WO2013104845A2 - Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire - Google Patents

Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire Download PDF

Info

Publication number
WO2013104845A2
WO2013104845A2 PCT/FR2012/053082 FR2012053082W WO2013104845A2 WO 2013104845 A2 WO2013104845 A2 WO 2013104845A2 FR 2012053082 W FR2012053082 W FR 2012053082W WO 2013104845 A2 WO2013104845 A2 WO 2013104845A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
contact wire
light source
cameras
plane
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/053082
Other languages
English (en)
Other versions
WO2013104845A3 (fr
Inventor
Stéphane AVRONSART
Pierre-Antoine LACAZE
Original Assignee
Societe Nationale Des Chemins De Fer Francais Sncf
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale Des Chemins De Fer Francais Sncf filed Critical Societe Nationale Des Chemins De Fer Francais Sncf
Publication of WO2013104845A2 publication Critical patent/WO2013104845A2/fr
Publication of WO2013104845A3 publication Critical patent/WO2013104845A3/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/04—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Definitions

  • the present invention relates to a measuring system for controlling the section of a contact wire for overhead power supply line of vehicles traveling on a railway, and also to a measurement method for controlling the section. such a contact wire.
  • the present invention is particularly in the field of overhead power supply lines of vehicles traveling on a railway, sometimes called overhead electric traction lines.
  • Such overhead power supply lines generally comprise one or two flexible electrical conductor wires suspended above the track, conventionally suspended by clocks with one or two carrying cables to form together a catenary.
  • the contact wires are sometimes called catenary contact wires.
  • the power supply line operates at a voltage of 1500 VDC or at a voltage of 25 kV AC.
  • the invention is not limited to such continuous or alternating voltages.
  • the capture of the current by the railway vehicle is carried out conventionally by a pantograph provided with a bow provided with rubbers, generally made of carbon and / or copper, which act as rubbers on the contact wire or lines of the overhead line and which capture the electrical energy.
  • the conductive aerial cables undergo degradation or wear that results directly in a withdrawal of material and therefore in a decrease in thickness; such wear of the contact son de facto favoring the risk of rupture and therefore interruption of the power supply for the railway gear concerned.
  • wear is understood to mean the aging phenomenon of the contact wire, which is mainly caused by the erosion of its surface during friction at passage of the rubs. This wear is characterized by a more or less regular decrease in the section of the contact wire.
  • FIGS. 1a and 1b illustrate a cross-section FC contact wire, before wear (FIG. 1a) and after wear (FIG. 1b).
  • the FC contact wire has a specific geometry, with:
  • this lower face of wear being called thereafter wear plate PU because, once the wear has begun, this lower face is almost flat as visible in Figure 1b;
  • the remaining thickness ER is often used to characterize the wear of the contact wire FC, because it is a concrete concept and easy to evaluate, especially manually using a caliper.
  • the wear of the wire is not always equitably distributed, sometimes with a double flat wear, the measurement of the remaining thickness is not always relevant to reflect the wear of the contact wire FC.
  • its direct measurement and contactless is not easy, given mainly the measurement environment.
  • Figures 2a and 2b illustrate a contact wire FC in cross section, before wear ( Figure 2a) and after wear ( Figure 2b).
  • the contact wire FC Before wear, the contact wire FC has an initial area SO in cross-section and then, after wear, the contact wire FC has a remaining surface SR in cross-section due to wear of the contact wire FC according to a surface area.
  • the remaining cross-sectional area SR of the FC contact wire is a more reliable indication of wear, since it does not depend on wear geometry, and has the merit of evolve more linearly with time.
  • the measure of this remaining area SR is much more arduous than that of the remaining thickness ER.
  • a first environmental characteristic concerns the presence of grease, called catenary grease, on the contact wires.
  • catenary grease is regularly deposited on the contact wires, in order to limit the friction and therefore the wear of the contact wires. If the lubrication is too recent, the deposits present make the measurement almost impossible, because the wire is covered. The only viable solution is, in principle, to space the greasing and measuring runs by several weeks.
  • a second environmental characteristic relates to the parallelism of the wearing plate PU of the FC contact wire relative to the rolling plane of the railway gear.
  • a first non-parallelism comes from variations in height of the contact wire along the railway line, which leads to a so-called vertical inclination;
  • a second non-parallelism comes from the twisting of the contact wire which, as illustrated in FIG. 3, implies an inclination of the wear plate PU of the contact wire FC at a so-called non-zero torsion angle AT.
  • a third environmental feature relates to the presence of scratched elements, that is to say junction fingers that provide the end-to-end connection of two son contact. Indeed, it is observed that the scratched elements tend to make the measurement of wear more difficult, because these scratched elements are sometimes more reflective than the contact wire itself.
  • a fourth environmental feature is the changing reflectivity of the contact wire along the railway line. Indeed, the changing appearance of the surface of the contact wires directly affects the quality of the measurements, because it reflects changes in the optical properties of the surface. A direct consequence of these changes in appearance is the variability of the reflectivity of the surface of the contact wires, which gives rise to measurement difficulties with certain conventional measuring systems, as described later.
  • the remainder of the description relates to the known measuring systems for measuring contact wire wear in a direct and non-contact manner.
  • a first measurement system 100 makes a non-contact measurement, traveling at medium speed along the railway track, below 120 km / h, based on on the evaluation of the wear wear width LU of the wear pad PU of the contact wire FC, then calculating the remaining thickness ER from this measurement of the width after LU wear.
  • This medium-speed measurement system 100 is mounted on a railway vehicle which travels at a maximum speed of 120 km / h, behind a pantograph PA, and comprises an optical table 101 on which are fixed:
  • laser light sources 102 respectively composed of an 810 nm laser diode and a shaper, these laser light sources 102 being aligned along an optical axis 109 and each emitting a 90 ° laser beam FL relative to the optical table 101, this laser beam FL being directed towards the wearing plate PU of the contact wire FC, these laser beams FL together forming a laser sheet illuminating the contact wire FC;
  • each mirror 103 being interposed between two laser light sources 102, the optical axis 109 passing through the optical centers of the mirrors 1 03, these mirrors 103 receiving the reflected beam FR by the wear plate PU;
  • each optical convergence system 104 being placed in front of a mirror 103;
  • each optical sensor 105 being placed behind an optical convergence system 104, said optical sensors 105 being mounted on a plate 106 driven forward / backward translation from the information on the height of the contact wire FC taken by measuring the position of the pantograph PA, to allow the development of the cameras.
  • this medium-speed measurement system 100 therefore comprises a set of laser light sources 102 which form a vertical light brush directed towards the contact wire FC, in order to illuminate it.
  • the linear optical sensors 105 observe the illuminated portion of the contact wire FC, and output a measurement signal SM as shown schematically in FIG. 4.
  • the principle of measurement assumes that the wear plate PU Behaves like a very reflective uniform surface, which will be the only visible part on the cameras.
  • this medium speed measuring system 100 works with: - a maximum speed of 120 km / h for contact wires with 25 kV AC power supply, and with a maximum of 100 km / h for contact wires with a 1500 V DC supply;
  • a second measurement system 200 makes an optical measurement of the remaining thickness by means of an optical micrometer positioned on a measuring bow. It is a measurement system in contact with the contact wire or FC contact to measure, under electrical voltage.
  • This low-speed measurement system 200 comprises:
  • a laser micrometer at a frequency of 400 Hz, comprising a transmitter 201 and a receiver 202 operating according to the principle of scanning or shading, the transmitter 201 and the receiver 202 being fixed on the AR of the pantograph of a railroad vehicle traveling at low speed along the railway, below 20 km / h, with the transmitter 201 and the receiver 202 arranged on either side of the archer AR's friction strips for scan the presence area of the FC contact wire;
  • a processing unit 204 receiving as input the measurement data of the laser micrometer 201, 202 and the support detectors 203;
  • a switch 205 controlled by the pantograph and connecting a battery 206 to the processing unit 204;
  • an opto-electronic transmitter 207 in high voltage, connected by optical fiber to an opto-electronic receiver 208, to ground;
  • a computer terminal 209 for analyzing the data.
  • this low-speed measurement system 200 is used in addition to the medium-speed measurement system 100 described above, with the use of the medium-speed measurement system 100 mainly at the beginning of the life of the FC contact wire and, after some wear, the use of the low-speed measurement system 200 relay system of average speed measurement 100.
  • This low-speed measurement system 200 makes it possible, by its measurement step and its accuracy, to refine the estimation of the years of replacement of the contact wires, and to detect point wear.
  • This low-speed measurement system 200 is generally used as a reference because its accuracy and reproducibility are good, and experience has shown that the remaining thickness recorded by this system 200 is faithful to the reality of the terrain. It is therefore relevant to use it as a basis for comparison with other measurement systems.
  • this low-speed measurement system 200 is held mainly if the weather conditions are good, being also observed that the presence of grease obstructs the field of view of the laser micrometers and disturbs the measurement.
  • a second problem concerns the spectral dependence of the reflected flux.
  • the copper metal which constitutes almost all the son of contact has a significant reflectivity in the infrared. Nevertheless, the contact wires seldom exhibit a contact surface made of pure copper. Many thermal effects occur (including oxidation), deposits are formed (carbon, catenary fat) and environmental aspects are also to be taken into account. Thus copper oxide CuO reflects much less than pure copper.
  • a third problem relates to the inclination of the contact wires during the measurement. It is possible to distinguish two cases of tilting of the wire namely, on the one hand, the non-parallelism due to the variations in height of the contact wire and, on the other hand, the twist of the contact wire which results in the AT twist angle supra.
  • the reflected flux is mainly effected in a preferred geometric reflection direction which corresponds to the most powerful reflected signal, while the other directions benefit from a more or less powerful signal depending on the angle of view, directivity and the proportion of specular reflection.
  • these differences are exacerbated between the geometrical direction of reflection and the other directions, not to mention the phenomenon of parasitic reflection on the edge of the contact wire; generally slightly rounded edges returning light in all directions, especially in the direction of observation
  • a fourth problem lies in the fact that conventional methods use the width of the wear plate to go back to the remaining thickness of the contact wire, thereby making an indirect measurement of the thickness which affects the quality of the measurement.
  • the conversion between the width after wear LU and the remaining thickness ER generates a variable uncertainty which increases when the remaining thickness ER decreases, without counting the very different behaviors both in shape and in amplitude between the round wires and the flat wires which is explained by the fact that at the end of life, the edges of the wire are almost vertical, and a variation of thickness generates almost no variation of width of the plate.
  • the use of the width of the wear plate does not make it possible to account for possible deformations of the contact wire, in particular in the case of double flat, torsion of the wire or presence of loose edges.
  • the reflectivity of the wear plate is very variable, especially in the red and infrared used by conventional systems;
  • EP 1 855 084 discloses a system and method for determining the remaining height of a catenary cable.
  • This system has two laser light sources, each associated with a camera. These two cameras take unidimensional images of the cable flanks that have identifiable elements such as breaklines and lateral carbon deposits. From the captured images, an evaluation unit determines a measure of the apparent width and a measure of the slope of the sidewall, relying on lines and carbon deposits. Then, the remaining height is determined based on calculations made from the measurements made on the images.
  • a system has the same basic defects as those detailed above, especially with the implementation of an unreliable calculation because based on coarse measurements because the cable is not necessarily symmetrical in its wear and thickness or the absence of carbon deposits will hinder the accuracy of measurements.
  • the present invention proposes to respond to the problems raised above by proposing a system for measuring the wear of a contact wire, and an associated measuring method, which make it possible to perform a direct measurement of the remaining surface in cross section of the contact wire, without having to go through a measurement of the width after wear followed by an error-source calculation.
  • Another object of the present invention is to provide a system and a method for measuring the wear of a contact wire which ensure an accurate, fair and repetitive measurement of the wear of the wire whatever the position, the tilting and / or deformation of the contact wire, and in particular which have an innocuousness to the deformations and inclinations of the wire, and to the shape of the facies or wear plate, and in particular to the presence of double flat.
  • Another object of the present invention is to propose a system and a method for measuring the wear of a contact wire which make it possible to minimize the risks as soon as the measurements are acquired, and in particular the measurement hazards related to the variations. facies or wearing plate, the presence of catenary on the contact wires, the polishing level of the contact wire, and the presence or absence of particular elements, such as junction claws or the return arms.
  • the invention proposes a measuring system for controlling the section of a contact wire for an overhead power supply line of vehicles traveling in particular on a railway, of the type comprising:
  • At least one shaped light source for illuminating the contact wire
  • each camera being associated with at least one coordinate making it possible to deduce the relative position of the cameras;
  • calculation means connected to said cameras and designed to reconstruct a three-dimensional model of the contact wire by means of a stereovision evaluation of the images from the cameras and from the relative position of said cameras;
  • measuring means designed to firstly extract at least one cross-section of the contact wire from said three-dimensional model and secondly to compare the area of said cross-section with a reference area to control the value of the area of the contact wire section.
  • the invention proposes to implement a direct measurement of the remaining superficial cross-section of the wire of contact, from a three-dimensional model of the contact wire established by stereovision vision.
  • Stereovision is indeed a computer-assisted measurement technique that allows three-dimensional reconstruction of an object from at least two separate and simultaneous images or shots; the disparity between the images giving access to the relief of the object.
  • a measurement system with stereovision advantageously reproduces faithfully the profile of the contact wire, whatever the position and deformation of the contact wire, and regardless of the shape of the facies or wear plate, and in particular the presence of double flat.
