DE102021206827A1 - Method and arrangement for monitoring wheel-rail contact in a rail vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung eines Rad-Schiene-Kontakts bei einem Schienenfahrzeug. Am Schienenfahrzeug wird eine Kamera zur optischen Überwachung eines Kontaktbereichs, in dem ein Rad des Schienenfahrzeugs eine vom Schienenfahrzeug befahrene Schiene berührt, dazu verwendet, um hochauflösende Kamerabilder anzufertigen, die sowohl das Rad als auch die Schiene im Kontaktbereich zeigen. Die angefertigten Bilder werden mit vorliegenden zugehörigen Referenzbildern verglichen, die sowohl Rad als auch Schiene in einem jeweils unbeschädigten Zustand zeigen. Anhand des Vergleichs werden Abweichungen zwischen den angefertigten Bildern und den zugehörigen Referenzbildern automatisiert detektiert. Eine Abweichung wird als Schaden an Rad und/oder an der Schiene erkannt und eingestuft, wenn die zugehörige Abweichung ein vorgegebenes Ausmaß überschreitet.The invention relates to a method and an arrangement for monitoring wheel-rail contact in a rail vehicle. On the rail vehicle, a camera is used to optically monitor a contact area in which a wheel of the rail vehicle touches a rail on which the rail vehicle travels, in order to produce high-resolution camera images that show both the wheel and the rail in the contact area. The images produced are compared with available, associated reference images, which show both the wheel and the rail in an undamaged condition. Based on the comparison, deviations between the images produced and the associated reference images are automatically detected. A deviation is recognized and classified as damage to the wheel and/or the rail if the associated deviation exceeds a specified extent.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung eines Rad-Schiene-Kontakts bei einem Schienenfahrzeug.The invention relates to a method and an arrangement for monitoring wheel-rail contact in a rail vehicle.
Bei einem Schienenfahrzeug kommt dem als Rad-Schiene-Kontakt bezeichneten Kontakt zwischen der Lauffläche des Rads bzw. der Radscheibe und der vom Schienenfahrzeug befahrenen Schiene eine besondere Bedeutung zu.In a rail vehicle, the wheel-rail contact between the running surface of the wheel or the wheel disc and the rail on which the rail vehicle travels is of particular importance.
Dieser Kontakt ist beim Schienenfahrzeug maßgeblich für den erfolgreichen Einsatz einer Spurkranzschmieranlage, einer Besandungsanlage, einer Neigetechnik bei Bogenfahrt, etc.In the case of rail vehicles, this contact is decisive for the successful use of a wheel flange lubrication system, a sanding system, tilting technology when driving in curves, etc.
Der Rad-Schiene-Kontakt bestimmt damit unmittelbar den sicheren Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs.The wheel-rail contact thus directly determines the safe operation of the rail vehicle.
Es ist bekannt, dass sich der Rad-Schiene-Kontakt durch unvermeidbaren Verschleiß der Komponenten des betriebenen Schienenfahrzeugs ändert, so dass das Laufverhalten des Schienenfahrzeugs verschlechtert und damit der erfolgreiche Einsatz der oben genannten Technologien reduziert bzw. gänzlich verhindert wird.It is known that the wheel-rail contact changes due to unavoidable wear of the components of the rail vehicle in operation, so that the running behavior of the rail vehicle deteriorates and the successful use of the above-mentioned technologies is reduced or prevented entirely.
Ursachen für diese Verschlechterung sind beispielsweise Rissbildungen in Rad und Schiene, Rad-Unrundheiten, die beispielsweise durch Schlupf oder Gleiten des Rads auf der Schiene entstehen oder Materialermüdungen bzw. OberflächenBeschädigungen, die als „Ausbröckelungen“ bezeichnet werden und an Rad bzw. Schiene auftreten, etc.Causes for this deterioration are, for example, crack formations in the wheel and rail, wheel out-of-roundness caused, for example, by the wheel slipping or sliding on the rail, or material fatigue or surface damage, which is referred to as "splintering" and occurs on the wheel or rail, etc .
