Modelo de utilidad por "MAQUINA DE INSPECCIÓN DE UN EJE DE UN VEHÍCULO FERROVIARIO MEDIANTE CORRIENTES INDUCIDAS"

Reivindicaciones:
+ ES-1278905_U1. Máquina de inspección de un eje (1) de un vehículo ferroviario mediante corrientes inducidas que comprende: - un sensor (2) de corrientes inducidas que tiene al menos una bobina para inducir una corriente en el eje (1), - medios para excitar eléctricamente la bobina del sensor (2) para inducir la corriente en el eje (1), - una unidad de control para medir la corriente inducida en el eje (1) y determinar la presencia de grietas en el eje (1), - un cabezal (3) que comprende un brazo mecánico (3.1) en cuyo extremo está dispuesto el sensor (2) de corrientes inducidas, configurado el cabezal (3) para desplazar el sensor (2) sobre el eje (1) según un movimiento de avance (v) paralelo al eje longitudinal (a) del eje (1) durante la inspección, y - unos medios de rotación (4) para generar un movimiento de rotación (w) del eje (1) sobre su eje longitudinal (a), tal que durante la inspección el sensor (2) describe sobre el eje (1) una línea de inspección de forma helicoidal; y en la que el cabezal (3) es desplazable verticalmente para variar la distancia entre el sensor (2) y la superficie del eje (1) del vehículo ferroviario, y en la que adicionalmente el cabezal (3) está configurado para mantener la perpendicularidad del sensor (2) con respecto la superficie del eje (1) en los radios de acuerdo (1.1). 2. Máquina según la reivindicación anterior en donde el brazo mecánico (3.1) del cabezal (3) es pivotable respecto a un eje de giro (b) perpendicular al eje (c) longitudinal del brazo mecánico (3.1) y perpendicular al eje longitudinal (a) del eje (1) del vehículo ferroviario para mantener la perpendicularidad del sensor (2) respecto a la superficie del eje (1) en los radios de acuerdo (1.1). 3. Máquina según la reivindicación 1, en donde el sensor (2) es pivotable respecto al brazo mecánico (3.1) según un eje de giro (d) perpendicular al eje (c) longitudinal del brazo mecánico (3.1) y perpendicular al eje longitudinal (a) del eje (1) del vehículo ferroviario para mantener la perpendicularidad del sensor (2) respecto a la superficie del eje (1) en los radios de acuerdo (1.1). 4. Maquina según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cabezal (3) está configurado para girar sobre su propio eje (c) para rotación del sensor (2) y modificar la orientación de inspección del sensor (2). 5. Máquina según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el sensor de corrientes inducidas (2) es un sensor isótropo independiente de la orientación de las grietas, en donde el movimiento de avance (y) del sensor de corrientes inducidas (2) se realiza según un único recorrido de ida entre los extremos del eje (1) a inspeccionar. 6. Máquina según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de control está configurada para desplazar el cabezal (3) verticalmente manteniendo una distancia constante de entre 0-2mm entre el sensor (2) y la superficie del eje (1). 7. Máquina según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el sensor de corrientes inducidas (2) es un sensor mono-elemento o un sensor multi-elemento.

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G01M 17/10 - G01N 27/90 - G01N 27/80

Descripciones:
+ ES-1278905_U MÁQUINA DE INSPECCIÓN DE UN EJE DE UN VEHÍCULO FERROVIARIO MEDIANTE CORRIENTES INDUCIDAS Sector de la técnica La presente invención propone una máquina para la inspección automática de defectos superficiales en los ejes de vehículos ferroviarios empleando para ello corrientes inducidas. Estado de la técnica Durante el proceso de fabricación de ejes ferroviarios como, por ejemplo, durante el torneado y rectificado de los ejes de vehículos ferroviarios, se generan cargas térmicas y mecánicas que inducen a la aparición de defectos (grietas) en la superficie y la subsuperficie de los ejes. Las grietas pueden crecer potencialmente durante la vida útil de los ejes y causar un fallo prematuro. Por ello, resulta totalmente necesario disponer de un sistema de inspección de defectos superficiales que garantice la seguridad en la fabricación de los ejes. Para controlar la calidad en la fabricación de los ejes es habitual emplear técnicas de inspección no destructivas que permiten inspeccionar el eje sin dañarlo. El método de inspección de partículas magnéticas (método MT) es el más utilizado industrialmente para la inspección de superficies de ruedas y ejes ferroviarios debido a su estandarización. El método MT permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos y se basa esencialmente en aplicar unas partículas magnéticas sobre el eje y magnetizarlo, de