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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung, mit der die Stärke von
Fahrleitungen für
elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge sowie von Oberleitungs-Omnibussen (O-Bussen)
in der Fahrbewegung des Messfahrzeuges bestimmt werden kann. Gleichzeitig
werden Fahrleitungsbauelemente, die an der Fahrleitung angebracht
sind und die an den Stromabnehmern Stöße verursachen können, mit
der Stärkemessung
optisch mit erfasst.
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Messeinrichtungen,
mit denen die Stärke von
Fahrleitungen für
elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge in der Fahrbewegung eines
Messfahrzeuges bestimmt werden kann, sind bereits bekannt.
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Nach
dem Patent 197 40 485 des Anmelders besteht die Messeinrichtung
aus einem rohrförmigen Ausleger,
der mit seinem unteren Ende auf dem Dach eines auf Schienen fahrbaren
Messfahrzeuges horizontal und vertikal schwenkbar angebracht ist
und an dessen oberem Ende ein Führungsbock
angeordnet ist, der an der Fahrleitung in deren Längsrichtung gleitend
anliegt und der mit dem Ausleger von der Fahrleitung in deren Querrichtung
geführt
wird und so deren Zick-Zack-Lage folgt.
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Zur
Bestimmung der Fahrdrahtstärke
ist zur einen Seite des Führungsbocks
ein optischer Sender angeordnet, der seitlich auf die Fahrleitung
und senkrecht zur Schleifflächennormalen
ein parallel verlaufendes Strahlenbündel richtet.
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Zur
anderen Seite des Führungsbocks,
gegenüber
dem optischen Sender, befindet sich eine optische Empfängerzeile,
die das Licht des von der Fahrleitung teilweise abgeschatteten Strahlenbündels auffängt.
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Die
optische Empfängerzeile
ist über
eine optische Übertragungsstrecke
mit einer Auswerteeinrichtung in dem Messfahrzeug verbunden.
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Der
optische Sender und/oder die optische Empfängerzeile sind entweder direkt
an dem Führungsbock
angeordnet oder sind unterhalb des Führungsbocks an dem Ausleger
positioniert.
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Bei
einer Positionierung unterhalb des Führungsbockes ist an dem Führungsbock
eine Umlenkanordnung – eine
Spiegelanordnung oder Prismen – angebracht.
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Als
optischer Sender kommt eine Laserdiode zum Einsatz, deren divergenter
Strahlengang von einer Linse in das parallel verlaufende Strahlenbündel umgeformt
wird.
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Die
optische Empfängerzeile
besteht vorzugsweise aus einer CCD-Zeile und einem Signalumsetzer.
Sie kann auch aus einer Vielzahl optisch voneinander isolierter
Lichtwellenleiter bestehen, die mit ihren Stirnflächen ihrer
einen Enden der Messstrecke zugewandt und mit ihren anderen Enden
mit der Auswerteeinrichtung verbunden sind.
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Von
der Empfängerzeile
werden die Hell-Dunkel-Grenzen der projizierten Schattenbilder als
Messsignale über
die optische Strecke der Auswerteeinrichtung in dem Schienenfahrzeug
zugeführt.
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Mit
dieser Messvorrichtung kann die Abnutzung von Fahrleitungen in Abhängigkeit
von der Genauigkeit der optischen Empfängerzeile mit der erforderlichen
Messgenauigkeit vom fahrenden Messfahrzeug aus erfasst werden. Die
Genauigkeit der Empfängerzeile
ist abhängig
von der Anzahl der einzelnen Sensoren pro Millimeter.
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Empfängerzeilen
mit der erforderlichen Genauigkeit sind daher sehr aufwendig. Bei
der Messung unterschiedlich starker Fahrleitungen ist eine sehr
lange Empfängerzeile
erforderlich, die eine große
Vielzahl von Sensoren erfordert. Die von jedem Sensor der Empfängerzeile
erfassten Signale müssen
separat der Auswerteeinrichtung in dem Fahrzeug zugeführt werden,
was einen weiteren hohen Aufwand erfordert.