Diese Verschlechterungen haben unmittelbaren Einfluss auf den sicheren Betrieb des Schienenfahrzeugs und auf vorzunehmende Wartungsarbeiten am Rad des Schienenfahrzeugs bzw. an der Schiene.These deteriorations have a direct impact on the safe operation of the rail vehicle and on maintenance work to be carried out on the wheel of the rail vehicle or on the rail.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Betrieb des Schienenfahrzeugs den Rad-Schiene-Kontakt zu überwachen, um nachfolgend durch den Einsatz geeigneter Maßnahmen den sicheren Betrieb des Schienenfahrzeugs aufwandsarmen zu gewährleisten.It is therefore the object of the present invention to monitor the wheel-rail contact during operation of the rail vehicle in order to subsequently ensure the safe operation of the rail vehicle with little effort through the use of suitable measures.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is solved by the features of the independent patent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung eines Rad-Schiene-Kontakts bei einem Schienenfahrzeug.The present invention relates to a method and an arrangement for monitoring wheel-rail contact in a rail vehicle.
Am Schienenfahrzeug ist eine hochauflösende Kamera angeordnet, die auf einen Bereich ausgerichtet ist, in dem ein Rad des Schienenfahrzeugs eine vom Schienenfahrzeug befahrene Schiene kontaktiert.A high-resolution camera is arranged on the rail vehicle and is aimed at an area in which a wheel of the rail vehicle is in contact with a rail on which the rail vehicle is traveling.
Durch die Kamera werden hochauflösende Kamerabilder angefertigt, die in diesem Kontaktbereich sowohl das Rad als auch die Schiene zeigen.The camera produces high-resolution camera images that show both the wheel and the rail in this contact area.
Die angefertigten Bilder werden mit vorliegenden Referenzbildern bzw. Normbildern, die Rad und Schiene in einem Idealzustand bzw. in einem unbeschädigten Zustand zeigen, verglichen.The images produced are compared with existing reference images or standard images that show the wheel and rail in an ideal state or in an undamaged state.
Mit Hilfe des Vergleichs werden Abweichungen zwischen den aktuell angefertigten Bildern und den Referenzbildern erkannt. Überschreiten die Abweichungen ein vorgegebenes Ausmaß bzw. eine vorgegebene Schwelle, wird die erkannte Abweichung als Schaden an Rad und/oder Schiene eingestuft.With the help of the comparison, deviations between the currently produced images and the reference images are recognized. If the deviations exceed a predetermined extent or a predetermined threshold, the detected deviation is classified as damage to the wheel and/or rail.
Als Schäden werden insbesondere Beschädigungen, Unebenheiten, Risse (auch in einem Frühstadium) oder andere Veränderungen am Rad bzw. an der Schiene erkannt bzw. detektiert.In particular, damage, unevenness, cracks (even at an early stage) or other changes to the wheel or rail are recognized or detected as damage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei einem erkannten Schaden am Rad und/oder Schiene für den Schienenfahrzeugführer und/oder für eine landseitige Kontrollstelle eine zugehörige Warnmeldung generiert.In an advantageous development, when damage is detected on the wheel and/or rail, an associated warning message is generated for the rail vehicle driver and/or for a landside control point.
Dies ermöglicht eine zeitnahe Anwendung bzw. Durchführung einer Gegenmaßnahme, um dem Schaden effektiv zu begegnen - beispielsweise kommt als Gegenmaßnahme eine Notbremsung, eine Schnellbremsung, eine Aktivierung einer Spurkranzschmierung, einer Besandungsanlage, etc., in Betracht.This enables a timely application or implementation of a countermeasure in order to counteract the damage effectively - for example, emergency braking, emergency braking, activation of wheel flange lubrication, a sanding system, etc., can be considered as countermeasures.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die angefertigten Bilder digitalisiert, um den Vergleich mit den ebenfalls in digitaler Form vorliegenden Referenzbildern durchzuführen.In an advantageous development, the images produced are digitized in order to carry out the comparison with the reference images, which are also available in digital form.