  • the principle of this stereovision method is advantageously compatible with the needs required for measuring the wear of a contact wire, and imposes no restriction on the light source which can therefore be designed to accommodate the need contact wires.
  • the light source is a source of white light.
  • the light source is a visible light source without infrared, and preferably a blue-green light source.
  • the advantage of working in the field of visible light, also called white light, without infrared, is to limit the influence of the variation of reflectivity of the contact wire as and when it wears, and particularly as and as the oxidation of copper and deposits of carbon or catenary grease.
  • such a light source can, by its near-absence of risks, serve to illuminate a large area to control even at high power.
  • the light source is an extended or pseudo-extended light source.
  • the reflectivity problems of the contact wire are mainly related to specular reflections, that is to say to the angular dependence of the power of the flux received by the optical sensor.
  • This problem is symptomatic of point light sources.
  • Lasers are the ideal example, but a projector located far from the object to be illuminated also behaves as an almost punctual source. It is therefore advantageous to use an extended or pseudo-extended light source which allows a uniformity or quasi-uniformity of the illumination (energy per unit area), preferably a uniformity or quasi-uniformity of the intensity (energy per unit). solid angle) or luminance (energy per unit of solid angle and per unit area).
  • Such a light source is called an extended or near-extended source, illuminating the wire in all directions. With such a light source, it is advantageous for it to be close to the contact wire.
  • the light source is a plane light source.
  • the contact wires have a substantially circular symmetry.
  • the misalignment of the wire does not allow to take advantage of this feature by developing a curved lighting.
  • the lighting is preferably flat, to stay close to the contact wire and illuminate the contact son with a virtually constant power regardless of its position.
  • the advantage of a planar source is also to illuminate the contact wire at significant angles of inclination to properly illuminate the edges of the wire.
  • the light source comprises:
  • At least one primary source of light in particular of the white light-emitting diode type
  • At least one diffusing surface interposed between the primary sources and the contact wire, said diffusing surface being illuminated by the or each primary source to form an extended secondary source.
  • Such an embodiment makes it possible to simply produce an extended or pseudo-extended light source with a source consisting of at least one primary source which illuminates a diffusing surface which serves as an extended secondary source.
  • the surface is diffusing in nature in order to increase the illumination angle of the contact wire.
  • the advantage of this realization with primary source and diffusing surface is to offer a lot of freedom in terms of controlling the geometry and the intensity profile of the lighting. Indeed, depending on the material, the shape or positioning of the diffusing surface, it is possible to partially control the spatial shape of the radiation of the lighting thus formed.
  • the aforementioned source of light, combining primary source and diffusing surface comprises a plurality of primary sources of light.
  • the form of the radiation of such a light source depends in fact a great deal on the aspect of the primary source or sources.
  • An extended source of large size or uniformity preferably requires the use of several primary sources. It is therefore advantageous to work with several primary sources that illuminate the diffusing surface together, giving maximum leeway.
  • the source is of course extended, for example a discharge tube
  • the source consists of the association of several point sources which gives rise to an extended pseudo-source
  • the primary sources of light are distributed substantially coplanar in a so-called primary plane, and preferably distributed in a honeycomb arrangement, and wherein the diffusing surface is substantially flat and parallel to the primary plane.
  • Such a configuration is of interest for obtaining an extended plane light source, or pseudo-extended, with easy control of the geometry and the intensity profile.
  • the diffusing surface has a flat rectangular shape, with a length slightly greater than the maximum range of misalignment (maximum transverse displacement range observed for a contact wire, in particular of the order of 70 to 90 cm) and a width of about ten centimeters in order to be immune to variations in height of the contact wire while being able to acquire sections of wire about ten centimeters.
  • the white light-emitting diodes have the additional advantage of illuminating especially in the blue-green field, between about 460 and 560 nm wavelength, and not emitting infrared.
  • the measurement system has the following configuration:
  • the light source has a lighting plane parallel to the ordinate axis (y), and a main axis of illumination normal to the lighting plane and contained in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z) ;
  • the at least two cameras are offset with respect to the light source along the x-axis and each have an optical axis oriented in the direction of the main illumination axis and inclined with respect to the main axis in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • This configuration consists of having a relative inclination between the optical axes of the cameras and the main axis of illumination, so that the cameras are pointed at the area of the contact wire mainly lit by the light source.
  • the optical axes of the cameras and the main axis of illumination are convergent towards the contact wire.
  • the light source and the cameras are arranged according to one of the following three configurations:
  • the main illumination axis is parallel to the axis of the ribs (z) and each optical axis is inclined with respect to the axis of the ribs (z) in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z) according to an angle called non-zero measurement;
  • the main illumination axis is inclined with respect to the axis of the ribs (z) according to a so-called illumination angle which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °, whereas the optical axes of the cameras are inclined with respect to the axis of the ribs (z) in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z) at an angle of measurement which is negative, in particular between -30 ° and -60 °;
  • the main illumination axis is inclined with respect to the axis of the ribs at a so-called non-zero illumination angle, and each optical axis is contained in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) .
  • the main thing is that the optical axes of the cameras and the main axis of illumination are convergent towards the contact wire to optimize the amount of light received by the cameras after reflection on the contact wire.
  • the measurement system comprises a first camera and a second camera offset from one another along the ordinate axis (y), on either side of a median plane of the source of light parallel to the longitudinal vertical plane (x, z), and having optical axes parallel to each other, each optical axis being contained in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • the measurement system comprises at least a first camera and at least a second camera offset from each other along the ordinate axis (y), on either side of a median plane.
  • the light source parallel to the longitudinal vertical plane (x, z), where:
  • the or each first camera has a first optical axis inclined relative to the axis of the ribs (z) in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) at a first lateral angle which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °;
  • the or each second camera has a second optical axis inclined relative to the axis of the ribs (z) in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a second lateral angle which is negative, in particular between - 30 ° and -60 °.
  • This second embodiment is advantageous because it improves the visibility of the edges by the cameras, knowing that it must eventually take into account the small dimensions of the optics of commercially available cameras.
  • the measurement system comprises two first cameras arranged side by side on one side of the median plane of the light source and having first optical axes parallel to each other, and two second cameras arranged side by side next to the other side of the median plane of the light source and having second optical axes parallel to each other.
  • the illuminated area of measurement is observed by two pairs of camera, preferably in stereo mode, allowing independent measurement of the profile of each edge of the contact wire.
  • the first lateral angle and the second lateral angle are preferably equal in absolute value, and more preferably respectively about + 45 ° and -45 °, in order to have an optimal image of the two edges and the wear plate.
  • the fusion of the images of the two wear plates independently obtained will then allow to reconstitute the final profile by means of a stereovision evaluation.
  • the invention also relates to a measurement method for controlling the section of a contact wire for an overhead power supply line of vehicles traveling on a railway track, of the type comprising the following steps:
  • each camera being associated with at least one coordinate enabling the relative position of the cameras to be deduced; - reconstruction by calculation of a three-dimensional model of the contact wire by means of a stereovision evaluation of the images from the cameras and from the relative position of said cameras; and
  • FIGS. 1a and 1b are schematic cross-sectional views of a contact wire before wear ( Figure 1a) and after wear ( Figure 1b), illustrating the different dimensions of the wire;
  • FIGS. 2a and 2b are schematic cross-sectional views of a contact wire before wear ( Figure 1a) and after wear ( Figure 1b), illustrating the cross sectional area of the wire;
  • FIG. 6 is a schematic view of a measuring system according to the invention, with a first geometrical configuration of the light source and the cameras;
  • FIG. 7 is a schematic view of a light source provided for the measurement system of FIG. 6, with illustration of a few intensity indicators for three points of the diffusing surface;
  • FIGS. 8a and 8b are schematic views of a second geometrical configuration of the light source and cameras for a measuring system according to the invention, respectively in the transverse vertical plane (y, z) ( Figure 8a) and in the longitudinal vertical plane (x, z) ( Figure 8b);
  • FIGS. 9a and 9b are schematic views of a third geometrical configuration of the light source and cameras for a measuring system according to the invention, respectively in the transverse vertical plane (y, z) (FIG. 9a). and in the longitudinal vertical plane (x, z) ( Figure 9b);
  • FIGS. 10a and 10b are schematic views of a fourth geometrical configuration of the light source and cameras for a measuring system according to the invention, respectively in the transverse vertical plane (y, z) (FIG. 10a) and in the longitudinal vertical plane (x, z) ( Figure 10b);
  • Figure 1 1 is a schematic perspective view of a light emitting diode panel forming primary sources for the light source of Figures 7 to 10;
  • FIG. 12 is a diagrammatic front view of a portion of the light emitting diode panel of FIG. 11 illustrating the various dimensions of such a panel;
  • FIG. 13 illustrates the spectrum and intensity indicator curves of a light-emitting diode that can be used for the panel of FIG. 11;
  • FIGS. 14 and 15 are schematic illustrations of the so-called pinhole mathematical model for image correction
  • FIG. 16 is a schematic illustration of the geometric configuration of two cameras.
  • a measuring system 1 for measuring the wear of a contact wire FC for overhead power line of vehicles traveling on a railway, comprises three blocks separate, namely a lighting unit 2, a stereovision block 3 and a signal processing block 4.
  • the lighting unit 2 consists of a light source 2 shaped to illuminate the contact wire FC extending, as a reminder, parallel to the abscissa x axis.
  • the light source 2 is one of the most important elements of the measurement system 1, hence the importance of the different features described below for this light source 2.
  • the light source 2 is a visible light source without infrared, in a wavelength range between about 380 to 560 nm, and in particular in the blue-green range between about 460 and 560 nm or in the near-UV range. between about 380 and 480 nm.
  • This light source 2 is a plane light source of the extended or pseudo-extended source type. To produce such a light source 2, the latter comprises, with reference to FIGS. 13 to 16:
  • diffusing surface 21 substantially flat and parallel to the primary plane, said diffusing surface 21 being, on the one hand, interposed between the primary sources 20 and the contact wire FC and, on the other hand, illuminated by the primary sources 20 for form an extended secondary source.
  • the primary sources 20 are each of the light-emitting diode type, and they are distributed on a support plate 22 in a honeycomb arrangement, as can be seen in FIGS. 17 and 18.
  • the light-emitting diodes 20 may be of the white light-emitting diode type emitting in the field of visible light or white light; the use of phosphor coatings on a blue light-emitting diode for example to obtain a white light.
  • the white light-emitting diodes are generally of a cold white, with a lot of blue and little red, and they do not emit infrared.
  • the light-emitting diodes With reference to FIGS. 11 and 12, the light-emitting diodes
  • a support plate 22 of rectangular shape having for example a length of the order of 20 to 40 cm and a width of the order of 7 to 15 cm, with in particular between 200 and 400 light-emitting diodes 20.
  • FIG. 13 gives an example of spectrum and intensity indicator for a diode adapted to the invention.
  • the diffusing surface 21 which forms a secondary source consists of a plate made of a translucent diffusing material, such as for example and without limitation a plexiglass plate, an extruded acrylic glass plate, or a plate consisting of diffusing beads intended to to propagate the incident light in all directions.
  • a translucent diffusing material such as for example and without limitation a plexiglass plate, an extruded acrylic glass plate, or a plate consisting of diffusing beads intended to to propagate the incident light in all directions.
  • the diffusing surface 21 is positioned at a distance from the light-emitting diodes 20 of between about 2 and 8 cm, and preferably between about 3 to 5 cm.
  • the diffusing surface 21 has a generally rectangular shape, and it has dimensions greater than those of the support plate 22 on which the light-emitting diodes 20 are mounted.
  • the diffusing surface 21 presents:
  • transverse dimension (along the ordinate y) greater than the maximum range of misalignment PM which corresponds, as a reminder, to the maximum transverse displacement range observed for a contact wire FC along the ordinate y, in particular on the order of 70 to 90 cm;
  • the stereovision block 3 consists of at least two separate cameras 31, 32, each designed to record at least one two-dimensional image of the contact wire FC illuminated by the light source 2, each camera 31, 32 being associated with at least one coordinate to deduce the relative position of the cameras 31, 32.
  • the stereovision block 3 employs at least two independent cameras 31, 32 each covering part of the measuring field.
  • FIG. 7 illustrates such a light source 2 with the schematic representation of three intensity indicators taken at three points of the diffusing surface 21.
  • each intensity indicator has a preferred direction, of maximum luminance, which is orthogonal to the diffusing surface 21.
  • the light flux received by the contact wire FC corresponds to the sum of the contributions of each point of the diffusing surface 21, and this at each point of the surface to be measured on the contact wire FC.
  • FC contact wire To perform a three-dimensional reconstitution of the FC contact wire from at least two separate two-dimensional images, taken simultaneously, it is essential to know the geometry of the set of cameras 31, 32, it is ie their relative positions.
  • the light source 2 presents:
  • the measuring system 1 comprises a first camera 31 and a second camera 32 offset from each other along the y-axis, on either side of a median plane of the light source 2 parallel to the longitudinal vertical plane (x, z), where:
  • the first camera 31 has a first optical axis A1 inclined with respect to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane
  • the second camera 32 has a second optical axis A2 inclined with respect to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a second lateral angle o2 which is negative, in particular between -30 ° and -60 °.
  • the two cameras 31, 32 have their respective optical axes A1, A2 which converge towards the contact wire FC.
  • the light source 2 presents:
  • illumination angle ⁇ which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °.
