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Ing. Alessandro Pirovano TECNOGAMMA S.P.A. Service Manager ADVANCES SERVICES BUSINESS UNIT - PowerPoint PPT Presentation


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

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Presentation Transcript
Ing alessandro pirovano tecnogamma s p a service manager advances services business unit

02 Dicembre 2009

Misura senza contatto dei profili di ruote ferroviarie e determinazione del diametro a partire dalla misura del profilo trasversale su 3 sezioni

Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie

Ing. Alessandro Pirovano

TECNOGAMMA S.P.A.

Service Manager

ADVANCES SERVICES BUSINESS UNIT


Global footprint
Global Footprint

GLOBAL LOCATIONS

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


Mer mec group in numbers
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 2004-2007

Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


Argomenti trattati nella lezione argomenti 1
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


    Argomenti trattati nella lezione argomenti 2
    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


    Ambiente ferroviario ferrovia treno
    AMBIENTE FERROVIARIOFerrovia - Treno

    FERROVIA

    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


    Ambiente ferroviario carrozze carrelli assili
    AMBIENTE FERROVIARIOCarrozze – 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


    Ambiente ferroviario binario rotaia
    AMBIENTE FERROVIARIOBinario - Rotaia

    BINARIO

    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


    Ambiente ferroviario ruota ferroviaria
    AMBIENTE FERROVIARIORuota Ferroviaria

    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


    Ruota ferroviaria profilo
    RUOTA FERROVIARIA PROFILO

    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


    Ruota ferroviaria nomenclatura 1
    RUOTA FERROVIARIANOMENCLATURA - 1

    PRINCIPALI ELEMENTI DEL PROFILO DELLA RUOTA FERROVIARIA

    • Flangia o Bordino(Flange)

    • Altezza - Larghezza - Angolo

    • Schiena della Flangia (Flange –Back )

    • Superfice Di Rotolamento(Tread)

    • PuntodiRotolamento(Tread Datum)

    • Field Side (pareteverticale)

    • Diametro( Diameter )

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Ruota ferroviaria nomenclatura 2
    RUOTA FERROVIARIANOMENCLATURA - 2

    DEFINIZIONI DEGLI ELEMENTI DEL PROFILO DELLA RUOTA FERROVIARIA

    Gazzetta Europea Interoperabilità

    prEN13715

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Ruota ferroviaria diametro
    RUOTA FERROVIARIADIAMETRO

    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


    Ruota ferroviaria valori di riferimento
    RUOTA FERROVIARIA VALORI DI RIFERIMENTO

    VALORI DI RIFERIMENTO PER LE RUOTE FERROVIARIE

    • Peso : 100Kg-300Kg

    • PROFILO

      • Larghezza Pneumatico : 120-140 mm

      • Altezza Flangia : 28-32 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 : 800 - 900 mm

        • Locomotive : 850 – 1300 mm

      • Scartamento Ridotto

        • Veicoli e Locomotive : 750 mm

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Normative standard riguardanti il profilo ruote
    NORMATIVEStandard riguardanti il profilo ruote

    Diversi standard ma molti profili sono standard nazionali o adottati da gestori ferroviari

    • 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

    Profilo EP8

    Profilo 1/40

    Profilo S1002

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Normative norme fondamentali per interoperabilit
    NORMATIVE Norme fondamentali per interoperabilità

    • DIRETTIVE : CE Requisiti

    • STI Specifiche Tecniche di Interoperabilità

      E.R.AEuropeanRailwayAgency ( 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


    Normative norma en13715 wheelsets profiles
    NORMATIVENORMA 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


    Dinamica della ruota ferroviaria superfice di rotolamento e dinamica di marcia
    DINAMICA DELLA RUOTA FERROVIARIASuperfice 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


    Metodi di misura manuali metodi e limiti
    METODI DI MISURA MANUALIMetodi 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 5-10 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


    Metodi di misura automatici metodi e limiti
    METODI DI MISURA AUTOMATICIMetodi 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


    Misura delle ruote ferroviarie requisiti generali
    MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIERequisiti 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


    Misura delle ruote ferroviarie assunzioni semplificative
    MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIEAssunzioni 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


    Misura delle ruote ferroviarie ruota in avanzamento
    MISURA DELLE RUOTE FERROVIARIERuota 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


    Misura del profilo sistema di riferimento per profilo 1
    MISURA DEL PROFILOSistema 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


    Misura del profilo sistema di riferimento del profilo 2
    MISURA DEL PROFILOSistema 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


    Triangolazione ottica laser e piano laser
    TRIANGOLAZIONE OTTICALaser e Piano Laser

    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


    Triangolazione ottica telecamera 1
    TRIANGOLAZIONE OTTICATelecamera - 1

    TELECAMERA

    • 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


    Triangolazione ottica telecamera 2
    TRIANGOLAZIONE OTTICATelecamera - 2

    TELECAMERA

    • 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


    Triangolazione ottica spazio pixel
    TRIANGOLAZIONE OTTICASPAZIO PIXEL

    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


    Triangolazione ottica acquisizione pixel
    TRIANGOLAZIONE OTTICAAcquisizione 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


    Triangolazione ottica spazio pixel live e pixel
    TRIANGOLAZIONE OTTICASpazio Pixel - LIVE e PIXEL

    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


    Triangolazione ottica spazio millimetri
    TRIANGOLAZIONE OTTICASpazio 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