Die beschriebene digitale Ausgestaltung erlaubt den Einsatz von an sich bekannten, digitalen Methoden der Bildverarbeitung beim Vergleich der digitalen Kamerabilder und bei der vorzunehmenden Schadenserkennung samt Schadens-Einstufung.The digital configuration described allows the use of digital image processing methods known per se when comparing the digital camera images and when identifying damage to be carried out, including classifying the damage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Kamerabilder als Information an eine Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs übermittelt. Basierend auf der Auswertung der Kamerabilder bzw. basierend auf erkannten Schäden am Rad bzw. an der Schiene wird über die Fahrzeugsteuerung eine entsprechend geeignete Gegenreaktion veranlasst (wie beispielhaft vorstehend beschrieben ist).In an advantageous development, the camera images are transmitted as information to a vehicle controller of the rail vehicle. Based on the evaluation of the camera images or based on detected damage to the wheel or rail, an appropriate counter-reaction is carried out via the vehicle control caused (as described above by way of example).
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden für das Rad als Referenzbilder Kamerabilder verwendet, die vor einer ggf. ersten Einleitung bzw. Inbetriebnahme des Schienenfahrzeugs in den Schienenverkehr angefertigt wurden.In an advantageous development, camera images are used as reference images for the wheel, which were produced prior to the rail vehicle possibly being first introduced or commissioned into rail traffic.
In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt der Vergleich der Bilder zeitaktuell, d.h. im laufenden Betrieb des Schienenfahrzeugs.In an advantageous further development, the images are compared in real-time, i.e. while the rail vehicle is in operation.
Wird ein Schaden an der Schiene erkannt, wird in einer bevorzugten Weiterbildung das zugehörige Bild mit einer Positionsinformation versehen. Dadurch ist der erkannte Schaden eindeutig für Reparaturzwecke bestimmbar.If damage to the rail is detected, the associated image is provided with position information in a preferred development. As a result, the detected damage can be clearly determined for repair purposes.
Die Positionsinformation wird in einer bevorzugten Weiterbildung mit Hilfe eines GPS-Geräts zur Verfügung gestellt.In a preferred development, the position information is made available with the aid of a GPS device.
Wird ein Schaden an der Schiene erkannt, wird in einer bevorzugten Weiterbildung das zugehörige Bild mit einer Zeitinformation versehen. Dadurch ist ein zeitlicher Verlauf einer Schadensentwicklung im Rahmen einer Langzeitdokumentation bestimmbar.If damage to the rail is detected, the associated image is provided with time information in a preferred development. This means that a damage development over time can be determined as part of long-term documentation.
Wird ein Schaden am Rad erkannt, wird in einer bevorzugten Weiterbildung das zugehörige Bild mit weiteren Informationen versehen - beispielswiese mit Informationen bezüglich Tonnage, die vom Schienenfahrzeug transportiert wird, bezüglich der Wetterlage (Regen, Eis, Schnee, Temperatur, Nebel, etc.), bezüglich des Schienenzustands (Neubau, Altbestand, Teilrepariert, etc.). Dadurch wird eine nachfolgende Analyse aufgetretener Schäden in Abhängigkeit von weiteren Faktoren ermöglicht.If damage to the wheel is detected, in a preferred development the associated image is provided with further information - for example with information regarding the tonnage that is being transported by the rail vehicle, regarding the weather conditions (rain, ice, snow, temperature, fog, etc.), regarding the condition of the rails (new construction, old stock, partially repaired, etc.). This enables a subsequent analysis of the damage that has occurred depending on other factors.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden mit Hilfe der Bildverarbeitung Bilder des Rads, bevorzugt der Radscheibe bzw. der Radlauffläche, verarbeitet.In an advantageous development, images of the wheel, preferably of the wheel disk or the wheel tread, are processed with the aid of image processing.
Die Bildverarbeitung ermöglicht dabei das automatische Erkennen von Veränderungen und von Fehlern an der Radlauffläche. Da die Bildinformation im Rechner digital vorliegt, können durch angewendete Rechenoperationen interessierende Bildausschnitte als „field of interest“ verändert dargestellt und erkannte Schäden besonders deutlich angezeigt, dargestellt und analysiert werden.The image processing enables the automatic detection of changes and defects in the wheel tread. Since the image information is available digitally in the computer, image sections of interest can be displayed changed as "fields of interest" through applied arithmetic operations and detected damage can be displayed, displayed and analyzed particularly clearly.