  • the measurement system 1 comprises a first camera 31 and a second camera 32 offset from each other along the y-axis, on either side of a median plane of the source. of light 2 parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • these two cameras 31, 32 are offset with respect to the light source 2 along the abscissa x axis and each have an optical axis A1, A2 oriented in direction of the main illumination axis AP and inclined with respect to the main illumination axis AP in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • the optical axes A1, A2 of the cameras 31, 32 are parallel to each other, each optical axis being contained in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z), and furthermore the optical axes A1, A2 are inclined relative to the axis of the ribs z in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z) according to an angle of measurement ⁇ which is negative, in particular between -30 ° and -60 °.
  • the light source 2 presents:
  • illumination angle ⁇ which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °.
  • the measurement system 1 comprises a first camera 31 and a second camera 32 offset from one another along the y-axis, on either side of a median plane of the source. of light 2 parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • these two cameras 31, 32 are offset with respect to the light source 2 along the abscissa x axis and each have an optical axis A1, A2 oriented towards the main illumination axis AP and inclined by relative to the main illumination axis AP in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z).
  • the optical axes A1, A2 of the cameras 31, 32 are contained in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) and:
  • the first optical axis A1 is inclined relative to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a first lateral angle a1 which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °; ; and
  • the second optical axis A2 is inclined with respect to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a second lateral angle o2 which is negative, in particular between -30 ° and -60 °; .
  • the light source 2 presents:
  • the measurement system 1 comprises two pairs of cameras 31, 32 offset with respect to the light source 2 along the abscissa x axis, with:
  • two second cameras 32 arranged side by side on the other side of the median plane of the light source 2 and having second optical axes A2 parallel to each other.
  • the optical axes A1, A2 of the cameras 31, 32 are inclined with respect to the axis of the ribs z in a plane parallel to the longitudinal vertical plane (x, z) according to an angle of measurement ⁇ which is negative, in particular between -30 ° and -60 °, and:
  • the first optical axes A1 are inclined relative to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a first lateral angle a1 which is positive, in particular between + 30 ° and + 60 °; ; and
  • the second optical axes A2 are inclined relative to the axis of the ribs z in a plane parallel to the transverse vertical plane (y, z) according to a second lateral angle o2 which is negative, in particular between -30 ° and -60 ° .
  • the optical axes A1 and A2 are parallel to each other, so that the image planes of the cameras 31, 32 are parallel, which is advantageous for carrying out the three-dimensional reconstruction, since it is sufficient to know the distance between the projection centers of the cameras 31, 32 to then determine the translational vector in the space between these projection centers.
  • the optical axes A1 and A2 are not parallel to each other, so that the image planes of the cameras 31, 32 are not parallel. To carry out the three-dimensional reconstruction, it will therefore also be necessary to determine the rotation matrix of one camera with respect to the other, in order to be able to confuse the two images in the same plane.
  • the inclinations of the cameras 31, 32 and lighting are opposite, as in the second, third and fourth configurations.
  • the disadvantage of the second configuration is that the visibility of the edges or flanks of the contact wire FC is not optimal, given the small dimensions of the optics of the cameras 31, 32.
  • the third and fourth configurations are advantageous because they provide a cleaner profile for the FC contact wire. Indeed, the measurement zone is observed by cameras 31, 32 in stereo mode which allow measurement independent of the profile of each edge of the contact wire FC.
  • the first lateral angle a1 and the second lateral angle o2 are preferably, in absolute value, approximately 45 °, in order to have an optimal image of the edge and the wear plate. The fusion of the images of the two wear plates independently obtained will allow to reconstitute the final profile.
  • each camera 31, 32 is of the digital camera type, in particular in a CMOS model ("Complementary metal oxide semi-conductor"), with for example a 1280x1024 format, provided with Firewire A connectivity at 400 Mb / s. s, and allowing about 27 frames per second in full frame.
  • CMOS model Complementary metal oxide semi-conductor
  • the use of regions of interest advantageously makes it possible to reduce the size of the active surface of the CMOS chip, and therefore to increase the number of images per second.
  • the size of the CMOS sensor of each camera is chosen according to the size of the field to be scanned for the desired resolution, for example with a size of 0.1 mm per pixel which is considered reasonable for the desired application in the context of the invention.
  • the signal processing block 4 comprises
  • calculation means 40 connected to the cameras 31, 32 and designed to reconstitute a three-dimensional model of the contact wire FC by means of a stereovision evaluation of the images from the cameras 31, 32 and from the relative position of the cameras 31 , 32;
  • measuring means 41 designed on the one hand to extract at least one cross-section of the contact wire FC from the three-dimensional model and, on the other hand, to compare the area of said cross-section with a reference area for obtain a wear value of the FC contact wire.
  • the following description relates specifically to the calculation means which implement a mathematical evaluation of reconstitution of a three-dimensional model of the contact wire FC from the separate and simultaneous images taken by the cameras 31, 32.
  • calculation means 40 comprise the following modules:
  • a rectification module 44 at the output of the acquisition module 42 and the calibration module 43;
  • a three-dimensional reconstruction module 45 at the output of the rectification module 44 and implementing a mathematical evaluation method in stereovision.
  • the acquisition module 42 has the function of acquiring the raw images from the cameras 31, 32. In order to stereovision, it is very important to ensure that the cameras 31, 32 are synchronized. A delay between the acquisitions of the cameras 31, 32 would not allow a correct calibration or three-dimensional vision. For this purpose, a synchronization hardware is used, taking advantage of the capabilities of the camera's programmable outputs, otherwise known as GPO for "General Purpose Output".
  • the function of the calibration module 43 is to apply to the raw images acquired by the acquisition module 42 a number of parameters which make it possible to correct any distortions or aberrations caused by the lenses of the cameras 31, 32.
  • the purpose of the rectification module 44 is to stereorect the images, by applying a mathematical grinding model, such as, for example, a conventional grinding model of the pinhole model type schematized in FIGS. 14 to 16.
  • the final step implemented by the three-dimensional reconstruction module 45 consists of a retro-projection in the space of the points of which correspondences have been found.
  • the three-dimensional reconstruction module 45 implements a processing chain for the three-dimensional reconstruction with the following steps:
  • the measurement means 41 comprise the following two successive modules:
  • a wear evaluation module 47 which compares the area of said cross section with a reference area to obtain a wear value of the contact wire FC.
  • Figure 2a illustrates such a cross section.
  • the wear evaluation module 47 calculates the remaining area SR in cross-section of the contact wire FC, this remaining area SR corresponding to the area of this cross-section.
  • the wear evaluation module 47 compares this remaining area SR with a reference area, preferably with the initial area S0 in cross section before wear. For example, the wear evaluation module 47 adds and positions a theoretical section before wear in superposition on the section obtained. This graphical superposition makes it possible to simply visualize the worn surface of the contact wire and its inclination.
  • the main advantage of the invention is the safety of deformations and inclinations of the contact wire, as well as the presence of double flat.
  • the measurement system which has just been described makes it possible to control the section of a contact wire by measuring its wear.
  • the measurement of wear is not limiting.
  • the measuring system can also be used to control the section of an unworn wire, which has just been manufactured, for example, to perform its quality by checking that it has the expected section.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Système de mesure (1) permettant de contrôler la section d'un fil de contact (FC) pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant notamment sur une voie ferrée, comprenant: une source de lumière (2) éclairant le fil de contact; au moins deux caméras (31, 32) enregistrant chacune une image du fil de contact, chaque caméra étant associée à une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras; des moyens de calcul (40) reconstituant un modèle tridimensionnel du fil de contact au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras et à partir de la position relative desdites caméras; et des moyens de mesure (41) conçus pour extraire une section transversale du fil de contact à partir dudit modèle tridimensionnel, et comparer la superficie (SR) de ladite section transversale avec une superficie de référence (S0) pour contrôler la valeur de la superficie de la section du fil decontact (FC). La présente invention trouve une application dans le domaine de la sécurité ferroviaire.

Description

SYSTEME DE MESURE PERMETTANT DE CONTROLER LA SECTION D'UN FIL DE CONTACT POUR LIGNE D'ALIMENTATION ELECTRIQUE
AERIENNE FERROVIAIRE La présente invention se rapporte à un système de mesure permettant de contrôler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant sur une voie ferrée, et également à un procédé de mesure permettant de contrôler la section d'un tel fil de contact.
La présente invention se situe notamment dans le domaine des lignes d'alimentation électrique aériennes de véhicules circulant sur une voie ferrée, parfois appelées lignes aériennes de traction électrique.
De telles lignes d'alimentation électrique aériennes comportent généralement un ou deux fils conducteurs électriques souples suspendus au- dessus de la voie, classiquement suspendus par des pendules à un ou deux câbles porteurs pour former ensemble une caténaire. Dans ce contexte, les fils de contact sont parfois appelés fils de contact caténaire.
De manière connue, la ligne d'alimentation électrique fonctionne sous une tension de 1500 Volts continu ou sous une tension de 25 kVolts alternatif. Cependant, l'invention n'est pas limitée à de telles tensions continues ou alternatives.
Le captage du courant par l'engin ferroviaire (locomotive électrique ou rame automotrice électrique), s'effectue classiquement par un pantographe muni d'un archet pourvu de bandes de frottement, généralement en carbone et/ou en cuivre, qui font office de frotteurs sur la ou les fils de contact de la ligne aérienne et qui permettent de capter l'énergie électrique.
Au fur et à mesure des passages des engins ferroviaires, les câbles conducteurs aériens subissent une dégradation ou une usure qui se traduit directement par un retrait de matière et donc par une diminution de l'épaisseur ; une telle usure des fils de contact favorisant de facto les risques de rupture et donc d'interruption de l'alimentation électrique pour les engins ferroviaires concernés.
Avant tout, il est important de définir ce qu'est l'usure d'un fil de contact et comment on peut l'évaluer. Au sens de la présente invention, on entend par usure le phénomène de vieillissement du fil de contact principalement provoqué par l'érosion de sa surface lors du frottement au passage des bandes de frottement. Cette usure se caractérise par une diminution plus ou moins régulière de la section du fil de contact.
Les figures 1 a et 1 b illustrent un fil de contact FC en section transversale, avant usure (figure 1 a) et après usure (figure 1 b). Le fil de contact FC présente une géométrie spécifique, avec :
- une face inférieure d'usure sur laquelle les bandes de frottement du pantographe viennent frotter, cette face inférieure d'usure étant appelée par la suite plat d'usure PU car, une fois l'usure entamée, cette face inférieure est quasiment plate comme visible sur la figure 1 b ; et
- deux zones en creux ZC disposées de part et d'autre d'un plan médian de symétrie du fil de contact FC, pour permettre le pincement du fil de contact FC par des pinces isolantes suspendues (non illustrées).
Avant usure, le fil de contact FC présente une épaisseur initiale E0 puis, après usure, le fil de contact FC présente une épaisseur restante ER du fait d'une du fil de contact FC sur une épaisseur d'usure EU, avec la relation suivante : E0 = ER + EU.
L'épaisseur restante ER est souvent utilisée pour caractériser l'usure du fil de contact FC, car c'est un concept concret et facile à évaluer, notamment de manière manuelle à l'aide d'un pied à coulisses. Cependant, l'usure du fil n'étant pas toujours équitablement répartie, avec parfois une usure en double méplat, la mesure de l'épaisseur restante n'est pas toujours pertinente pour traduire l'usure du fil de contact FC. En outre, sa mesure directe et sans contact n'est pas facile, compte tenu principalement de l'environnement de la mesure.
Les figures 2a et 2b illustrent un fil de contact FC en section transversale, avant usure (figure 2a) et après usure (figure 2b). Avant usure, le fil de contact FC présente une superficie initiale SO en section transversale puis, après usure, le fil de contact FC présente une superifice restante SR en section transversale du fait d'une usure du fil de contact FC selon une superficie d'usure SU (superficie du fil de contact FC retirée du fait de l'usure), avec la relation suivante : S0 = SR + SU.
Comparativement avec l'épaisseur restante ER, la superficie restante SR en section transversale du fil de contact FC est une indication plus fiable de l'usure, car elle ne dépend pas de la géométrie de l'usure, et elle a le mérite d'évoluer plus linéairement avec le temps. Cependant, la mesure de cette superficie restante SR est beaucoup plus ardue que celle de l'épaisseur restante ER.
Concernant l'environnement caténaire, et surtout de l'environnement des fils de contact, il n'est pas essentiel de présenter l'environnement caténaire dans sa globalité, mais plutôt d'attirer l'attention sur quelques caractéristiques susceptibles de rendre la mesure de l'usure plus difficile.
Une première caractéristique environnementale concerne la présence de graisse, dite graisse caténaire, sur les fils de contact. En effet, de la graisse caténaire est déposée régulièrement sur les fils de contact, afin de limiter les frottements et donc l'usure des fils de contact. Si le graissage est trop récent, les dépôts présents rendent la mesure quasi-impossible, car le fil est recouvert. La seule solution viable est, a priori, d'espacer les tournées de graissage et de mesure de plusieurs semaines.
II est notable que certaines techniques de mesures qui seront décrites ultérieurement, telle que la mesure en rayons X, permettent de réduire l'influence de la graisse, qui est transparente aux rayons X, bien que ces techniques soient cependant incompatibles avec les exigences de mesure.
