferimento comune un diametro D70 rispetto alla distanza convenzionale dc à ̈ quindi previsto di:

- calcolare la circonferenza del bordino 194 e di conseguenza un suo diametro dflangeutilizzando i parametri meccanici del rullo;

- considerare un profilo campione e utilizzando il diametro dflangeper posizionare il profilo nel sistema di riferimento comune calcolare il diametro D della ruota a 70mm dalla faccia interna.

In generale, come detto, una misura del diametro si può ottenere operando solamente un conteggio degli impulsi degli encoder 258, moltiplicato per un fattore di scala, su un giro ruota. Il procedimento sopra descritto sfrutta l’eccentricità per identificare un giro ruota esatto (una rotazione di 2Π), in modo che il conteggio degli impulsi degli encoder 258 destro e sinistro fornisca le misura della lunghezza delle circonferenze rispettivamente destra e sinistra, e quindi dei diametri. Lo stesso scopo tuttavia può essere raggiunto utilizzando un’altra metodologia o si sensore che possa determinare quando si realizza una rivoluzione completa. Secondo una forma realizzativa variante, il procedimento adottato, ad esempio nel caso in cui si preveda che l'eccentricità sia molto piccola, e quindi la correlazione poco sensibile, può prevedere di creare un segno, ad esempio una tacca colorata sul fianco di una ruota (es. mediante un getto di inchiostro); tale tacca viene poi letta da una normale fotocellula, che genera quindi direttamente gli impulsi di inizio e fine conteggio lunghezza circonferenza.

E’ evidente che l'apparecchio 1 secondo l'invenzione presenta una serie di indiscutibili vantaggi. In primo luogo, à ̈ possibile eseguire misure sufficientemente accurate, e lungo tutta la circonferenza, in tutta semplicità e con un procedimento e un ciclo di lavoro completamente automatizzati. Inoltre, non sono necessarie operazioni di smontaggio della sala dal telaio del carrello del veicolo ferroviario poiché il sistema à ̈ completamente in grado di sopportare il peso gravante sulla sala ferroviaria oggetto della misura indipendentemente dal diametro della ruota.

Inoltre, con i dati forniti dalla misura à ̈ possibile valutare con più precisione le effettive condizioni di usura delle ruote ed eventuali danni arrecati alla sala che ne hanno modificato irrimediabilmente il profilo, ad esempio un’ovalizzazione della stessa, o appiattimenti locali.

Grazie alle caratteristiche e i vantaggi sopraelencati l’apparecchio 1 à ̈ utile in moltissime applicazioni, fra cui spiccano ad esempio:

- prova di accettazione/omologazione di veicoli ferroviari,

- verifica in condizioni di esercizio normale,

- sperimentazione.

- manutenzione

Nell'ambito delle prove di accettazione/omologazione dei veicoli à ̈ possibile verificare le condizioni di capitolato per le prove di stabilità di marcia, verificare l'usura della sala ferroviaria, verificare la tendenza dell'usura stessa e gli intervalli di tornitura e verificare la simmetria delle usure.

Per quanto concerne la verifica in condizioni di esercizio normale, e la relativa manutenzione, à ̈ possibile eseguire una verifica di bordini e dei profili e dei diametri e delle eccentricità, nonché una pianificazione della manutenzione sulle sale ferroviarie.

Infine, per quanto concerne la sperimentazione, Ã ̈ possibile mettere a punto nuove strategie di manutenzione e fin anche studiare nuovi profili ruota utilizzati.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione così come definito dalle rivendicazioni annesse.