Die Bildverarbeitung bzw. Bildanalyse zur Schadensdetektion erfolgt bevorzugt in einem bordeigenen Rechner des Schienenfahrzeugs oder über eine landseitige Kontrollstation.The image processing or image analysis for damage detection is preferably carried out in an on-board computer of the rail vehicle or via a land-based control station.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Kamera eine CCD-Kamera oder CMOS-Kamera verwendet. Diese Bauformen sind besonders dazu geeignet, bei im Betrieb des Schienenfahrzeugs auftretenden hohen Beschleunigungen zuverlässig zu funktionieren.In an advantageous development, a CCD camera or CMOS camera is used as the camera. These types of construction are particularly suitable for functioning reliably in the case of high accelerations occurring during operation of the rail vehicle.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Kamera eine 3D-Kamera verwendet. Diese ermöglicht es, bei einer durchgeführten Bildanalyse Schäden dreidimensional auszuwerten - beispielwiese werden so bei Rissen deren Länge als auch deren Tiefe analysierbar.In an advantageous development, a 3D camera is used as the camera. This enables damage to be evaluated three-dimensionally when an image analysis is carried out - for example, the length and depth of cracks can be analyzed.
In einer vorteilhaften Weiterbildung setzt die Kamera bzw. deren Kameraelektronik aufeinanderfolgende Bilder in ein standardisiertes, bevorzugt digitales, Videosignal um, das als analoges Signal Helligkeits-Informationen und Farbverlauf-Informationen enthält.In an advantageous development, the camera or its camera electronics convert successive images into a standardized, preferably digital, video signal that contains brightness information and color progression information as an analog signal.
Über eine zeilenmäßig durchgeführte Abtastung des Videosignals bzw. der Bilderfolge sind Änderungen bzw. Schäden besonders leicht detektierbar.Changes or damage can be detected particularly easily by scanning the video signal or the image sequence line by line.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden mehrere bzw. alle Räder des Schienenfahrzeugs über jeweilige Kameras entsprechend der Erfindung überwacht.In an advantageous development, several or all wheels of the rail vehicle are monitored via respective cameras according to the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden zur Bildanalyse der Kamerabilder Methoden der Binärbildverarbeitung, der Grauwertbildverarbeitung oder der Farbbildverarbeitung verwendet. Dabei werden durch die Bildverarbeitung bestimmte Bildmerkmale, z.B. eine Bildung von Rissen auf der Radlauffläche, hervorgehoben: wird beispielswiese ein Bild so digitalisiert, dass es nur wenige Graustufen aufweist, dann kann eine Rissbildung oder eine andere Veränderung an der Radlauffläche sehr leicht detektiert bzw. erkannt werden.In an advantageous development, methods of binary image processing, gray value image processing or color image processing are used for the image analysis of the camera images. The image processing emphasizes certain image features, e.g. the formation of cracks on the wheel tread: if, for example, an image is digitized in such a way that it only has a few shades of gray, then crack formation or another change in the wheel tread can be very easily detected or recognized will.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Rad-Schiene-Kontakts, sowohl im Fahrbetrieb als auch beim Stillstand des Schienenfahrzeugs.The present invention enables the wheel-rail contact to be continuously monitored, both during operation and when the rail vehicle is stationary.
Durch die vorliegende Erfindung werden negative Erscheinungen bzw. Zustandsverschlechterungen im als Radaufstandspunkt bezeichneten Kontaktbereich zwischen Rad und Scheine und auf der Radlauffläche gleichzeitig detektiert.The present invention simultaneously detects negative phenomena or deterioration of condition in the contact area between the wheel and bills, referred to as the wheel contact point, and on the wheel running surface.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein schnelles Diagnostizieren von Verschleiß bzw. von verschiedenen Verschleißformen sowie von Veränderungen am Rad, insbesondere an dessen Radlauffläche, bzw. an der Schiene, insbesondere am Schienenkopf, etc.The present invention enables rapid diagnosis of wear or of various forms of wear and of changes to the wheel, in particular to its wheel running surface, or to the rail, in particular to the rail head, etc.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine vergrößerte Darstellung diagnostizierter Schäden an einem Bildschirm für Warn- bzw. Analysezwecke sowie deren Dokumentation.The present invention enables an enlarged representation of diagnosed damage on a screen for warning or analysis purposes and their documentation.
