DE10040139A1

DE10040139A1 - Verfahren zur Messung von Schienenprofilen und Gleislagestörungen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10040139A1
Application number: DE2000140139
Authority: DE
Inventors: Steffen Worbs; Thomas Schwiegel
Original assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 2000-08-13
Filing date: 2000-08-13
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2020-08-14
Also published as: DE10040139B4

Abstract

Nach der Erfindung zur Messung von Schienenprofilen und Gleislagerstörungen wird die Kontur des Profils in der y-z-Ebene punktuell erfasst und für diese Punkte werden in der x-z- und x-y-Ebene Relativbewegungen ermittelt, wobei eine laseroptische Messeinrichtung den Relativabstand zwischen der realen Lage des jeweiligen Schienenstranges im Raum zu dem Inertialsystem als Bezugsbasis im Raum sowie die Kontur der Fahrkantenprofile der rechten und linken Schiene misst. Die gemessenen Profile werden als Videobilder abgespeichert und bei nachfolgender Auswertung analysiert, gemittelt und/oder als Datenfile einem Simulationssystem zur Verfügung gestellt. Während der Fahrt werden die rechten und linken Profile optisch ausgewertet, die Höhenänderungen und Seitenänderungen ausgewählter Punkte der Profilkontur sowie der Schienenabstand als Spurweite online analog oder digital wieder ausgegeben. Da die Ausführung der Messtechnik für die linke und rechte Schiene je ein Abtastsystem beinhalten, welche starr miteinander verbunden sind, kann neben der Erfassung der Gleislagefehler auch die Spurweite online ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Schie nenprofilen und Gleislagestörungen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 und 2.

Die fahrzeugspezifische Belastung des Fahrwegs, dessen Zu stand (Verschleiß, Spurweitenänderungen) sowie der Zustand der Laufflächen am Rad sind wesentliche Kriterien, die das Laufverhalten von Schienenfahrzeugen beeinflussen. Diese haben Auswirkungen auf die Zuordnung der Berührpunkte an Rad und Schiene bei seitlicher Auslenkung, die Definition der äquivalenten Konizität, die Radiendifferenz zwischen linkem und rechtem Rad und den Einfluss der Spurweite und Schienen form.

Stand der Technik

Es ist ein Verfahren zur berührungslosen Messung des Ver schleißes von Schienen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens bekannt mit folgenden Verfahrensschritten:

a) der Schienenkopf wird schräg oder senkrecht zur Fahrtrichtung belichtet
b) entlang einer vorgegebenen Messstrecke wird der Lichtstreifen videotechnisch mit einer am Fahrzeug angebrachten Videokamera abgetastet
c) das erzeugte visuelle Signal wird beim Überfahren der Wegstrecke den Wegsignalen eines Weggebers zugeordnet
d) die Bild-Wegsignale werden in einem Speicher abge speichert und die abgelegten Signale werden mit Hilfe einer Auswertungseinheit in schienenspezifische, Weg abhängige Informationen ausgewertet

Dieses bekannte Bildmesstechnik-Verfahren ist geeignet für die exakte Auswertung von Profillinienkonturen in der y-z- Ebene. Es ist aber nicht geeignet für die Ermittlung der Fahrweg abhängigen Gleislagestörungen.

Weiterhin ist ein Inertialmess-Verfahren auf der Basis New tonscher Axiome bekannt, das die Erfassung von Messgrößen während der Fahrt in Bezug auf eine im Raum bewegte kreisel stabilisierte Plattform ermöglicht. Ausgehend von einem Festpunkt lassen sich Lage und Höhe weiterer Punkte bestim men. Nachteilig bei diesem Verfahren wirken sich die mechani schen Komponenten aus, die berührungsabhängig funktionieren und Ursache für Fehler sind. Mit diesem Verfahren ist es nicht möglich, die Profilkontur zu bestimmen. Außerdem kann dieses Verfahren durch die mechanische Abtastung nur inner halb begrenzter Geschwindigkeiten angewendet werden.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung von Schienenprofilen und Gleislagestörungen sowie eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit denen die Fehler aus der mechanischen Abtastung beseitigt werden, hohe Fahrgeschwindigkeiten zulässt und mittels Bildmesstech nik-Verfahren den Mess- und Auswerteumfang erweitert. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Kontur des Profils in der y-z-Ebene punktuell erfasst wird und für diese Punkte in der x-z- und x-y-Ebene Relativbewe gungen ermittelt werden, wobei eine laseroptische Messein richtung den Relativabstand zwischen der realen Lage des jeweiligen Schienenstranges im Raum zu dem Inertialsystem als Bezugsbasis im Raum sowie die Kontur der Fahrkantenprofile der rechten und linken Schiene misst. Die gemessenen Profile werden als Videobilder abgespeichert und bei nachfolgender Auswertung analysiert, gemittelt und/oder als Datenfile einem Simulationssystem zur Verfügung gestellt. Während der Fahrt werden die rechten und linken Profile optisch ausgewertet, die Höhenänderungen und Seitenänderungen ausgewählter Punkte der Profilkontur sowie der Schienenabstand als Spurweite online analog oder digital wieder ausgegeben. Da die Ausführung der Messtechnik für die linke und rechte Schiene je ein Abtastsystem beinhalten, welche starr miteinander verbunden sind, kann neben der Erfassung der Gleislagefehler auch die Spurweite online ermittelt werden.

