RU143958U1

RU143958U1 - MOBILE DEVICE FOR MEASURING RAILWAY PARAMETERS

Info

Publication number: RU143958U1
Application number: RU2014112457/11U
Authority: RU
Inventors: Максим Владимирович Тарабрин; Андрей Александрович Федотов; Михаил Игоревич Толстов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Фирма TBEMA"
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-08-10

Abstract

1. Мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути, содержащее установленные на ходовой тележке выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок, соединенный с ним контрольно-вычислительный блок и связанные с ним два основных регистратора, каждый из которых включает видеокамеру и два лазерных осветителя, отличающееся тем, что ходовая тележка снабжена размещенными по обе ее продольные стороны кронштейнами, на каждом из которых закреплены совместно с одним из основных регистраторов два дополнительных регистратора и узел компенсации смещения с обеспечением возможности контроля соответствующей рельсовой нити по трем сечениям одновременно.2. Мобильное устройство по п.1, отличающееся тем, что контрольно-вычислительный блок включает связанные между собой программно-аппаратный блок регистрации, блок визуализации данных, информационно-измерительный блок, органы управления и блок энергоснабжения.3. Мобильное устройство по п.1, отличающееся тем, что связь всех регистраторов с контрольно-вычислительным блоком выполнена через многодискретный синхронизатор.4. Мобильное устройство по п.1, отличающееся тем, что инерциальный навигационный блок размещен посередине между кронштейнами.1. A mobile device for measuring rail track parameters, comprising an inertial navigation unit made on a running carriage, strap-in inertial navigation unit, a control and computing unit connected thereto and two main recorders associated with it, each of which includes a video camera and two laser illuminators, characterized in that the undercarriage is equipped with brackets placed on both its longitudinal sides, on each of which two additional registers are fixed together with one of the main registrars ator and offset compensation unit with the possibility of monitoring the corresponding rail thread in three sections simultaneously. 2. The mobile device according to claim 1, characterized in that the control and computing unit includes interconnected software and hardware registration unit, data visualization unit, information and measuring unit, control elements and power supply unit. The mobile device according to claim 1, characterized in that the communication of all registrars with the control unit is made through a multi-discrete synchronizer. The mobile device according to claim 1, characterized in that the inertial navigation unit is located in the middle between the brackets.

Description

Полезная модель относится к области рельсового транспорта и может использоваться преимущественно в мобильных устройствах для контроля железнодорожного пути, позволяющего обеспечить безопасность движения.The utility model relates to the field of rail transport and can be used mainly in mobile devices to control the railway track, which ensures traffic safety.

Известно мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути, включающее измерительные блоки и соединенный с ними контрольно-вычислительный блок и обеспечивающее высокоскоростной контроль ряда геометрических параметров рельсового пути (RU 91321 U1, 2010). Однако конструктивные и аппаратные особенности этого устройства не позволяют диагностировать весь комплекс геометрических параметров рельсового пути и не обеспечивает высокую точность измерений. Поэтому такое устройство недостаточно эффективно в эксплуатации.A mobile device for measuring rail track parameters is known, including measuring units and a control and computing unit connected to them and providing high-speed control of a number of geometric parameters of the rail track (RU 91321 U1, 2010). However, the structural and hardware features of this device do not allow to diagnose the whole complex of geometric parameters of the rail track and does not provide high accuracy of measurements. Therefore, such a device is not effective enough in operation.

Известны и другие аналогичные устройства (например, RU 2442713 C1, 2012; RU 2255873 C1, 2005; US 3864039 A, 1975; JP 2008297845 A, 2008). Однако все они по тем же причинам также недостаточно эффективны в эксплуатации, что в свою очередь не позволяет в полной мере обеспечить безопасность движения подвижных составов.Other similar devices are known (for example, RU 2442713 C1, 2012; RU 2255873 C1, 2005; US 3864039 A, 1975; JP 2008297845 A, 2008). However, all of them, for the same reasons, are also not efficient enough to operate, which in turn does not fully ensure the safety of the movement of rolling stocks.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути, содержащее установленные на ходовой тележке выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок, соединенный с ним контрольно-вычислительный блок и связанные с ним два основных регистратора, каждый из которых включает видеокамеру и два лазерных осветителя (Каталог ЗАО «Фирма ТВЕМА» Инновации. Безопасность. Надежность, Эффективность. М., 2013, с. 11-12; то же: веб-сайт http://www.tvema.ru/ru/productList_3753.prm, 2013, зарегистрирован ЗАО «Фирма ТВЕМА»).Of the known devices, the closest to the proposed one is a mobile device for measuring rail track parameters, comprising an inertial navigation unit made on a running carriage, strap-in inertial navigation unit, a control and computing unit connected to it and two main recorders connected to it, each of which includes a video camera and two laser illuminator (Catalog of TVEMA Firm CJSC Innovations. Safety. Reliability, Efficiency. M., 2013, pp. 11-12; the same: website http://www.tvema.ru/ru/productList_3753.prm, 2013 , register Rowan JSC "Firm TVEMA").

