Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

Presentazione sul tema: "Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie"— Transcript della presentazione:

1 Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie
02 Dicembre 2009 Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie Misura senza contatto dei profili di ruote ferroviarie e determinazione del diametro a partire dalla misura del profilo trasversale su 3 sezioni Ing. Alessandro Pirovano TECNOGAMMA S.P.A. Service Manager ADVANCES SERVICES BUSINESS UNIT

2 Global Footprint GLOBAL LOCATIONS Place: Marseilles, France
MAIN OFFICE Monopoli, Italy BRANCH OFFICE Norway REP OFFICES Roma, italy Switzerland China Korea Place: Marseilles, France Activity: R&D Employees: 10 Area: 180 sqm Place: Treviso, Italy Activity: R&D, Manufacturing Employees: 65 Area: 1,500 sqm MAIN OFFICE Treviso, Italy R&D LAB Palermo, Italy REP OFFICE China MAIN OFFICE Columbia, USA REP OFFICES Chicago Brasil UK Italy Spain Unghery Poland China Taiwan Australia MAIN OFFICE Marsiglia, France Place: Columbia, USA Activity: R&D, Manufacturing Employees: 36 Area: 4,325 sqm Place: Monopoli, Italy Activity: R&D, Manufacturing Employees: 225 Area: 7,398 sqm Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

3 MER MEC Group in Numbers
DIAGNOSTICS SIGNALLING ADVANCED SERVICES IRON & STEEL INDUSTRY R & D 72 main clients in 35 countries worldwide 41 unique measuring systems in 6 distinct product families 8 Integrated diagnostic vehicles manufactured & sold worldwide 350,000 km of line measured by MER MEC Group’s customers 436 measuring systems sold worldwide 2,100 km of line equipped with SSC SCMT signaling systems SSC (1426 km) 1083 LEU 1083 Transponders 212 Transponder Tags SCMT (667 km) 100 boxes 508 LEU 3673 Eurobalise 2000 entrance in signaling market with a 4 year time to market. Measuring Services 2 Hi-Rail diagnostic vehicles with variable gauge capability 1 measuring carriage for use on standard gauge rail lines 5 market segments served (Metro, Light Rail, Ordinary Rail, High- Speed, Heavy-Haul) Integrated services for data acquisition, analysis and maintenance planning 17 main clients in 8 countries worldwide 3 industrial sectors served: “Long Products”, “Ring Rollings” and “Large Open-die Forgings” 35 Systems installed 154 people involved in R&D MUIR authorized research laboratory since 2001 15% of revenues invested annually in R&D 14 new products commercially launched between Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

4 ARGOMENTI TRATTATI NELLA LEZIONE Argomenti - 1
Introduzione all’argomento trattato Ambiente Ferroviario Ruota ferroviaria : definizione di “profilo” e “diametro” Accenni alle normative Nomenclatura Significato della misura dei parametri geometrici e del diametro Motivazioni Metodi manuali , semiautomatici, automatici Misura del profilo e del diametro senza contatto in linea Modello della ruota ed assunzioni semplificative Processo di misura della ruota in movimento Modello ed Implementazione della misura di profilo Modello ed implementazione della misura del diametro Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

5 ARGOMENTI TRATTATI NELLA LEZIONE Argomenti - 2
Limiti del modello e del metodo - correzioni Violazioni del modello nel sistema reale Correzioni e compensazioni Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 1a generazione : MTR –Hong Kong 2a generazione : EUROSTAR–LONDRA SIRIA SNCF-PARIGI 3a generazione : RATP– PARIGI HTM-OLANDA Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

6 AMBIENTE FERROVIARIO Ferrovia - Treno
Sistema di trasporto in cui si ha il movimento di ruote guidato da rotaie mediante contatto METALLO-METALLO TRENO Merci – Passeggeri - Leggeri e Tram - Metropolitane Il Treno è un sistema costituito da una sequenza di carrozze : Locomotori - carrozze passeggeri - carrozze merci di diverso tipo – carrozze di servizio ( gru – molatura - posa e manutenzione binari – misura ) Trazione Elettrica o Diesel Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

