AT390626B

AT390626B - Vorrichtung zur kontinuierlichen messung von profilkurven

Info

Publication number: AT390626B
Application number: AT0304485A
Authority: AT
Original assignee: Hoehberger Hans Joerg; Spies Johann; Richter Franz; Wittmann Hans Peter
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1990-06-11
Also published as: DE3441092A1; ATA304485A; DE3441092C2

Description

Nr. 390 626

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven und insbesondere von Unebenheitskurven an Flächen eines Körpers, beispielsweise einer Eisenbahnschiene, mit einer kontinuierlich längs des Körpers verschiebbaren Meßbasis, die an den Körper angetastet ist.

Bei der Herstellung von Eisenbahnschienen können - durch Verschleiß der Herstellvorrichtung bedingt - Wellen auf- bzw. eingeprägt werden.

Bei in Gleisen verlegten Eisenbahnschienen können Riffeln als Folge des Rad-Schiene-Verschleißes enstehen.

Als Riffeln werden periodische Unebenheiten auf der Schienenoberfläche mit Wellenlänge von 30 bis 100 mm und Amplituden bis zu 0,4 mm bezeichnet. Wellen sind periodische Unebenheiten mit Wellenlängen größer als 100 mm und Amplituden bis zu 2 mm. Um den wirtschaftlichsten Zeitpunkt für die Beseitigung derartiger Unebenheiten zu bestimmen, bzw. zum Zweck der Herstellungskontrolle ist es erforderlich, diese Unebenheiten schnell und einfach exakt bestimmen zu können.

Zur Bestimmung von Profilkurven insbesondere im Unebenheitsbereich sind bereits die verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden.

Diese Verfahren und Vorrichtungen kann man grob in drei Gruppen einteilen: Bei der ersten Gruppe wird eine feste Bezugsgerade verwendet, die auf der Schienenoberfläche aufgelegt wird, und der Meßaufnehmer wird auf dieser Bezugsgeraden verschoben. Bei der zweiten Gruppe wird die Bezugsgerade die einen festen Meßaufnehmer trägt, kontinuierlich längs der zu messenden Strecke verschoben, (Wandersehnen-Meßverfahren), während bei der dritten Gruppe mit Beschleunigungsaufnehmem gemessen wird.

Zur ersten Gruppe gehört beispielsweise das tragbare Schienenoberflächenmeßgerät der Firma Cemafer. Diese Geräte erfassen zwar den Unebenheitsverlauf exakt, haben jedoch den Nachteil, daß immer nur ein Bereich der Oberfläche ausgemessen wird, dessen Länge etwa der Länge der Bezugsgeraden entspricht. Ein Aneinanderreihen derartiger Bereiche erfordert eine diskontinuierliche Umsetzung des Meßgeräts oder (des zu messenden Objekts) um jeweils eine Länge der Bezugsgeraden. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden; außerdem ist die Aneinanderreihung der abschnittsweisen Meßaufzeichnungen nicht unproblematisch. Eine Vergrößerung der Länge der Bezugsgeraden bringt hingegen Stabilitätsprobleme.

Die zur zweiten Gruppe gehörenden Verfahren bzw. Vorrichtungen weisen den vorstehend genannten Nachteil nicht auf, da die Bezugsgerade kontinuierlich längs des Körpers verschoben wird.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Messung von wellenförmigen Deformierungen der Schienenoberfläche in der DE-OS 30 08 440 beschrieben. Grundelement dieser Vorrichtung ist eine auf Rollen kontinuierlich verschiebbare Bezugsbasis mit zwei Abstandsaufnehmem, die jeweils den Abstand Bezugsbasis Oberfläche des Körpers erfassen, und deren gegenseitiger Abstand kleiner als die Länge der Bezugsbasis ist, wobei die Differenz der beiden Aufnehmer-Signale als Maß für die Deformierung gebildet und entsprechend weiterverafbeitet wird.

Analog zu den Wandersehnen-Meßverfahren treten auch hier starke Verzeichnungen zwischen der echten und der aus dem Differenzsignal erzeugten Deformationskurve auf. Ebenfalls analog zu den Wandersehnen-Meßverfahren erhält man eine stark strukturierte Übertragungsfunktion. Diese negativen Effekte ließen sich nur dann vermeiden, wenn die Länge der Bezugsbasis groß gegen die größte zu erfassende Wellenlänge der Deformationen gemacht werden könnte! Da dies bei einer maximal zu erfassenden Wellenlänge von 3 m technisch nicht möglich ist, behilft man sich damit, aus den Nulldurchgängen des Differenzsignals die Wellenlänge der Deformationskurve zu bestimmen und anschließend das Differenzsignal mit dem Kehrwert der Übertragungsfunktion (die als bekannt vorausgesetzt wird, da sie sich aus der geometrischen Anordnung berechnen läßt) zu multiplizieren.

