Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава



Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава
Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава

 


Владельцы патента RU 2550380:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к способу для дистанционного контроля профиля поверхности катания колеса железнодорожного состава. В указанном способе измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава освещают поверхность колеса лазерными лучами и измеряют параметры рассеянного света, однозначно отображающие динамические параметры колеса, одновременно измеряют локальные линейные скорости в двух точках на разных известных расстояниях от рельса. Мгновенную угловую скорость находят как отношение разности измеренных локальных скоростей к расстоянию, равному разности расстояний от этих точек до поверхности рельса. Мгновенный радиус вращения находят как отношение локальной скорости движения оси колеса в направлении, параллельном рельсу, к мгновенной угловой скорости. В свете, рассеянном поверхностью катания, измеряют и регистрируют доплеровские сдвиги частоты по всей траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания. Профиль поверхности катания получают как произведение радиуса круга катания колеса на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, нормированный на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке, соответствующей радиусу круга катания. Технический результат - повышение точности измерения профиля поверхности катания колес движущегося железнодорожного состава. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля профиля поверхности катания колеса железнодорожного состава.

Известен способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава. В этом способе, описанном в работе [Байбаков, А.Н., Гуренко В.М., Патерикин В.И., Плотников С.В., Сотников В.В., Чугуй Ю.В., Юношев С.П. Автоматический контроль геометрических параметров колесных пар во время движения поезда // Автометрия. - 2004. - Т.40, №5. - С.94-103], определяется профиль поверхности катания колеса в движении с помощью лазерных триангуляторов с использованием самосканирования. На пути движения колеса формируются лазерные лучи, которые пересекаются движущимся колесом. Точки пересечения лазерного луча с поверхностью катания колеса проектируются на позиционно-чувствительный фотоприемник. Траектория перемещения проекций этих точек, получающаяся при движении колеса из-за самосканирования и регистрируемая позиционно-чувствительным фотоприемником, определяет профиль поверхности катания колеса при заданной ориентации зондирующего луча.

Основным недостатком этого способа является низкая помехоустойчивость из-за того, что информация кодируется в интенсивности рассеянного пучка, регистрируемого позиционно-чувствительным фотоприемником. Кроме того, отсутствует информация о радиусе колеса как функции полярного угла (угла поворота), в связи с чем возникают проблемы привязки измеряемого проката по кругу катания к общей конфигурации колеса.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ [Патент РФ №2418264 Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава, 2011 г.], который заключается в том, что освещают поверхность колеса лазерными лучами и измеряют параметры рассеянного света, однозначно отображающие динамические параметры колеса, одновременно измеряют локальные линейные скорости в двух точках на разных известных расстояниях от рельса, мгновенную угловую скорость находят как отношение разности измеренных локальных скоростей к расстоянию, равному разности расстояний от этих точек до поверхности рельса, мгновенный радиус вращения находят как отношение локальной скорости движения оси колеса в направлении, параллельном рельсу, к мгновенной угловой скорости, текущий геометрический радиус колеса определяют как сумму известного расстояния от поверхности рельса до нижней точки, в которой измеряют локальную скорость, и отношения разности линейных скоростей движения оси колеса и его поверхности в нижней из двух точек к мгновенной угловой скорости, а линейную скорость проскальзывания находят как произведение разности значений радиуса вращения и геометрического радиуса колеса на мгновенную угловую скорость. Достоинством является нахождение контролируемых параметров посредством частотных измерений, что повышает помехоустойчивость.

Однако функциональные возможности этого способа ограничены, т.к. не распространяются на измерение профиля поверхности катания колес движущегося железнодорожного состава.

Задачей является расширение функциональных возможностей способа.