Оно реализовано в виде мобильного устройства измерения параметров пути «Сокол-2», предназначенного для высокоскоростного бесконтактного измерения параметров железнодорожного рельсового полотна и профиля головок рельсов, при этом используется сочетание двух методов - оптической триангуляции и инерциального. Все узлы и блоки устройства смонтированы на раме ходовой тележки любой подвижной единицы. Это устройство, однако, позволяет измерять геометрию рельсового пути всего по одному сечению каждого из двух рельсов (рельсовых нитей). Это не дает возможность в необходимом объеме оценить характеристики геометрии рельсового пути под динамической нагрузкой и соответственно не в полной мере решает проблему повышения безопасности движения железнодорожного транспорта. В частности, устройство не позволяет измерять кривизну рельсового пути, имеет ограничение по минимальной скорости измерения, не обеспечивает высокой точности измерений, которая составляет, например, при измерении уровня 0,5 мм, а просадки - 1,0 мм.It is implemented as a Sokol-2 mobile path measuring device designed for high-speed non-contact measurement of rail track parameters and rail head profiles, using a combination of two methods - optical triangulation and inertial. All components and units of the device are mounted on the frame of the undercarriage of any mobile unit. This device, however, allows you to measure the geometry of the rail track just one section of each of the two rails (rail threads). This does not make it possible to assess, to the extent necessary, the characteristics of the geometry of the rail track under dynamic load and, accordingly, does not fully solve the problem of improving the safety of railway traffic. In particular, the device does not allow measuring the curvature of the rail track, has a limitation on the minimum measurement speed, and does not provide high measurement accuracy, which is, for example, when measuring the level of 0.5 mm, and drawdown - 1.0 mm.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании мобильного устройства для измерения параметров рельсового пути, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении эксплуатационной эффективности устройства, в том числе за счет повышения точности производимых измерений и объективности анализа геометрических параметров рельсового пути.The problem solved by the utility model is to create a mobile device for measuring rail track parameters, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the utility model is to increase the operational efficiency of the device, including by increasing the accuracy of measurements and the objectivity of the analysis of the geometric parameters of the rail track.

Это достигается тем, что в мобильном устройстве для измерения параметров рельсового пути, содержащем установленные на ходовой тележке выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок, соединенный с ним контрольно-вычислительный блок и связанные с ним два основных регистратора, каждый из которых включает видеокамеру и два лазерных осветителя, ходовая тележка снабжена размещенными по обе ее продольные стороны кронштейнами, на каждом из которых закреплены совместно с одним из основных регистраторов два дополнительных регистратора и узел компенсации смещения с обеспечением возможности контроля соответствующей рельсовой нити по трем сечениям одновременно. Контрольно-вычислительный блок преимущественно включает связанные между собой программно-аппаратный блок регистрации, блок визуализации данных, информационно-измерительный блок, органы управления и блок энергоснабжения. Связь всех регистраторов с контрольно-вычислительным блоком преимущественно выполнена через многодискретный синхронизатор. Инерциальный навигационный блок преимущественно размещен посередине между кронштейнами.This is achieved by the fact that in a mobile device for measuring rail track parameters, comprising an inertial navigation block made on a running cart and connected to it by a control and computing unit and two main recorders connected to it, each of which includes a video camera and two laser illuminators, the undercarriage is equipped with brackets located on both its longitudinal sides, on each of which two additional registers are fixed together with one of the main registrars trattoria and offset compensation unit to enable control of the respective rail of the three sections of the thread at the same time. The control and computing unit mainly includes interconnected software and hardware registration unit, data visualization unit, information and measuring unit, control elements and power supply unit. The connection of all registrars with the control unit is mainly made through a multi-discrete synchronizer. The inertial navigation unit is preferably located in the middle between the brackets.

