Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути



Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути
Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути
Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути
Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути

 


Владельцы патента RU 2489291:

Ивашов Сергей Иванович (RU)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. Способ заключается в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видеотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка. По измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры. При этом производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса. В результате обеспечивается возможность определять дефекты и неоднородности рельсового пути любого размера и применять его с любого носителя, включая воздушный. 4 ил.

 

1. Область техники

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути.

2. Уровень техники

Известен способ контроля состояния рельсового пути (патент RU 2123445, В61К 9/08, Е01В 35/00 от 12.07.1995), заключающееся в том, что определяют угловые колебания и координаты буксы колесной пары. Находят координаты точек касания левого и правого колес колесной пары и просадку каждой рельсовой нити выражают в виде разности вертикальных координат точки касания колеса, соответствующих двум моментам времени. Известен также способ инерциальных измерений рельсового пути (патент RU 2242391, В61К 9/08, Е01В 35/06 от 30.12.2002), согласно данному способу формируют вектор виртуальной скорости каждой из рельсовых нитей в проектной системе координат, используя сигналы с датчика пути, переходят к независимой переменной по продольной координате пути. Интегрированием найденных скоростей получают вертикальные и горизонтальные профили рельсовых нитей и искомые неровности получают как разность между полученными профилями и их аппроксимирующими кривыми, полученными в результате обработки измерений, или с паспортными профилями. Недостатками аналогов являются низкая чувствительность к мелким неоднородностям, размеры которых меньше ширины верхней опорной поверхности рельса, а также необходимость иметь паспортные профили рельсовых нитей.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ оценки состояния путевой структуры (патент RU 2096221, В61К 9/06, В61К 9/08 от 03.10.1994). Способ заключается в том, что определяется уровень электромагнитного излучения от поверхности контролируемого участка, которое сравнивают с эталонным, соответствующим заданной характеристике путевой структуры, и по результатам сравнения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры. Недостатками данного способа являются низкая чувствительность к мелким неоднородностям, размеры которых меньше ширины верхней опорной поверхности рельса, а также необходимость иметь паспортные (эталонные) профили рельсовых нитей и необходимость устанавливать устройства для дефектоскопии на специальных путеизмерительных вагонах.

3. Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг.1 представлена блок-схема получения изображений рельсового пути: 1 - неполяризованное электромагнитное излучение видимого спектра; 2 - частично поляризованное излучение; 3 - рельсовый путь; 4 - поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания; 5 - приемник электромагнитного излучения видимого спектра, 6 - угол визирования; 7 - нормаль к поверхности головки рельса.

На фиг.2 представлено фотоизображение впадины на рельсе, снятое в профиль (длинна впадины - 300 мм, глубина - 3 мм).

На фиг.3 приведены исходное изображение участка рельсового пути в видимом диапазоне электромагнитного спектра излучения.

На фиг.4 показан результат обработки изображений впадины на рельсе, полученный при различных положениях поляризационного фильтра, и их последующей обработки путем оценки параметров Стокса.

4. Сущность изобретения

4.1. Задача

Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков за счет фиксации изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения с использованием поляризационного фильтра с вращающейся осью пропускания.

4.2. Отличительные признаки

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видиотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка, и по измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры, производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса.

4.3. Сущность способа

Сущность способа оптического определения неровностей рельсового пути показана на фиг.1: неполяризованное электромагнитное излучение видимого спектра 1 становится частично поляризованным 2, отражаясь от рельсового пути 3, проходит поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания 4 и попадает в приемник электромагнитного излучения видимого спектра 5, в дальнейшем полученное изображение обрабатывается с помощью преобразований Стокса, что позволяет получать более четкие изображения дефектов рельсового пути (в том числе и малоразмерных). Данный эффект основан на том, что степень поляризации отраженного от угла визирования 6 (7 - нормаль к поверхности головки рельса), который является постоянной величиной для ровных участков головки рельса и изменяется на ее неровностях.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Известно, что при отражении света от металлической поверхности происходит изменение параметров его поляризации, т.е. поляризационные характеристики отраженного света не совпадают с аналогичными характеристиками падающего (М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики, М., 1973, 716 с.; Соколов А.В., Оптические свойства металлов, М., 1961, 464 с.) Параметры поляризации зависят от угла визирования, который, в свою очередь, определяется профилем поверхности рельса в месте наблюдения.

Для реализации предлагаемого способа проводилась съемка железнодорожного пути фотокамерой Canon 40D с установленным объективом Canon EF-S 17-55 f/2.8 IS USM и поляризационным фильтром. Использовалось фокусное расстояние 55 мм. Для каждого фрагмента полотна делалась серия кадров (60 или 30) с разной ориентацией поляризационного фильтра (с шагом 6 или 12 градусов соответственно), при этом осуществлялся полный поворот фильтра на 360 градусов.