Abgesehen davon, daß sich diese Art der Entzerrung nur bei hinreichend sinusförmigen Deformationskurven durchführen läßt - bei einer statistisch schwankenden Deformationskurve versagt sie - reicht ein Paar von Abstandsgebem zur Erfassung des relevanten Wellenlängen-Bandbereichs nicht aus; es wird ein dritter Abstandsgeber benötigt, so daß sich zwei Differenzsignale bezogen auf zwei verschiedene gegenseitige Abstände bilden lassen, so daß im Prinzip der Wellenlängen-Bandbereich mit zwei Meßeinrichtungen abgedeckt werden muß, was einen erheblichen Aufivand bedeutet.

Ein weiteres Verfahren zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven, bei dem eine Bezugsgerade kontinuierlich längs des zu messenden Körpers verschoben wird, ist beispielsweise aus dem Artikel "Ein Verfahren zur Messung der Ebenheit von Eisenbahnschienen" in "Thyssen Technischer Bericht" Heft 2/80 S. 111 bekannt Bei diesem Verfahren werden bis zu vier Abstandsaufnehmer verwendet, die jeweils den Abstand Bezugsgerade-Oberfläche des Körpers messen. Die Ausgangssignale der einzelnen Meßwertgeber werden über den jeweiligen Abstand der Geber miteinander verknüpft und die sogenannte Pfeilhöhe gebildet, die als Abbild der Unebenheitsfunktion der Oberfläche betrachtet wird.

Diese Verfahren sind jedoch mit einem ausgeprägten systematischen Fehler behaftet der insbesondere bei kurzwelligen Unebenheiten starke Abweichungen des Pfeilhöhenverlaufs gegenüber der eigentlichen Profilkurve erzeugt Aus prinzipiellen Gründen kann dabei ein wesentlicher Teil dieser Abweichungen nicht korrigiert werden: bei spektraler Betrachtungsweise äußert sich dieser systematische Fehler in einer mit abnehmender Wellenlänge sich stärker ausprägenden Struktur der systembeschreibenden Übertragungsfunktion. Unebenheiten mit gleicher Amplitude aber unterschiedlichen Wellenlängen werden daher mit unterschiedlichen Amplituden wiedergegeben. Eine Entzerrung mit elektronischen Netzwerken ist wegen der starken Strukturierung der Übertragungsfunktion trotz großen Aufwands nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich möglich. -2-

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Bei einem in der DE-OS 26 06149 beschriebenen Verfahren wird deshalb ein Antaster beispielsweise entlang einer Eisenbahnschiene geführt und die Bewegung dieses Antasters mit einem Beschleunigungsaufnehmer gemessen. Das Signal des Aufnehmers wird zweimal nach der Zeit integriert, so daß man theoretisch ein zur tatsächlichen Profilkurve proportionales Signal erhält. Verfahren und Vorrichtungen, die mit Beschleunigungsaufnehmem arbeiten, haben jedoch den Nachteil, daß eine Profilkurve, deren Unebenheit eine große Wellenlänge hat, ein wesentlich niedrigeres Beschleunigungssignal erzeugt als eine Profilkurve, deren Unebenheiten eine kleinere Wellenlänge haben. Bei den großen zu erfassenden Wellenlängen-Bandbreiten (von ca. 30 mm bis 3000 mm) ist das schwache langwellige Signal vom starken kurzwelligen Signal kaum zu trennen, da es im Rauschen des Aufnehmers untergeht.

Aus diesem Grunde muß in der Regel mit mehreren Beschleunigungsaufnehmem und mit mechanischer Tiefpaßfilterung zur Femhaltung der jeweils unerwünschten hohen Frequenzen gearbeitet werden; dies bedeutet einen erheblichen Aufwand.

Bei Handgeräten die mit geringer Geschwindigkeit bewegt werden müssen, kommt eine weitere Schwierigkeit hinzu: die niederfrequenten Signale des Beschleunigungsaufnehmers sind dann so schwach, daß sie nur mit großem Aufwand von den ebenfalls niederfrequenten Signalen getrennt werden können, die durch ungewollte Kippbewegungen des Aufnehmers im Gravitationsfeld erzeugt werden.

Aus Patent Abstract of Japan 56-79-906 (A) ist es bekannt, eine Profilmessung mittels einer Winkelmessung vorzunehmen. Die Neigung der verwendeten Sehne in einem Inertialsystem, wie sie beispielsweise durch langwellige Oberflächenfehler hervorgerufen wird, ist jedoch in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Aus der EP-OS 107 833 (Al) ist eine Einrichtung zur Erfassung der Unebenheiten einer Schiene mit Dreipunktmessung bekannt

Die DE-OS 26 48 785 (Al) zeigt eine Vermessung eines Gleises mittels mehrerer Bezugslinien unter Messung der Schnittwinkel. Geräte zur Messung solcher Schnittwinkel sind aus der AT-PS 312 025 bekannt.

Bei der Einrichtung nach der AT-PS 355 077 stellt der Rahmen mit seinen Fahrwerken ein längliches System, der schwenkbare Dreiecksrahmen mit den beiden Rollen ein kurzes System dar. Die Anordnung von Meßeinrichtungen ist jedoch nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven und insbesondere von Unebenheitskurven an Flächen eines Körpers der eingangs charakterisierten Art derart weiterzubilden, daß mit geringem Aufwand Unebenheiten in einem großen Wellenlängen-Bandbereich exakt gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: die Meßbasis weist einen ersten Winkelsensor, der die Neigung der Längsachse der Meßbasis in einem inertialen Koordinatensystem (x, y) mißt, und einen zweiten Winkelsensor auf, der die Neigung eines Flächenelements, dessen Abmessungen (s) kleiner als typische Wellenlängen der zu vermessenden Profilkurve (f(x)) sind, gegen die Längsachse der Meßbasis mißt, eine Auswerteschaltung ermittelt aus den Ausgangssignalen der beiden Winkelsensoren durch Superposition der Drehzustände und anschließende Integration oder umgekehrt eine Größe, die der über die Länge des Flächenelements des Körpers gemittelten Profilkurve entspricht.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, einerseits den Drehzustand einer von der Meßbasis gebildeten Bezugsgeraden in einem inertialen Koordinatensystem, und andererseits den Drehzustand eines kleinen Flächenelements der zu messenden Fläche des Körpers relativ zur Bezugsgeraden, d. h. zur Meßbasis zu messen.

Durch Superposition der Drehzustände und Integration über die Kurvenlänge erhält man eine Größe, die der über die Länge des Flächenelements des Körpers gemittelten Profilkurve entspricht

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinigt alle Vorteile der vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen unter Vermeidung deren Nachteile in sich:

Durch die Anordnung des ersten Winkelsensors auf einer Meßbasis, deren Länge groß gegenüber den Abmessungen des Flächenelements (Antastelements) ist, werden Dynamikprobleme umgangen, da sich kurzwellige Unebenheitsanteile nur sehr schwach auf die Neigung der Meßbasis auswirken können. Die Übertragsfunktion des Systems ist deshalb über zwei Dekaden der Wellenlänge nahezu konstant und fällt in Richtung auf kurze Wellenlängen monoton ab. Durch die Erfassung von reinen Drehzuständen und Verwendung von hinreichend kurzen Abmessungen des Antastelements ergibt sich eine formtreue Aufzeichnung der Profilkurve mit Ausnahme der Wellenlängen, die kürzer als die Länge des gemessenen Flächenelements sind.

Die Anforderungen an die Konstanz der Vorschubgeschwindigkeit der Bezugsgeraden sind nicht so groß wie bei Systemen mit Beschleunigungsaufnehmem. Mit einfachen elektronischen Mitteln läßt sich daher für ein bestimmtes Geschwindigkeitsintervall eine Korrektur herbeiführen, so daß innerhalb dieses Intervalls unabhängig von der tatsächlichen Geschwindigkeit gemessen werden kann.

Vor allem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von der Richtung zum Gravitationsfeld einsetzbar. Damit können sowohl Profilkurven beispielsweise auf dem Schienenkopf einer Eisenbahnschiene als auch auf der Schieneninnenflanke erfaßt werden.

Eine vorteilhafte Anordnung der beiden Sensoren an der Meßbasis ergibt sich, wenn der erste und der zweite Winkelsensor übereinander bezogen auf die Hochachse der Meßbasis angeordnet sind. Damit hat die Durchbiegung der Meßbasis im Gegensatz beispielsweise zu den bekannten Verfahren (wie den Wandersehnen-Meßverfahren) keinen Einfluß auf das Meßergebnis, da die durch die Durchbiegung verursachten Neigungsfehler der -3-

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Winkelsensoren entgegengesetzt gleich groß sind und sich bei der Addition gegenseitig aufheben.

Es ist selbstverständlich aber auch möglich, daß die Meßbasis starr ist, und der erste und zweite Winkelsensor in Richtung der Längsachse der Meßbasis beabstandet sind.

Zweckmäßig ist der erste Winkelsensor ein Trägheitssensor. Ein Trägheitssensor erlaubt in einfacher Weise die Bestimmung des Drehzustands in einem inertialen Koordinatensystem. Ein derartiger Trägheitssensor ist beispielsweise aus der DE-PS 32 08 882 bekannt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Trägheitssensor als Referenzelement für den Drehwinkel im Inertialsystem eine weitgehend reibungsfrei gelagerte Scheibe auf. Eine derartige Scheibe kann beispielsweise mittels Magnetlagern realisiert werden. Dieser Sensor erlaubt eine besonders einfache Bestimmung des Drehwinkels, da sein Ausgangssignal ohne elektronische Signalverarbeitung direkt proportional zum Drehwinkel der Meßbasis bezogen auf das Inertialsystem ist.

Nach einem weiteren Merkmal weist der Trägheitssensor einen Drehbeschleunigungssensor auf, dessen Ausgangssignal zweimal integriert wird. Derartige Drehbeschleunigungssensoren werden beispielsweise von der Firma Systran Donner unter der Bezeichnung Modell 8160 geliefert

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Drehbeschleunigungssensor aus einem flüssigkeitsgefüllten Torus besteht.

Weiterhin kann der Trägheitssensor einen Drehgeschwindigkeitssensor aufweisen, dessen Ausgangssignal integriert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Trägheitssensor auf dem Kreiselprinzip beruhen. Dabei können sowohl mechanische Kreisel als auch auf dem sogenannten Sagnac-Effekt beruhende optische Kreisel verwendet werden.

Als zweiter Winkelsensor können grundsätzlich beliebige Sensoren verwendet werden, die eine Messung des Drehzustandes zwischen Meßbasis und dem zu messenden Flächenelement erlauben. Dabei können die Winkelsensoren berührend oder nicht berührend arbeiten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Winkelsensor ein berührender Winkeltaster, der den Körper an zwei Stellen berührt, deren Abstand etwa halb so groß wie die kleinste zu erfassende Wellenlänge der Profilkurve ist.

Der zweite Winkelsensor kann auch zwei Abstandsmeßeinrichtungen aufweisen, die den Abstand zwischen Meßbasis und der Fläche des Körpers messen und deren Abstand in Richtung der Längsachse etwa halb so groß wie die kleinste zu erfassende Wellenlänge der Profilkurve ist Aus dem Ausgangssignal und dem Abstand der beiden Abstandsmeßeinrichtungen wird nach den bekannten Regeln der Trigonometrie der Winkel berechnet

Bei hinreichend spiegelnden Flächen ist auch die Verwendung eines Winkelsensors mit einer Autokollimationsoptik möglich.

Es ist ferner möglich, daß die Meßbasis zwei Rollen aufweist mit denen sie an dem zu prüfenden Körper anliegt. Bei einer auf zwei Rädern rollenden Meßbasis hat die Unrundheit der Räder keinen verfälschenden Einfluß, da der Drehzustand der Meßbasis in einem inertialen Koordinatensysten für jede Messung neu bestimmt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn ein Wegaufnehmer vorgesehen ist, der den von der Meßbasis zurückgelegten Weg mißt. Damit haben Schwankungen der Vorschubgeschwindigkeit der Meßbasis keinen Einfluß auf die Zuordnung des Meßergebnisses zu bestimmten Stellen des Körpers.

Bei einer rollenden Meßbasis ist der Wegaufnehmer bevorzugterweise ein inkrementaler Winkelschrittgeber, der die Umdrehung einer der Rollen mißt

Eine besonders einfache Möglichkeit, wie die Auswerteschaltung die Superposition der Drehzustände vomimmt, zeichnet sich dadurch aus, daß die Auswerteschaltung die Signale des ersten und des zweiten Winkelsensors addiert und über den von der Meßbasis zurückgelegten Weg integriert. Die Auswerteschaltung kann dabei in an sich bekannter Weise als Analog- oder Digitalschaltung ausgeführt sein. Natürlich ist auch die Verwendung einer Mikroprozessor-Schaltung möglich.

Eine bevorzugte Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven ist die Verwendung an einer Oberbau-Meß-und/oder Arbeitsmaschine für Eisenbahngleise sowohl über der rechten als auch über der linken Schiene des Gleises.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweiten Wihkelsensors,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines zweiten Winkelsensors.

Fig. 4 die Vorgehensweise bei der Abnahmekontrolle von Eisenbahnschienen, und

Fig. 5 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellungskontrolle von Eisenbahnschienen.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der Profilkurve und insbesondere von Unebenheitskurven an Flächen eines Körpers, beispielsweise einer Eisenbahnschiene (1), deren Unebenheiten in Fig. 1 aus Gründen der Darstellung stark übertrieben eingezeichnet sind.

Die Vorrichtung weist einen als Meßbasis dienenden Rahmen (2) auf, an dessen Enden Rollen (3') bzw. -4-

Nr. 390 626 (3") angebracht sind, die auf dem zu vermessenden Körper (1) aufliegen. In der Mitte der Meßbasis (2) befindet sich ein erster Winkelsensor (4) und ein zweiter Winkelsensor (5). Ferner ist in Fig. 1 das verwendete Koordinatensystem mit den Achsen (x, y) eingezeichnet.

Der erste Winkelsensor (4) mißt den Winkel (Alpha(x)), um den der Rahmen (2) in dem inertialen Koordinatensystem (x, y) geneigt ist. Der zweite Winkelsensor (5) mißt den "mittleren Winkel" (ß(x)), um den ein Flächenelement (6) mit der Länge (s) der Eisenbahnschiene (1) gegen den Rahmen (2) geneigt ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Winkelsensor (5) ein Winkelhebel mit zwei Antastelementen (7) und (8) im Abstand (s). Der Winkelhebel erfaßt damit die Neigung (ß(x)) eines Flächenelements mit der Länge (s) der Profilkurve (y = f(x)) der Eisenbahnschiene (1) bezogen auf den Rahmen (2).

Eine nicht näher dargestellte Auswerteschaltung weist eine Additionsschaltung auf, die das Ausgangssignal des ersten Winkelsensors, das proportional zum Winkel (Alpha(x)) und das Ausgangssignal des zweiten Winkelsensors, das proportional zum Winkel (ß(x)) ist, addiert und über den von der Vorrichtung zurückgelegten Weg (x) integriert.

Die Addition der Winkel (Alpha(x)) und (ß(x>) ergibt die Neigung des Flächenelements (6) bezogen auf das Inertialsystem (x, y). Ist das Flächenelement (6) hinreichend klein, so kann die Neigung näherungsweise gleich der Ableitung der Profilfunktion (f(x)) gesetzt werden und es gilt: f(x) = J (Alpha(x) + ß(x)) dx 0

Da - wie ohne weiteres einsehbar ist - die untere Grenze des vorstehenden Integrals beliebig gewählt werden kann, ergibt sich die gesuchte Unebenheitsfunktion als Integral nach dem zurückgelegten Weg.

Bei Nichtvemachlässigung der Sehnenlänge (s) erhält man x + s/2 xq s'l * J f(x) dx = J (Alpha(x) + ß(x)) dx -s/2 0 x0

Links steht der über die Länge (s) arithmetisch gemittelte bzw. geglättete Wert der Profilkurve (f(x)).

Die Übertragungsfunktion (t(K)) des Systems lautet: t(K) = sin(K*s/2) / (K*s/2) K = 2n/Lambda

Ihre erste Nullstelle liegt bei der Wellenlänge Lambda, die gleich (s) ist. Daher können alle Wellenlängen Lambda erfaßt werden, die größer als die Sehnenlänge (s) des Flächenelements (6) sind.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für den zweiten Winkelsensor in Vorder- und Seitenansicht.

Der Winkelsensor weist eine um eine Achse (11) drehbare Platte (12) auf, die mit zwei Antastzapfen (7) bzw. (8) an dem zu vermessenden Körper beispielsweise der Eisenbahnschiene (1) anliegt. An der Platte (12) befindet sich ein Eisenkern (14), der durch die Drehbewegungen der Platte (12) innerhalb einer Spule (15) bewegt wird. Die Spule (15) ist an einer Platte (16) befestigt, die in Richtung eines Pfeils (17) verschiebbar an einer Platte (18) angebracht ist. Die Platte (18) ist derart an dem Rahmen (2) (Fig. 1) angebracht, daß die Verschiebung der Platte (16) senkrecht zur Längsachse des Rahmens erfolgt.

Das an der Ausgangswicklung der Spule (15) anstehende Ausgangssignal ist ein Maß für den Winkel, um den die Platte (12) um die Drehachse (11) gedreht ist, und damit ein Maß für den Winkel (ß(x)).

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den zweiten Winkelsensor, das insbesondere bei hinreichend spiegelnden Flächen verwendet werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet nach dem Prinzip einer Autokollimationsoptik. Der Winkelsensor weist eine Lichtquelle (21) auf, deren Licht von einem teildurchlässigen Spiegel (22) umgelenkt und von einem Objektiv (23) parallelisiert wird. Das parallele Licht trifft auf das Flächenelement (6) des zu vermessenden Körpers (1) auf, dessen Neigung erfaßt werden soll, wird von diesem reflektiert, und von dem Objektiv (23) auf einen Detektor (24) abgebildet, der beispielsweise eine bekannte positionsempfindliche Photodiode sein kann. Das Ausgangssignal einer derartigen positionsempfindlichen Photodiode gibt die Schwerpunktlage des auf sie auftreffenden Lichtpunktes (25) an. Damit ist (bei hinreichend kleinen Winkeln (ß)) das Ausgangssignal der positionsempfindlichen Diode (24) direkt proportional dem Neigungswinkel (ß(x)) des Flächenelements (6).

Fig. 4 zeigt eine Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Unebenheiten von Werkstücken, wie Walzerzeugnissen beliebiger endlicher Länge (beispielsweise von Schienenstücken) zum Zweck der Abnahmekontrolle.

Bei der Abnahmekontrolle ist es von besonderer Bedeutung, auch die Unebenheiten speziell am Anfang und am Ende des Werkstückes zu erfassen. Diese Aufgabe kann mit dem beschriebenen Verfahren und der -5-

Claims

Nr. 390 626 beschriebenen Vorrichtung auf zweierlei Weise besonders einfach gelöst werden: Entweder wird ein Verlängerungsstück (26), am Ende des Werk-Werkstücks (1) angebracht und das "verlängerte" Werkstück (1) mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einmal "überfahren" (Fig. 4a) oder das Walzerzeugnis wird mit der Vorrichtung in beiden Meßrichtungen überfahren (Fig. 4b). Dabei wird die Vorrichtung beispielsweise an einem Schiebegriff (10) von Hand bewegt. Wird bei der Vermessung des Werkstücks (1) mit der Vorrichtung dessen Ende erreicht, hängt als erstes die Rolle (3") (Fig. 4 a, b) in der Luft, was zu einer auch durch aufmerksame Führung der Vorrichtung durch den Bediener am Schiebegriff (10) nicht zu vermeidenden - Neigung der Meßbasis führt. Diese Neigung hat jedoch keinen Einfluß auf das Meßergebnis, da für jede Messung der Drehzustand in einem Inertialsystem neu bestimmt wird. Somit ist es also möglich das Werkstück (1) bis zu dessen Ende - Freihängen des Tasters (5) - ohne systematischen Fehler zu vermessen. Ferner kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, bei der die Sensoren (4) und (5) am Ende des Rahmens angeordnet sind (Fig. 4c). Fig. 5 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellungskontrolle von Walzerzeugnissen beispielsweise von Eisenbahnschienen. Bei dieser Modifikation verläuft das Walzerzeugnis, beispielsweise eine Schiene (1) auf einem Rollenbett (31). Darüber befindet sich, geführt beispielsweise von einer parallelen Führung (32') und (32") die absenkbare ortsfeste Meßeinrichtung (2). Wird durch die Führungen (32·) und (32") ein Verdrehen der Vorrichtung um die Querachse verhindert, kann der erste Winkelsensor zur Erfassung der Neigung der Vorrichtung zu einem ortsfesten Koordinatensystem in der Ruhigstellung der Vorrichtung bestehen. Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch beschrieben worden. Im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens sind die verschiedensten Modifikationen möglich. Beispielsweise kann die Auswerteschaltung auch so aufgebaut sein, daß sie zunächst die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Winkelsensors integriert und anschließend die integrierten Signale addiert. Ferner ist es möglich, um die eigentliche Meßvorrichtung so leicht wie möglich zu machen, die Auswerteschaltung ortsfest anzuordnen und die Ausgangssignale der beiden Sensoren beispielsweise mit Hilfe einer Telemetrieanlage auf die ortsfeste Auswerteschaltung zu übertragen, wo die Signalverarbeitung und die Aufzeichnung der Unebenheiten stattfindet. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere bei Messungen in Schienenlegern etc. vorteilhaft. Ferner können die Ausganssignale der Winkelsensoren auch aufgezeichnet und "off-line" ausgewertet werden. Selbstverständlich ist es weiterhin möglich die Auswerteschaltung und die einzelnen Sensoren in den verschiedensten Techniken aufzubauen. Insbesondere kann die Auswerteschaltung nicht nur eine analoge oder aus diskreten digitalen Bauelementen aufgebaute Einheit sein, sondern auch ein handelsüblicher Mikro- oder Minicomputer. Als Sensoren können beliebige Sensoren verwendet werden, mit denen Winkel in einem Inertialsystem bzw. relativ gemessen werden können. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorichtung an einer Oberbau-Meß und/oder Arbeitsmaschine für Eisenbahngleise angebracht werden. Dabei ist es auch möglich für jede Schiene eine Vorrichtung vorzusehen. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven und insbesondere von Unebenheitskurven an Flächen eines Körpers, beispielsweise einer Eisenbahnschiene, mit einer kontinuierlich längs des Körpers verschiebbaren Meßbasis, die an den Körper angetastet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: - die Meßbasis (2) weist einen ersten Winkelsensor (4), der die Neigung der Längsachse der Meßbasis in einem inertialen Koordinatensystem (x, y) mißt, und einen zweiten Winkelsensor (5) auf, der die Neigung eines Flächenelements (6), dessen Abmessungen (s) kleiner als typische Wellenlängen der zu vermessenden Profilkurve (f(x)) sind, gegen die Längsachse der Meßbasis mißt, - eine Auswerteschaltung ermittelt aus den Ausgangssignalen der beiden Winkelsensoren durch Supeiposition der Drehzustände und anschließende Integration oder umgekehrt eine Größe, die der über die Länge des Flächenelements des Körpers gemittelten Profilkurve entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Winkelsensor übereinander bezogen auf die Hochachse der Meßbasis angeordnet sind. -6- Nr. 390 626
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkelsensor ein Trägheitssensor ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor als Referenzelement für den Drehwinkel im Inertialsystem eine weitgehend reibungsfrei gelagerte Scheibe aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor einen Drehbeschleunigungssensor aufweist, dessen Ausgangssignal zweimal integriert wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehbeschleunigungssensor aus einem flüssigkeitsgefüllten Torus besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor einen Drehgeschwindigkeitssensor aufweist, dessen Ausgangssignal integriert wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor auf dem Kreiselprinzip beruht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkelsensor ein berührender Winkeltaster ist, der den Körper an zwei Stellen berührt, deren Abstand etwa halb so groß wie die kleinste zu erfassende Wellenlänge der Profilkurve ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkelsensor zwei Abstandsmeßeinrichtungen aufweist, die den Abstand zwischen Meßbasis und der Fläche des Körpers messen und deren Abstand in Richtung der Längsachse etwa halb so groß wie die kleinste zu erfassende Wellenlänge der Profilkurve ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkelsensor ein Autokollimationssensor ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbasis zwei Rollen aufweist, mit denen sie an dem zu prüfenden Körper anliegt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wegaufnehmer vorgesehen ist, der den von der Meßbasis zurückgelegten Weg mißt
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer ein inkrementaler Winkelschrittgeber ist, der die Umdrehung einer der Rollen mißt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die Signale des ersten und des zweiten Winkelsensors addiert und über den von der Meßbasis zurückgelegten Weg integriert.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbasis starr ist und der erste und zweite Winkelsensor in Richtung der Längsachse der Meßbasis der beäbstandet sind.
17. Verwendung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung von Profilkurven nach einem der Ansprüche 1 bis 16 an einer Oberbau-Meß- und/oder Arbeitsmaschine für Eisenbahngleise sowohl über der rechten als auch über der linken Schiene des Gleises. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen -7-