forma que en las zonas en las que existan grietas se produce una agrupación de partículas. A pesar de que el método MT es fácil de implementar, es práctico para inspecciones de bajo volumen, y se encuentra estandarizado en la industria ferroviaria, presenta una problemática principalmente relacionada con el volumen de ejes que se pueden inspeccionar en un tiempo determinado. Así, el método MT requiere mucho tiempo para su aplicación y no es fácil de automatizar, por lo que no es muy adecuado para producciones de alto volumen. Además, el uso de partículas magnéticas produce impactos importantes desde un punto de vista ambiental. Además, y de forma más importante, el índice de probabilidad de detección (POD) de defectos es limitado, ya que es un método básicamente dependiente de la capacidad de detección del operador. Con el fin de aumentar y asegurar una probabilidad de detección (POD) consistente en el tiempo, se están empezando a emplear en el sector ferroviario técnicas de inspección mediante corrientes inducidas (Corriente de Focault o por sus siglas en inglés "Eddy Current) , ya que es un método de inspección confiable, rápido y práctico, capaz de inspeccionar formas complejas y con altos volúmenes de producción. Esta técnica se basa en disponer un sensor de corrientes inducidas a una cierta distancia (liftoff, LO) del eje a inspeccionar. El sensor de corrientes inducidas puede consistir, por ejemplo, en una primera bobina de "excitación" que se posiciona cerca del eje a inspeccionar y mediante una corriente alterna en la bobina se genera un campo magnético cambiante que interactúa con el eje y genera una corriente inducida. Las variaciones en la fase y la magnitud de la corriente inducida se monitorizan con una segunda bobina "receptora", o midiendo los cambios en la corriente que fluye en la primera bobina de "excitación". La presencia de cambios metalúrgicos como grietas en el eje causa un cambio en la corriente inducida y por tanto un cambio correspondiente en la fase y amplitud de la corriente medida. El sensor de corrientes inducidas puede ser un sensor mono-elemento o un sensor multielemento o Array (configuración de varios sensores en un mismo ensamble cubriendo mayor área de inspección) . Por ejemplo, el artículo "Eddy Current Array technology for the surface inspection of railway axles" muestra el empleo de un sensor Array para la inspección manual de ejes de ferrocarril, mientras que el artículo "New inspection approaches for railway based on Eddy Current muestra el empleo de un sensor array isótropo para la inspección manual de ejes de ferrocarril. "J.L.Lanzagortal, R. Leclerc, E. Grondin, L.Lasa, A. Landaberea, X.Alzaga, "Eddy Current Array technology for the surface inspection of railway axles" 18th International Wheelset Congress. November 7-11, 2016 Chengdu, China." "J. Lanzagorta, J. Decitre, F. Nozais, I. Aizpurua, R. Hidalgo-Gato, I. Castro, L. Lasa, "New inspection approaches for railway based on Eddy Current.12th European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT 2018) , June 11-15, 2018, Gothenburg, Sweden" Si bien dichos artículos muestran el uso de la tecnología de corrientes inducidas para la inspección de los ejes, el procedimiento de inspección empleado es manual, y por tanto, es dependiente del operador que realiza la inspección. Además, para asegurar correctamente la detección de las grietas, requiere realizar varias pasadas manuales del sensor sobre el eje que se dispone estático. Se hace por tanto necesaria una máquina que realice un método de inspección mediante corrientes inducidas que optimice el tiempo de inspección a la vez que asegure la probabilidad de detección (POD) de defectos superficiales en los ejes ferroviarios. Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención se propone una máquina para inspeccionar automáticamente mediante corrientes inducidas ejes de vehículos ferroviarios. La invención permite inspeccionar de forma totalmente automática los ejes para la detección superficial de defectos (grietas) en toda la superficie del eje. La máquina de inspección comprende: • un sensor de corrientes inducidas que tiene al menos una bobina para inducir una corriente en el eje del vehículo ferroviario, • medios para excitar eléctricamente la bobina del sensor para inducir la corriente en el eje, • una unidad de control para medir la corriente inducida en el eje y determinar la presencia de grietas en el eje, • un cabezal que comprende un brazo mecánico en cuyo extremo está dispuesto el sensor de corrientes inducidas, configurado el cabezal para desplazar el sensor sobre el eje según un movimiento de avance paralelo al eje longitudinal del eje durante la