7 AMBIENTE FERROVIARIO Carrozze – Carrelli – Assili
CARROZZA Una Carrozza è fondamentalmente costituta da una carrozzeria ed un pianale sostenuto da assi singoli 2 – 4 – 6 o da più carrelli (bogie) che sono strutture meccaniche a 2-3 assili CARRELLO (BOGIE) Il carrello costituisce un modulo che include tutti gli organi di movimento e di frenatura. Si utilizza per sostenere il pianale di una carrozza Utilizzato come componente per progettazione di carrozze ASSILE Utilizzato come elemento singolo o incluso in un carrello. Sostegno delle ruote. Le ruote sono “calettate” sull’assile e l’assile ruota su boccole solidali al carrello o alla carrozza Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

8 AMBIENTE FERROVIARIO Binario - Rotaia
Il binario è costituito da due rotaie unite da “traverse” in modo da fornire la guida alle ruote dei treni. Scartamento : distanza tra i binari misurata da un punto predefinito della testa della rotaia ROTAIA Le rotaie sono di diversa tipologia e forma. All’interno della stessa tipologia variano di dimensioni e sono classificate in base al peso/metro. Elementi caratteristici della rotaia sono : Piede - Gambo - Fungo - Testa. La testa e la superficie laterale del fungo costituiscono le superfici di contatto tra ruota e rotaia. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

9 AMBIENTE FERROVIARIO Ruota Ferroviaria
Elemento meccanico di forma circolare in acciaio Monoblocco Cerchione Elemento di interfaccia tra la carrozza e le rotaie Trazione contatto ruota rotaia Guida bordino assile forma della superficie di contatto Può includere parti di altri impianti ed elementi legati alla trazione Freni o dischi Sabbiere Calettata su asse Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

10 RUOTA FERROVIARIA PROFILO
Il profilo della ruota si può definire come la curva perimetrale di una sezione trasversale diametrale della ruota Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

11 RUOTA FERROVIARIA NOMENCLATURA - 1
PRINCIPALI ELEMENTI DEL PROFILO DELLA RUOTA FERROVIARIA Flangia o Bordino (Flange) Altezza - Larghezza - Angolo Schiena della Flangia (Flange – Back ) Superfice Di Rotolamento (Tread) Punto di Rotolamento (Tread Datum) Field Side (parete verticale) Diametro ( Diameter ) Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

12 RUOTA FERROVIARIA NOMENCLATURA - 2
DEFINIZIONI DEGLI ELEMENTI DEL PROFILO DELLA RUOTA FERROVIARIA Gazzetta Europea Interoperabilità prEN13715 Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

13 RUOTA FERROVIARIA DIAMETRO
Il punto sul profilo a distanza convenzionale dalla schiena della flangia viene detto “PUNTO DI ROTOLAMENTO NOMINALE” (Tread Datum) Per diametro della ruota si intende il diametro sul punto di rotolamento nominale: Il diametro della “circonferenza” intersezione con un piano perpendicolare all’asse a distanza convenzionale dalla schiena della flangia. Solitamente la distanza convenzionale è 70mm ma sono possibili valori diversi ( ruote per binari a scartamento ridotto ) Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

14 RUOTA FERROVIARIA VALORI DI RIFERIMENTO
VALORI DI RIFERIMENTO PER LE RUOTE FERROVIARIE Peso : 100Kg-300Kg PROFILO Larghezza Pneumatico : mm Altezza Flangia : mm Larghezza Flangia: 28 – 32 mm Inclinazione Flangia : 65-70° Conicità nell’intorno circonferenza di rotolamento : Linee convenzionali 1:10-1:20 Alta Velocità 1:40-1:50 DIAMETRO Per Scartamenti Standard : Veicoli Trainati : mm Locomotive : 850 – 1300 mm Scartamento Ridotto Veicoli e Locomotive : 750 mm Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

15 NORMATIVE Standard riguardanti il profilo ruote
Diversi standard ma molti profili sono standard nazionali o adottati da gestori ferroviari Profilo EP8 Profilo S1002 Profilo 1/40 AAR : USA Prima di CE : UIC ( Union Internationale des Chamines de Ferre ) Profili derivanti da studi di ottimizzazione dei singoli gestori ferroviari COMUNITA’ EUROPEA : Norme fondamentali per interoperabilità Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