Задача решается тем, что в способе измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава освещают поверхность колеса лазерными лучами и измеряют параметры рассеянного света, однозначно отображающие динамические параметры колеса, одновременно измеряют локальные линейные скорости в двух точках на разных известных расстояниях от рельса. Мгновенную угловую скорость находят как отношение разности измеренных локальных скоростей к расстоянию, равному разности расстояний от этих точек до поверхности рельса. Мгновенный радиус вращения находят как отношение локальной скорости движения оси колеса в направлении, параллельном рельсу, к мгновенной угловой скорости. Текущий геометрический радиус колеса определяют, как сумму известного расстояния от поверхности рельса до нижней точки, в которой измеряют локальную скорость, и отношения разности линейных скоростей движения оси колеса и его поверхности в нижней из двух точек к мгновенной угловой скорости. Линейную скорость проскальзывания находят как произведение разности значений радиуса вращения и геометрического радиуса колеса на мгновенную угловую скорость. В свете, рассеянном поверхностью катания, измеряют и регистрируют доплеровские сдвиги частоты по всей траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания. Профиль поверхности катания получают как произведение радиуса круга катания колеса на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, нормированный на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке, соответствующей радиусу круга катания.

Структура устройства, реализующего предложенный способ, приведена на фиг.1. На фиг.2 показано положение колеса относительно рельса. На фиг.3 приведен фрагмент поверхности катания колеса, профиль которой и прокат по кругу катания измеряется.

Устройство (фиг.1) содержит:

1 - колесо;

2 - лазерный измеритель радиуса, угловой скорости и линейной скорости движения оси колеса, подключенный к компьютеру;

3 - лазерное устройство, измеряющее профиль поверхности катания, подключенное к компьютеру;

4 - рельс, по которому катится колесо;

5 - компьютер.

Положение колеса относительно рельса показано на фиг.2 со следующими обозначениями:

R - радиус колеса в плоскости среднего круга катания;

Rc - радиус гребня колеса;

r - радиус кольцевой проточки на внутренней поверхности колеса.

Измерение профиля поверхности катания поясняется фиг.3. На этой фигуре в качестве примера приведен профиль поверхности катания обода колеса [Колеса цельнокатаные. ГОСТ 9036-88]. Показан гребень и профиль поверхности катания (в разрезе). Цифрами указаны расстояния в миллиметрах. Прокат по кругу катания представляет собой разность между штатным (исходным) и измененным в процессе эксплуатации профилем поверхности катания. Прокат по кругу катания выше предельного, отмеченного на фиг.3 штриховой линией, является дефектом, при котором запрещена эксплуатация колесной пары. R обозначает радиус колеса в плоскости «среднего круга катания»; 0 - точка пересечения этой плоскости с профилем - соответствует нулю на координатной оси ξ ортогональной радиусу R=R(0); R(ξ) - радиус колеса в плоскости ξ параллельной плоскости среднего круга катания и пересекающей профиль в точке с координатой ξ.

Способ осуществляется следующим образом. Для контроля профиля на поверхность катания направляется лазерный пучок с волновым вектором k. Свет рассеивается в области пересечения лазерного пучка с поверхностью. На фиг.3 эта малая область обозначается точкой, координата которой ξ. В рассеянном световом поле выделяется пучок с волновым вектором ks. Частота рассеянного света отличается от частоты падающего пучка на величину частотного доплеровского сдвига, который определяется скалярным произведением вектора скорости на разность волновых векторов рассеянного и падающего световых пучков

где V(ξ) - скорость движения поверхности катания в точке с координатой ξ,

ωD - доплеровский сдвиг частоты, ωD=2πfD;

α - угол между направлением скорости V(ξ) и вектором ks-k.

На фиг.3 для определенности направление выделенного рассеянного пучка выбрано противоположным лазерному пучку ks=-k. В этом случае формула (1) для доплеровского сдвига частоты принимает вид

где k=2π/λ - волновое число;

λ - длина волны лазерного излучения.

С использованием лазерных доплеровских измерительных технологий, изложенных, например в [Дубнищев Ю.Н. Лазерные доплеровские измерительные технологии. Новосибирск: Издательство НГТУ, 2002, 416 с.], доплеровский частотный сдвиг ωD в рассеянном свете выделяется, измеряется и по нему, согласно (2) определяется скорость

Измерение доплеровского сдвига частоты ωD выполняется устройством 3, которое входит в состав измерительной системы, содержащей также измеритель радиуса R, угловой скорости и скорости проскальзывания 2, компьютер 5.

