Brevet FR2739182A1 — publié le 19970328

La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de la position d'une voie ferrée en cours d'installation ou de réfection par rapport à un tracé de référence constitué notamment par un rail d'une voie ferrée contiguë à la voie à contrôler ou par un piquetage de P référence. Sur les chantiers de voie ferrée, les engins utilisés pour les opérations de renouvellement ou d'entretien soulèvent et déplacent la voie sur laquelle ils évoluent. Cependant, durant ces opérations, la circulation de trains n'est pas interrompue sur la ou les voies contiguës à celle qui fait l'objet de ces opérations. Il est donc essentiel de pouvoir guider et contrôler le travail de la machine afin que le positionnement de la voie en cours de réfection soit correctement réalisé et que le gabarit de circulation des trains sur les voies ne soit pas engagé en cas de dérive du système de traitement de l'engin d'intervention. Malgré la haute technicité de ces machines, le guidage et le contrôle de la position de la voie en cours de réparation ou d'entretien nécessitent le plus souvent actuellement l'intervention humaine. L'homme réalise une mesure physique de la position de la voie, soit par rapport à un piquetage toujours situé en entrevoie, soit par rapport à un rail de la voie contiguë. La zone d'intervention humaine est donc très dangereuse et malgré le respect d'importantes règles de sécurité du personnel, le risque d'accidents mortels n'est pas totalement écarté. La mesure à l'aide d'une règle graduée spéciale est aussi délicate dans les contexte particulier d'un chantier: Pour obtenir une précision optimum de mesure, l'opération doit tenir compte des différences de niveau parfois importantes entre les points de référence, voie en chantier et piquetage ou voie contiguë, tâches difficiles à accomplir si l'on considère le rendement des machines modernes. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé, dans les brevet français 2.696.543 au nom de la demanderesse, d'équiper un véhicule se déplaçant sur la voie à réparer d'un dispositif de télémesure, notamment à laser, qui permet de mesurer la distance effective entre le tracé de référence et la voie en cours de mise en place ou de réfection. Cependant, si ce système apporte un progrès considérable par rapport aux techniques antérieures, il présente l'inconvénient d'être d'une mise en oeuvre relativement longue quant à chaque mesure de distances à effectuer. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de contrôle de la position d'une voie ferrée en cours de mise en place du type comprenant des moyens de contrôle montés sur un véhicule se déplaçant sur la voie qui permette d'effectuer ce contrôle plus rapidement et avec une plus grande précision. En outre, il est intéressant que la mesure de position puisse être effectuée automatiquement sans qu'il soit nécessaire que l'opérateur doive commander la direction de visée du système de mesure. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le dispositif de contrôle de la position d'une voie ferrée par rapport à des éléments d'un tracé de référence constitué notamment par au moins un rail d'une voie contigu ou par un piquetage comprenant un véhicule apte à se déplacer sur la voie ferrée à contrôler, se caractérise en ce qu'il comprend en outre:: un ensemble de mesure de position monté sur ledit véhicule comprenant un émetteur de faisceau laser et une caméra pour former une image de la partie de l'élément de référence frappé par le faisceau laser; des moyens pour modifier l'axe dudit faisceau laser dans un plan vertical afin d'obtenir une image complète de ladite partie de l'élément de référence; des moyens pour comparer ladite image captée à une image préétablie; des moyens pour déterminer la position de ladite caméra par rapport à la voie ferrée à contrôler; des moyens de traitement de ladite image pour en déduire les coordonnées dudit élément de référence; des moyens de traitement des coordonnées de ladite image et des informations délivrées par les moyens de détermination de la position de la caméra pour en déduire la position effective de ladite voie ferrée à contrôler par rapport à ladite référence de position. On comprend que, grâce à la prise d'images de chaque portion du tracé de référence à l'aide de la caméra, il est possible d'identifier automatiquement que la visée effectuée concerne bien le tracé de référence et de plus, de déterminer avec une plus grande précision les coordonnées de la caméra par rapport au tracé de référence et par voie de conséquence, les coordonnées des deux rails de la voie ferrée en cours de mise en place par rapport au tracé de référence. Selon un premier mode de mise en oeuvre, les moyens pour commander la déflexion du faisceau laser, afin d'obtenir une image complète, comprennent des moyens accousto-optiques interposés à la sortie du générateur de faisceau laser. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, les moyens pour commander la déflexion du faisceau laser comprennent des moyens pour commander la rotation simultanée de la source du faisceau laser et de la caméra autour d'un axe commun horizontal. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, le dispositif de contrôle comporte à la fois les moyens de commande accousto-optiques et les moyens de commande de rotation de la source laser et de la caméra. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de le description qui suit de plusieurs modes préférés de réalisation de l'invention donnés à titres d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue simplifiée de l'ensemble du dispositif de contrôle de la position de la voie ferrée; - la figure 2 est une vue schématique du dispositif optique de prise d'images du tracé de référence; - la figure 3 est un exemple de montage pratique du dispositif optique sur le véhicule; - la figure 4 est un schéma montrant les circuits de traitement du dispositif de contrôle de la position de la voie ferrée. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire l'ensemble du dispositif de contrôle de position de la voie ferrée en réflexion. Sur cette figure, on a représenté les rails 10 et 12 de la voie A à contrôler et le rail B de la voie contiguë qui sert de tracé de référence pour le contrôle de la position de la voie A. Le dispositif de contrôle comporte un véhicule 14 dont on a représenté seulement les deux roues 16 et 18 avec leur arbre 20, ainsi que le châssis 22 du véhicule de façon simplifiée. De préférence, chaque roue 16, 18 est du type à flanc droit 24 et à bandage cylindrique 26. Ainsi, on obtient un excellent positionnement des roues 16 et 18 par rapport aux rails 10 et 12 selon le plan de la voie A.Le châssis 22 monté sur l'arbre 20 est muni de capteurs de déplacement tels que 28 et 30, qui permettent de connaître ainsi exactement la position effective du châssis 22 par rapport aux roues 16 et 18 et donc de connaître la position effective du châssis 22 par rapport aux rails 10 et 12. Le châssis 22 est également de préférence équipé d'un inclinomètre 31 qui permet de détecter en permanence la déclivité de la voie A. Sur le châssis 22, est monté un dispositif optique de mesure 32, ce dispositif a été représenté schématiquement supporté par des tiges telles que 34. Ce système optique de mesure 32 sera décrit plus en détail en liaison avec la figure 2. Le dispositif de contrôle comporte également des circuits de traitement 36 qui reçoivent des informations provenant du dispositif optique de mesure 32 et des détecteurs de position 28 et 30 ainsi que de l'inclinomètre 31. Ces circuits de traitement mettent en oeuvre des algorithmes particuliers permettent de calculer pour chaque position de mesure la position effective réelle 10 et 12 de la voie A et donc éventuellement de corriger une erreur de position. La figure 2 représente plus en détail le dispositif optique de mesure. Ce dispositif est dans son principe déjà connu et il est notamment décrit dans l'Article intitulé "Mesure tridimensionnelle sans contact par triangulation" publiée dans la revue pratique de contrôle industriel n0 174 de juin 1992. Le dispositif ne sera donc pas décrit en détails. Le dispositif optique se compose essentiellement d'un laser 40 émettant un faisceau lumineux cohérent 42 qui traverse un télescope 44 de mise en forme du faisceau. Un déflecteur accousto-optique 46 permet de dévier le faisceau laser mis en forme. Le faisceau laser défléchi par le déflecteur accousto-optique 46 est renvoyé par un miroir à 45 48. Le faisceau laser sortant 50 vient frapper l'objet dont on veut mesurer les caractéristiques dimensionnelles, cet objet étant référencé 52. A l'aide d'une caméra, de préférence une caméra du type CCD référencé 54, on réalise une image complète de l'objet 52 dans un plan orthogonal à l'axe de déflexion du faisceau grâce au balayage par le faisceau 50 de celui-ci du fait de la déflexion du faisceau. Dans le cas particulier de l'invention et comme on l'a représenté sur la figure 3, le système optique 32 qui est constitué essentiellement par l'émetteur de faisceau laser 64 et par la caméra CCD 54 est monté par l'intermédiaire d'un arbre horizontal 66 aux extrémités duquel sont montés respectivement la caméra 54 et l'émetteur de faisceau laser 64. Cet arbre 66 est relié, de préférence, au châssis du véhicule par l'intermédiaire d'un actuateur de rotation 68 commandé par le circuit de