16 NORMATIVE Norme fondamentali per interoperabilità
DIRETTIVE : CE Requisiti STI Specifiche Tecniche di Interoperabilità E.R.A European Railway Agency ( Agenzia Ferroviaria Europea ) con supporto di enti. UNIFER – UIC-CER EIM –UTP : Enti Privati formati da gestori ferroviari ed industrie ferroviarie Deroghe speciali temporanee e/o permanenti valutate specificamente da commissioni Consentono una migrazione progressiva dallo stato attuale alla piena interoperabilità con passaggi intermedi Le STI richiamano ( facendole diventare obbligatorie ) pubblicazioni di Altri Enti pubblicamente disponibili ( FICHES UIC, rapporti ORE/ERRI o nome EN). NORME ISO – IEC : Internazionale CEN – CENELEC ( Parte Elettrica ) - ETSI (telecom) : Europeo COMITATI TECNICI - CEN TC256 CENELEC/TC ITALIA : UNI – UNIFER - CEI : Nazionale FRANCIA : BNF : Nazionale GERMANIA SFS : Nazionale Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

17 NORMATIVE NORMA EN13715 Wheelsets profiles
INTRODUZIONE DELLA NORMA EN13715 Wheelsets Profiles This document defines the tread profiles of wheels with diameter greater or equal to 330 mm used on vehicles running on European standard gauge track to fulfill interoperability requirements. These profiles apply to new wheels, whether free standing or assembled as wheelsets, as well as to wheels that require reprofiling during maintenance. Any profile that does not conform to this standard may only be used following agreement between the train operator and the infrastructure manager. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

18 CONICITA’ DELLA SUPERFICE DI ROTOLAMENTO DEL PROFILO
DINAMICA DELLA RUOTA FERROVIARIA Superfice di rotolamento e Dinamica di Marcia CONICITA’ DELLA SUPERFICE DI ROTOLAMENTO DEL PROFILO Conicità nell’intorno della circonferenza di rotolamento : Linee convenzionali 1:10-1:20 Alta Velocità 1:40-1:50 Serve per favorire il movimento in curva evitando lo slittamento.. Vi sono diversi modelli cinematici per descrivere il moto degli assili. Il movimento risulta oscillatorio limitato da flangia e conicità. Il modello di Kingel dà una lunghezza d’onda: Il moto più realmente è a zigzag con lunghezza d’onda inferiore Conicità inferiori riducono l’effetto dando onde più lunghe ed accelerazioni laterali inferiori. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

19 METODI DI MISURA MANUALI Metodi e Limiti
Metodi Misura Manuali Con “gauges” del tipo GO - NO GO Con attrezzatura costruita ad hoc Con strumentazione elettronica a contatto Limiti dei Metodi di Misura Manuali Treno Fermo accessibile in sicurezza, alzato almeno 2 persone circa minuti a ruota Strumenti GO/NO GO non danno indicazioni quantitative Misura manuale affetta da fattore umano Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

20 METODI DI MISURA AUTOMATICI Metodi e Limiti
Metodi Misura Automatici Misura su tornio con ruote montate sul treno o carrelli smontati La misura su tornio è precisa, automatica e non affetta da fattore umano ( 0,2-0,05 mm ) di solito a contatto. Limiti dei Metodi Misura Automatici Implica avere un tornio, investimento di “milioni” di euro tra macchina spazio e personale. Il treno od il carrello va portato sopra il tornio alla “cieca” ad intervalli di tempo regolari od intervalli chilometrici regolari Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

21 MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIE Requisiti Generali
RICHIESTE GENERALI DEL SISTEMA DI MISURA DI RUOTE FERROVIARIE Si desidera misurare la ruota: Automaticamente e senza intervento umano montata sul “treno” durante il suo movimento normale di avanzamento lungo la rotaia. 7/7 giorni 24/24 ore Si considera una massima velocità di avanzamento inferiore a 30Km/h Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

22 MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIE Assunzioni Semplificative
RUOTA IDEALE La ruota ferroviaria è un solido di rotazione con asse generatore corrispondente all’asse dell’ assile. Con profilo si intende la parte del profilo interessante per l’interazione ruota-rotaia: schiena della flangia flangia rotolamento lato campo Siamo interessati alla misura del diametro della ruota come sopra definito : “circonferenza” data dall’intersezione del solido “ruota” con un piano ortogonale all’asse generatore passante per un punto dell’asse a distanza convenzionale dalla schiena della flangia. GEOMETRIA FISSA Durante il moto l’asse generatore appartiene ad un piano e risulta sempre parallelo a sé stesso nel suddetto piano; Il piano si considera parallelo al piano individuato dalle 2 rotaie Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