    Triangolazione ottica calibrazione
    TRIANGOLAZIONE OTTICACalibrazione

    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


    Triangolazione ottica da pixel a mm
    TRIANGOLAZIONE OTTICADa Pixel a MM

    r

    DA PIXEL A MM

    y

    c

    x

    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


    Misura del profilo della ruota profilo completo
    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


    Misura del profilo ruota calcolo parametri geometrici
    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

      • Continuità

      • 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


    Misura del profilo ruota calcolo parametri geometrici1
    MISURA DEL PROFILO RUOTA Calcolo Parametri Geometrici

    Flussi SW del processo software per il calcolo dei parametri di profilo

    MISURA DEL DIAMETROModello

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Misura del profilo ruota algoritmi in spazio mm 1
    MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in Spazio MM - 1

    ALGORITMI IN SPAZIO MM

    • 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


    Misura del profilo ruota algoritmi in spazio mm 2
    MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in spazio MM - 2

    ALGORITMI IN SPAZIO MM

    Acquisizione Completa con Interpolazione

    Acquisizione Completa Dopo Pulizia e Segmentazione

    Acquisizione Completa con Aree di Segmentazione

    Dettaglio Dopo Interpolazione

    Dettaglio Acquisizione Reale

    Acquisizione Completa con Punti di Riferimento

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Misura del profilo ruota algoritmi in spazio mm 3
    MISURA DEL PROFILO RUOTA Algoritmi in spazio MM - 3

    ALGORITMI IN SPAZIO MM

    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


    Misura del profilo ruota problemi tipici nel processo di acquisizione
    MISURA DEL PROFILO RUOTAProblemi tipici nel processo di acquisizione

    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


    Misura del profilo ruota contromisure
    MISURA DEL PROFILO RUOTAContromisure

    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


    Misura del diametro modello
    MISURA DEL DIAMETROModello

    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


    Misura del diametro visualizzazione del modello
    MISURA DEL DIAMETROVisualizzazione 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

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    Misura del diametro metodo dei 3 punti

    CAMERAS

    LASER

    MISURA DEL DIAMETROMetodo 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 )

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Misura del diametro acquisizione e calcolo

    Wheel flange side

    W

    Z

    Laser source

    MISURA DEL DIAMETROAcquisizione 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.

    • 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


    Misura del diametro proiezione zw
    MISURA DEL DIAMETROProiezione 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


    Misura del diametro metodi analitici
    MISURA DEL DIAMETROMetodi 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


    Calibrazione attrezzature per la calibrazione allineamento piani laser

    Back side cameras

    Front side cameras

    CALIBRAZIONEAttrezzature 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

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Calibrazione attrezzature per la calibrazione calibro xy front xy back xy central
    CALIBRAZIONEAttrezzature per la Calibrazione - Calibro XY Front , XY Back, XY Central

    Attrezzatura per Calibrazione piano XY Front – XY Back e XY Central

    Piano XY Central

    Piano XY Front – XY Back

    • 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


    Calibrazione attrezzature per la calibrazione piano zw
    CALIBRAZIONEAttrezzature 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


    Calibrazione attrezzature per la calibrazione verifica
    CALIBRAZIONEAttrezzature 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


    Variazioni rispetto al modello variazioni rispetto al modello non diametralit
    VARIAZIONI RISPETTO AL MODELLOVariazioni 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


    Variazioni rispetto al modello variazioni rispetto al modello proiezione ellittica
    VARIAZIONI RISPETTO AL MODELLOVariazioni 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


    Errori di misura fonti di errore
    ERRORI DI MISURAFonti 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


    Realizzazione schema di un sistema
    REALIZZAZIONESchema di un sistema

    SCHEMA A BLOCCHI DI UN SISTEMA DI MISURA

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Presentazione delle informazioni output testuale
    Presentazione Delle InformazioniOutput Testuale

    OUTPUT TESTUALE

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Presentazione delle informazioni output sinottico
    Presentazione Delle InformazioniOutput Sinottico

    OUTPUT SINOTTICO

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    Presentazione delle informazioni output grafico
    Presentazione Delle InformazioniOutput Grafico

    OUTPUT GRAFICO

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    Presentazione delle informazioni output trend
    Presentazione Delle InformazioniOutput Trend

    Trend

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 1a generazione mtr hong kong
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione1a generazione : MTR –Hong Kong

    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


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 1a generazione mtr hong kong1
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione1a generazione : MTR –Hong Kong

    PRESTAZIONI

    MTR - HONG KONG

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 2a generazione uk eurostar
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione2a 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


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 2a generazione siria cfs
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione2a generazione : SIRIA CFS

    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


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione 3a generazione htm ratp
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione3a generazione : HTM - RATP

    HTM - OLANDA RATP – PARIGI - FRANCIA

    • CARATTERISTICHE

    • 5 Gruppi Triangolazione per rotaia (14 Telecamere)

    • Bidirezionale

    • SPECIFICHE

    • Profilo e diametro +/- 0.25 mm

    • Velocità < 30Km/h

    Misure senza contatto di profilo e diametro di ruote ferroviarie


    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazione performances 2a e 3a generazione
    Sistemi di misura realizzati ed in fase di realizzazionePerformances 2a e 3a generazione

    Performances 2a e 3a generazione

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    Ringraziamenti finali

    GRAZIE A TUTTI PER L’ATTENZIONE

    RINGRAZIAMENTI FINALI

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    via Oberdan, 70

    70043 Monopoli (BA) Italy

    ph. +39 080 8876570

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