inspección, y • unos medios de rotación para generar un movimiento de rotación del eje sobre su eje longitudinal, tal que durante la inspección el sensor describe sobre el eje una línea de inspección de forma helicoidal; siendo el cabezal de dicha máquina desplazable verticalmente para variar la distancia entre l sensor y la superficie del eje del vehículo ferroviario, y adicionalmente estando el cabezal configurado para mantener la perpendicularidad del sensor con la superficie del eje del vehículo ferroviario en los radios de acuerdo. De esta forma se pueden detectar grietas en toda la superficie del eje de una forma rápida y automática, ya que no se debe realizar la inspección manualmente por parte de un operario, y por tanto se evitan también posibles errores humanos por la intervención del operario. La inspección se lleva a cabo preferentemente manteniendo una distancia constante con respecto a la superficie del eje, de forma que la unidad de control controla el desplazamiento vertical del sensor para adaptarse a los cambios de diámetro del eje del vehículo ferroviario. Esta disposición asegura que el sensor alcance la posición necesaria para detectar los posibles defectos manteniendo la perpendicularidad con la superficie del eje. Sin embargo, en este tipo de ejes de vehículos ferroviarios, la transición entre los cambios de diámetro comprende radios de acuerdo. Estos radios de acuerdo son zonas sensibles a la acumulación de esfuerzos, por lo que es conveniente una correcta inspección de los mismos. En estas zonas, el sensor mantiene la distancia con respecto a la superficie, no obstante, el sensor queda posicionado verticalmente por lo que la inspección no se realiza perpendicularmente a la superficie. Para evitar que de este modo la inspección no sea precisa, preferentemente el cabezal está configurado para mantener la perpendicularidad del sensor con la superficie de los radios de acuerdo del eje del vehículo ferroviario, de forma que se inspecciona de manera más precisa siendo las grietas o defectos del material detectados de forma más efectiva si el sensor incide perpendicularmente a la superficie. Según una alternativa de diseños, para mantener la perpendicularidad, el cabezal preferentemente comprende un brazo mecánico pivotable respecto a un eje de giro perpendicular al eje longitudinal del propio brazo y perpendicular al eje longitudinal del eje del vehículo ferroviario. De esta forma la unidad de control de la máquina controla el pivotamiento del brazo mecánico para que se sitúe perpendicularmente a la superficie del eje en los radios de acuerdo, manteniendo el sensor la perpendicularidad respecto a la superficie del eje en todo su recorrido de inspección. Según otra opción de diseño, preferentemente el sensor es pivotable respecto al brazo mecánico según un eje de giro perpendicular al eje longitudinal del brazo mecánico y erpendicular al eje longitudinal del eje del vehículo ferroviario, de forma que se mantiene la perpendicularidad del sensor respecto a la superficie del eje a lo largo de todo el recorrido de inspección. Según una realización de la invención, el cabezal está configurado para girar sobre su propio eje, es decir, sobre el eje longitudinal del brazo mecánico para rotación del sensor modificando la orientación de inspección del sensor. Esta configuración será adecuada cuando el sensor no es isótropo, de esta forma permite realizar la inspección de manera continúa realizándose al menos dos recorridos entre los extremos del eje a inspeccionar y rotándose el sensor para que la orientación de inspección sea diferente en cada recorrido. Según una realización de la invención el sensor es preferentemente isótropo de forma que no es necesario que disponga de la configuración anteriormente mencionada de rotación del sensor para el cambio de su orientación ya que detecta las grietas independientemente de su orientación, lo que permite inspeccionar el eje realizando un único recorrido de ida entre los extremos del eje. Descripción de las figuras La figura 1 muestra una vista esquemática frontal de la máquina de inspección de la invención. La figura 2 muestra una vista esquemática lateral esquemática de la máquina de la figura anterior con una flecha indicando la dirección de desplazamiento del cabezal del sensor. La figura 3 muestra una vista esquemática parcial de un eje de un vehículo ferroviario. La figura 4 muestra una vista esquemática parcial de un eje de un vehículo ferroviario con un detalle del radio de acuerdo, mostrando el posicionamiento del brazo del cabezal en el radio de acuerdo y en una posición avanzada del eje fuera de dicho radio de acuerdo. La figura 5 muestra una vista esquemática