23 MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIE Ruota in Avanzamento
SISTEMA DI RIFERIMENTO Il sistema Ruota in avanzamento si descrive in uno spazio 3D cartesiano ortonormale ZWT di origine arbitraria dove W e Z definiscono un piano ortogonale all’asse generatore e T è parallelo all’asse generatore. L’asse Z si considera parallelo alla direzione di avanzamento con verso positivo uguale al verso di avanzamento. MISURA DURANTE IL MOTO La misura durante il movimento della ruota avviene considerando le posizione istantanea della ruota ad istanti tn con n=0..N. Cioè consideriamo la possibilità di effettuare misure con la ruota in posizione variabile lungo Z in un certo intervallo. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

24 MISURA DEL PROFILO Sistema di riferimento per profilo - 1
SISTEMA DI RIFERIMENTO PER IL PROFILO La misura del profilo considera un piano cartesiano Ortonormale a 2 dimensioni XY di origine arbitraria ma fissa nel sistema ZWT. Il profilo risulta quindi una curva nel piano XY. La curva non è una relazione funzionale; la curva è descritta da una mappa X->Y, una sequenza di coordinate (x,y) nel piano XY e non ha una espressione chiusa. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

25 MISURA DEL PROFILO Sistema di riferimento del profilo - 2
SISTEMA DI RIFERIMENTO PER IL PROFILO Il profilo è quindi una curva in un sistema di riferimento cartesiano ortonormale XY. Una volta determinata la relazione lineare tra l’unità sugli assi del sistema XY e l’unità nel sistema metrico ( una semplice proporzione ) risultano possibili tutte le misure metriche “relative” tra punti del sistema di riferimento e quindi della curva. I passi da esplicitare nelle prossime tavole sono : Generazione del piano XY Relazione tra piano XY e spazio metrico Acquisizione dei punti della curva Algoritmi per l’individuazione dei punti notevoli Determinazione delle misure Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

26 TRIANGOLAZIONE OTTICA Laser e Piano Laser
La miglior approssimazione di una porzione di piano attualmente disponibile è costituita da una sorgente laser opportunamente manipolata otticamente : Focalizzazione del fascio Lente cilindrica generatrice di “piano laser” Il “triangolo” Laser si fa coincidere con la porzione del piano XY che include l’intersezione interessante con il solido “ruota”. LIMITI DEL PIANO LASER Spessore del piano “finito” (0,5mm) Profondità di campo di messa a fuoco ( divergenza trasversale ) Apertura Angolare e distribuzione di energia Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

27 TRIANGOLAZIONE OTTICA Telecamera - 1
La cattura del profilo e la sua trasformazione in sequenza di “coordinate” avviene mediante il CCD di una telecamera La telecamera esegue una trasformazione tra un sistema 3D in un sistema 2D coincidente con il suo sensore: c’è perdita di informazione! Lo “spazio di visione” del sensore, opportunamente dimensionato mediante il “gruppo ottico” si può assimilare ad un tronco di piramide di cui il sensore costituisce la base minore. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

28 TRIANGOLAZIONE OTTICA Telecamera - 2
Ipotesi : gli unici punti sorgente di luce riflessa/diffusa nello spazio di visione appartengono al piano laser”. Per poter conservare l’informazione 3D di nostro interesse è necessario che l’asse del campo ottico formi un angolo con il piano laser 0< θ < 90°. La telecamera viene posizionata in modo che l’intersezione dello “spazio di visione” con il “piano laser” contenga l’intersezione tra il “piano laser” e la “ruota”. Gli unici punti “sorgente di luce” nello spazio di visione sono quelli di intersezione tra “piano laser” e “ruota” Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