L’apparecchio di verifica secondo l’invenzione può essere naturalmente una piattaforma adatta a implementare altri tipi di misura e altri sensori rispetto a quelli qui descritti: ad esempio l’apparecchio di verifica può essere equipaggiato con sensori a ultrasuoni per la verifica dello stato interno del metallo.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di verifica (1) per sale ferroviarie, caratterizzato dal fatto che comprende: - un gruppo di movimentazione e supporto (2, 10), - un gruppo di misura (4), - un gruppo mobile di supporto (6), in cui: - detto gruppo di movimentazione e supporto (2, 10) comprende elementi di supporto (96, 98) predisposti per supportare in modo girevole una sala ferroviaria (186), in cui detto gruppo di movimentazione e supporto (2) comprende un gruppo motore (100, 102) per la movimentazione di detti elementi di supporto (96, 98), - detto gruppo di misura (4) comprende strumenti ottici (122, 136) predisposti per il rilevamento di uno o più profili (P1, P2, P3) di una ruota (190) di detta sala ferroviaria (186), - detto apparecchio (1) à ̈ configurato per supportare detta sala ferroviaria (186) alternativamente mediante detto gruppo mobile di supporto (6) o detti elementi di supporto (96, 98) di detto gruppo di movimentazione e supporto (2), in cui quando detta sala ferroviaria à ̈ supportata da detti elementi di supporto (96, 98): - detto gruppo motore (100, 102) à ̈ predisposto per portare in rotazione detti elementi di supporto (96, 98) e detta sala ferroviaria (186), - detto gruppo di misura (4) à ̈ attivabile per rilevare detti uno o più profili (P1, P2, P3).
2. 2. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di movimentazione e supporto (2) comprende un carrello (10) includente un primo telaio (12), un secondo telaio (14) e attuatori (62) predisposti per la movimentazione di detto secondo telaio (14) rispetto a detto primo telaio (12), in cui su detto secondo telaio sono montati girevoli detti elementi di supporto (96, 98), in cui detto secondo telaio (14) à ̈ mobile fra una posizione alzata in cui à ̈ configurato per sopportare detta sala ferroviaria (186) mediante detti elementi di supporto (96, 98) e una posizione abbassata, detto carrello (10) comprendendo inoltre ruote (16) per il movimento lungo rotaie (18), detto gruppo di movimentazione e supporto (2) comprendendo inoltre una prima e una seconda puleggia (110, 112) per la movimentazione di detto carrello (10).
3. 3. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi di supporto sono rulli (96, 98), ciascuno comprendente un tratto terminale di supporto (104) configurato per supportare le ruote (190) di detta sala ferroviaria (186), particolarmente un bordino (194) di ciascuna di esse, in particolare per poter misurare il profilo dal basso in un piano trasversale verticale e quindi sempre radialmente ed indipendentemente dal diametro della ruota.
4. 4. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo mobile di supporto (6) comprende attuatori (150) portanti una prima e una seconda rotaia mobile (146, 148) e configurati per movimentare dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) fra una posizione sollevata, in cui dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) sono predisposte per sopportare detta sala ferroviaria (186), e una posizione abbassata.
5. 5. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di misura (4) comprende una prima e una seconda stazione di misura laterale (116, 118) e una stazione di misura centrale (120), in cui detta prima e seconda stazione di misura laterali (116, 118) comprendono ciascuna una rispettiva unità ottica di acquisizione (122) includente tre unità telecamera-sorgente laser associate a rispettive finestre di osservazione (130, 132, 134) di essa, e in cui detta stazione di misura centrale (120) comprende due unità ottiche di acquisizione (136), ciascuna comprendente una rispettiva unità telecamera-sorgente laser e predisposta per cooperare con una rispettiva unità ottica di acquisizione di dette prima e seconda stazione di misura laterali (116, 118), dette unità ottiche di acquisizione (122, 136) di detta stazione di misura centrale (120) e di dette stazioni di misura laterale (116, 118) essendo configurate per rilevare detti uno o più profili (P1, P2, P3) quando dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) sono in detta posizione abbassata.
6. 6. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che à ̈ predisposto per l’installazione in una fossa (8) di officina comprendente rotaie fisse (176, 178, 180, 182) portate da colonnine (184), in cui: - detto gruppo di movimentazione e supporto (2) à ̈ disposto fra dette rotaie fisse (176, 178, 180, 182) e fra dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148), - dette prima e seconda stazione di misura laterali (116, 118) sono disposte esternamente rispetto a dette rotaie fisse (176, 178, 180, 182), - detta stazione di misura centrale (120) à ̈ disposta fra dette rotaie fisse (176, 178, 180, 182), - dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) sono disposte, ciascuna, fra una corrispondente stazione di misura laterale (116, 118) e detto gruppo di movimentazione e supporto (2), e sono inoltre disposte fra dette rotaie fisse (176, 178, 180, 182), in cui, inoltre, in detta posizione sollevata dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) hanno sezioni trasversali allineate e coincidenti rispetto a ciascuna di dette rotaie fisse (176, 178, 180, 182).