parcial de un eje de un vehículo ferroviario con un detalle del radio de acuerdo, mostrando el posicionamiento del sensor en el radio de acuerdo y en una posición avanzada del eje fuera de dicho radio de acuerdo. Descripción detallada de la invención En las figuras 1 y 2 se muestra una máquina para la inspección automática mediante corrientes inducidas de un eje (1) de un vehículo ferroviario. La máquina comprende al menos un sensor de corrientes inducidas (2) que tiene al menos una bobina para inducir una corriente en el eje (1) , unos medios para excitar eléctricamente la bobina del sensor (2) para inducir la corriente en el eje (1) , tal como por ejemplo una fuente de corriente alterna, y una unidad de control para medir la corriente inducida en el eje (1) y determinar la presencia de grietas en el eje (1) . Mediante la corriente alterna en la bobina se genera un campo magnético cambiante que interactúa con el eje (1) y genera la corriente inducida. Las variaciones en la fase y la magnitud de la corriente inducida se monitorizan en la unidad de control. Dichas variaciones se pueden detectar midiendo los cambios en la corriente que fluye en la bobina del sensor (2) , que funciona a modo de bobina de excitación, o empleando una segunda bobina, que puede estar dispuesta en el sensor (2) , y que funciona a modo de bobina receptora. La presencia de cambios metalúrgicos, provocados por la existencia de grietas en el eje (1) , causa un cambio en la corriente inducida y un cambio correspondiente en la fase y amplitud de la corriente medida. El sensor de corrientes inducidas (2) va dispuesto en un cabezal (3) que está adaptado para generar al menos un movimiento de avance (v) del sensor (2) paralelo a la superficie del eje (1) . La máquina adicionalmente comprende unos medios de rotación (4) para provocar un movimiento de rotación (w) del eje (1) a inspeccionar sobre su eje longitudinal (a) . El cabezal (3) preferentemente comprende un brazo mecánico (3.1) que porta en su extremo libre el sensor (2) , un carro de traslación, u otro medio similar adaptado para trasladar automáticamente el sensor (2) según el movimiento de avance (v) paralelo a la superficie del eje (1) . Los medios de rotación (4) son unos rodillos sobre los que apoya el eje (1) . Como se observa en las figuras se emplean dos parejas de rodillos entre los que apoya el eje (1) , disponiéndose cada una de esas dos parejas en un extremo del eje (1) . Alternativamente, los medios de rotación (4) pueden ser unas pinzas que amarran el eje (1) por sus extremos, como los platos e un torno, u otros medios similares que permitan la rotación del eje (1) sobre su eje longitudinal (a) dejando libre al menos la parte superior del eje para el avance e inspección del sensor (2) . La invención propone emplear la máquina para realizar una inspección automática mediante dos movimientos simultáneos del sensor (2) y del eje (1) . Así, el sensor (2) se desplaza verticalmente sobre el eje (1) manteniendo su perpendicularidad según el movimiento de avance (v) paralelo a la superficie del eje (1) , y el eje (1) se mueve según el movimiento de rotación (w) sobre su eje longitudinal (a) . De esta forma, el eje (1) rota mientras el sensor (2) se desplaza sobre el eje (1) siguiendo una línea recta entre los extremos del eje (1) manteniendo una distancia constante al eje (1) durante toda la inspección. Así, durante la inspección el sensor (2) describe sobre el eje (1) una línea de inspección sustancialmente de forma helicoidal que permite detectar la presencia de grietas en toda la superficie del eje (1) de una forma rápida y sin requerir la intervención manual de un operario. El sensor de corrientes inducidas (2) puede ser un sensor mono-elemento o un sensor multielemento (tipo Array) . Preferentemente el sensor de corrientes inducidas (2) es un sensor de tipo isótropo, es decir, es un sensor cuya detección no depende de la orientación de las grietas. La forma y configuración del sensor no es objeto de la presente invención, pudiéndose emplear en tal caso cualquier tipo de sensor isótropo conocido, como por ejemplo, los sensores descritos en las publicaciones científicas indicadas en el apartado del estado de la técnica. Artículo "Eddy Current Array technology for the surface inspection of railway axies" o artículo "New inspection approaches for railway based on Eddy Current. De forma que puede ser un sensor array isótropo, o un conjunto de sensores dispuestos de forma estratégica para que no exista dependencia con la orientación de la grieta. Cuando el sensor de corrientes inducidas (2) es un sensor isótropo independiente de la orientación de las grietas, el movimiento de avance (v) del sensor de corrientes inducidas (2) se realiza según un único recorrido de ida entre los extremos del eje (1) a inspeccionar. Es decir, para inspeccionar la totalidad de la superficie del eje es suficiente con desplazar el sensor (2) entre los extremos del eje (1) una sola vez mientras se hace rotar al eje (1) . En caso de no emplearse un sensor isótropo, es decir un sensor que solo detecta grietas que stén alineadas en la orientación de máxima sensibilidad de inspección del sensor, en tal caso, el movimiento de avance (v) del sensor (2) se realiza según al menos dos recorridos entre los extremos del eje (1) a inspeccionar, rotándose el sensor (2) para que la orientación de inspección sea diferente en cada recorrido. Es decir, para inspeccionar la totalidad de la superficie del eje, al menos es necesario desplazar el sensor (2) entre los extremos del eje (1) una primera vez, después de realizar el primer recorrido, rotar la orientación del sensor (2) , y volver a desplazar el sensor (2) entre los extremos del eje otra vez. En esta realización alternativa de diseño, el cabezal (3) rota sobre su propio eje, es decir sobre el eje (c) del brazo (3.1) , controlando la unidad de control de la máquina la rotación del cabezal (3) cuando se llegue al final de carrera, y antes de comenzar el siguiente recorrido. El movimiento de avance (v) paralelo a la superficie del eje (1) se realiza preferentemente según una distancia entre el sensor (2) y la superficie del eje (1) de entre 0-2 mm. Esta distancia (LO; lift-off) está comprendida en el intervalo 0-2 mm para el caso en el que no exista compensación por LO. Sí el sensor (2) empleado tiene compensación por LO, la distancia puede ser mayor de 2mm, o incluso puede variar durante la inspección. Sin embargo, como es conocido, una característica distintiva de los ejes de vehículos ferroviarios es que comprenden radios de acuerdo en la transición entre diámetros. En este caso, pese a que la máquina está configurada para desplazar el cabezal (3) verticalmente para variar la distancia entre el sensor (2) y la superficie del eje (1) incluso en dichos radios de acuerdo (1.1) , en estos puntos se perdería la perpendicularidad del sensor (2) con respecto a la superficie del eje (1) . Para solucionar este problema, como se puede ver en la figura 4, el cabezal (3) comprende un brazo (3.1) pivotable respecto a un eje de giro (b) perpendicular al eje (c) longitudinal del brazo mecánico (3.1) y perpendicular al eje longitudinal (a) del eje (1) del vehículo ferroviario. De este modo, una vez se introduzcan en la máquina las dimensiones geométricas del eje (1) del vehículo ferroviario a inspeccionar, la unidad de control de la máquina controlará la inclinación del brazo (3.1) para mantener la perpendicularidad del sensor (2) respecto a la superficie del eje (1) en los radios de acuerdo (1.1) . El brazo (3.1) se desplaza manteniendo la verticalidad excepto en los radios de acuerdo (1.1) donde el brazo (3.1) se inclinará siguiendo la configuración del radio de acuerdo (1.1) . Según una alternativa de diseño, los parámetros de la configuración del eje se obtienen por medio de un sensor que detecta la geometría del eje (1) durante el recorrido de inspección. Según una realización alternativa, como se puede ver en la figura 5, en vez de pivotar el brazo (3.1) , es el propio sensor (2) el que pivota según un eje de giro (d) perpendicular al eje (c) longitudinal del brazo mecánico (3.1) y perpendicular al eje longitudinal (a) del eje (1) del vehículo ferroviario, de forma que se mantiene la perpendicularidad del sensor (2) respecto a la superficie del eje (1) en todo el recorrido, incluso en los radios de acuerdo (1.1) . Preferentemente, la velocidad de rotación (w) del eje (1) y la velocidad de avance (v) del sensor (2) viene determinada por el diámetro activo del sensor (d) de acuerdo con la siguiente ecuación: d * w v = 2

Publicaciones:
ES1278905 (08/10/2021) - U Solicitud de modelo de utilidad
ES1278905 (30/12/2021) - Y Modelo de utilidad
Eventos:
En fecha 06/08/2021 se realizó Registro Instancia de Solicitud
En fecha 11/08/2021 se realizó Admisión a Trámite
En fecha 11/08/2021 se realizó 1001U_Comunicación Admisión a Trámite
En fecha 01/10/2021 se realizó Continuación del Procedimiento y Publicación Solicitud
En fecha 01/10/2021 se realizó 1110U_Notificación Continuación del Procedimiento y Publicación Solicitud
En fecha 08/10/2021 se realizó Publicación Solicitud
En fecha 08/10/2021 se realizó Publicación Folleto Publicación
En fecha 23/12/2021 se realizó Concesión
En fecha 23/12/2021 se realizó 1201U_Notificación Concesión
En fecha 30/12/2021 se realizó Publicación Concesión Modelo Utilidad