29 TRIANGOLAZIONE OTTICA SPAZIO PIXEL
L’intersezione tra piramide di visione e piano laser è un quadrilatero Il sensore campiona i punti del quadrilatero in modo non uniforme e trasforma i punti del piano intersezione nei punti del piano sensore. Il sistema di riferimento ortogonale discreto, coplanare con il CCD, con origine nel pixel fisico 0,0 ed assi paralleli ai lati del CCD si definisce <Spazio Pixel>. Il CCD esegue la trasformazione tra una porzione di sistema di riferimento reale XY e il sistema Spazio Pixel : La trasformazione è discreta non lineare e non esprimibile in forma chiusa. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

30 TRIANGOLAZIONE OTTICA Acquisizione Pixel
ACQUISIZIONE DEI PUNTI DELL PROFILO <LIVE> è la visualizzazione dello spazio pixel completo Un <pixel> è definito l’estrazione dal LIVE dei “punti” di intersezione tra fascio laser e ruota Un punto intersezione è in realtà una fascia di una certa larghezza di pixel la cui intensità supera un valore di <trigger> Mediana : punto medio della larghezza in Pixel COG : media pesata secondo un modello a distribuzione gaussiana dell’intensità Gli algoritmi sono implementati in FPGA e risultano in sequenze di 1024 punti con relazione funzionale : per ogni valore di riga viene associato un unico valore di colonna. Trasmissione di <pixel> di 4 telecamere fino a circa 500frames/s ALGORITMO ALTERNATIVO PER ESTRAZIONE PUNTI DAL LIVE Punto medio della retta ortogonale ai contorni della traccia ma attualmente non disponibile per implementazione in FPGA Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

31 TRIANGOLAZIONE OTTICA Spazio Pixel - LIVE e PIXEL
Solo i punti del profilo estratti da algoritmi implementati in FPGA : 1024 valori LIVE Tutti i punti del frame della telecamera : 1024x1024 valori Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

32 TRIANGOLAZIONE OTTICA Spazio Millimetri
Spazio mm Lo spazio MM ( Millimetri ) è una porzione del sistema di riferimento XY, e contiene l’intersezione tra piramide del CCD e Piano Laser che è un quadrangolo irregolare. L’origine del CCD corrisponderà ad un punto nello sistema ZWT ed XY. Il profilo sarà una mappa tra X ed Y, cioè un insieme di coppie di numeri reali dati dalla relazione inversa Ts-1 Il nucleo fondamentale è la determinazione di Tmm(r,c) che definiamo come conversione Pixel-Millimetri Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

33 TRIANGOLAZIONE OTTICA Calibrazione
Come si determina Tmm(r,c) ? Con la CALIBRAZIONE Si determina sperimentalmente la mappa di alcuni punti “noti” di XY nel piano pixel. Si determinano cioè alcuni elementi di Ts(x,y) con x,y noti. Si può poi calcolare una approssimazione Tpmm(r,c) di Tmm(r,c) in forma esplicita e quindi calcolabile o si procede per interpolazione. Piano di calibrazione e 2 barre posizionate sequenzialmente in specifiche posizioni lungo X ed Y. Telecamera acquisisce il laser incidente sulle aste mobili nelle varie posizioni Si forma la griglia nel piano PIXEL e si estraggono gli incroci corrispondenti ai punti noti nel piano XY L’origine del piano XY nello spazio WZT è completamente arbitraria. 33 Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

34 TRIANGOLAZIONE OTTICA Da Pixel a MM
y Le prestazioni dipendono dalla precisione degli (x,y) noti , dalla loro numerosità e dall’algoritmo di trasformazione inversa utilizzato. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

35 MISURA DEL PROFILO DELLA RUOTA Profilo Completo
PROFILO COMPETO Per un profilo completo della ruota occorrono 2 gruppi di triangolazione ottica Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

36 MISURA DEL PROFILO RUOTA Calcolo Parametri Geometrici
CALCOLO DEI PARAMETRI GEOMETRICI SPAZIO PIXEL Algoritmi di Pulizia Elementare e Riconoscimento Elementare Continuità Relazione Funzionale nello spazio Pixel SPAZIO MM Algoritmi di pulizia Località delle tracce di profilo Elementi caratteristici Algoritmi di riconoscimento grossolano di punti notevoli ed elementi geometrici notevoli Punti estremi, punti in regioni definite, rette in regioni definite Sezionamento in regioni caratterizzate da relazione funzionale y=f(x) o x=g(y) Interpolazione polinomiale a settori Valutazione Fine dei punti di riferimento e Calcolo sulle curve interpolate Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