Beispiele

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Darstellung von Fahrkante der Schiene und Lauffläche des Rades bei eingetretenem Ver schleiß

Fig. 2 die Zuordnung von Messgrößen zueinander bezüglich der gesuchten Messgröße

Fig. 3 die Darstellung des starr miteinander verbun denen Inertial- und Bildmesssystems

Fig. 4 die Darstellung der Lage der Schienenprofil kontur, der Bilderfassungssysteme und der Li nienprojektoren im Raum

Fig. 5 ausgewählte Punkte der Schienenprofilkontur

Fig. 6 Messpunkte der Schienenprofilkontur

Fig. 7 vertikale Lageänderung der Scheitelpunktkoor dinaten über der Fahrstrecke in der x-z-Ebene

Fig. 8 horizontale Lageänderungen der rechten und linken Spurweitenpunktkoordinaten zueinander und über der Fahrstrecke in der x-y-Ebene

Fig. 9 Lage der gemessenen Einzelprofile in der y-z-Ebene

Fig. 10 Ermittlung der Koordinaten eines Scheitelre ferenzpunktes.

In Fig. 1 sind Verschleißzustände an Rad und Schiene darge stellt. Bei eingetretenem Verschleiß stellt sich eine reale Profilkontur 8 der Fahrkante der Schiene und eine reale Profilkontur 9 der Lauffläche des Rades ein, die erhebliche Abweichungen zu ihren ursprünglichen Konturen haben. Das bringt eine Veränderung der Berührgeometrie zwischen Rad und Schiene und eine Spurweitenänderung mit sich. In Fig. 2 ist eine Zuordnung von Messgrößen zueinander ersichtlich, deren Verkettung erforderlich ist, um eine gesuchte Messgröße M_G zu erhalten.

Über ein sich bewegendes Inertialmesssystem 4, welches sich in der relativen idealen Inertialebene 2 bewegt, wird eine Messgröße M_i ermittelt, welche den Abstand zu einer absoluten idealen Bezugsebene 1 beinhaltet.

Von dem sich bewegenden Inertialmesssystem 4, welches sich in der relativen idealen Inertialebene 2 bewegt, wird eine Messgröße M_B ermittelt, welche den Abstand zu einer relativen realen Messebene 3 am Messobjekt Schienenprofilkontur 7 beinhaltet.

In Fig. 3 sind die über eine starre Verbindung 6 miteinander verbundenen Komponenten Inertialmesssystem 4 und Bildmesssys tem 5 dargestellt. Das Inertialmesssystem 4 enthält die Messplattform 13. Das Bildmesssystem 5 enthält das Bilderfas sungssystem 11 und den Linienprojektor 12. In Fig. 4 ist die Lage der Schienenprofilkonturen in der y-z-Ebene, die Lage der Bilderfassungssysteme 11 und der Linienprojektoren 12 im Raum ersichtlich. In der y-z-Ebene sind die Mess- und Auswer teebenen 10 des Bilderfassungssystems 11 dargestellt. In Fig. 5 sind ausgewählte Punkte der Schienenprofilkontur 14, welche sich aus Einzelmesspunkten zusammensetzt, dargestellt. Hier bei handelt es sich um die Koordinaten des Scheitelpunktes SP auf der z-Achse für die rechte und linke Schiene und den Spurweitenmesspunkt SW auf der y-Achse für die linke und rechte Schiene. Fig. 6 enthält eine Darstellung der aus zahlreichen Einzelpunkten zusammengesetzten Schienenprofil kontur 14. In Fig. 7 ist die vertikale Lageänderung der Koordinaten des Scheitelpunktes SP über der Fahrstrecke in der x-z-Ebene dargestellt. In Fig. 8 ist die horizontale Lageänderung der rechten und linken Koordinaten der Spurwei tenpunkte SW zueinander und über der Fahrstrecke in der x-y- Ebene dargestellt. Fig. 9 zeigt die Lage aufeinanderfolgend gemessener Schienenprofilkonturen 14 in der y-z-Ebene. Fig. 10 demonstriert die Ermittlung der Koordinaten eines Schei telreferenzpunktes SR. Diese beinhaltet als ersten Schritt die Suche des Spurweitenmesspunktes SW 14 mm unterhalb des Scheitelpunktes SP im Bereich der Fahrkante. Von diesem Punkt aus wird im horizontalen Abstand von 35 mm nach oben gelotet der Scheitelreferenzpunkt SR auf der Kontur ermittelt. In den Zeichnungen und Beschreibungen bedeuten:
l = links
r = rechts
i = Zählvariable [1, 2, . . ., n]
x = Raumkoordinate horizontal längs = Fahrtrichtung
y = Raumkoordinate horizontal quer
z = Raumkoordinate senkrecht