Une deuxième caractéristique environnementale concerne le parallélisme du plat d'usure PU du fil de contact FC par rapport au plan de roulement des engins ferroviaires. Certains systèmes de mesure basent leur principe de mesure sur un supposé parallélisme entre le plat d'usure PU et le plan de roulement.
Or, on peut distinguer deux types de non parallélismes : - un premier non parallélisme vient des variations de hauteur du fil de contact le long de la voie ferrée qui entraîne une inclinaison dite verticale ; et
- un second non parallélisme vient de la torsion du fil de contact qui, comme illustré sur la figure 3, implique une inclinaison du plat d'usure PU du fil de contact FC selon un angle dit de torsion AT non nul .
On observe que ces deux non parallélismes sont maximaux au niveau des bras de rappel, répartis à intervalles réguliers le long de la voie ferrée pour de la ligne d'alimentation électrique aérienne. Ces non parallélismes peuvent avoir un impact sur la mesure de l'usure, car un capteur n'observe généralement que la projection du fil dans le plan d'observation parallèle au plan de roulement. Une troisième caractéristique environnementale concerne la présence d'éléments griffés, autrement dit de griffes de jonction qui assurent la jonction bout à bout de deux fils de contact. En effet, on observe que les éléments griffés ont tendance à rendre la mesure de l'usure plus difficile, car ces éléments griffés sont parfois plus réfléchissants que le fil de contact lui- même.
Une quatrième caractéristique environnementale concerne la réflectivité changeante du fil de contact le long de la voie ferrée. En effet, l'aspect changeant de la surface des fils de contact affecte directement la qualité des mesures, car il traduit des changements dans les propriétés optiques de la surface. Une conséquence directe de ces changements d'aspect est la variabilité de la réflectivité de la surface des fils de contact, qui engendre des difficultés de mesure avec certains sytèmes de mesure classiques, comme décrit ultérieurement.
On observe ainsi que l'aspect de la surface du fil de contact peut beaucoup varier, et ce pour différentes raisons :
- oxydation ;
- polissage par les bandes de frottement des pantographes ;
- apparition de stries par frottement sur les bandes de frottement des pantographes ;
- taches consécutives aux arcs électriques.
La suite de la description porte sur les systèmes de mesure connus pour mesurer l'usure des fils de contact de manière directe et sans contact.
Un premier système de mesure 100, dit système de mesure moyenne vitesse illustré schématiquement sur la figure 4, effectue une mesure sans contact, en se déplaçant à moyenne vitesse le long de la voie ferrée, en deçà de 120 km/h, en se basant sur l'évaluation de la largeur après usure LU du plat d'usure PU du fil de contact FC, puis en calculant l'épaisseur restante ER à partir de cette mesure de la largeur après usure LU.
En effet, comme visible sur la figure 1 b, après usure, le fil de contact FC présente une largeur dite d'usure LU du fait de l'usure du fil de contact FC. Connaissant la géométrie bombée, généralement cylindrique, des flancs du fil de contact FC, entre le plat d'usure PU et les zones en creux ZC, il est possible de remonter par calcul à l'épaisseur restante ER. Ce système de mesure moyenne vitesse 100 est monté sur un engin ferroviaire qui circule à une vitesse maximale de 120 km/h, derrière un pantographe PA, et comprend une table optique 101 sur laquelle sont fixées :
- une rangée de plusieurs sources de lumière laser 102, composés respectivement d'une diode laser à 810 nm et d'un conformateur, ces sources de lumière laser 102 étant alignées selon un axe optique 109 et émettant chacune un faisceau laser FL à 90° par rapport à la table optique 101 , ce faisceau laser FL étant dirigé vers le plat d'usure PU du fil de contact FC, ces faisceaux laser FL formant ensemble une nappe laser éclairant le fil de contact FC ;
- une rangée de N miroirs 103 réfléchissants inclinés à 45° par rapport à la table optique 101 , chaque miroir 103 étant intercalé entre deux sources de lumière laser 102, l'axe optique 109 passant par les centres optiques des miroirs 1 03, ces miroirs 103 recevant le faisceau réfléchi FR par le plat d'usure PU ;
- une rangée de N systèmes de convergence optique 104, composés respectivement d'un objectif et d'un labyrinthe optique, chaque système de convergence optique 104 étant placé en face d'un miroir 103 ;
- une rangée de N capteurs optiques 105, composés respectivement d'un filtre interférentiel et d'une caméra du type caméra CCD, chaque capteur optique 105 étant placé derrière un système de convergence optique 104, lesdits capteurs optiques 105 étant montés sur un plateau 106 piloté en translation avant/arrière à partir des informations sur la hauteur du fil de contact FC prises par la mesure de la position du pantographe PA, afin de permettre la mise au point des caméras.
En résumé, ce système de mesure moyenne vitesse 100 comporte donc un ensemble de sources de lumière laser 102 qui forme un pinceau de lumière vertical dirigé vers le fil de contact FC, afin d'éclairer celui-ci. Les capteurs optiques 105 linéaires observent la portion éclairée du fil de contact FC, et délivrent en sortie un signal de mesure SM tel qu'illustré schématiquement sur la figure 4. Le principe de la mesure fait l'hypothèse que le plat d'usure PU se comporte comme une surface uniforme très réfléchissante, qui sera donc la seule partie visible sur les caméras.
Concernant les caractéristiques techniques de ce système de mesure moyenne vitesse 100, ce dernier fonctionne avec : - une vitesse maximale de 120 km/h pour les fils de contact sous alimentation de 25 kV alternatif, et avec une maximale de 100 km/h pour les fils de contact sous alimentation de 1500 V continu ;
- un pas de mesure maximal de 15 cm ;
- une précision de plus ou moins 0,3 mm, mais pouvant atteindre 2 mm en fonction des conditions de mesure et de la qualité du plat d'usure PU ; et
- un pourcentage de mesures non exploitable de l'ordre de 5 % pour les fils de contact sous alimentation de 25 kV alternatif, et de l'ordre de 10 % pour les fils de contact sous alimentation de 1500 V continu.
On observe en outre que ce système de mesure moyenne vitesse
100 présente des erreurs de mesures importantes et limitent fortement son utilisation à des fins de maintenance prédictive, comme décrit ultérieurement avec plus de précision.
Un second système de mesure 200, dit système de mesure basse- vitesse illustré schématiquement sur la figure 5, effectue une mesure optique de l'épaisseur restante par le biais d'un micromètre optique positionné sur un archet de mesure. Il s'agit d'un système de mesure en contact avec le ou les fils de contact FC à mesurer, sous tension électrique.
Ce système de mesure basse-vitesse 200 comporte :
- un micromètre laser, à une fréquence de 400 Hz, comprenant un émetteur 201 et un récepteur 202 fonctionnant selon le principe de scannage ou d'ombrage, l'émetteur 201 et le récepteur 202 étant fixés sur l'archet AR du pantographe d'un engin ferroviaire se déplaçant à faible vitesse le long de la voie ferrée, en deçà de 20 km/h, avec l'émetteur 201 et le récepteur 202 disposés de part et d'autre des bandes de frottement BF de l'archer AR pour balayer la zone de présence du fil de contact FC ;
- deux détecteurs de support 203 fonctionnant dans le domaine infra-rouge ;
- une unité de traitement 204 recevant en entrée les données de mesure du micromètre laser 201 , 202 et des détecteurs de support 203 ;
- un interrupteur 205 commandé par le pantographe et reliant une batterie 206 à l'unité de traitement 204 ;
- un émetteur opto-électronique 207, en haute tension, relié par fibre optique à un récepteur opto-électronique 208, à la masse ; et
- un terminal informatique 209 d'analyse des données.
De manière classique, ce système de mesure basse-vitesse 200 est employé en complément du système de mesure moyenne vitesse 100 décrit ci-dessus, avec l'emploi du système de mesure moyenne vitesse 100 principalement au début de la vie du fil de contact FC puis, passée une certaine usure, l'emploi du système de mesure basse-vitesse 200 en relais du système de mesure moyenne vitesse 100.
Concernant les caractéristiques techniques de ce système de mesure basse-vitesse 200, ce dernier fonctionne avec :
- une vitesse maximale de 25 km/h pour les fils de contact sous alimentation de 25 kV alternatif, et avec une vitesse maximale de 5 km/h pour les fils de contact sous alimentation de 1500 V continu ;
- un pas de mesure maximal de 2 cm ; et
- une précision de plus ou moins 0,1 à 0,2 mm ; et
- un pourcentage de mesures non exploitable de l'ordre de 2 %.
Ce système de mesure basse-vitesse 200 permet, de par son pas de mesure et sa précision, d'affiner l'estimation des années de remplacement des fils de contact, et de détecter les usures ponctuelles. Ce système de mesure basse-vitesse 200 est généralement utilisé comme référence car sa précision et sa reproductibilité sont bonnes, et l'expérience a montré que l'épaisseur restante relevée par ce système 200 est fidèle à la réalité du terrain. Il est donc pertinent de l'utiliser comme base de comparaison avec d'autres systèmes de mesure.
Cependant, les performances de ce système de mesure basse- vitesse 200 sont tenues principalement si les conditions météorologiques sont bonnes, étant également observé que la présence de graisse obstrue le champ de visée des micromètres laser et gène la mesure.
Les principaux inconvénients de ce système de mesure basse- vitesse 200 sont les suivants :
- absence de mesure dans certaines zones importantes, en l'occurrence les zones communes au droit des éléments griffés ;
- une vitesse d'acquisition très largement inférieure à la vitesse de circulation des lignes ;
- le risque de ne pas disposer de mesures si la météo n'est pas favorable ;
- des mesures erronnées de l'épaisseur restante lorsque le plat d'usure n'est pas parallèle au plan de roulement (ou plan de mesure) et/ou lorsque le fil de contact possède un double méplat sur sa face inférieure d'usure.
Dans le cas d'une mesure de l'usure d'un fil de contact par photométrie, plusieurs problématiques se posent, et en particulier une première problématique concernant les éventuelles différences de réflectivité entre les fils de contact, en particulier entre des fils de contact neufs ou au plat d'usure poli et des fils de contact tachetés ou dépolis ; cette différence de réflectivité influençant la direction et l'énergie du flux réfléchi par le fil de contact et donc la répétabilité et la fiabilité de la mesure.
Une deuxième problématique concerne la dépendance spectrale du flux réfléchi. En effet, le métal cuivre qui constitue en quasi-totalité les fils de contact a une réflectivité importante dans l'infrarouge. Néanmoins, les fils de contacts exhibent rarement une surface de contact constituée de cuivre pur. De nombreux effets thermiques ont lieu (notamment des oxydations), des dépôts se forment (carbone, graisse caténaire) et les aspects environnementaux sont également à prendre en compte. Ainsi l'oxyde de cuivre CuO réfléchit beaucoup moins que le cuivre pur.
Une troisième problématique concerne l'inclinaison des fils de contact lors de la mesure. Il est possible de distinguer deux cas d'inclinaison du fil à savoir, d'une part, le non parallélisme du aux variations de hauteur du fil de contact et, d'autre part, la torsion du fil de contact qui se traduit par l'angle de torsion AT précité.
Ainsi, en l'absence de torsion, le flux réfléchi s'effectue principalement selon une direction de réflexion géométrique privilégiée qui correspond au signal réfléchi le plus puissant, tandis que les autres directions bénéficient d'un signal plus ou moins puissant en fonction de l'angle d'observation, de la directivité et de la proportion de réflexion spéculaire. En présence d'une torsion, ces différences sont exacerbées entre la direction de réflexion géométrique et les autres directions, sans compter le phénomène de réflexion parasite sur l'arête du fil de contact ; les arêtes généralement légèrement arrondies renvoyant de la lumière suivant toutes les directions, notamment suivant la direction d'observation
En outre, du fait de l'extrême directivité des sources de lumière, en particulier du type laser, toute inclinaison verticale due à une variation de hauteur engendrera une diminution importante de l'amplitude du signal mesuré par le capteur optique, avec pour conséquence une détermination beaucoup moins précise de la largeur du plat d'usure
Une quatrième problématique tient du fait que les méthodes classiques utilisent la largeur du plat d'usure pour remonter à l'épaisseur restante du fil de contact, effectuant ainsi une mesure indirecte de l'épaisseur qui affecte la qualité de la mesure. En effet, en référence aux figures 1 et 2, la conversion entre la largeur après usure LU et l'épaisseur restante ER engendre une incertitude variable qui augmente lorsque l'épaisseur restante ER diminue, sans compter les comportements très différents tant en forme qu'en amplitude entre les fils ronds et les fils méplats qui s'explique par le fait qu'en fin de vie, les bords du fil sont quasiment verticaux, et une variation d'épaisseur n'engendre presque aucune variation de largeur du plat. En outre, l'utilisation de la largeur du plat d'usure ne permet pas de rendre compte des déformations éventuelles du fil de contact, en particulier en cas de double méplat, de torsion du fil ou de présence d'arêtes peu franches.
En résumé, les systèmes de mesure classiques sont fondamentalement limités pour les raisons principales suivantes :
- la réflectivité du plat d'usure est très variable, notamment dans le rouge et l'infrarouge utilisés par les systèmes classiques ;
- l'utilisation de faisceaux lasers ne permet pas d'illuminer uniformément les fils de contact ; et
- la mesure indirecte par utilisation de la largeur après usure engendre des incertitudes supplémentaires importantes.
L'état de la technique peut également être illustré par l'enseignement du document EP 1 855 084 qui divulgue un système et un procédé pour déterminer la hauteur restante d'un câble de caténaire. Ce système comporte deux sources de lumière laser, chacune associée à une caméra. Ces deux caméras prennent des images unidimensionnelles des flancs du câble qui présentent des éléments identifiables tels que les lignes de rupture et des dépôts latéraux de carbone. A partir des images capturées, une unité d'évaluation détermine une mesure de la largeur apparente et une mesure de la pente du flanc, en se fiant aux lignes et aux dépôts de carbone. Puis, la hauteur restante est déterminée sur la base de calculs établis à partir des mesures faites sur les images. Un el système présente les mêmes défauts fondamentaux que ceux détaillés ci-dessus, avec surtout la mise en œuvre d'un calcul peu fiable car basé sur des mesures grossières car le câble n'est pas nécessairement symétrique dans son usure et l'épaisseur ou l'absence des dépôts de carbone va nuire à la précision des mesures.
La présente invention se propose de répondre aux problèmes soulevés ci-dessus en proposant un système de mesure de l'usure d'un fil de contact, et un procédé de mesure associé, qui permettent d'effectuer une mesure directe de la superifice restante en section transversale du fil de contact, sans avoir à passer par une mesure de la largeur après usure suivie d'un calcul source d'erreur.
Un autre but de la présente invention est de proposer un système et un procédé de mesure de l'usure d'un fil de contact qui assurent une mesure précise, juste et répétitive de l'usure du fil quelles que soient la position, l'inclinaison et/ou la déformation du fil de contact, et en particulier qui présentent une inocuité aux déformations et inclinaisons du fil, ainsi qu'à la forme du faciès ou plat d'usure, et notamment à la présence de double méplat.
Un autre but de la présente invention est de proposer un système et un procédé de mesure de l'usure d'un fil de contact qui permettent de minimiser les aléas dès l'acquisition des mesures, et en particulier les aléas de mesure liés aux variations du faciès ou plat d'usure, à la présence caténaire sur les fils de contact, au niveau de polissage du fil de contact, et à la présence ou non d'éléments particuliers, tels que les griffes de jonctions ou les bras de rappel.
A cet effet, l'invention propose un système de mesure permettant de contrôler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant notamment sur une voie ferrée, du type comprenant :
- au moins une source de lumière conformée pour éclairer le fil de contact ;
- au moins deux caméras conçues chacune pour enregistrer au moins une image du fil de contact éclairé par la source de lumière, chaque caméra étant associée à au moins une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras ;
- des moyens de calcul raccordés aux dites caméras et conçus pour reconstituer un modèle tridimensionnel du fil de contact au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras et à partir de la position relative desdites caméras ; et
- des moyens de mesure conçus pour, d'une part, extraire au moins une section transversale du fil de contact à partir dudit modèle tridimensionnel et, d'autre part, comparer la superficie de ladite section transversale avec une superficie de référence pour contrôler la valeur de la superficie de la section du fil de contact.
De cette manière, l'invention propose de mettre en œuvre une mesure directe de la superifice restante en section transversale du fil de contact, à partir d'un modèle tridimensionnel du fil de contact établi par vision en stéréovision. La stéréovision est en effet une technique de mesure assistée par ordinateur permettant la reconstitution tridimensionnelle d'un objet à partir d'au moins deux images ou prises de vues distinctes et simultanées ; la disparité entre les images donnant accès au relief de l'objet.
L'utilisation d'un système de mesure avec stéréovision permet avantageusement de reproduire fidèlement le profil du fil de contact, quelles que soient la position et la déformation du fil de contact, et peu importe la la forme du faciès ou plat d'usure, et notamment la présence de double méplat.
Le principe de cette méthode en stéréovision est avantageusement compatible avec les besoins requis pour la mesure de l'usure d'un fil de contact, et n'impose aucune restriction sur la source de lumière qui peut donc être conçu de manière à accommoder le besoin des fils de contact.
Selon une caractéristique, la source de lumière est une source de lumière blanche.
Selon une caractéristique, la source de lumière est une source de lumière visible sans infrarouge, et de préférence une source de lumière bleu- vert.
L'avantage de travailler dans le domaine de la lumière visible, appelée également lumière blanche, sans infrarouge, est de limiter l'influence de la variation de réflectivité du fil de contact au fur et à mesure de son usure, et en particulier au fur et à mesure de l'oxydation du cuivre et des dépôts de carbone ou de graisse caténaire.
Avec un aussi large spectre (sur une plage de 460 à 560 nm, ou de 380 et 480 nm, ou de 380 à 560 nm), une telle source de lumière peut, de par sa quasi-absence de risques, servir à éclairer une grande surface à contrôler même à de fortes puissances.
Selon une autre caractéristique, la source de lumière est une source de lumière étendue ou pseudo-étendue.
En effet, les problèmes de réflectivité du fil de contact sont principalement liés à des réflexions spéculaires, c'est-à-dire à la dépendance angulaire de la puissance du flux reçu par le capteur optique. Ce problème est symptomatique des sources de lumières ponctuelles. Les lasers en sont l'exemple idéal, mais un projecteur situé loin de l'objet à éclairer se comporte également comme une source quasiment ponctuelle. Il est donc avantageux d'employer une source de lumière étendue ou pseudo-étendue qui permettent une uniformité ou quasi uniformité de l'éclairement (énergie par unité de surface), de préférence une uniformité ou quasi uniformité de l'intensité (énergie par unité d'angle solide) voire de la luminance (énergie par unité d'angle solide et par unité de surface). De cette manière, quelle que soit la direction d'observation, quel que soit le poli du fil de contact considéré, la quantité de lumière reçue par les caméras sera à peu prêt la même. Une telle source de lumière est appelée source étendue ou quasi étendue, en éclairant le fil suivant tous les directions. Avec une telle source de lumière, il est avantageux que celle-ci soit proche du fil de contact.
Dans une réalisation particulière, la source de lumière est une source de lumière plan.
Les fils de contact comportent une symétrie sensiblement circulaire. Le désaxement du fil ne permet cependant pas de tirer parti de cette caractéristique en mettant au point un éclairage incurvé. L'éclairage est donc de préférence plan, pour pouvoir rester proche du fil de contact et éclairer les fils de contact avec une puissance quasiment constante quelle que soit sa position. L'intérêt d'une source plan est également d'éclairer le fil de contact suivant des angles importants d'inclinaison pour illuminer convenablement les bords du fil.
Dans un mode de réalisation particulier, la source de lumière comporte :
- au moins une source primaire de lumière, notamment du type diode électroluminescente blanche ; et
- au moins une surface diffusante intercalée entre les sources primaires et le fil de contact, ladite surface diffusante étant éclairée par la ou chaque source primaire pour former une source secondaire étendue.
Une telle réalisation permet de réaliser simplement une source de lumière étendue ou pseudo-étendue avec une source constituée d'au moins une source primaire qui éclaire une surface diffusante qui sert de source secondaire étendue. La surface est de nature diffusante afin d'augmenter l'angle d'illumination du fil de contact.
L'avantage de cette réalisation avec source primaire et surface diffusante est d'offrir beaucoup de libertés en termes de contrôle de la géométrie et du profil en intensité de l'éclairage. En effet, suivant le matériau, la forme ou le positionnement de la surface diffusante, il est possible de contrôler en partie la forme spatiale du rayonnement de l'éclairage ainsi formé.
De manière avantageuse, la source de lumière précitée, associant source primaire et surface diffusante, comporte une pluralité de sources primaires de lumière.
La forme du rayonnement d'une telle source de lumière dépend en effet beaucoup de l'aspect de la ou des sources primaires. Une source étendue de grandes dimensions ou de grande uniformité demande de préférence l'utilisation de plusieurs sources primaires. Il est donc avantageux de travailler avec plusieurs sources primaires qui éclairent ensemble la surface diffusante, donnant un maximum de marge de manœuvre.
Nous notons par ailleurs qu'il existe au moins deux autres manières de créer une source de lumière étendue ou pseudo-étendue, à savoir :
- la source est naturellement étendue, comme par exemple un tube à décharge ;
- la source est constituée de l'association de plusieurs sources ponctuelles qui donne naissance à une pseudo-source étendue ;
Les sources naturellement étendues sont toujours en forme de tubes ou d'ampoules. Cependant, le rayon de ces tubes dépasse rarement 4 cm, ce qui contribue à avoir une direction privilégiée d'éclairage et qu'en réalité une telle source est quasi ponctuelle suivant cette direction privilégiée.
L'association de plusieurs sources ponctuelles permet de créer un éclairage dont la géométrie et en partie le profil en intensité peuvent être contrôlés, d'autant plus si les sources sont de faibles dimensions. Les effets néfastes des sources ponctuelles quant aux réflexions spéculaires s'en trouvent ainsi réduits, mais jamais totalement éliminés.
Avantageusement, les sources primaires de lumière sont réparties de manière sensiblement coplanaire dans un plan dit primaire, et de préférence réparties selon une disposition en nid d'abeille, et dans lequel la surface diffusante est sensiblement plane et parallèle au plan primaire.
Une telle configuration est intéressante pour obtenir une source de lumière plan étendue, ou pseudo-étendue, avec un contrôle aisé de la géométrie et du profil en intensité.
Une disposition en nid d'abeille des sources primaires de lumière est avantageuse pour maximiser l'éclairement de la source secondaire. De manière encore avantageuse, la surface diffusante présente une forme rectangulaire plan, avec une longueur légèrement supérieure à la plage maximale de désaxement (plage de déplacement transversal maximal observé pour un fil de contact, notamment de l'ordre de 70 à 90 cm) et une largeur d'une dizaine de centimètres dans le but d'être immunisé contre les variations de hauteur du fil de contact tout en pouvant faire l'acquisition de tronçons de fil d'une dizaine de centimètres.
L'intérêt d'employer comme sources primaires des diodes électroluminescentes blanches est de répondre à un triple objectif :
- compenser les pertes par transmission de la surface diffusante formant source secondaire ;
- permettre des cadences d'acquisitions élevées ; et
- assurer des acquisitions brèves pour ne pas être sensible aux mouvements relatifs du fil de contact à mesurer.
En outre, les diodes électroluminescentes blanches ont l'intérêt supplémentaire d'éclairer surtout dans le domaine bleu-vert, entre environ 460 et 560 nm en longueur d'onde, et de ne pas émettre d'infrarouges.
Pour la suite de la description, on considère un repère tridimensionnel orthogonal présentant un axe des abscisses (x), un axe des ordonnées (y) et un axe des côtes (z), avec l'axe des abscisses (x) et l'axe des ordonnées (y) définissant ensemble un plan de mesure (x, y) parallèle au plan de circulation sur la voie ferrée, et avec l'axe des abscisses (x) destiné à être orienté parallèlement au fil de contact et à la direction de circulation des véhicules, l'axe des ordonnées (y) destiné à s'étendre perpendiculairement à ladite la direction de circulation (autrement dit transversalement au fil de contact) et l'axe des côtes (z) destiné à s'étendre sensiblement verticalement.
Selon une possibilité de l'invention, le système de mesure présente la configuration suivante :
- la source de lumière présente un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées (y), et un axe principal d'éclairage normal au plan d'éclairage et contenu dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) ; et
- les au moins deux caméras sont décalées par rapport à la source de lumière selon l'axe des abscisses (x) et présentent chacune un axe optique orienté en direction de l'axe principal d'éclairage et incliné par rapport à l'axe principal d'éclairage dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z). Cette configuration consiste à avoir une inclinaison relative entre les axes optiques des caméras et l'axe principal d'éclairage, de manière à ce que les caméras soient pointées sur la zone du fil de contact majoritairement éclairée par la source de lumière. Bien entendu, afin d'optimiser la quantité de lumière reçue par les caméras, les axes optiques des caméras et l'axe principal d'éclairage sont convergents en direction du fil de contact.
Selon une autre possibilité de l'invention, la source de lumière et les caméras sont disposées selon l'une des trois configurations suivantes :
- l'axe principal d'éclairage est parallèle à l'axe des côtes (z) et chaque axe optique est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure non nul ;
- l'axe principal d'éclairage est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) selon un angle dit d'éclairage qui est positif, notamment compris entre +30° et +60°, tandis que les axes optiques des caméras sont inclinés par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60° ;
- l'axe principal d'éclairage est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) selon un angle dit d'éclairage non nul, et chaque axe optique est contenu dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z).
Dans les trois configurations, l'essentiel est que les axes optiques des caméras et l'axe principal d'éclairage soient convergents en direction du fil de contact pour optimiser la quantité de lumière reçue par les caméras après réflexion sur le fil de contact.
Selon une première réalisation, le système de mesure comprend une première caméra et une seconde caméra décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées (y), de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), et présentant des axes optiques parallèles entre eux, chaque axe optique étant contenu dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z).
Selon une seconde réalisation, le système de mesure comprend au moins une première caméra et au moins une seconde caméra décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées (y), de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), où :
- la ou chaque première caméra présente un premier axe optique incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un premier angle latéral qui est positif, notamment compris entre +30° et +60° ; et
- la ou chaque seconde caméra présente un second axe optique incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un second angle latéral qui est négatif, notamment compris entre - 30° et -60°.
Cette seconde réalisation est avantageuse car elle améliore la visibilité des bords par les caméras, sachant qu'il faut éventuellement prendre en compte les faibles dimensions des optiques des caméras vendues dans le commerce.