traitement. L'actuateur 68 est associé à un capteur angulaire 68 qui permet de déterminer la direction géométrique de l'émetteur laser 64 et de la caméra 54. Comme on l'a déjà expliqué, le système optique permet par déflexions successives du faisceau laser qui frappe le rail de référence A, de reconstituer l'ensemble de la forme de la face externe du rail et donc d'en déterminer les coordonnées par rapport par exemple à la position de la caméra 54. En connaissant précisément, à l'aide des différents capteurs, la position de la caméra par rapport aux rails 10 et 12, on peut ainsi calculer à l'aide du circuit de traitement pour chaque position du véhicule, les coordonnées exactes des rails 10 et 12 par rapport au rail de référence A. En outre, si les circuits de traitement comportent en mémoire des informations relatives au profilé du rail servant de référence, il est possible de comparer ces informations mémorisées à celles qui sont déduites de l'image prise par la caméra. Lorsqu'il y a identité, cela signifie que l'image prise est bien celle de l'élément de référence et les mesures de coordonnées des différentes parties de l'élément de référence peuvent être prises en compte par le circuit de traitement pour effectuer le contrôle. De plus, il faut remarquer que le balayage du faisceau laser peut être obtenu à l'aide du dispositif accousto-optique et/ou par commande du moteur 68 de mise en rotation du système de mesure. En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire les circuits de traitement 36 du dispositif de contrôle. Les circuits de traitement 36 comprennent essentiellement un microprocesseur 70 associé à une mémoire de données et de programmes 72, un circuit 74 de commande du moteur de rotation 68 associé à son capteur 68, un circuit d'acquisition d'images 76 reçues de la caméra 54, un circuit 78 de pilotage du dispositif accousto-optique 46, ces circuits étant contrôlés par le microprocesseur 70, et un convertisseur analogique numérique pour numériser les informations délivrées par les différents capteurs. La caméra, le moteur et le dispositif accousto-optique sont reliés aux circuits associés par l'intermédiaire d'un boîtier auxiliaire 80. Le fonctionnement des circuits de traitement est le suivant: Pour chaque position du véhicule, le microprocesseur 70 commande le dispositif accousto-optique et/ou le moteur 68 afin que le faisceau laser effectue un balayage dans un plan vertical. La caméra recueille les images correspondantes et les traite numérique. Un sousprogramme de comparaison entre les informations mémorises et celles qui correspondent aux différentes images prises permet d'identifier l'élément de référence de position. Le microprocesseur peut alors déterminer les coordonnées de cet élément par rapport au dispositif de contrôle. Puis, le calculateur peut calculer les coordonnées effectives de la voie ferrée à contrôler par rapport à l'élément de référence en intégrant les informations fournies par l'inclinomètre et les capteurs de position liés au véhicule. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la position d'une voie ferrée par rapport à des éléments d'un tracé de référence constitué notamment par au moins un rail d'une voie contigu ou par un piquetage comprenant un véhicule apte à se déplacer sur la voie ferrée à contrôler, caractérisé en ce qu'il comprend en outre montés sur ledit véhicule:: un ensemble de mesure de position comprenant un émetteur de faisceau laser et une caméra pour former une image de la partie de l'élément de référence frappé par le faisceau laser; des moyens pour modifier l'axe dudit faisceau laser dans un plan vertical afin d'obtenir une image complète de ladite partie de l'élément de référence; des moyens pour comparer ladite image captée à une image préétablie des éléments du tracé de référence; des moyens pour déterminer la position de ladite caméra par rapport à la voie ferrée à contrôler; des moyens de traitement de ladite image pour en déduire les coordonnées dudit élément de référence; ; des moyens de traitement des coordonnées de ladite image et des informations délivrées par les moyens de détermination de la position de la caméra pour en déduire la position effective de ladite voie ferrée à contrôler par rapport à ladite référence de position. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour commander la déflexion du faisceau laser comprennent des moyens accousto-optiques interposé à la sortie du générateur de faisceau laser. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour commander la déflexion du faisceau laser comprennent des moyens pour commander la rotation simultanée de la source de faisceau laser et de la caméra autour d'un axe horizontal.