Заявленный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.The claimed technical result is provided by the entire combination of essential features.

На чертеже показана структурная схема мобильного устройства для измерения параметров рельсового пути.The drawing shows a structural diagram of a mobile device for measuring rail track parameters.

Оно содержит установленные на ходовой тележке (на чертеже не показана) выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок 1, соединенный с ним бортовой контрольно-вычислительный блок 2 и связанные с ним два основных регистратора - первый основной регистратор 3 и второй основной регистратор 4 и четыре дополнительных регистратора - первый 5 и второй 6 дополнительные регистраторы и третий 7 и четвертый 8 дополнительные регистраторы. В устройство введены также два узла компенсации смещения - первый узел 9 и второй узел 10 компенсации смещения. Все указанные электронные блоки и узлы связаны, например, посредством многожильного кабеля. Каждый из основных регистраторов 3 и 4 включает видеокамеру и два лазерных осветителя (на чертеже не показаны). Дополнительные регистраторы 5-8 выполнены идентичными основным регистраторам 3 и 4. Инерциальный навигационный блок 1 выполнен, например, на основе датчиков ускорения и датчиков угловых скоростей. Ходовая тележка снабжена размещенными по обе ее продольные стороны кронштейнами 11 и 12 (на чертеже показаны условно). На кронштейне 11 размещены первый основной регистратор 3, первый 5 и третий 7 дополнительные регистраторы и первый узел 9 компенсации смещения. На кронштейне 12 размещены второй основной регистратор 4, второй 6 и четвертый 8 дополнительные регистраторы и второй узел 10 компенсации смещения. Основные 3, 4 и дополнительные 5-8 регистраторы с узлами 9, 10 компенсации смещения закреплены на соответствующем кронштейне 11, 12 с обеспечением возможности контроля соответствующей рельсовой нити по трем сечениям одновременно. Контрольно-вычислительный блок 2 включает, например, связанные между собой программно-аппаратный блок 13 регистрации, блок 14 визуализации данных, преимущественно на основе жидкокристаллического экрана, информационно-измерительный блок 15, органы 16 управления, преимущественно включающие клавиатуру, и блок 17 энергоснабжения. Связь всех регистраторов 3-8 с контрольно-вычислительным блоком 2 выполнена преимущественно через многодискретный синхронизатор 18, включающий, например, генератор импульсов Инерциальный навигационный блок 1 размещен на ходовой тележке, например, на дополнительном кронштейне (на чертеже не показан), преимущественно посередине между кронштейнами 11, 12. Все указанные блоки и узлы находятся в конструктивном единстве, они взаимосвязаны и скомпонованы совместно на ходовой тележке.It contains mounted on the undercarriage (not shown) made inertial navigation unit 1 performed by strapdown, onboard control and computing unit 2 connected to it and two main registrars associated with it - the first main registrar 3 and the second main registrar 4 and four additional registrars - the first 5 and second 6 additional registrars and the third 7 and fourth 8 additional registrars. Two displacement compensation nodes are also introduced into the device - the first node 9 and the second displacement compensation node 10. All of these electronic components and assemblies are connected, for example, via a multicore cable. Each of the main recorders 3 and 4 includes a video camera and two laser illuminators (not shown in the drawing). Additional recorders 5-8 are identical to the main registrars 3 and 4. Inertial navigation unit 1 is made, for example, based on acceleration sensors and angular velocity sensors. The undercarriage is equipped with brackets 11 and 12 placed on both of its longitudinal sides (conventionally shown in the drawing). On the bracket 11 is placed the first main recorder 3, the first 5 and third 7 additional registrars and the first node 9 offset compensation. On the bracket 12 there is a second main recorder 4, a second 6 and a fourth 8 additional recorders and a second offset compensation unit 10. The main 3, 4 and additional 5-8 registrars with offset compensation nodes 9, 10 are mounted on the corresponding bracket 11, 12 with the possibility of monitoring the corresponding rail thread in three sections simultaneously. The control and computing unit 2 includes, for example, interconnected software and hardware registration unit 13, a data visualization unit 14, mainly based on a liquid crystal screen, an information-measuring unit 15, control elements 16, mainly including a keyboard, and a power supply unit 17. The connection of all recorders 3-8 with the control unit 2 is made mainly through a multi-disc synchronizer 18, including, for example, a pulse generator. The inertial navigation unit 1 is placed on the undercarriage, for example, on an additional bracket (not shown in the drawing), mainly in the middle between the brackets 11, 12. All of the indicated blocks and units are in constructive unity, they are interconnected and arranged together on the undercarriage.