При движении состава происходит самосканирование точки пересечения лазерного пучка с поверхностью катания по оси ξ. В точке ξ=0, соответствующей пересечению поверхности с плоскостью среднего круга катания, для να(0) согласно (3) можно записать соотношение

где β = ω D ( 0 ) 2 k Ω R - коэффициент, связывающий измеряемую компоненту скорости с линейной скоростью V=RΩ и являющийся константой при выбранной конфигурации направлений скорости движения колеса v и лазерного пучка;

R - радиус колеса, измеренный в плоскости среднего круга катания и

Ω - угловая скорость колеса, определяемые известным способом [Способ диагностики параметров колес движущегося железнодорожного состава (П.Я. Белоусов, О.П. Белоусова, Ю.Н. Дубнищев, В.В. Сотников). Патент РФ №2418264 от 10.05.2011. Приоритет 23.12.2009] с помощью измерителя 2.

Из выражения (4) получаем

Для скорости να(ξ), измеряемой в точке имеем

где R(ξ) - радиус колеса в плоскости, параллельной плоскости среднего круга катания и смещенной от нее на Из выражения (6) получаем с учетом (5):

Согласно формуле (7) профиль поверхности катания находится как произведение радиуса круга катания колеса на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, нормированный на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке, соответствующей радиусу круга катания. Информация о профиле поверхности катания получается на основе частотных измерений, что обеспечивает повышенную помехоустойчивость, характерную для частотных измерений. Измерение линейных скоростей в точках на поверхности колеса производится с применением лазерных доплеровских измерительных технологий [Дубнищев Ю.Н. Лазерные доплеровские измерительные технологии. Новосибирск: Издательство НГТУ, 2002, 416 с]. Оптический сигнал преобразуется в электрический, фильтруется, оцифровывается, вводится в ЭВМ и обрабатывается по заданной программе.

Использование современной фотоприемной элементной базы позволяет в применении к железнодорожному транспорту осуществлять контроль профиля поверхности катания ведущих и ведомых колес на любых штатных скоростях движения грузовых и пассажирских поездов. Реализация предложенного способа на железнодорожном транспорте позволит оперативно выявлять дефектные колеса, тем самым повышая безопасность. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом, обеспечивает возможность измерения профиля поверхности катания колес движущегося железнодорожного состава посредством частотных измерений, что повышает помехоустойчивость и снижает погрешность измерений. Реализация предложенного способа позволит оперативно выявлять дефектные колесные пары, тем самым повышая безопасность железнодорожного транспорта.

Способ измерения параметров колес движущегося железнодорожного состава, заключающийся в том, что освещают поверхность колеса лазерными лучами и измеряют параметры рассеянного света, однозначно отображающие динамические параметры колеса, одновременно измеряют локальные линейные скорости в двух точках на разных известных расстояниях от рельса, мгновенную угловую скорость находят как отношение разности измеренных локальных скоростей к расстоянию, равному разности расстояний от этих точек до поверхности рельса, мгновенный радиус вращения находят как отношение локальной скорости движения оси колеса в направлении, параллельном рельсу, к мгновенной угловой скорости, текущий геометрический радиус колеса определяют как сумму известного расстояния от поверхности рельса до нижней точки, в которой измеряют локальную скорость, и отношения разности линейных скоростей движения оси колеса и его поверхности в нижней из двух точек к мгновенной угловой скорости, а линейную скорость проскальзывания находят как произведение разности значений радиуса вращения и геометрического радиуса колеса на мгновенную угловую скорость, отличающийся тем, что в свете, рассеянном поверхностью катания, измеряют и регистрируют доплеровские сдвиги частоты по всей траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, профиль поверхности катания получают как произведение радиуса круга катания колеса на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке траектории пересечения лазерного луча с поверхностью катания, нормированный на доплеровский сдвиг частоты в свете, рассеянном в точке, соответствующей радиусу круга катания.