Durch die vorliegende Erfindung werden entstehende Schäden frühzeitig erkannt. Durch zeitnah eingeleitete Maßnahmen bzw. Reparaturen werden weitere Schäden in ihrem Ausmaß bzw. Unfallgefahren zumindest reduziert bzw. gänzlich vermieden.The present invention detects any damage that occurs at an early stage. Measures or repairs that are initiated promptly can at least reduce or completely avoid further damage or the risk of accidents.
Durch die vorliegende Erfindung werden Imageschäden bei den Betreibern vermieden, die jeder Unfall unweigerlich nach sich ziehen würde.The present invention avoids damage to the image of the operators, which would inevitably result from any accident.
Durch die vorliegende Erfindung werden Wartungsarbeiten sowie Wartungsintervalle reduziert, so dass sich für die Betreiber eine Kosteneinsparung ergibt.The present invention reduces maintenance work and maintenance intervals, resulting in cost savings for the operator.
Durch die vorliegende Erfindung wird bei den Betreibern eine laufende Systemverbesserung erzielt. Durch die Überwachung der Komponenten werden etwaige Schwachstellen frühzeitig erkannt und eine zielgerichtete Weiterentwicklung der Komponenten ermöglicht.The present invention provides ongoing system improvement for operators. By monitoring the components, any weak points are identified at an early stage and a targeted further development of the components is made possible.
Die vorliegende Erfindung ist bei Neufahrzeugen leicht und mit geringem Aufwand implementierbar und ist auch bei bestehenden Schienenfahrzeugen, die sich bereits im operativen Betrieb befinden, mit geringem Aufwand nachrüstbar.The present invention can be implemented easily and with little effort in new vehicles and can also be retrofitted with little effort in existing rail vehicles that are already in operation.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine automatische Meldung bzw. Dokumentation von erkannten Schäden über eine Kommunikationsplattform, wie beispielsweise Railigent, an eine landseitige Kontrollstelle.The present invention makes it possible to automatically report or document detected damage via a communication platform, such as Railigent, to a land-based control point.
Unter einer „landseitigen“ Kontrollstelle wird dabei eine vom Schienenfahrzeug räumlich getrennte, im allgemeinen ortsfeste Kontrollstelle bezeichnet.A “landside” control point is a control point that is spatially separate from the rail vehicle and is generally stationary.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Bildung von gefährlichen Rissen auf dem Spurkranz der Radscheibe frühzeitig zu erkennen. Diese treten auf, weil Radscheiben durch das Fahren auf einer Strecke hohen thermomechanischen Wechselbeanspruchungen unterworfen sind. Derartige Risse sind keine Seltenheit und können in der Anwesenheit von hohen, thermisch bedingten Eigenspannungen sogar zum Radbruch führen.The present invention makes it possible to early detect the formation of dangerous cracks on the flange of the wheel disc. These occur because wheel discs are subjected to high alternating thermo-mechanical stresses from driving on a route. Such cracks are not uncommon and can even lead to wheel breakage in the presence of high, thermally induced residual stresses.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen Spurkranzverschleiß, der vor allem in engen Schienenbögen auftritt, frühzeitig zu erkennen. Durch den Verschleiß wird der Spurkranz dünner und steiler, so dass seine Festigkeit eingeschränkt wird.The present invention makes it possible to detect wheel flange wear, which occurs primarily in narrow rail curves, at an early stage. As the wheel flange wears, it becomes thinner and steeper, reducing its strength.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 und2 Komponenten der Erfindung in zwei Ansichten, -
3 einen durch das erfindungsgemäße Verfahren detektierten ersten Schaden, -
4 einen durch das erfindungsgemäße Verfahren detektierten zweiten Schaden, und -
5 ein Ablaufdiagramm zum erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 and2 components of the invention in two views, -
3 a first damage detected by the method according to the invention, -
4 a second damage detected by the method according to the invention, and -
5 a flowchart for the method according to the invention.
An einem hier nicht näher dargestellten Schienenfahrzeug ist eine Kamera KAM befestigt und wird dazu verwendet, um eine optische Überwachung eines Kontaktbereichs KTB durchzuführen.A camera KAM is attached to a rail vehicle, not shown in detail here, and is used to carry out optical monitoring of a contact area KTB.
Im Kontaktbereich KTB berührt ein Rad RD des Schienenfahrzeugs eine vom Schienenfahrzeug befahrene Schiene SCH.In the contact area KTB, a wheel RD of the rail vehicle touches a rail SCH traveled by the rail vehicle.