Устройство функционирует следующим образом. В регистраторах 3-8 два лазерных осветителя в импульсном режиме, задаваемым, например, много дискретным синхронизатором 18, подсвечивают контролируемую рельсовую нить, образуя единую линию засветки профиля. Рассеянные от лазерного излучения лучи отражаются от поверхности рельса и попадают в объектив видеокамеры. Линза в объективе каждой видеокамеры фокусирует отраженные лучи на ее матрице и образующиеся при этом электрические сигналы, соответствующие координате яркого пятна, передаются на контрольно-вычислительный блок 2. Таким образом, реализуется принцип оптической лазерной триангуляции. Одновременно с бесконтактным сканированием рельсовых нитей узлы 9, 10 компенсации смещения обеспечивают бесконтактное измерение смещения одного кластера соответствующего регистратора 3-8 относительно другого с использованием того же принципа оптической лазерной триангуляции, а инерциальный навигационный блок 1 определяет и выдает информацию о текущем положении координат и параметрах движения (линейных скоростях, траектории движения) и углах ориентации. Электрические сигналы от всех регистраторов 3-8 и узлов 9, 10 компенсации смещения поступают на контрольно-вычислительный блок 2, который после обработки данных обеспечивает визуализацию и регистрацию геометрических параметров рельсового пути. При этом первичная обработка данных осуществляется в программно-аппаратном блоке 13 регистрации, затем предварительно обработанная информация передается в информационно-измерительный блок 15, в котором происходит окончательная обработка данных и вычисление необходимых параметров. Результаты вычислений передаются на блок 14 визуализации данных. Посредством органов 16 управления обеспечивается управление устройством в целом. Все блоки и узлы устройства функционально взаимосвязаны, их наличие и связи между ними, характеризуемые соответствующими существенными признаками, позволяют достичь заявленный технический результат.The device operates as follows. In registrars 3–8, two laser illuminators in a pulsed mode, set, for example, by a multi-discrete synchronizer 18, illuminate a controlled rail thread, forming a single profile illumination line. Rays scattered from laser radiation are reflected from the rail surface and fall into the camera lens. The lens in the lens of each video camera focuses the reflected rays on its matrix and the electrical signals generated in this case, corresponding to the bright spot coordinate, are transmitted to the control unit 2. Thus, the principle of optical laser triangulation is implemented. Simultaneously with non-contact scanning of rail threads, offset compensation nodes 9, 10 provide non-contact measurement of the displacement of one cluster of the corresponding registrar 3-8 relative to another using the same principle of optical laser triangulation, and the inertial navigation unit 1 determines and provides information about the current position of coordinates and motion parameters (linear speeds, trajectories) and orientation angles. Electrical signals from all registrars 3-8 and offset compensation nodes 9, 10 are supplied to the control and computing unit 2, which, after processing the data, provides visualization and registration of the geometric parameters of the rail track. In this case, the primary data processing is carried out in the software and hardware block 13 registration, then the pre-processed information is transmitted to the information-measuring block 15, in which the final processing of the data and the calculation of the necessary parameters. The calculation results are transmitted to the data visualization unit 14. By means of the controls 16, the device as a whole is controlled. All the blocks and nodes of the device are functionally interconnected, their presence and the connections between them, characterized by the corresponding essential features, allow to achieve the claimed technical result.