Conformément à une caractéristique avantageuse de cette seconde réalisation, le système de mesure comprend deux premières caméras disposés côte à côte d'un côté du plan médian de la source de lumière et présentant des premiers axes optiques parallèles entre eux, et deux secondes caméras disposés côte à côte de l'autre côté du plan médian de la source de lumière et présentant des seconds axes optiques parallèles entre eux.
De cette manière, la zone éclairée de mesure est observée par deux couples de caméra, de préférence en mode stéréo, permettant une mesure indépendante du profil de chaque bord du fil de contact.
Le premier angle latéral et le second angle latéral sont de préférence égaux en valeur absolue, et encore de préférence valant respectivement environ +45° et -45°, afin d'avoir une image optimale des deux bords et du plat d'usure. La fusion des images des deux plats d'usure indépendamment obtenus permettra ensuite de reconstituer le profil final au moyen d'une évaluation en stéréovision.
L'invention se rapporte également à un procédé de mesure permettant de contrôler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant sur une voie ferrée, du type comprenant les étapes suivantes :
- éclairage du fil de contact par au moins une source de lumière ;
- enregistrement d'au moins deux images distinctes du fil de contact éclairé par la source de lumière par au moins deux caméras, chaque caméra étant associée à au moins une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras ; - reconstitution par calcul d'un modèle tridimensionnel du fil de contact au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras et à partir de la position relative desdites caméras ; et
- extraction d'au moins une section transversale du fil de contact à partir dudit modèle tridimensionnel et comparaison de la superficie de ladite section transversale avec une superficie de référence pour contrôler la valeur de la superficie de la section du fil de contact.
Bien entendu, toutes les caractéristiques associées au système de mesure, concernant notamment la configuration de la source de lumière et des caméras ainsi que la forme de la source de lumière, sont également associées, à titre non limitatif, au procédé de mesure conforme à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de plusieurs exemples de mise en œuvre non limitatifs, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- les figures 1 a et 1 b, déjà commentées, sont des vues schématiques en coupe transversale d'un fil de contact avant usure (figure 1 a) et après usure (figure 1 b), ilustrant les différentes dimensions du fil ;
- les figures 2a et 2b, déjà commentées, sont des vues schématiques en coupe transversale d'un fil de contact avant usure (figure 1 a) et après usure (figure 1 b), ilustrant la superficie de la section transversale du fil ;
- la figure 3 , déjà commentée, est une vue schématique en coupe transversale d'un fil de contact présente une torsion (cas de second non parallélisime) ;
- la figure 4 , déjà commentée, est une vue schématique d'un premier système de mesure connu, dit système de mesure moyenne vitesse ;
- la figure 5 , déjà commentée, est une vue schématique d'un second système de mesure connu, dit système de mesure basse-vitesse ;
- la figure 6 est une vue schématique d'un système de mesure conforme à l'invention, avec une première configuration géométrique de la source de lumière et des caméras ;
- la figure 7 est une vue schématique d'une source de lumière prévue pour le système de mesure de la figure 6 avec illustration de quelques indicatrices en intensité pour trois points de la surface diffusante ;
- les figures 8a et 8b sont des vues schématiques d'une deuxième configuration géométrique de la source de lumière et des caméras pour un système de mesure conforme à l'invention, respectivement dans le plan vertical transversal (y, z) (figure 8a) et dans le plan vertical longitudinal (x, z) (figure 8b) ;
- les figures 9a et 9b sont des vues schématiques d'une troisième configuration géométrique de la source de lumière et des caméras pour un système de mesure conforme à l'invention, respectivement dans le plan vertical transversal (y, z) (figure 9a) et dans le plan vertical longitudinal (x, z) (figure 9b) ;
- les figures 10a et 10b sont des vues schématiques d'une quatrième configuration géométrique de la source de lumière et des caméras pour un système de mesure conforme à l'invention, respectivement dans le plan vertical transversal (y, z) (figure 10a) et dans le plan vertical longitudinal (x, z) (figure 10b) ;
- la figure 1 1 est une vue schématique en perspective d'un panneau de diodes électroluminescentes formant des sources primaires pour la source de lumière des figures 7 à 10 ;
- la figure 12 est une vue schématique de face d'une partie du panneau de diodes électroluminescentes de la figure 1 1 , illustrant les différentes dimensions d'un tel panneau ;
- la figure 13 illustre les courbes de spectre et d'indicatrice en intensité d'une diode électroluminescente pouvant être employée pour le panneau de la figure 1 1 ;
- les figures 14 et 15 sont des illustrations schématiques du modèle mathématique dit sténopé pour la rectification des images ;
- la figure 16 est une illustration schématique de la configuration géométrique de deux caméras.
Pour la suite de la description, on considère un repère tridimensionnel orthogonal présentant :
- un axe des abscisses x orienté parallèlement au fil de contact FC et à la direction de circulation des véhicules sur la voie ferrée ;
- un axe des ordonnées y orthogonal à l'axe des abscisses x, et s'étendant donc perpendiculairement à la direction de circulation, avec l'axe des abscisses x et l'axe des ordonnées y définissant ensemble un plan de mesure (x, y) parallèle au plan de circulation sur la voie ferrée ; et
- un axe des côtes z orthogonal au plan de mesure (x, y) et donc s'étendant sensiblement verticalement. En référence à la figure 6, un système de mesure 1 conforme à l'invention, pour la mesure de l'usure d'un fil de contact FC pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant sur une voie ferrée, comprend trois blocs distincts, à savoir un bloc d'éclairage 2, un bloc de stéréovision 3 et un bloc de traitement du signal 4.
Le bloc d'éclairage 2 est constitué d'une source de lumière 2 conformée pour éclairer le fil de contact FC s'étendant, pour rappel, parallèlement à l'axe des abscisses x.
Comme déjà discuté dans le préambule, l'une des causes des problèmes de mesure de l'usure des fils de contact FC vient de la réflectivité du fil de contact FC, et notamment de la réflexion spéculaire. L'uniformité de l'éclairage du fil de contact FC sur toute sa surface mesurée est également très importante afin que les images obtenues par le bloc de stéréovision 3 soient satisfaisantes pour réaliser une reconstruction en stéréovision. Il est ainsi noté que la source de lumière 2 constitue l'un des éléments les plus importants du système de mesure 1 , d'où l'importance des différentes particularités décrites ci-après pour cette source de lumière 2.
La source de lumière 2 est une source de lumière visible sans infrarouge, dans une plage de longueur d'ondes entre environ 380 à 560 nm, et notamment dans le domaine bleu-vert entre environ 460 et 560 nm ou dans le domaine du proche UV entre environ 380 et 480 nm.
Cette source de lumière 2 est une source de lumière plan du type source étendue ou pseudo-étendue. Pour réaliser une telle source de lumière 2, cette dernière comporte, en référence aux figures 13 à 16 :
- une pluralité de sources primaires 20 de lumière réparties de manière sensiblement coplanaire dans un plan dit primaire ; et
- une surface diffusante 21 sensiblement plane et parallèle au plan primaire, ladite surface diffusante 21 étant, d'une part, intercalée entre les sources primaires 20 et le fil de contact FC et, d'autre part, éclairée par les sources primaires 20 pour former une source secondaire étendue.
Les sources primaires 20 sont chacune du type diode électroluminescente, et elles sont réparties sur une plaque de support 22 selon une disposition en nid d'abeille, comme visible sur les figures 17 et 18.
Un autre intérêt pour le système de mesure 1 conforme à l'invention est le fait que les diodes électroluminescentes 20 peuvent être du type diode électroluminescente blanche en émettant dans le domaine de la lumière visible ou lumière blanche ; l'utilisation de revêtements luminophores sur une diode électroluminescente bleue permettant par exemple d'obtenir une lumière blanche. Or, les diodes électroluminescentes 20 blanches sont généralement d'un blanc froid, avec beaucoup de bleu et peu de rouge, et elles n'émettent pas d'infrarouge.
La faible puissance des diodes électroluminescentes 20 demande cependant d'en associer un grand nombre pour atteindre des niveaux suffisants d'éclairement, d'où la configuration précitée avec une pluralité de diodes électroluminescentes 20.
En référence aux figures 1 1 et 12, les diodes électroluminescentes
20 sont montées sur une plaque de support 22 de forme rectangulaire, ayant par exemple une longueur de l'ordre de 20 à 40 cm et une largeur de l'ordre de 7 à 15 cm, avec notamment entre 200 et 400 diodes électroluminescentes 20.
Dans l'exemple de la figure 1 1 , on note l'emploi de vingt lignes de quatorze diodes électroluminescentes 20, soit un total de 280 diodes électroluminescentes 20. En référence à la figure 12, on note les distances suivantes :
- première distance D1 de l'ordre de 10,4 mm ;
- deuxième distance D2 de l'ordre de 12,0 mm ; et
- troisième distance D3 de l'ordre de 6,0 mm.
La figure 13 donne un exemple de spectre et d'indicatrice en intensité pour une diode adaptée à l'invention.
La surface diffusante 21 qui forme une source secondaire est constituée d'une plaque réalisée dans un matériau diffusant translucide, comme par exemple et à titre non limitatif une plaque de plexiglas, une plaque en verre acrylique extrudé, ou une plaque constituée de perles diffusantes destinées à propager la lumière incidente suivant toutes les directions. En jouant sur le choix du matériau constitutif de la plaque diffusante, on peut jouer sur l'angle maximal d'émission, le taux de transmission et/ou la qualité de la diffusion.
Afin de profiter au maximum de l'angle d'émission des diodes électroluminescentes 20, la surface diffusante 21 est positionnée à une distance des diodes électroluminescentes 20 comprise entre environ 2 et 8 cm, et de préférence comprise entre environ 3 à 5 cm.
En outre, la surface diffusante 21 présente une forme générale rectangulaire, et elle présente des dimensions supérieures à celles de la plaque de support 22 sur laquelle sont montées les diodes électroluminescentes 20.
La surface diffusante 21 présente :
- une dimension transversale (selon l'axe des ordonnées y) supérieure à la plage maximale de désaxement PM qui correspond, pour rappel, à la plage de déplacement transversal maximal observé pour un fil de contact FC selon l'axe des ordonnées y, notamment de l'ordre de 70 à 90 cm ; et
- une dimension longitudinale (selon l'axe des abscisses x) d'une dizaine de centimètres dans le but d'être immunisé contre les variations de hauteur du fil de contact FC tout en pouvant faire l'acquisition de tronçons de fil d'une dizaine de centimètres.
Le bloc de stéréovision 3 est constitué d'au moins deux caméras 31 , 32 distinctes conçues chacune pour enregistrer au moins une image bidimensionnelle du fil de contact FC éclairé par la source de lumière 2, chaque caméra 31 , 32 étant associée à au moins une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras 31 , 32.
Étant donnée la plage de mesure PM à observer, c'est-à-dire la plage maximale de désaxement PM, le bloc de stéréovision 3 emploie au moins deux caméras 31 , 32 indépendantes couvrant chacune une partie du champ de mesure.
La figure 7 illustre une telle source de lumière 2 avec la représentation schématique de trois indicatrices en intensité prises en trois points de la surface diffusante 21 . Comme visible sur la figure 7, chaque indicatrice en intensité présente une direction privilégiée, de luminance maximale, qui est orthogonale à la surface diffusante 21 . Le flux de lumière reçu par le fil de contact FC correspond à la somme des contributions de chaque point de la surface diffusante 21 , et ceci en chaque point de la surface à mesurer sur le fil de contact FC.
Pour effectuer une reconstitution tridimensionnelle du fil de contact FC à partir d'au moins deux images distinctes en deux dimensions, prises de manière simultanée, il est en effet essentiel de connaître la géométrie de l'ensemble de caméras 31 , 32, c'est-à-dire leurs positions relatives.
Pour obtenir une convergence entre la source de lumière 2 et les caméras 31 , 32 du bloc de stéréovision 3 au niveau du fil de contact FC, autrement dit pour que les caméras soient pointées sur la zone du fil de contact FC majoritairement éclairée par la source de lumière 2, plusieurs configurations géométriques sont envisageables pour la source de lumière 2 et les caméras 31 , 32.
Dans une première configuration géométrique illustrée sur la figure 6, la source de lumière 2 présente :
- un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées y et à l'axe des abscisses x, autrement dit parallèle au plan de mesure (x, y) ; et
- un axe principal d'éclairage AP normal au plan d'éclairage et donc parallèle à l'axe des côtes z.
Dans cette première configuration géométrique, le système de mesure 1 comporte une première caméra 31 et une seconde caméra 32 décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées y, de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière 2 parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), où :
- la première caméra 31 présente un premier axe optique A1 incliné par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal
(y, z) selon un premier angle latéral a1 qui est positif, notamment compris entre +30° et +60° ; et
- la seconde caméra 32 présente un second axe optique A2 incliné par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un second angle latéral o2 qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°.
Ainsi, les deux caméras 31 , 32 ont leurs axes optiques A1 , A2 respectifs qui convergent en direction du fil de contact FC.
Dans une deuxième configuration géométrique illustrée sur les figures 8a et 8b, la source de lumière 2 présente :
- un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées y et incliné par rapport au plan de mesure (x, y) ; et
- un axe principal d'éclairage AP incliné par rapport à l'axe des côtes z selon un angle dit d'éclairage ΩΡ qui est positif, notamment compris entre +30° et +60°.