37 MISURA DEL PROFILO RUOTA Calcolo Parametri Geometrici
Flussi SW del processo software per il calcolo dei parametri di profilo MISURA DEL DIAMETRO Modello Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

38 MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in Spazio MM - 1
Ricerca Rette Ricerca Punti di Riferimento con algoritmi euristici Segmentazione Interpolazione Parabolica della Punta della flangia ( formula chiusa ) Approssimazione lineare del piano di rotolamento Utilizzo del semiprofilo migliore Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

39 MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in spazio MM - 2
Acquisizione Completa con Interpolazione Acquisizione Completa Dopo Pulizia e Segmentazione Acquisizione Completa con Aree di Segmentazione Dettaglio Acquisizione Reale Dettaglio Dopo Interpolazione Acquisizione Completa con Punti di Riferimento Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

40 MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in spazio MM - 3
Pixel Trigger Alto e Basso MM Trigger Alto e Basso Interpolazione Polinomiale a segmenti Sovrapposizione e Segmentazione Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

41 MISURA DEL PROFILO RUOTA Problemi tipici nel processo di acquisizione
Laser Largo Profondità di campo di Laser e Telecamera Distribuzione di Energia del fascio molto variabile Rapporto S/N basso Riflessi Ostacoli Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

42 MISURA DEL PROFILO RUOTA Contromisure
Trigger Multipli Scansione Righe CCD monodirezionale o alternata COG Ridondanza di sistemi di triangolazione Visione dell’illuminatore contrapposto ( piani perfettamente allineati ) Localizzazione e Finestratura Continuità Algoritmi tipo “Sale e Pepe” Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

43 MISURA DEL DIAMETRO Modello
MODELLO PER IL CALCOLO DEL DIAMETRO DELLA RUOTA Diametro della “circonferenza” intersezione della ruota con un piano perpendicolare all’asse generatore a distanza nota da una delle basi della ruota. Si deve quindi determinare una circonferenza in un piano ortogonale all’asse generatore. Consideriamo il piano definito da WZ sopra introdotto. Questo piano è parallelo al piano che definisce la circonferenza di rotolamento quindi la proiezione su tale piano dei punti del profilo della ruota da origine ad un insieme di circonferenze inclusa quella che ci interessa. Da nozioni di geometria di base è noto che una circonferenza è univocamente determinata da 3 punti. Il modello quindi si basa sulla determinazione di 3 punti della circonferenza nel piano WZ e l’applicazione di un metodo di determinazione analitica del DIAMETRO della stessa. Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

44 MISURA DEL DIAMETRO Visualizzazione del Modello
MODELLO PER IL CALCOLO DEL DIAMETRO DELLA RUOTA Diametro misurato sulla proiezione nel piano ZW Metodo 3 punti Asse Ruota Ortogonale a piano ZW Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

45 MISURA DEL DIAMETRO Metodo dei 3 punti
DETERMINAZIONE DEI 3 PUNTI 5 Gruppi di Triangolazione opportunamente piazzati consentono di ottenere i 3 punti sulla circonferenza esterna della ruota ( Flange Tip ) LASER CAMERAS Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

46 MISURA DEL DIAMETRO Acquisizione e Calcolo
PROCESSO DI ACQUISIZIONE E CALCOLO 5 Gruppi di triangolazione divisi in 3 blocchi Front ( 2 gruppi) – Center ( 1 gruppo) - Back ( 2 gruppi ) con riferimento al verso di avanzamento convenzionale Front e Back : 2 profili completi + 2 punti per il calcolo del diametro simmetrici Center : Vede la spalla della flangia e consente di determinare il 3° punto sulla flangia. Z W Laser source Wheel flange side Acquisizione Sincrona per tutto il tempo in cui la ruota è in campo di visione dei 5 gruppi di triangolazione Sequenza di N>=5 quintuple di frames Per ogni quintupla è possibile valutare parametri di profilo e diametro Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

47 MISURA DEL DIAMETRO Proiezione ZW
PROIEZIONE SU ZW Sono le coordinate in ZW di un punto generico in XY rispettivamente Front Center e Back Sono le coordinate in XY dei medesimi punti La trasformazione dipende dalla corretta valutazione dei parametri geometrici. CALIBRAZIONE ZW Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