Bezugszeichenliste

1

absolute ideale Bezugsebene im Raum

2

relative ideale Inertialebene im Raum

3

relative reale Messebene am Schienenpro fil im Raum

4

bewegtes Inertialmesssystem

5

bewegtes Bildmeßsystem

6

starre Verbindung (von

4

und

5

)

7

Messobjekt Schienenprofilkontur

8

reale Profilkontur der Fahrkante der Schiene

9

reale Profilkontur der Lauffläche des Rades

10

Mess- und Auswerteebene

11

Bilderfassungssystem

12

Linienprojektor

13

Messplattform

14

Schienenprofilkontur
SP Scheitelpunkt
SR Scheitelreferenzpunkt
SW Spurweitenmesspunkt
l links
r rechts
i Zählvariable [

1

,

2

, . . ., n]
x Raumkoordinate horizontal längs (Fahrt richtung)
y Raumkoordinate horizontal quer
z Raumkoordinate senkrecht,
M_G

gesuchte Messgröße des Verfahrens
M_i

Messgröße des Inertialsystems
M_B

Messgröße des Bildmesssystems

Claims

1. Verfahren zur Messung von Schienenprofilen und Gleislage störungen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens unter Anwendung des Inertialmess-Verfahrens und des Bildmesstechnik-Verfahrens und der Vorrichtungen zur Aus fuhrüng der Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schienenprofilkontur (14) in einer y-z-Ebene als Matrix im Videobild einer laseroptischen Messeinrichtung des Bilderfassungssystems (11) erfasst wird und für ausge wählte Punkte dieser Kontur in einer x-z- und x-y-Ebene Ortsveränderungen bestimmt werden und das Bilderfassungs system (11) den Relativabstand zwischen der realen Lage des jeweiligen Schienenstranges im Raum zu der Bezugsba sis Inertialmesssystem (4) im Raum sowie die Kontur der Fahrkantenprofile der rechten und linken Schiene misst, dass die gemessenen Schienenprofilkonturen (14) als Vi deobilder abgespeichert, die Konturen geglättet und als Datenfile ausgelagert werden, dass wahrend der Fahrt die rechten und linken Schienenprofilkonturen (14) optisch ausgewertet werden und die lateralen und vertikalen Lage änderungen der Profilkontur in der y-z-Ebene sowie der Schienenabstand als Spurweite aus den Konturen online wahrend der Fahrt als Messwert ausgegeben werden, wobei die Ausfuhrung der Messtechnik für die linke und rechte Schiene je ein Bilderfassungssystem (11) vorsieht, die mechanisch starr miteinander verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass pro Schienenprofil mehrere Bilderfassungssysteme (11) vorhanden sind, die aus unterschiedlichen Einfallwinkeln den Schienenkopf betrachten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Profilkontur einen Scheitelreferenzpunkt (SR) auf der Lauffläche im Bereich der Mitte des Schienenkopfes ermittelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten der unterschiedlichen Messverfahren, Iner tialmesssystem (4) und Bildmesssystem (5), synchron durch einen oder mehrere synchronisierte Computermesssysteme erfasst werden.

5. Vorrichtung zur Messung von Schienenprofilen und Gleisla gestörungen, bestehend aus einem Inertialmesssystem und zwei bereits fest miteinander verbundenen Bildmesssyste men, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bild messsysteme (5) und mindestens ein Inertialmesssystem (4) starr miteinander verbunden sind:

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen für die unterschiedlichen Messverfah ren, Bildmesssystem (5) und Inertialmesssystem (4), am Wagenkasten angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen für die unterschiedlichen Messverfah ren, Bildmesssystem (5) und Inertialmesssystem (4), im Drehgestell angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen für die unterschiedlichen Messverfah ren, Bildmesssystem (5) und Inertialmesssystem (4), in einem separaten Messfahrzeug angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung ein oder mehrere synchronisierte Com putermesssysteme integriert sind.