 

Похожие патенты:

Раскрыты измерительные способ и устройство для считывания формы с помощью многожильного волокна. Изменение оптической длины выявляется в некоторых из жил многожильного волокна до некоторой точки на многожильном волокне.

Способ анализа поверхности подлежащих открыванию по меньшей мере частично закрытых отверстий конструктивного элемента после нанесения покрытия, в котором конструктивный элемент измеряют с незакрытыми отверстиями в состоянии без покрытия и генерируют модель маски с помощью измерения посредством лазерной триангуляции.

Устройство относится к измерительной технике и может быть применено для выявления повреждений внутренней поверхности длинномерных труб и определения формы их поперечного сечения.

Изобретение относится к бесконтактным методам получения больших объемов информации для создания детальных трехмерных цифровых и графических моделей, как сложно профильных изделий, так и объемных конструкций.

Система содержит световой проектор для проецирования на поверхность объекта картины структурированного света, устройство съемки изображения упомянутой картины и вычислительное устройство для определения формы объекта.

Изобретение относится к устройствам измерений с использованием бесконтактных оптических устройств на основе лазеров и триангуляционных датчиков. Устройство содержит импульсный лазер, триангуляционные датчики, один из которых является основным и управляет лазером и остальными датчиками, и устройство для обеспечения сетевого взаимодействия.

Способ для позиционирования объекта, топографию поверхности которого получают на сенсорной системе, имеющей комплект двигателей для вращения объекта вокруг оси двигателя, перпендикулярной оптической оси сенсорной системы, и для перемещения объекта в направлениях X, Y и Z, содержит этапы: определяют позицию оси двигателя относительно базовой позиции в базовой системе координат; позиционируют сенсорную систему и/или объект в желаемой позиции и получают рельефную карту области в зоне обзора сенсорной системы; рассчитывают нормаль, отображающую топографию рельефной карты области; определяют угловое расхождение между нормалью и оптической осью сенсорной системы и сопоставляют его с пороговым углом для определения того, перпендикулярна ли поверхность области оси сенсорной системы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для бесконтактного измерения профиля железнодорожных колес с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков.

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство.