7. 7. Apparecchio di verifica (1) secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che dette ruote (16) del carrello (10) sono connesse in modo girevole a rispettivi assali (42) su ciascuno dei quali si impegnano elementi di guida (44) fissati a molle (52), in modo tale da realizzare una connessione elastica di ciascun assale (42) al primo telaio (12), la rigidezza di dette molle (52) essendo scelta in modo tale da avere, sotto il carico della sala ferroviaria (186), una freccia tale da annullare la distanza esistente fra piedi (38) fissati a detto primo telaio (12) e dette rotaie (18).
8. 8. Procedimento di verifica (1) per sale ferroviarie, impiegante un apparecchio di verifica (1) secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - supportare detta sala ferroviaria (186) alternativamente mediante dette prima e seconda rotaia mobile (146, 148) o detti elementi di supporto (96, 98) di detto gruppo di movimentazione e supporto (2), - detta fase di supportare una sala ferroviaria (186) tramite detti elementi di supporto (96, 98) comprendendo di supportare in modo girevole, detta fase di supportare in modo girevole detta sala ferroviaria (186) comprendendo una fase di azionare in rotazione (100, 102) almeno uno di detti elementi di supporto (96, 98) per portare in rotazione detta sala ferroviaria (186), il procedimento comprendendo inoltre una fase di rilevamento (122) di uno o più profili (P1, P2, P3) di una ruota (190) di detta sala ferroviaria (186), detta fase di rilevamento (122) essendo eseguita durante l’azionamento di almeno uno di detti elementi di supporto (96, 98) per portare in rotazione detta sala ferroviaria (186).
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di postelaborazione (240) per calcolare in base a detti uno o più profili (P1, P2, P3) rilevati detta fase di rilevamento (122) una o più grandezze della sala ferroviaria (196) selezionate fra: - una larghezza (S) di un bordino (194), - un'altezza (H) del bordino (194) - un angolo (α) di inclinazione di una superficie conica di rotolamento (192) della ruota, - una larghezza (L) del profilo rilevato, - uno scartamento interno (Si), - uno scartamento (S2r, S2l) fra la ruota (190) e la mezzeria del carrello (10) del gruppo di movimentazione e supporto, e - un diametro (D) della ruota (190).
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detta fase di postelaborazione (241) comprende di calcolare (241) un diametro (D) della ruota (190), detta operazione di calcolare (241) comprendendo i passi di: acquisire almeno tre profili (P1, P2, P3) rilevati da telecamere-sorgenti laser associate a dette finestre di osservazione (130, 132, 134), calcolare una circonferenza passante per tre punti (P10, P20, P30) risultanti dall'intersezione di un piano di misura ortogonale all'asse della sala (168) e intersecante la superficie di rotolamento conica (192) con i tre profili (P1, P2, P3) rilevati. calcolare il diametro (D) di detta circonferenza.
11. 11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che comprende di calcolare il diametro (D) di detta circonferenza di una ruota (190) tramite il conteggio di impulsi associato a una rotazione completa di detta ruota di un trasduttore di posizione angolare, in particolare un encoder, moltiplicati per un fattore di scala.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende rilevare otticamente un segno applicato sulla ruota (190) tramite un sensore ottico per generare impulsi di inizio e fine conteggio della lunghezza della circonferenza della ruota (190).
13. 13. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 8 a 12, caratterizzato dal fatto che detta operazione di rilevare comprende inoltre di rilevare uno spostamento di una boccola (214) della ruota (190) rispetto a un riferimento, in particolare rispetto a una stazione di misura (116, 118) tramite rispettivi sensori di distanza (211, 212) durante detta fase di rilevazione (122),
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detta fase di postelaborazione (240) comprende di acquisire detto spostamento (lr, ll) di una boccola (214) della ruota (190) rilevato al variare dell’ angolo (ϑ) di rotazione di detta ruota (190) e misurare una eccentricità della ruota (E) in base a detto spostamento (lr, ll) acquisito.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto che detta fase di postelaborazione (240) comprende di: - acquisire detto spostamento (lr, ll) di una boccola (214) della ruota (190) rilevato al variare dell’angolo (Ï‘) di rotazione di detta ruota (190), - stimare un valore di diametro stimato (dest) - determinare un valore di errore (Δe) associato a detta operazione di stima; - considerare in detto spostamento (lr,ll) acquisito in funzione dell’angolo di rotazione (Ï‘) valori di spostamento (lr, ll) in funzione dell’angolo di rotazione (Î ̧) posti fra loro a una distanza (dest± Δe) determinata in base a detto valore di diametro stimato (dest) e variabile intorno a detto valore di diametro stimato (dest) entro il valore di errore (Δe) scelto; - operare il calcolo di una funzione di crosscorrelazione o autocorrelazione su detti valori di spostamento (lr,ll), in particolare variando tale distanza determinata (dest± Δe) intorno a detto valore di diametro stimato (dest) entro detto valore di errore (Δe) scelto ; - identificare come diametro esatto il valore di detta distanza determinata (dest± Δe), in particolare misurata come impulsi encoder per un fattore di scala, che massimizza il risultato di detta operazione di crosscorrelazione o auto-correlazione, in particolare ricercando la distanza per la quale un dato numero di punti negli intervalli di variazione assumono lo stesso valore consecutivamente.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che comprende sensori a ultrasuoni per la verifica dello stato interno del metallo.