Dans cette deuxième configuration, le système de mesure 1 comporte une première caméra 31 et une seconde caméra 32 décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées y, de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière 2 parallèle au plan vertical longitudinal (x, z). En outre, ces deux caméras 31 , 32 sont décalées par rapport à la source de lumière 2 selon l'axe des abscisses x et présentent chacune un axe optique A1 , A2 orienté en direction de l'axe principal d'éclairage AP et incliné par rapport à l'axe principal d'éclairage AP dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z).
De façon plus précise dans cette deuxième configuration, les axes optiques A1 , A2 des caméras 31 , 32 sont parallèles entre eux, chaque axe optique étant contenu dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), et en outre les axes optiques A1 , A2 sont inclinés par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure ΩΜ qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°.
Dans une troisième configuration géométrique illustrée sur les figures 9a et 9b, la source de lumière 2 présente :
- un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées y et incliné par rapport au plan de mesure (x, y) ; et
- un axe principal d'éclairage AP incliné par rapport à l'axe des côtes z selon un angle dit d'éclairage ΩΡ qui est positif, notamment compris entre +30° et +60°.
Dans cette troisième configuration, le système de mesure 1 comporte une première caméra 31 et une seconde caméra 32 décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées y, de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière 2 parallèle au plan vertical longitudinal (x, z). En outre, ces deux caméras 31 , 32 sont décalées par rapport à la source de lumière 2 selon l'axe des abscisses x et présentent chacune un axe optique A1 , A2 orienté en direction de l'axe principal d'éclairage AP et incliné par rapport à l'axe principal d'éclairage AP dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z).
De façon plus précise dans cette troisième configuration, les axes optiques A1 , A2 des caméras 31 , 32 sont contenus dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) et :
- le premier axe optique A1 est incliné par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un premier angle latéral a1 qui est positif, notamment compris entre +30° et +60° ; et
- le second axe optique A2 est incliné par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un second angle latéral o2 qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°.
Dans une quatrième configuration géométrique illustrée sur les figures 10a et 10b, la source de lumière 2 présente :
- un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées y et incliné par rapport au plan de mesure (x, y) ; et - un axe principal d'éclairage AP incliné par rapport à l'axe des côtes z selon un angle dit d'éclairage ΩΡ qui est positif, notamment compris entre +30° et +60°.
Dans cette quatrième configuration géométrique, le système de mesure 1 comporte deux paires de caméras 31 , 32 décalées par rapport à la source de lumière 2 selon l'axe des abscisses x, avec :
- deux premières caméras 31 disposées côte à côte d'un côté du plan médian de la source de lumière 2, et présentant des premiers axes optiques A1 parallèles entre eux ; et
- deux secondes caméras 32 disposées côte à côte de l'autre côté du plan médian de la source de lumière 2 et présentant des seconds axes optiques A2 parallèles entre eux.
De façon plus précise dans cette quatrième configuration, les axes optiques A1 , A2 des caméras 31 , 32 sont inclinés par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure ΩΜ qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°, et :
- les premiers axes optiques A1 sont inclinés par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un premier angle latéral a1 qui est positif, notamment compris entre +30° et +60° ; et
- les seconds axes optiques A2 sont inclinés par rapport à l'axe des côtes z dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un second angle latéral o2 qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°.
Dans la deuxième configuration géométrique, les axes optiques A1 et A2 sont parallèles entre eux, de sorte que les plans images des caméras 31 , 32 sont parallèles, ce qui est avantageux pour effectuer ensuite la reconstruction tridimensionnelle, car il suffit de connaître la distance entre les centres de projections des caméras 31 , 32 pour ensuite déterminer le vecteur de translation dans l'espace entre ces centres de projection.
Dans les première, troisième et quatrième configurations, les axes optiques A1 et A2 ne sont pas parallèles entre eux, de sorte que les plans images des caméras 31 , 32 ne sont pas parallèles. Pour effectuer la reconstruction tridimensionnelle, il faudra donc également déterminer la matrice de rotation d'une caméra par rapport à l'autre, pour pouvoir confondre les deux images dans un même plan.
De manière générale, seule la zone observée simultanément par les au moins deux caméras 31 , 32 est utile à la mesure, étant précisé que l'utilisation d'un éclairage étendu ne permet pas facilement d'aligner les caméras 31 , 32 et l'éclairage fourni par la source de lumière 2. Afin d'optimiser la quantité de lumière reçue, les inclinaisons des caméras 31 , 32 et de l'éclairage sont opposées, comme dans les deuxième, troisième et quatrième configurations.
L'inconvénient de la deuxième configuration est que la visibilité des bords ou flancs du fil de contact FC n'est pas optimale, étant données les faibles dimensions des optiques des caméras 31 , 32.
Les troisième et quatrième configurations sont avantageuses car elles permettent l'obtention d'un profil plus net pour le fil de contact FC. En effet, la zone de mesure est observée par des caméras 31 , 32 en mode stéréo qui permettent une mesure indépendante du profil de chaque bord du fil de contact FC. Le premier angle latéral a1 et le second angle latéral o2 valent de préférence, en valeur absolue, environ 45°, afin d'avoir une image optimale du bord et du plat d'usure. La fusion des images des deux plats d'usure indépendamment obtenus permettra de reconstituer le profil final.
Dans une réalisation particulière, chaque caméra 31 , 32 est du type caméra numérique, notamment dans un modèle CMOS (« Complementary métal oxide semi-conductor »), avec par exemple un format 1280x1024, munie d'une connectivité Firewire A à 400 Mb/s, et permettant environ 27 images par seconde en full frame. L'utilisation de régions d'intérêt permet avantageusement de diminuer la taille de la surface active de la puce CMOS, et donc d'augmenter le nombre d'images par seconde. La taille du capteur CMOS de chaque caméra est choisie en fonction de la taille du champ à prospecter de la résolution souhaitée, avec par exemple une taille de 0,1 mm par pixel qui est considérée comme raisonnable pour l'application souhaitée dans le cadre de l'invention.
Il est également à noter que le placement relatif des caméras 31 , 32 joue un rôle déterminant dans la précision de la reconstitution tridimensionnelle par stéréovision. Deux effets entrent en effet en compétition :
- la précision de la mesure du relief ; et
- la taille du champ utile en stéréovision.
Concernant la précision de la mesure du relief, on note que plus la distance entre les caméras, appelée la disparité, est importante et plus la mesure de profondeur est précise. Il est ainsi néfaste pour la précision des mesures d'approcher trop les caméras. Concernant la taille du champ utile en stéréovision, on note que plus la disparité est importante et plus la partie de la scène observée par les deux caméras est petite. Autrement dit, il est préférable de rapprocher les caméras pour pouvoir observer une plus grande zone de l'objet dont on veut connaître le relief, en l'occurrence le fil de contact.
Il faut donc faire un compromis entre champ d'observation et précision, ou alors utiliser des caméras supplémentaires pour couvrir une plus grande partie de l'objet à mesurer.
Le bloc de traitement du signal 4 comporte
- des moyens de calcul 40 raccordés aux caméras 31 , 32 et conçus pour reconstituer un modèle tridimensionnel du fil de contact FC au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras 31 , 32 et à partir de la position relative des caméras 31 , 32 ; et
- des moyens de mesure 41 conçus pour, d'une part, extraire au moins une section transversale du fil de contact FC à partir du modèle tridimensionnel et, d'autre part, comparer la superficie de ladite section transversale avec une superficie de référence pour obtenir une valeur de l'usure du fil de contact FC.
La description qui suit porte spécifiquement sur les moyens de calcul qui mettent en œuvre une évaluation mathématique de reconstitution d'un modèle tridimensionnel du fil de contact FC à partir des images distinctes et simultanées prises par les caméras 31 , 32.
En référence à la figure 6, ces moyens de calcul 40 comportent les modules suivants :
- un module d'acquisition 42 des images en sortie des caméras 31 , 32 ;
- un module de calibration 43 en sortie du module d'acquisition 42 ;
- un module de rectification 44 en sortie du module d'acquisition 42 et du module de calibration 43 ; et
- un module de reconstruction tridimensionnelle 45 en sortie du module de rectification 44 et mettant en œuvre une méthode mathématique d'évaluation en stéréovision.
Le module d'acquisition 42 a pour fonction l'acquisition des images brutes issues des caméras 31 , 32. Afin de faire de la stéréovision, il est très important de s'assurer que les caméras 31 , 32 soient synchronisées. Un délai entre les acquisitions des caméras 31 , 32 ne permettrait pas une calibration ou une vision tridimensionnelle correctes. A cet effet, une synchronisation matérielle est utilisée, mettant à profit les capacités des sorties programmables des caméras, autrement appelées GPO pour « General Purpose Output ».
Le module de calibration 43 a pour fonction d'appliquer aux images brutes acquises par le module d'acquisition 42, un certain nombre de paramètres qui permettent de corriger les distorsions ou aberrations éventuelles provoquées par les lentilles des caméras 31 , 32.
Le module de rectification 44 a pour fonction d'effectuer une stéréo- rectification des images, par application d'un modèle mathématique de rectification, comme par exemple un modèle de rectification classique du type modèle sténopé schématisé sur les figures 14 à 16.
L'étape finale mis en œuvre par le module de reconstruction tridimensionnelle 45 consiste en une rétro-projection dans l'espace des points dont des correspondances ont été trouvées.
En résumé, le module de reconstruction tridimensionnelle 45 met en œuvre une chaîne de traitement pour la reconstitution tridimensionnelle avec les étapes suivantes :
- recherche de correspondances entre les deux images rectifiées et calibrées ;
- reconstitution d'un modèle tridimensionnel (ou pseudo-image tridimensionnelle) en reprojetant dans l'espace les points dont des correspondances ont été trouvées, étant donnée la position relative des caméras.
En sortie du module de reconstruction tridimensionnelle 45, les moyens de mesure 41 comportent les deux modules successifs suivants :
- un module d'extraction 46 d'au moins une section transversale du fil de contact FC à partir du modèle tridimensionnel du fil de contact FC ; et
- un module d'évaluation de l'usure 47 qui compare la superficie ladite section transversale avec une superficie de référence pour obtenir une valeur de l'usure du fil de contact FC.
Le module d'extraction 46 permet d'extraire une coupe dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) (autrement dit une coupe dans un plan y = constante), cette coupe correspondant à une modélisation de la section transversale du fil de contact dans ce plan. La figure 2a illustre une telle section transversale. Le module d'évaluation de l'usure 47 calcule la superficie restante SR en section transversale du fil de contact FC, cette superficie restante SR correspondant à la superficie de cette section transversale.
Ensuite, le module d'évaluation de l'usure 47 compare cette superficie restante SR avec une superficie de référence, de préférence avec la superficie initiale S0 en section transversale avant usure. Par exemple, le module d'évaluation de l'usure 47 ajoute et positionne une section théorique avant usure en superposition sur la section obtenue. Cette superposition graphique permet de visualiser simplement la surface usée du fil de contact et son inclinaison.
A partir de ces informations, on peut en déduire une valeur de l'usure du fil de contact FC, qui peut se traduire sous la forme d'une épaisseur restante ER calculée à partir de la superficie restante SR et de la superficie initiale S0.
L'avantage principal de l'invention est ainsi l'innocuité aux déformations et inclinaisons du fil de contact, ainsi qu'à la présence de double méplat.
Bien entendu l'exemple de mise en œuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés au système de mesure selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres modèles mathématiques peuvent par exemple être utilisés par le bloc de traitement du signal.
Le système de mesure qui vient d'être décrit permet de contrôler la section d'un fil de contact en mesurant son usure. La mesure de l'usure n'a cependant pas un caractère limitatif. Le système de mesure peut également permettre de contrôler la section d'un fil non usé, qui vient d'être fabriqué par exemple afin d'effectuer sa qualité en contrôlant qu'il présente bien la section attendue.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de mesure (1 ) permettant de contrôler la section d'un fil de contact (FC) pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant notamment sur une voie ferrée, du type comprenant :
- au moins une source de lumière (2) conformée pour éclairer le fil de contact (FC) ;
- au moins deux caméras (31 , 32) conçues chacune pour enregistrer au moins une image du fil de contact (FC) éclairé par la source de lumière (2), chaque caméra étant associée à au moins une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras (31 , 32) ;
- des moyens de calcul (40) raccordés aux dites caméras (31 , 32) conçus pour reconstituer un modèle tridimensionnel du fil de contact (FC) au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras (31 , 32) et à partir de la position relative desdites caméras (31 , 32) ; et
- des moyens de mesure (41 ) conçus pour, d'une part, extraire au moins une section transversale du fil de contact (FC) à partir dudit modèle tridimensionnel et, d'autre part, comparer la superficie (SR) de ladite section transversale avec une superficie de référence (SO) pour contrôler la valeur de la superficie de la section du fil de contact (FC).
2. Système de mesure (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel la source de lumière (2) est une source de lumière blanche.
3. Système de mesure (1 ) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la source de lumière (2) est une source de lumière visible sans infrarouge, et de préférence une source de lumière bleu-vert.
4. Système de mesure (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la source de lumière (2) est une source de lumière étendue ou pseudo-étendue.
5. Système de mesure (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la source de lumière (2) est une source de lumière plan.
6. Système de mesure (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la source de lumière (2) comporte :
- au moins une source primaire (20) de lumière, notamment du type diode électroluminescente blanche ; et
- au moins une surface diffusante (21 ) intercalée entre les sources primaires (20) et le fil de contact (FC), ladite surface diffusante (21 ) étant éclairée par la ou chaque source primaire (20) pour former une source secondaire étendue.