Описаны способ и система формирования пространственного изображения, в общем, для металлических поверхностей с зеркальной характеристикой и, в частности, для баллистических улик, при этом используют фотометрическое стерео путем определения и решения множества систем нелинейных уравнений, содержащих диффузный член и зеркальный член, с тем, чтобы определить поле N(x, y) векторов нормалей к поверхности и использовать N(x, y) для определения пространственной топографии Z(x, y). 3 н. и 17 з. п. ф-лы,9 ил.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и может быть использовано для измерения профиля тоннелей. Согласно способу, формируют узкий световой пучок с помощью блока подсветки, направляют его на поверхность тоннеля с помощью зеркала, наклоненного к оси тоннеля и принадлежащего блоку подсветки, формируют сечение профиля тоннеля в виде последовательно подсвеченных за счет вращения указанного зеркала участков, регистрируют их изображения видеокамерой и направляют оптическую ось видеокамеры в центр кольцевой зоны изменения радиуса тоннеля с помощью зеркала, принадлежащего видеокамере. Видеокамеру с ее зеркалом вращают вокруг оси тоннеля синхронно с вращением зеркала блока подсветки. Далее сопоставляют изображения участков с участками эталонного профиля и выявляют изменения радиуса сечения профиля. Угол наклона оптической оси видеокамеры к оси тоннеля определяют по формуле где R - радиус сечения эталонного профиля тоннеля; ΔR - ширина кольцевой зоны изменения радиуса сечения профиля тоннеля; b - расстояние между зеркалом блока подсветки и зеркалом видеокамеры вдоль оси тоннеля; φ1 - угол наклона зеркала блока подсветки к оси тоннеля. Технический результат - уменьшение погрешности измерения радиуса сечения профиля. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области сенсорного управления координатными станками и может выполнять роль устройства защиты оператора и устройства автоматического отслеживания правильности исполнения программы обработки изделия. Устройство содержит инфракрасную сенсорную рамку, блок обработки информации, связанный с блоком обмена данными, выполненным с возможностью подключения к компьютеру станка, а также блок визуализации в виде цифрового проектора. При этом упомянутая рамка выполнена с прямоугольным контуром с возможностью размещения на поверхности рабочего стола станка и включает в себя линейки инфракрасных светодиодов и противолежащих им инфракрасных фотодатчиков. Изобретение позволяет создать сенсорный интерфейс разработки программ обработки изделия и управления координатным станком, а также упростить и создать более безопасные условия работы оператора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении отклонений округлости сечений крупногабаритных тел вращения. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений округлости и снижение трудоемкости измерительного процесса. Указанный технический результат достигается при измерении отклонений от круговой формы сечений корпусов цилиндрических вставок судов или подводных лодок, при котором размечают на внутренней поверхности обшивки корпуса контрольные точки в плоскости каждого контролируемого сечения и устанавливают на них отражатели, а внутри корпуса размещают измерительное устройство типа лазерного тахеометра. Сканируют контрольные точки, координаты контрольных точек передают на компьютер, который накапливает результаты замеров, затем последовательно перебазируют измерительное устройство относительно координат корпуса для дальнейшего сканирования всего массива контрольных точек сечений. Повышение точности и достоверности измерения отклонения от круговой формы корпусных конструкций обеспечивается охватом полного массива координат точек разметки без их пропусков и применением высокоточного лазерного инструмента с погрешностью измерения не более ±0,3 мм. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается, в частности, монтажа блоков остова корабля в судовом плавучем доке. Предложена система управления степенью проведения монтажа в судовом плавучем доке, которая включает в себя: узел наблюдения, включающий в себя датчик осадки, расположенный в доке и измеряющий степень изгибания днища дока, и узел фотографирования, расположенный снаружи дока и измеряющий состояние боковых стенок дока; узел измерения, который размещается в доке и измеряет состояние блоков остова корабля, смонтированных в доке, в реальном времени; узел управления степенью монтажа, который размещается в доке и управляет степенью проведения монтажа в доке, которая изменяется согласно воздействию блоков остова корабля, смонтированных в доке; и контроллер, который анализирует текущую ситуацию дока и текущую ситуацию степени монтажа на основе информации, измеренной посредством узла наблюдения и узла измерения, и управляет узлом управления степенью монтажа, чтобы управлять степенью проведения монтажа в доке согласно результату анализа. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения монтажных работ в судовом плавучем доке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области геодезического контроля резервуаров вертикальных цилиндрических стальных и может быть использовано при поверке стальных и железобетонных резервуаров вертикальных цилиндрических, предназначенных для хранения и проведения торговых операций с нефтью, нефтепродуктами и прочими жидкостями. В заявленном способе определения величины и направления отклонения наружного контура днища резервуара вертикального цилиндрического от горизонтали геодезическим методом по нижнему периметру вышеупомянутого резервуара производят сканирование по нижнему периметру внешней поверхности стенки и наружного контура днища резервуара при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 0,5 до 5 см. Определяют пространственные координаты по осям X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности резервуара в условной системе координат, далее выполняют регистрацию сканов между собой, производят обработку цифровых данных результатов наземного лазерного сканирования, производят построение цифровой точечной трехмерной (3D) модели нижнего пояса внешней боковой поверхности стенки и наружного контура днища вышеупомянутого резервуара. Моделируют проектную цифровую трехмерную (3D) модель наружного контура днища резервуара, используя их проектные значения, совмещают ее с полученной фактической цифровой векторной трехмерной (3D) моделью наружного контура днища резервуара, в автоматическом режиме определяют расхождения между фактическими и проектными значениями, получают величины отклонения от проектной формы контура днища вышеупомянутого резервуара. Технический результат - повышение точности и достоверности определения величины и направления отклонения наружного контура днища резервуара вертикального цилиндрического методом наземного лазерного сканирования. 2 ил.
Наверх