В качестве модели отраженного сигнала ICj), регистрируемого матрицей фотокамеры при угле ϕj между главной осью поляризационного фильтра и вертикальной плоскостью, проходящей через ось оптической системы, использовалось следующее выражение:

I C ( φ j ) = 1 2 [ I + Q cos ( 2 φ j ) + U sin ( 2 φ j ) ] . ( 1 )

По каждой серии снимков вычислялись оценки параметров Стокса

I ˜ = 2 N j = 1 N I C ( φ j ) , ( 2 )

Q ˜ = 4 N j = 1 N I C ( φ j ) cos ( 2 φ j ) , ( 3 )

U ˜ = 4 N j = 1 N I C ( φ j ) sin ( 2 φ j ) ( 4 )

и ошибка модели:

e r r 2 = 1 N 1 j = 1 N ( I ˜ + Q ˜ cos ( 2 φ j ) + U ˜ sin ( 2 φ j ) I C ( φ j ) ) 2 , ( 5 )

где N - количество кадров; φ j = 2 π j N - угол поворота поляризационного фильтра для кадра j.

Для экспериментов использовался участок пути в районе станции Ржевская Октябрьской железной дороги, г.Москва.

В качестве первого тестового образца был выбран участок пути со сварным рельсовым швом (фиг.2). Из-за нарушения структуры металла в месте сварки при длительной эксплуатации такого рельса возникает впадина, длина которой составляла около 30 см, а максимальная глубина была около 3 мм. Изображение впадины на рельсе, снятое в профиль, приведено на фиг.2.

На фиг.3 приведено изображение впадины на рельсе в естественном свете, а на фиг.4 - после обработки исходного изображения путем оценки параметров Стокса. Преобразованное изображение позволило значительно увеличить контраст впадины на исходном изображении.

Способ, основанный на изменении параметров поляризации электромагнитного излучения видимого диапазона, отраженного от дефектов рельсовых нитей, по сравнению с бездефектными участками пути позволяет использовать в качестве носителя аппаратуры кроме путеизмерительных вагонов и низколетящие летательные аппараты, в том числе и дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА). Использование ДПЛА позволит повысить производительность и оперативность диагностики состояния железнодорожных путей.

Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия «изобретательский уровень», из уровня техники неизвестен также механизм достижения технического результата, раскрытого в материалах заявки.

Способ оптического определения дефектов рельсового пути, заключающийся в том, что определяют уровень электромагнитного излучения поверхности контролируемого участка железнодорожного пути путем видеотехнического считывания, перемещая приемник электромагнитного излучения вдоль указанного участка, и по измеренному уровню электромагнитного излучения выявляют степень износа и дефекты путевой структуры, отличающийся тем, что производится фиксация изображения рельсового пути в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения через поляризационный фильтр с вращающейся осью пропускания и последующей обработкой полученных изображений путем оценки параметров Стокса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля пьезокерамических элементов и приборов с использованием пьезокерамических элементов на наличие дефектов в них в процессе изготовления и может быть использовано на предприятиях-изготовителях пьезокерамических элементов и на предприятиях, изготавливающих приборы с использованием пьезокерамических элементов.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и предназначено для диагностики состояния трубопроводов, используемых при добыче или для транспортировки нефти или газа, а именно для обнаружения и определения размеров различных типов неоднородных образований (структурных неоднородностей) на внутренних и внешних поверхностях стенки трубопровода.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля качества труб и может быть использовано в любой отрасли промышленности как при изготовлении, так и при эксплуатации труб, например при прокладке газо- и нефтепроводов.

Изобретение относится к инфразвуковой диагностике и предназначено для использования в стационарных ледостойких морских платформах башенного типа. .

Изобретение относится к электроэнергетике и может найти применение для дистанционного контроля высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под напряжением.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля сварных соединений, в частности к контролю тонких сварных соединений с ограниченной шириной поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний вдоль соединений, и может найти широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам и устройствам диагностики технического состояния узлов подвижного состава, в частности для бесконтактного диагностического контроля узлов вагонных тележек железнодорожного транспорта, а также может быть использовано при неразрушающем контроле узлов и деталей сложной формы в различных отраслях промышленности и основных видах транспорта.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля сварных соединений и может быть применено для контроля сварных дисков роторов газотурбинных двигателей, изготавливаемых с помощью линейной сварки трением (ЛСТ).

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий и предназначено для дефектоскопии стальных прядных канатов. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к датчикам положения сварочного электрода относительно стыка. .
Изобретение относится к области разработки способов метрологической поверки, настройки и калибровки измерителей износа стальных проволочных канатов, в частности магнитных дефектоскопов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к внутритрубной дефектоскопии, и может быть использовано для контроля технического состояния стенок труб непосредственно в процессе транспортировки поставляемого по трубе жидкого или газообразного продукта, например газа по магистральному газопроводу.

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте, в частности может быть использовано в целях обнаружения избыточных изгибных напряжений в рельсовом пути, в металлических профилях промышленных конструкций, трубопроводах и других протяженных деталей и объектов, непосредственно при их эксплуатации.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностирования трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений. .

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к комплексным средствам для изучения технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб нефтегазовых скважин методами профилеметрии и дефектоскопии.

Изобретение относится к средствам контроля рельсовой колеи и колес железнодорожных вагонов. .
Наверх