Die Kamera KAM wird dazu verwendet, hochauflösende Kamerabilder anzufertigen, die sowohl das Rad RD als auch die Schiene SCH im Kontaktbereich KTB zeigen.The camera KAM is used to produce high-resolution camera images showing both the wheel RD and the rail SCH in the contact area KTB.
Von der Kamera KAM wird dabei bevorzugt ein Abstand DIS zwischen einer Radlauffläche des Rads RD und einem Schienenkopf der Schiene SCH erfasst.A distance DIS between a wheel running surface of the wheel RD and a rail head of the rail SCH is preferably recorded by the camera KAM.
Die angefertigten Bilder werden mit vorliegenden, zugehörigen Referenzbildern verglichen. Die Referenzbilder zeigen entsprechend Rad und Schiene in einem jeweils unbeschädigten Zustand.The images produced are compared with available, associated reference images. The reference images show the wheel and rail in an undamaged condition.
Anhand des Vergleichs werden Abweichungen zwischen den angefertigten Bildern und den zugehörigen Referenzbildern automatisiert detektiert. Eine Abweichung wird als Schaden an Rad RD und/oder an der Schiene SCH erkannt und eingestuft, wenn die zugehörige Abweichung ein vorgegebenes Ausmaß überschreitet.Based on the comparison, deviations between the images produced and the associated reference images are automatically detected. A deviation is recognized and classified as damage to the wheel RD and/or to the rail SCH if the associated deviation exceeds a specified extent.
Derartige Schäden entstehen beispielsweise beim so genannten „Gleiten“ des Rads RD auf der Schiene. Unter dem Begriff Gleiten wird ein umdrehungsfreies Rutschen des Rads RD bzw. des gebremsten Rads RD auf der Schiene SCH verstanden. Beim Gleiten wird bei einer Bremsung mit erhöhter Bremskraft das gebremste Rad blockiert, am Rad RD bzw. an dessen Radlauffläche entstehen Schäden durch einen erhöhten Materialabtrag.Such damage occurs, for example, when the wheel RD "slides" on the rail. The term sliding is understood to mean that the wheel RD or the braked wheel RD slides without rotating on the rail SCH the. When sliding, the braked wheel is locked when braking with increased braking force, damage occurs to the wheel RD or its wheel tread due to increased material removal.
Derartige Schäden entstehen beispielsweise durch Materialschwächen oder Materialfehler oder durch Überbeanspruchung des Rads RD im operativen Betrieb des Schienenfahrzeugs.Such damage occurs, for example, as a result of material weaknesses or material defects or as a result of the wheel RD being overstressed during operation of the rail vehicle.
Zu sehen ist außerdem ein als „field of interest“ bezeichneter Bereich, der mit Hilfe eines Bildverarbeitungsprogramms im Rahmen der Erfindung vergrößert darstellbar ist, um Details des Schadens SDS, hier der Rissbildung RIB, genauer aufzuzeigen.Also visible is an area referred to as the “field of interest”, which can be displayed enlarged using an image processing program within the scope of the invention in order to show details of the damage SDS, here the crack formation RIB, more precisely.
In einem ersten Schritt S1 wird am Schienenfahrzeug eine Kamera zur optischen Überwachung eines Kontaktbereichs, in dem ein Rad des Schienenfahrzeugs eine vom Schienenfahrzeug befahrene Schiene berührt, dazu verwendet, um hochauflösende Kamerabilder anzufertigen. Diese zeigen im Kontaktbereich sowohl das Rad als auch die vom Rad befahrene Schiene.In a first step S1, a camera on the rail vehicle is used for optically monitoring a contact area in which a wheel of the rail vehicle touches a rail traveled by the rail vehicle, in order to produce high-resolution camera images. These show both the wheel and the rail on which the wheel travels in the contact area.
Als Kamera wird eine hochauflösende 3D-Kamera verwendet, deren Bilder eine räumliche Analyse von Schäden ermöglichen.A high-resolution 3D camera is used as the camera, the images of which enable a spatial analysis of damage.
In einem zweiten Schritt S2 werden die angefertigten Bilder der Kamera mit vorliegenden zugehörigen Referenzbildern verglichen. Die Referenzbilder zeigen Rad und Schiene in einem unbeschädigten Zustand.In a second step S2, the images produced by the camera are compared with available, associated reference images. The reference images show the wheel and rail in undamaged condition.