7. Système de mesure (1 ) selon la revendication 6, dans lequel la source de lumière (2) comporte une pluralité de sources primaires (20) de lumière.
8. Système de mesure (1 ) selon la revendication 7, dans lequel les sources primaires (20) de lumière sont réparties de manière sensiblement coplanaire dans un plan dit primaire, et de préférence réparties selon une disposition en nid d'abeille, et dans lequel la surface diffusante (21 ) est sensiblement plane et parallèle au plan primaire.
9. Système de mesure (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, en considérant un repère tridimensionnel orthogonal présentant un axe des abscisses (x), un axe des ordonnées (y) et un axe des côtes (z), avec l'axe des abscisses (x) et l'axe des ordonnées (y) définissant ensemble un plan de mesure (x, y) parallèle au plan de circulation sur la voie ferrée, et avec l'axe des abscisses (x) destiné à être orienté parallèlement au fil de contact (FC) et à la direction de circulation des véhicules, l'axe des ordonnées (y) destiné à s'étendre perpendiculairement à ladite la direction de circulation et l'axe des côtes (z) destiné à s'étendre sensiblement verticalement, dans lequel le système de mesure (1 ) présente la configuration suivante :
- la source de lumière (2) présente un plan d'éclairage parallèle à l'axe des ordonnées (y), et un axe principal d'éclairage (AP) normal au plan d'éclairage et contenu dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) ; et
- les au moins deux caméras (31 , 32) sont décalées par rapport à la source de lumière (2) selon l'axe des abscisses (x) et présentent chacune un axe optique (A1 ; A2) orienté en direction de l'axe principal d'éclairage (AP) et incliné par rapport à l'axe principal d'éclairage (AP) dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z).
10. Système de mesure (1 ) selon la revendication 9, dans lequel la source de lumière (2) et les caméras (31 , 32) sont disposées selon l'une des trois configurations suivantes :
- l'axe principal d'éclairage (AP) est parallèle à l'axe des côtes (z) et chaque axe optique (A1 ; A2) est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure (ΩΜ) non nul ;
- l'axe principal d'éclairage (AP) est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) selon un angle dit d'éclairage (ΩΡ) qui est positif, notamment compris entre +30° et +60°, tandis que les axes optiques (A1 , A2) des caméras (31 , 32) sont inclinés par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z) selon un angle dit de mesure (ΩΜ) qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60° ;
- l'axe principal d'éclairage (AP) est incliné par rapport à l'axe des côtes (z) selon un angle dit d'éclairage (ΩΡ) non nul, et chaque axe optique (A1 ; A2) est contenu dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z).
1 1 . Système de mesure (1 ) selon les revendications 9 ou 10, comprenant une première caméra (31 ) et une seconde caméra (32) décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées (y), de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière (2) parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), et présentant des axes optiques (A1 , A2) parallèles entre eux, chaque axe optique (A1 ; A2) étant contenu dans un plan parallèle au plan vertical longitudinal (x, z).
12. Système de mesure (1 ) selon les revendications 9 ou 10, comprenant au moins une première caméra (31 ) et au moins une seconde caméra (32) décalées l'une de l'autre selon l'axe des ordonnées (y), de part et d'autre d'un plan médian de la source de lumière (2) parallèle au plan vertical longitudinal (x, z), où :
- la ou chaque première caméra (31 ) présente un premier axe optique (A1 ) incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un premier angle latéral (a1 ) qui est positif, notamment compris entre +30° et +60° ; et
- la ou chaque seconde caméra (32) présente un second axe optique (A2) incliné par rapport à l'axe des côtes (z) dans un plan parallèle au plan vertical transversal (y, z) selon un second angle latéral (a2) qui est négatif, notamment compris entre -30° et -60°.
13. Système de mesure (1 ) selon la revendication 12, comprenant deux premières caméras (31 ) disposés côte à côte d'un côté du plan médian de la source de lumière (2) et présentant des premiers axes optiques (A1 ) parallèles entre eux, et deux secondes caméras (32) disposés côte à côte de l'autre côté du plan médian de la source de lumière (2) et présentant des seconds axes optiques (A2) parallèles entre eux.
14. Procédé de mesure permettant de contrôler la section d'un fil de contact (FC) pour ligne d'alimentation électrique aérienne de véhicules circulant sur une voie ferrée, du type comprenant les étapes suivantes :
- éclairage du fil de contact (FC) par au moins une source de lumière (2) ;
- enregistrement d'au moins deux images distinctes du fil de contact (FC) éclairé par la source de lumière (2) par au moins deux caméras (31 , 32), chaque caméra (31 ; 32) étant associée à au moins une coordonnée permettant de déduire la position relative des caméras (31 , 32) ;
- reconstitution par calcul d'un modèle tridimensionnel du fil de contact (FC) au moyen d'une évaluation en stéréovision des images issues des caméras (31 , 32) et à partir de la position relative desdites caméras (31 , 32) ; et
- extraction d'au moins une section transversale du fil de contact (FC) à partir dudit modèle tridimensionnel et comparaison de la superficie (SR) de ladite section transversale avec une superficie de référence (S0) pour contrôler la valeur de la superficie de la section du fil de contact (FC)
PCT/FR2012/053082 2012-01-13 2012-12-26 Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire WO2013104845A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1250343 2012-01-13
FR1250343A FR2985692B1 (fr) 2012-01-13 2012-01-13 Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013104845A2 true WO2013104845A2 (fr) 2013-07-18
WO2013104845A3 WO2013104845A3 (fr) 2014-03-20

Family

ID=47716091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2012/053082 WO2013104845A2 (fr) 2012-01-13 2012-12-26 Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2985692B1 (fr)
WO (1) WO2013104845A2 (fr)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103557788A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 西南交通大学 一种高铁接触网接几何参数检测非接触式补偿及卡尔曼滤波修正方法
CN104406521A (zh) * 2014-12-15 2015-03-11 济南蓝动激光技术有限公司 基于视觉测量技术的接触网几何参数测量仪器及检测方法
WO2016208463A1 (fr) * 2015-06-23 2016-12-29 株式会社 明電舎 Dispositif et procédé de mesure de fil
CN106679567A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 成都国铁电气设备有限公司 基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统
EP3194882A4 (fr) * 2014-09-15 2018-02-21 DTI Group Limited Filtrage d'arc à l'aide de multiples dispositifs de capture d'image
FR3084046A1 (fr) * 2018-07-17 2020-01-24 Alstom Transport Technologies Procede de surveillance de l'etat d'une ligne aerienne de contact et dispositif programme associe
US20200378750A1 (en) * 2019-05-29 2020-12-03 Hitachi High-Tech Fine Systems Corporation Overhead wire mutual separating situation measuring apparatus and overhead wire mutual separating situation measuring method
CN112067630A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 成都中轨轨道设备有限公司 一种接触网悬挂装置智能检测系统及方法
CN114018153A (zh) * 2021-11-09 2022-02-08 中铁工程设计咨询集团有限公司 一种铁路工务检测分析方法、装置、设备及可读存储介质
NL2028047B1 (en) * 2021-04-22 2022-11-02 Asset Rail B V Overhead line measuring device and method for measuring overhead lines

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114543680B (zh) * 2022-02-18 2022-12-02 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种架空输电线路通道施工车辆现场监测及测距方法
CN117589129B (zh) * 2024-01-18 2024-04-02 四川拓及轨道交通设备股份有限公司 一种车载式柔性接触网定位器坡度测量方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1855084A2 (fr) 2006-05-11 2007-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Procédé pour déterminer la hauteur restante d'une caténaire et dispositifs destinés à la réalisation du procédé

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19634060C1 (de) * 1996-08-23 1998-01-22 Fraunhofer Ges Forschung Fahrdrahtmeßvorrichtung
DE10044432A1 (de) * 2000-09-08 2002-04-04 Siemens Ag Einrichtung, Verfahren und Verwendung für die automatische Erfassung des Verschleißes der Fahrdrähte von Oberleitungen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge
DE102007063490A1 (de) * 2007-12-31 2009-07-16 Deutzer Technische Kohle Gmbh Messeinrichtung zur Bestimmung der Stärke von Fahrleitungen und zur Erfassung von Fahrleitungsbauelementen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1855084A2 (fr) 2006-05-11 2007-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Procédé pour déterminer la hauteur restante d'une caténaire et dispositifs destinés à la réalisation du procédé

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103557788A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 西南交通大学 一种高铁接触网接几何参数检测非接触式补偿及卡尔曼滤波修正方法
EP3194882A4 (fr) * 2014-09-15 2018-02-21 DTI Group Limited Filtrage d'arc à l'aide de multiples dispositifs de capture d'image
AU2015318810B2 (en) * 2014-09-15 2021-04-22 Dti Group Limited Arcing filtering using multiple image capture devices
US10471848B2 (en) 2014-09-15 2019-11-12 Dti Group Limited Arcing filtering using multiple image capture devices
CN104406521A (zh) * 2014-12-15 2015-03-11 济南蓝动激光技术有限公司 基于视觉测量技术的接触网几何参数测量仪器及检测方法
JP2017009446A (ja) * 2015-06-23 2017-01-12 株式会社明電舎 線条計測装置及び方法
WO2016208463A1 (fr) * 2015-06-23 2016-12-29 株式会社 明電舎 Dispositif et procédé de mesure de fil
CN106679567A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 成都国铁电气设备有限公司 基于双目立体视觉的接触网及支柱几何参数检测测量系统
FR3084046A1 (fr) * 2018-07-17 2020-01-24 Alstom Transport Technologies Procede de surveillance de l'etat d'une ligne aerienne de contact et dispositif programme associe
US20200378750A1 (en) * 2019-05-29 2020-12-03 Hitachi High-Tech Fine Systems Corporation Overhead wire mutual separating situation measuring apparatus and overhead wire mutual separating situation measuring method
CN112067630A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 成都中轨轨道设备有限公司 一种接触网悬挂装置智能检测系统及方法
CN112067630B (zh) * 2020-11-11 2021-01-26 成都中轨轨道设备有限公司 一种接触网悬挂装置智能检测系统及方法
NL2028047B1 (en) * 2021-04-22 2022-11-02 Asset Rail B V Overhead line measuring device and method for measuring overhead lines
CN114018153A (zh) * 2021-11-09 2022-02-08 中铁工程设计咨询集团有限公司 一种铁路工务检测分析方法、装置、设备及可读存储介质
CN114018153B (zh) * 2021-11-09 2024-03-29 中铁工程设计咨询集团有限公司 一种铁路工务检测分析方法、装置、设备及可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
FR2985692A1 (fr) 2013-07-19
WO2013104845A3 (fr) 2014-03-20
FR2985692B1 (fr) 2014-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013104845A2 (fr) Systeme de mesure permettant de controler la section d'un fil de contact pour ligne d'alimentation electrique aerienne ferroviaire
US7801333B2 (en) Vision system and a method for scanning a traveling surface to detect surface defects thereof
EP0985902B1 (fr) Dispositif interférométrique pour relever les caractéristiques de réflexion et/ou de transmission optiques en profondeur d'un objet
EP0087592B1 (fr) Procédé et dispositif de mesure du profil transversal du champignon d'un rail d'une voie ferrée
KR100996335B1 (ko) 복합 구조의 불일치를 검사하기 위한 장치 및 방법
EP1891419B1 (fr) Procede et installation pour la detection de defauts de surface et de structure d un produit long en defilement
FR2697086A1 (fr) Procédé et dispositif d'inspection de matériau transparent.
EP0732579A2 (fr) Procédé pour reconnaître et évaluer des défauts dans des couches superficielles partiellement réfléchissantes
WO2016092348A1 (fr) Dispositif optique integre de mesure sans contact d'altitudes et d'epaisseurs.
FR2805038A1 (fr) Dispositif de mesure des dimensions de roues telles que celles de vehicules de chemin de fer ou de materiels roulants
FR2681429A1 (fr) Procede et dispositif d'inspection du verre.
CN103105403A (zh) 透明光学元件表面缺陷的检测方法及装置
EP2159568B1 (fr) Dispositif et procédé de mesure du coefficient de luminance rétroréfléchie de marquages routiers
EP1790976A1 (fr) Procédé et dispositif optiques de détection de défauts de surface et de structure d'un produit chaud en défilement
CN203069531U (zh) 透明光学元件表面缺陷的检测装置
CN108709497A (zh) 一种接触网几何参数检测装置
CN208075770U (zh) 一种接触网几何参数检测装置
FR2542461A1 (fr) Dispositif optique de multiplexage demultiplexage
FR3006758A1 (fr) Dispositif optique integre de mesure sans contact d'altitudes et d'epaisseurs
EP1891273B1 (fr) Systeme et procede de vision artificielle permettant de balayer une surface de circulation telle qu'une route afin d'en detecter des defauts de surface
FR2785388A1 (fr) Procede et instrument de controle de la liaison de l'ame alveolee d'un nid d'abeilles sur une peau
FR2700611A1 (fr) Procédé et dispositif de contrôle dimensionnel du profil de produits longs.
FR2965045A1 (fr) Dispositif de mesure de la forme d'un miroir ou d'une surface speculaire
FR2618666A1 (fr) Pupillometre automatique
KR101403926B1 (ko) 곡면 검사장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12824695

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12824695

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2