48 MISURA DEL DIAMETRO Metodi Analitici
METODO ANALITICO PER LA VALUTAZIONE DEL DIAMETRO DA 3 PUNTI Imposizione Passaggio per 3 Punti Valutazione Centro come intersezione assi delle 2 corde e passaggio per 1 punto CENTRO RAGGIO Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

49 Attrezzatura per Allineamento Piani Laser XY Front – XY Back - Central
CALIBRAZIONE Attrezzature per la Calibrazione – Allineamento Piani Laser Attrezzatura per Allineamento Piani Laser XY Front – XY Back - Central I fasci laser sono allineati per mezzo di una struttura speciale con delle linee di riferimento su cui visivamente si fanno coincidere le linee laser Il riferimento geometrico sono le casse con opportuni elementi di riscontro per il posizionamento del calibro Al termine i fasci laser giacciono sullo stesso piano Front side cameras Back side cameras Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

50 Attrezzatura per Calibrazione piano XY Front – XY Back e XY Central
CALIBRAZIONE Attrezzature per la Calibrazione - Calibro XY Front , XY Back, XY Central Attrezzatura per Calibrazione piano XY Front – XY Back e XY Central Piano XY Front – XY Back Piano XY Central Un’asta viene posizionata sequenzialmente per formare una griglia di rette nello spazio mm le cui intersezioni sono a distanze note. Nello spazio pixel si determinano gli incroci delle curve acquisite e si associano agli incroci dello spazio mm. Si ha così una mappa parziale tra Spazio Pixel e Millimetri sufficiente ad alimentare gli algoritmi ci calibrazione o di trasformazione Il Piano della Griglia deve essere parallelo al piano laser e la sua forma risente degli ingombri meccanici e del campo di visione Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

51 CALIBRAZIONE Attrezzature per la Calibrazione – Piano ZW
Attrezzatura per Calibrazione ZW Calibrazione ZW Si acquisicono le tracce di un calibro speciale. Mediante una elaborazione semiautomatica si ricavano i parametri di proiezione XY -> ZW Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

52 CALIBRAZIONE Attrezzature per la Calibrazione – Verifica
Attrezzatura per la Verifica della Calibrazione Si utilizza una struttura con tre sagome di profilo geometrico squadrato e di dimensioni certificate Le sagome sono posizionate in corrispondenza dei 3 fasci laser nei punti di passaggio della circonferenza nominale. Un’evoluzione porta a costruire le sagome con la faccia interessata dal fascio laser con raggio di curvatura pari alla circonferenza nominale Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

53 Non Diametralità dei Piani
VARIAZIONI RISPETTO AL MODELLO Variazioni rispetto al modello – Non Diametralità Non Diametralità dei Piani Correzione Radiale Resta Fisso il Punto minimo della flangia Per ogni punto generico P1 del piano XY è possibile determinare il suo compensato Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

54 Imbardata (Jaw) : circolo di rotolamento ruotato rispetto asse W
VARIAZIONI RISPETTO AL MODELLO Variazioni rispetto al modello – Proiezione Ellittica SCOMPOSIZIONE DELLA POSIZIONE DELLA RUOTA SECONDO ROTAZIONI RISPETTO AGLI ASSI ZWT Imbardata (Jaw) : circolo di rotolamento ruotato rispetto asse W Campanatura (Roll) : Circolo di rotolamento ruotato rispetto asse Z L’effetto finale è una proiezione reale ellittica sul piano WZ e la valutazione di una circonferenza generalmente maggiore. L’entità della distorsione dipende dalle funzioni trigonometriche sen() dell’angolo di rotazione che per angoli piccoli sono piccole e di difficile compensazione Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

55 ERRORI DI MISURA Fonti di errore
Gli Errori di misura dipendono essenzialmente da : Meccanica ed Ambiente Tolleranze di lavorazione Range Di temperatura Installazione Non aderenza al Modello Imbardata e Campanatura Processo di acquisizione Piano Laser Calibrazione e valutazione dei parametri geometrici Estrazione Profilo Processo di Elaborazione Interpolazione Determinazione Punti Di Riferimento Valutazione Indiretta delle grandezze Somme e Differenze Applicazione di formule chiuse VALUTAZIONE ANALITICA ESTREMAMENTE DIFFICILE E PRATICAMENTE NON SIGNIFICATIVA SIMULAZIONI ED ORDINI DI GRANDEZZA NOTEVOLE ATTIVITA’ SPERIMENTALE Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