Устройство обеспечивает эффективный сплошной бесконтактный скоростной контроль состояния рельсового пути под динамической нагрузкой. Оно позволяет за счет закрепленных на кронштейнах 11, 12 дополнительных регистраторов 5-8 совместно с основными регистраторами 3, 4 контролировать каждую рельсовую нить сразу по трем сечениям, обеспечивая повышение точности измерений и объективности анализа геометрических параметров рельсового пути. Наличие в устройстве узлов 9, 10 компенсации смещения одного из кластеров регистраторов 3-8 относительно другого во время движения ходовой тележки позволяет вносить дополнительные корректировки в производимые измерения, что дополнительно повышает качество и точность измерений. Благодаря такой конструкции становится возможным определить кривизну рельсового пути, снять ограничения по минимальной скорости измерений, значительно (в 1,5-2,5 раз) повысить точностные характеристики измерений геометрических параметров рельсового пути. Устройство позволяет определить комплекс всех важных с точки зрения безопасности движения геометрических параметров рельсового пути. В целом указанные преимущества обеспечивают повышение эксплуатационной эффективности устройства.The device provides an effective continuous non-contact high-speed control of the state of the rail track under dynamic load. It allows, due to additional registrars 5-8 fixed on the brackets 11, 12, together with the main registrars 3, 4, to control each rail thread immediately in three sections, providing increased measurement accuracy and objectivity in the analysis of the geometric parameters of the rail track. The presence in the device of nodes 9, 10 of compensation for the displacement of one of the clusters of registrars 3-8 relative to the other during the movement of the undercarriage allows you to make additional adjustments to the measurements, which further improves the quality and accuracy of the measurements. Thanks to this design, it becomes possible to determine the curvature of the rail track, remove restrictions on the minimum measurement speed, significantly (1.5-2.5 times) increase the accuracy characteristics of measurements of the geometric parameters of the rail track. The device allows you to determine the complex of all important from the point of view of traffic safety geometric parameters of the rail track. In general, these advantages provide increased operational efficiency of the device.

Пример реализации. Мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути выполнено в виде модификации «Сокол-3» и испытано в составе скоростного дефектоскопа «Спринтер». Оно позволяет определить комплекс геометрических параметров рельсового пути - отклонение ширины рельсовой колеи от номинала, стрелу изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости (рихтовка), просадку рельсовых линий (просадка), взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), боковой износ рельсов, наклон поверхности катания рельсов, кривизну рельсового пути. Рабочая скорость измерений составила от 0 до 250 км/час. Шаг съемки - 100 мм. Точность измерения рельсовой колеи - 0,5 мм. Точность измерения кривизны рельсового пути - 0,000003 1/м. Точность измерения уровня - 0,2 мм. Точность измерения просадки - 0,5 мм.Implementation example. The mobile device for measuring rail track parameters is made in the form of the Sokol-3 modification and tested as part of the Sprinter high-speed flaw detector. It allows you to determine the set of geometric parameters of the rail track - the deviation of the rail gauge from the nominal value, the arrow of bending of the rail threads in the horizontal plane (straightening), the subsidence of the rail lines (drawdown), the relative position of both rail threads in height (level), lateral wear of the rails, the slope rails, curvature of the track. The operating measurement speed ranged from 0 to 250 km / h. Shooting step - 100 mm. The accuracy of measuring the rail track is 0.5 mm. The accuracy of measuring the curvature of the rail track is 0.000003 1 / m. The accuracy of level measurement is 0.2 mm. The accuracy of measuring drawdown is 0.5 mm.

Мобильное устройство для измерений параметров рельсового пути, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными аналогичными устройствами, что в свою очередь позволяет повысить безопасность движения подвижных составов по рельсовому пути.A mobile device for measuring rail track parameters, made in accordance with the utility model, has higher operational efficiency compared to known similar devices, which in turn improves the safety of rolling stock along the rail track.

Claims

1. A mobile device for measuring rail track parameters, comprising an inertial navigation unit made on a running carriage, strap-in inertial navigation unit, a control and computing unit connected thereto and two main recorders associated with it, each of which includes a video camera and two laser illuminators, characterized in that the undercarriage is equipped with brackets placed on both its longitudinal sides, on each of which two additional registers are fixed together with one of the main registrars an ator and an offset compensation unit with the possibility of monitoring the corresponding rail filament over three sections simultaneously.

2. The mobile device according to claim 1, characterized in that the control and computing unit includes interconnected software and hardware registration unit, data visualization unit, information and measuring unit, controls and power supply unit.

3. The mobile device according to claim 1, characterized in that the communication of all registrars with the control unit is made through a multi-discrete synchronizer.

4. The mobile device according to claim 1, characterized in that the inertial navigation unit is located in the middle between the brackets.