Der Vergleich der Bilder wird zeitaktuell, d.h. im laufenden Betrieb des Schienenfahrzeugs, durchgeführt.The images are compared in real-time, i.e. while the rail vehicle is in operation.
Die von der Kamera angefertigten Bilder werden digitalisiert und mit den ebenfalls in digitaler Form vorliegenden Referenzbildern verglichen. Der Vergleich selbst werden mit Hilfe von an sich bekannten, digitalen Bildverarbeitungsverfahren durchgeführt.The images produced by the camera are digitized and compared with the reference images, which are also available in digital form. The comparison itself is carried out with the aid of digital image processing methods which are known per se.
In einem dritten Schritt S3 werden anhand des Vergleichs Abweichungen zwischen den angefertigten Bildern und den zugehörigen Referenzbildern automatisiert detektiert.In a third step S3, deviations between the produced images and the associated reference images are automatically detected based on the comparison.
Die Feststellung bzw. Detektion der Abweichungen erfolgt mit Hilfe von an sich bekannten, digitalen Bildverarbeitungsverfahren.Deviations are ascertained or detected with the aid of digital image processing methods known per se.
In einem vierten Schritt S4 wird eine Abweichung als Schaden an Rad und/oder an der Schiene erkannt und eingestuft, wenn die zugehörige Abweichung ein vorgegebenes Ausmaß überschreitet. Dabei werden beispielsweise Beschädigungen der Oberfläche, Unebenheiten, Risse und/oder Materialverfärbungen als Abweichung erkannt und je nach Ausmaß als Schaden eingestuft.In a fourth step S4, a deviation is recognized and classified as damage to the wheel and/or the rail if the associated deviation exceeds a predetermined extent. For example, damage to the surface, unevenness, cracks and/or material discoloration are recognized as deviations and classified as damage depending on the extent.
Das Ausmaß wird mit Hilfe von sich bekannten, digitalen Bildverarbeitungsverfahren und Bildbewertungsalgorithmen festgelegt bzw. bestimmt.The extent is established or determined with the aid of known digital image processing methods and image evaluation algorithms.
Auch die Einstufung einer Abweichung als Schaden erfolgt mit Hilfe von an sich bekannten, digitalen Bildverarbeitungsverfahren.A deviation is also classified as damage with the aid of digital image processing methods that are known per se.
In einem fünften Schritt S5 wird bei einem erkannten Schaden am Rad und/oder an der Schiene eine zugehörigen Warnmeldung generiert, die an einen Schienenfahrzeugführer und/oder an eine landseitige Kontrollstelle übermittelt wird.In a fifth step S5, if damage is detected on the wheel and/or on the rail, an associated warning message is generated, which is transmitted to a rail vehicle driver and/or to a land-based control point.
Alternativ oder ergänzend dazu wird bei einem erkannten Schaden am Rad und/oder an der Schiene eine zugehörige Information generiert, die an eine Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs übermittelt wird.As an alternative or in addition to this, when damage is detected on the wheel and/or on the rail, associated information is generated which is transmitted to a vehicle controller of the rail vehicle.
Diese Information wird im operativen Betrieb des Schienenfahrzeugs durch Auslösung einer Gegenmaßnahme berücksichtigt - beispielsweise wird als Gegenmaßnahme eine Notbremsung, eine Schnellbremsung, eine Aktivierung einer Spurkranzschmierung oder einer Besandungsanlage, etc., vorgenommen.This information is taken into account during operational operation of the rail vehicle by triggering a countermeasure—for example, emergency braking, emergency braking, activation of wheel flange lubrication or a sanding system, etc., are carried out as countermeasures.
Alternativ oder ergänzend dazu wird bei einem erkannten Schaden am Rad und/oder an der Schiene das zugehörige Bild der Kamera
- - mit einer Positionsinformation versehen, und/oder
- - mit einer Zeitinformation versehen, und/oder
- - mit Informationen bezüglich Tonnage, Wetterlage oder Schienenzustand versehen.
- - Provided with position information, and/or
- - provided with time information, and/or
- - Provided with information regarding tonnage, weather conditions or rail condition.
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