56 REALIZZAZIONE Schema di un sistema
SCHEMA A BLOCCHI DI UN SISTEMA DI MISURA Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

57 Presentazione Delle Informazioni Output Testuale
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58 Presentazione Delle Informazioni Output Sinottico
Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

59 Presentazione Delle Informazioni Output Grafico
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60 Presentazione Delle Informazioni Output Trend
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61 Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 1a generazione : MTR –Hong Kong
CARATTERISTICHE 3 Gruppi Triangolazione per rotaia Monodirezionale Profilo Completo Front Semiprofilo Back per Punto di Rotolamento Punto centrale tangente a rotaia SPECIFICHE Profilo e diametro +/- 1mm Velocità < 10Km/h Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

62 Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 1a generazione : MTR –Hong Kong
PRESTAZIONI WPMS measurement data ( 10 Nov 09 ) V.S. Wheel Lathe and Miniprof Data post-measurement (06 Nov 09) 4 Passages Train No. Coach No. Wheel No. Wheel Diameter (Wheel Lathe) Wheel Diameter Deviation min Wheel Diameter Deviation max Wheel Diameter Span Flange Thickness (MiniPro) Flange Thikcness (Difference) min Flange Thikcness (Difference) max Flange Thikcness span Flange Height (MiniPro) Flange Height (Difference) min Flange Height (Difference) max Flange Height span T5 D510 1A 805,43 -0,05 -0,30 0,25 28,983 0,363 0,253 0,110 31,297 -0,063 -0,163 0,100 1B 805,24 0,14 0,04 0,10 29,075 0,315 -0,015 0,330 31,219 0,169 0,099 0,070 2A 805,33 -0,22 -0,43 0,21 29,053 0,223 0,103 0,120 31,200 -0,130 -0,200 2B 805,19 -0,01 -0,16 0,15 29,153 0,233 -0,177 0,410 31,298 0,118 0,098 0,020 3A 805,55 -0,27 -0,37 29,012 0,282 0,182 31,246 -0,104 -0,144 0,040 3B 805,54 0,06 -0,03 0,09 29,219 0,309 -0,121 0,430 31,291 0,171 0,091 0,080 4A 805,01 -0,21 -0,26 0,05 28,978 0,238 0,208 0,030 31,259 -0,111 0,010 4B 805,17 0,26 29,162 0,232 -0,178 31,284 0,164 0,124 Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

63 Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 2a generazione : UK Eurostar
UK - LONDRA - EUROSTAR CARATTERISTICHE 5 Gruppi Triangolazione per rotaia Bidirezionale SPECIFICHE Profilo e diametro +/- 0.1mm Velocità < 20Km/h Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

64 Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 2a generazione : SIRIA CFS
CARATTERISTICHE 5 Gruppi Triangolazione per rotaia Bidirezionale SPECIFICHE Profilo e diametro +/- 0.3mm Velocità < 20Km/h Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

65 HTM - OLANDA RATP – PARIGI - FRANCIA
Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 3a generazione : HTM - RATP HTM - OLANDA RATP – PARIGI - FRANCIA CARATTERISTICHE 5 Gruppi Triangolazione per rotaia (14 Telecamere) Bidirezionale SPECIFICHE Profilo e diametro +/ mm Velocità < 30Km/h Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

66 Performances 2a e 3a generazione
Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione Performances 2a e 3a generazione Performances 2a e 3a generazione Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

67 RINGRAZIAMENTI FINALI
GRAZIE A TUTTI PER L’ATTENZIONE Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

68 www.mermecgroup.com via Oberdan, 70 70043 Monopoli (BA) Italy
ph fax Technical Center 220 Outlet Pointe Blvd. Columbia, SC 29210, USA ph fax Technopôle de Château-Gombert Les Baronnies - Bat. A rue Paul Langevin 13013 Marseille (France) ph. +33 (0) fax +33 (0) vicolo Ongarie, 13 31050 Morgano (TV), Italy ph fax Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie