CN103502534A - 用于出于维护铁路轨道的目的测量轨道区段的布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于出于维护铁路轨道的目的标记和测量轨道区段的布置。所述布置由用于检测测量点(3)的传感器单元(2)组成，所述传感器单元(2)含有基于具有光谱选择性敏感度的第一光学传感器(I)和第二识别检测器(II)以非接触方式测量的至少两个独立检测器单元(I、II)，且所述测量点(3)作为角元件(4)可拆卸地紧固到轨道(1)并提供在水平定向支体(42)处，所述水平定向支体(42)具有在窄谱带中发射的涂层(5)以及针对所述识别检测器(II)的ID载体(6)，且所述传感器单元(2)附接到可在所述轨道上移动的装置(8)。

Description

用于出于维护铁路轨道的目的测量轨道区段的布置

技术领域

本发明针对一种尤其在转辙器、岔道、拐弯和轨道的容易磨损的其它区段的区域中用于出于维护铁路轨道的目的标记和测量轨道区段的布置。

背景技术

在此项技术中经由光学、电容和涡电流测量以多种方式执行用于确定维护区域的轨道的测量。关于这一点，通过测量列车的自动测量对于磨损关键区域来说通常不够精确以致可直接控制工作机器(研磨机或压型机)的准确工作。因此，需要不仅以可靠地可再现方式而且以尽可能远地紧密链接到工作机器的方式在轨道维护过程中执行工作区域的准确现场测量。当前使用的计算机辅助测量设备至今尚不可以足够精度再现---尤其对于例如拐弯或转辙器等复杂轨道区域---相对于当工作机器在轨道区域上反复行进时工作区域的位置，且工作必须始终准确地在所确定的位置(通过轨道简档测量设备事先确定)重新开始。

使得有可能检查例如拐弯区域等轨道区段中的铁路轨道的状态的测量装置在DE3210015C2中描述。此为用于测量铁路轨道的横向位置和高度位置的手持式测量装置，其使用两个参考弦，所述参考弦构造为可以静止方式设置在距彼此所界定距离处且具有水平仪、瞄准光学器件和测距杆的三脚架，且其具有拥有用于部署在两个轨道上的横杆的直立底座。此测量装置测量沿着拐弯弧的大弦的长距离上的轨道位置，且为了核实测量位置和以此方式发现的轨道位置，进一步需要参考必须由轨道网络运营者指定的固定点(例如，架空线桅杆)。这不允许自由确定对应于用于轨道区段的维护的轨道的查明状态的轨道位置。

从EP1548400A1已知用于检查轨道(尤其拐弯)的另一测量装置。在此情况下，轨道间隔由激光距离传感器、将激光束投影到待测量的点上的光学波导，以及待测量位置处的CCD接收器检测。

除了上文提及的测量装置使用光学传感器且仅仅出于此原因不适于在例如研磨机等工作机器中使用的事实之外，EP1548400A1还相对于确定和辨识个别测量点(其可位于2到5mm距离处)揭示，这些测量点沿着所行进距离记录，其由测量装置的运转轮发射到旋转编码器，且所述测量点与所述测量点处进行的测量相关。测量位置的此确定归因于滑移(尤其拐弯区域中的前后移动)而不可精确再现，使得所述相关对于控制工作机器将投入使用的位置来说并不令人满意。此外，旋转编码器产生系统误差，其致使在工作区域中的每次前后移动期间经由轮滑移而累积误差。

虽然视觉可检测性对于位置的非接触检测是合乎需要的，但工作机器引起的污染损害测量点的位置检测，使得视觉方法不能直接与工作机器(例如，轨道研磨机)组合使用。因此，用于寻找事先已由轨道简档测量设备确定为轨道的缺陷区段且由关于测量或机器加工的规则界定的测量位置的测量装置必须以一方式设计使得其能够可靠地且可再现地收集沿着轨道的不能被环境条件篡改的位置数据。

因此，本发明的目标是找到用于出于维护铁路轨道的目的标记和测量轨道区段的新颖的可能性，其允许相对于位置而且直接与工作机器协作来可靠且准确地确定容易磨损的轨道区段(例如，拐弯和转辙器)，而不出于此目的需要停止轨道工作来进行测量或工作和测量以某一其它方式脱节。

发明内容

在用于出于维护铁路轨道的目的标记和测量轨道区段的布置中(其中提供用于测量点的光学获取的手段)，根据本发明满足上述目标，在于用于检测定位在轨道附近的测量点的传感器单元具有基于不同测量原理以非接触方式测量的至少两个独立检测器单元，其中一个测量原理利用具有光谱选择性敏感度的光学传感器，且第二测量原理利用用于测量点的个别识别的识别检测器，在于测量点具有至少两个支脚作为角元件，其中第一垂直定向支脚可拆卸地紧固到轨道，且在第二水平定向支脚处提供在窄谱带中发射的针对光谱选择性传感器的涂层以及针对识别检测器的识别值载体，且在于传感器单元布置在可在轨道上行进的装置处，使得独立检测器单元随着可在轨道上行进的装置的移动在测量点上方在相同方向上平行于轨道导引。

传感器单元有利地经构造以便可相对于轨道横向垂直转动。

此外，传感器单元可有用地经布置以便可横向于轨道移位以便使其适于轨距和测量点相对于轨道的定向。

针对每一轨道的传感器单元有利地提供在可在轨道上行进的装置处，所述传感器单元在相对于轨道的横向方向上彼此相对布置。

测量点借助永久磁铁适当地可拆卸地紧固到轨道，且优选地布置在轨腰的外侧或内侧上。

关于这一点，有可能在有槽轨道的情况下将测量点布置在轨道的护轨处或导轨处。

测量点优选地具备冷光层作为在窄带中发射的涂层。在此变型中，传感器单元有利地包括针对冷光的光谱选择性传感器，其适于冷光层的发射波长范围。

第二，测量点适当地具备RFID芯片形式的识别标签。对于此实施例，传感器单元适当地包括用于读取RFID芯片的无线电波换能器。

以有利的方式，可在轨道上行进且用以紧固传感器单元的装置是来自包括轨道研磨机或轨道压型机的群组的工作机器。然而，其也可简单地为测量车。

本发明基于以下基本考虑：已知轨道测量装置借助固定点(例如，桅杆)界定轨道伸展段外部且独立于轨道伸展段的所确定的缺陷区域，或要求轨道处的精细测量标记(例如，条形码等)的光学检测并借助轮驱动的旋转编码器间接确定所述位置。在两种情况下，在轨道上执行的工作(例如，研磨)所引起的惯例污染损害光学或机械位置测量，但后者对于准确获取测量值是必不可少的。

本发明中经由使用适宜的标记元件(下文中：测量点)来解决此问题，标记元件临时或较长时间周期定位在铁路轨道的附近范围处或内，且其特性经构成使得其可通过直接紧固到轨道上运行的车的测量系统以非接触方式有源或无源地以足够准确度检测和获取。

本发明包括特别制造的测量点与具有多个敏感度的附随的传感器单元的组合。

供轨道区段在上面工作的整个测量系统具有多个“可移动”测量点，其优选地借助永久磁铁以可拆卸方式直接紧固到轨腰的横向表面。测量点以一方式设计使得其还可容易地紧固到护轨(护轮轨)使得其还可在闭合轨道(街道建筑中的内嵌轨道)中使用。

如此，基于先前在轨道区段中采用的轨道简档测量装置的测量日志或遵照支配测量或工作的所确立的规则确定测量点的位置，且测量点布置在例如针对工作机器(研磨机或压型机)区分一个或一个以上工作区域的开始点和结束点的位置处。

根据本发明，可借助传感器单元基于至少两个质量上不同的测量原理检测测量点，所述传感器单元沿着在轨道上移动的装置导引。借助简单修改可实现到GPS的额外链接和到GPS的发射。

两个非接触测量原理优选地结合使用以用于检测，其中一个测量原理利用具有对故障最低可能易感度且使用光谱敏感标记染料(基于光致发光)的光学原理，且另一测量原理是基于无线电波、磁性或电容且允许译码(ID标签)的原理。两个原理均可有源以及无源地操作，但至少一个有源原理适当用于ID标签。

相对于光学原理，由日光或通过工作机器的工作照明充分激活的荧光染料优选地通过光谱敏感光学传感器检测，所述光谱敏感光学传感器依据荧光染料的发射波长调整。以此方式，确保位置检测，且排除与其它反射性物体结合的混乱或模糊。

测量点优选地装备有RFID芯片(射频识别芯片)。其用以识别以光学方式检测到的测量点，且组成待维护的轨道区段的工作区域(其也可为“非工作区域”)的“计数器”或分类。

借助本发明作为施加到适当设计的测量点(标记元件)的两个不同测量方法的组合，有可能出于维护铁路轨道的目的实施轨道区段的标记和测量以便允许可靠且位置上准确地确定容易磨损的轨道区段(而且直接与工作机器协作)，而不出于此目的需要停止轨道工作来进行测量或工作和测量以某一其它方式脱节。由于根据本发明的传感器系统的缘故，明确地确定所有测量点的位置及其正确序列，排除模糊，且在多个通道上可再现重复的准确性(排除轮滑移)。

附图说明

下文将参考实施例实例更充分描述本发明。图式展示：

图1是丁字轨处的测量点的示意图；

图2是转辙器的区域中的测量点的布置(有岔道)；

图3是转辙器的区域中的测量点的布置(无岔道)；

图4是传感器单元紧固在后方的工作机器的侧视图；

图5是具有可转动传感器单元的工作机器的前视图；

图6是具有紧固在外侧(丁字轨)上的可移位传感器单元的工作机器的前视图；

图7是具有紧固在内侧(有槽轨道)上的可移位传感器单元的工作机器的前视图；

图8是具有紧固在内侧(有槽轨道上)上的可移位传感器单元的工作机器的前视图；

图9是测量点的示意图，其中有槽轨道在具有磁铁的装箱区域中，所述磁铁构造为用于紧固测量点的角元件的较短支脚；

图10是用于基于所获取的测量点对工作机器的直接控制的测量点检测的操作原理的说明；以及

图11是用于使用GPS进行工作机器的数据获取和数据处理的测量点检测的操作原理的说明。

具体实施方式

如图1中示意展示，根据本发明的基本布置包括可拆卸地布置在轨道1(以常规化方式展示为丁字轨)处的测量点3。紧固到工作机器8的传感器单元2在测量点3上方导引。传感器单元2包括基于不同原理的两个独立检测器单元。

第一检测器单元是光学传感器I，其可俘获有限接收范围(例如，在达25cm的距离处具有直径2cm)内的光谱选择性辐射，且其依据测量点3在窄谱带中发射的辐射调整。

第二检测器单元针对所界定ID标签设计且优选地是可读取RFID芯片6的所编程值的有源无线电波换能器II。其范围针对近似10到30cm设计且限于具有近似相同尺寸的发射／接收锥体。

适于此传感器单元2的测量点3包括角元件4(例如，由比如钢、不锈钢、黄铜等金属、比如CRP、GRP、ARP或SRP等稳定塑料或合成物，或其它耐久尺寸稳定的材料制成)。角元件4具有至少两个支脚，永久磁铁7紧固到或凹陷到两个支脚的较短者41中，且冷光层5(优选荧光或磷光材料)布置在较长支脚42的上侧上。长支脚42的外侧向上导向传感器单元2。此外，含有ID标签且可由无线电波换能器II读出的RFID芯片6布置在角元件4的长支脚42处。在特定实施例中，短支脚41可从长支脚42的两侧形成分支出去，从而产生T形角元件43(如图5所示)。

光学传感器I检测非常窄的接收范围(约6到8cm)(优选地针对荧光染料的检测)，作为由日光或通过工作机器8的工作照明充分激活且因此确保充分位置检测的冷光层5，而无线电波换能器II负责识别测量点3，且因此是用于解译工作机器8的工作区域(所述工作区域遵循测量点3)的“计数器”或分类符含义内的检测器。出于此目的，每一测量点3装备有RFID芯片6，在其中编程所确定的ID值。

最简单的“计数器”代码在于测量点3的0／L代码的交替分配中，其中“0”识别工作机器8的个别工作区域的开始位置，且“L”识别结束位置。

在待维护的且其中工作机器8(反复地)在执行工作的轨道区段上前后行进的轨道区段具有多个工作区域(以及因此，多个测量点3)或包括不同工作步骤的区域的情况下，可在RFID芯片6中编程发散或扩展的数字识别符，用于产生测量点3的清楚指派。

测量点3优选地由与工作机器8一起在轨道区段上方移动的传感器单元2无源以及有源地检测。在检测期间联合采用两种非接触测量方法，使得具有对故障最低可能易感度且使用在窄谱带中发射的用于准确确定轨道中的位置的涂层(冷光层5)的光学原理与无线电波换能器II组合，所述无线电波换能器II确认测量点3的唯一确定的目的且同时排除光学传感器I检测到的外来信号可进一步作为测量点3被错误地处理的可能性。

或者，还可使用磁性或电容测量原理来检测ID标签。

因此，由于根据本发明的传感器系统的缘故，明确地确定所有测量点3的位置及其正确序列，排除模糊，且在多个通道上可再现测量点检测的重复准确性(排除归因于轮滑移的错误位置)。

测量点3可用于不同轨道标记，视需要布置和再布置且每当需要时再使用，使得其可用于工作地点处或工作地点之间反复的更改和扩展(维修工作)且始终以清楚可指派的方式。

荧光涂层(冷光层5)可在表面损坏(污染、机械影响)的情况下以简单的方式(例如，借助荧光喷漆)直接在构造地点现场恢复。因此，测量点3耐磨损，只要RFID芯片6未损坏，且测量点3的信号可再现，只要测量点3不会沿着轨道1意外地移位。

测量点3优选地产生作为具有宽度2到8cm(优选4cm)的角元件4，且具有针对短支脚41在2与6cm之间(优选3cm)的支脚长度，以及针对长支脚42为10到20cm(优选12到15cm)的支脚长度。关于这一点，短支脚41还可完全或部分被永久磁铁7代替，或两个短支脚41可从长支脚42的两侧形成分支出去从而产生T形。

对于测量点3的位置的空间分辨率，可容易地维持1cm的定位准确度，-即使当角元件4的宽度为几厘米时-因为其可通过测量点3的所俘获光学图像中的中心检测或边缘检测容易且准确地确定。

由于不需要视觉辨识(高分辨率点检测)，所以正常污染不会损害光学传感器I对测量点3的位置检测。然而，为了限制工作污染(例如，研磨灰尘)，可优选地借助喷嘴(未图示)在测量点3与传感器单元2之间的测量间隙中额外引入气流。在上文提及的检测单元(光学传感器I和无线电波换能器II)中，所述测量间隙在10cm与30cm之间，最优约15cm。

供轨道区段在上面工作的整个测量系统具有多个“可移动”测量点3，其以简单方式临时紧固到铁路轨道1或在铁路轨道1的附近范围中；借助永久磁铁7直接在相应轨道1的侧表面处可靠地实行紧固。为了在闭合轨道构造(内嵌式轨道)中也能够使用测量点3，其以一方式设计使得其也可容易地紧固到护轨(护轮轨)。优选地在轨道的外侧实行紧固，如图5和6所示。然而，存在多种特殊轨道区段，其需要布置在轨道的内侧或还布置在护轨(护轮轨)或导轨处，如图7和8所示。

图2和3中展示上文描述的类型的布置的管理。为清晰起见，仅展示转辙器的轨道区域中的不同测量点3。

在工作机器8在轨道上工作之前，在轨道的某些区段中基于先前确定的轨道磨损条件或基于指定的工作任务确定所界定的工作区域，且以对应的方式定位测量点3。借助传感器单元2读取位置，且处理、存储所述数据并使其可用于工作机器8的自动控制。

图2展示在具有经设定为向左横越(区段拐弯S)的转辙器的轨道区段中的轨道维护期间的不同工作区域。在此情况下，将在左手轨道1处检测测量点位置0L到1L、1L到2L以及2L到3L，作为工作区域B和C，而右手轨道1处的区段0R到1R、1R到2R以及3R到4R是工作区域，且右手轨道1处的区段2R到3R是无工作的区域A。

图式中展示的轨道区段的个别工作区域可指定如下：

A-无工作的区域(仅穿越行进)

B-具有一些工作的区域(转辙器区段)

C-具有轨道表面上的连续工作的区域(完整区段的研磨)。

在图3中，通过转辙器调整具有直线行进T(无岔道)的路线。这产生区域0L到1L、1L到2L以及3L到4L，作为有源工作区域B和C。在右手轨道1上，将在区段L1到L2中的转辙器的区域中仅部分地(区域B)在轨道1的头部上工作，而在2L与3L之间(无源工作区域)停止工作，即工作机器8的研磨元件(未图示)处于距轨道1安全距离处使得转辙器不会损坏。在测量点位置3L中，工作重新开始且实行直到位置4L为止。在右手轨道1上，轨头在从0R到1R以及2R到3R的区段中完全重新工作，而其在测量位置1R与2R之间仅部分工作。

此工作方式可每当需要时针对每一轨道1重复；具有传感器单元2的工作机器8是否在所述区域上向前或向后行进并不重要，因为测量点3确保位置和区域的清楚指派。

对工作机器8的这种点确切控制方法可在轨道的任何区段中(尤其还在转辙器内部)应用。如此，标记危险部位(即，不会被损坏的位置)，且实行轨道1的完美工作，因为传感器单元2确切地检测位置。测量点3的确切无误的检测还允许在任何形状的多个连续转辙器上实行工作。

在工作机器8的侧视图中，图4展示传感器单元2布置在工作机器8的前方或后方区域中。工作机器8的前方／后方区域的视图(在图5中对应地偏移90°)展示当测量点3布置在轨道的外侧上时，检测器单元I和II(光学传感器I和无线电波换能器II)有利地构造为可转动传感器单元21以便保持后者安全地远离工作机器8的测量和工作操作，尤其是在房屋壁龛(未图示)中，例如当工作机器8从一个构造地点向下一构造地点移动时。

此外，图5展示测量点3的另一优选实施例形式，其中T形角元件43安装到轨道1的轨腰的外侧。如此，安装到轨腰的短支脚41还可由永久磁铁7形成，因为长支脚42直接粘附到永久磁铁7。

图6和7展示本发明的优选实施例，其中检测器单元I和II构造为可相对于轨道方向横向移位的传感器单元22。图6展示用于检测布置在轨道1的外侧上的测量点3的沿着横杆9移出的可移位传感器单元22的位置，而图7展示在有槽轨道11处紧固到内侧的测量点3的移入位置。在后一紧固情况中，护轨(护轮轨)用于借助磁铁7(此处为简单起见未展示)布置测量点3。

图8展示类似情形，其中内嵌式构造中的轨道区段强制地将测量点3布置在有槽轨道11的护轨(护轮轨)处，因为没有其它紧固可能性可用。由于通常在有槽轨道11附近发现的局限空间条件的缘故，有时有必要修改测量点3的形状。

图9中的放大视图中展示测量点3的此类型的修改。在此情况下，以一方式修改测量点3使得其优选地直接位于道路支撑构造(装箱区域12)上，且通过永久磁铁7借助有槽轨道11的护轨处的摩擦啮合而固定。

图10和11展示测量点3的检测的操作模式的示意图，作为用于工作机器8的直接控制以及用于使用GPS对所获取数据的集成的数据转移方案。借助传感器单元2从测量点3获取的信号以适宜的方式经由接口发送到计算机单元(PLC)，在其中所述信号经进一步处理以便直接在工作机器8中实行特定工作步骤。在图11中(其中测量数据的获取相同)，将调制解调器连接在PLC的下游使得所述数据(测量点3的坐标和所测得的值)以可检索的方式经由卫星供应到世界范围内的其它位置(以适宜的方式经由因特网供应到具有对应接入数据的远程站点)。

参考数字

1       轨道(常规化丁字轨)

11      有槽轨道

12      装箱区域

2       传感器单元

21      可转动传感器单元

22      可移位传感器单元

I       光学传感器

II      无线电波换能器

3       测量点

31      针对装箱区域的测量点

4       角元件

41      短支脚

42      长支脚

43      T形角元件

5       冷光层

6       RFID芯片

7       永久磁铁

8       工作机器

9       横杆(用于移位传感器单元)

A       非工作区域

B       具有一些工作的区域(在轨头上)

C       具有连续工作的区域(在轨头上)

S       具有岔道的区段

T       直线区段

u、v、w 行进方向

Claims (14)

1.一种用于出于维护铁路轨道的目的标记和测量轨道区段的布置，其中提供用于测量点的光学检测的手段，所述布置的特征在于：用于检测定位在轨道(1)附近的测量点(3)的传感器单元(2)具有基于不同测量原理以非接触方式测量的至少两个独立检测器单元(I、II)，其中一个测量原理利用具有光谱选择性敏感度的光学传感器(I)，且第二测量原理利用用于测量点(3)的个别识别的识别检测器(II)，所述测量点(3)具有至少两个支脚(41、42)作为角元件(4)，其中第一垂直定向支脚(41)可拆卸地紧固到所述轨道(1)，且在第二水平定向支脚(42)处提供在窄谱带中发射的针对所述光谱选择性传感器(I)的涂层(5)以及针对所述识别检测器(II)的识别值载体(6)，且所述传感器单元(2)布置在可在轨道上行进的装置(8)处，使得所述独立检测器单元(I、II)随着可在轨道上行进的所述装置(8)的移动在所述测量点(3)上方在相同方向上平行于所述轨道(1)导引。

2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述传感器单元(2)经构造为可横向于所述轨道(1)垂直转动的传感器单元(21)。

3.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述传感器单元(2)经布置以便可横向于所述轨道(1)移位以便使其适于轨距和所述测量点(3)相对于所述轨道(1)的定向。

4.根据权利要求1所述的布置，其特征在于针对每一轨道(1)的传感器单元(2)提供在可在轨道上行进的所述装置(8)处，其中所述传感器单元(2)在相对于所述轨道的横向方向上彼此相对布置。

5.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述测量点(3)借助永久磁铁(7)可拆卸地紧固到所述轨道(1)。

6.根据权利要求5所述的布置，其特征在于所述测量点(3)布置在所述轨道(1)的轨腰处。

7.根据权利要求5所述的布置，其特征在于所述测量点(3)布置在有槽轨道(11)的护轨处。

8.根据权利要求5所述的布置，其特征在于所述测量点(3)布置在所述轨道的导轨处。

9.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述测量点(3)具备冷光层(5)作为在窄带中发射的涂层。

10.根据权利要求9所述的布置，其特征在于所述传感器单元(2)包括针对冷光的光谱选择性传感器(I)，其适于所述冷光层(5)的发射波长范围。

11.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述测量点(3)具备RFID芯片(6)作为识别值载体。

12.根据权利要求11所述的布置，其特征在于所述传感器单元(2)包括用于读取所述RFID芯片(6)的无线电波换能器(II)。

13.根据权利要求1所述的布置，其特征在于可在轨道上行进用于紧固所述传感器单元(2)的所述装置是来自包括轨道研磨机或轨道压型机的群组的工作机器(8)。

14.根据权利要求13所述的布置，其特征在于可在轨道上行进的所述装置为测量车。

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