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Nach
dem Zusatzpatent 198 03 553 wird der aufgezeigte Aufwand dadurch
reduziert, dass der optische Sender oder eine dem optischen Sender
nachgeordnete erste optische Umlenkanordnung im Fokus einer Linse
oder der optische Sender im Fokus eines Hohlspiegels in einer vorgegebenen
Geschwindigkeit schwenk- oder drehbeweglich angeordnet sind und
seitlich auf die Fahrleitung einen Lichtstrahl richten, der einen
Lichtpunkt erzeugt, der in Abhängigkeit
von der Schwenk- oder Drehgeschwindigkeit eine Linie beschreibt,
die über
die Schleifflächennormale
und über
die zu dieser senkrecht gegenüberliegenden
Seite der Fahrleitung hinaus verläuft, und dass das von der Fahrleitung
nicht abgeschattete Licht auf eine zweite optische Umlenkanordnung
mit einem Fokus trifft, in welchem der optische Empfänger positioniert
ist.
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Der
mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegte Lichtstrahl wird
in Abhängigkeit
von der Fahrdrahtstärke
für eine
Zeit t unterbrochen. Die Zeit der Unterbrechung des Lichtstrahls
wird von der Auswerteeinrichtung erfasst und bildet ein Maß für die Fahrdrahtstärke.
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Die
erste Umlenkanordnung auf der Seite des optischen Senders kann ein
planer Spiegel oder ein Prisma sein, die im Fokus der Linse schwenkbar angeordnet
sind. Es können
auch mehrere Spiegel oder Prismen kreisförmig und um eine Achse in einer Richtung
rotierend angeordnet sein.
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Bei
Einsatz eines Hohlspiegels an der Stelle der ersten Umlenkanordnung
und der Linse, ist im Fokus des Hohlspiegels der optische Sender schwenkbar
angeordnet. Der Lichtstrahl wird dann jeweils nur in einer Schwenkrichtung
abgestrahlt, was die Auswertung wesentlich vereinfacht.
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Als
optischer Sender findet eine Laserdiode Anwendung, deren Lichtaustritt
auf einen Laserstrahl eingeengt ist, der einen Lichtpunkt erzeugt.
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Die
zweite Umlenkanordnung auf der Empfängerseite ist als Linsen- und
Prismenanordnung oder auch als Hohlspiegel ausgebildet.
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Als
optischer Empfänger
dient vorzugsweise ein fotoelektrischer Sensor, der elektrisch oder über einen
Signalumsetzer optisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist.
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Mit
der Lösung
nach der Zusatzanmeldung besteht der optische Empfänger nur
noch aus einem Sensor mit nur einer Signalverbindung zu der Auswerteeinrichtung,
wodurch der Aufwand für
die Messeinrichtung erheblich reduziert ist.
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Nachteil
dieser Lösung
ist, dass keine fortlaufende Prüfung
der Fahrleitung möglich
ist.
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An
der Fahrleitung angeordnete Bauelemente, wie Stütz-, Stoß- und Einspeisungsklemmen, Klemmen
für Beidrähte oder
auch Fahrdrahtaufhängungen,
verhindern eine Messung an diesen Stellen, da der Führungsbock
von den Bauelementen von der Fahrleitung ab nach unten gedrückt wird.
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Darüber hinaus
kommt es zu einem Abspringen des Führungsbocks von der Fahrleitung,
wodurch eine Unterbrechung des Messvorgangs entsteht. Der Führungsbock
muss in einem solchen Fall manuell wieder an die Fahrleitung geführt werden.
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Da
die an der Fahrleitung befindlichen Bauelemente für die Stromabnehmer
der Fahrzeuge zu Stoßstellen
führen
können,
hat es sich als notwendig erwiesen, dass während der laufenden Prüfung der Fahrleitung
auch solche Ursachen für
auftretende Stoßstellen
optisch erfasst werden.
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Dazu
wurden nach dem Zusatzpatent 198 35 2282 innerhalb der Führungsrinne
des Führungsbocks
Gleitelemente angeordnet, die federnd seitlich gegen die Fahrleitung
drücken,
so dass die Fahrleitung innerhalb der Führungsrinne eine definierte Lage
besitzt und an der Fahrleitung befindliche Bauelemente die rinnenförmige Führung ungehindert
mit passieren können.
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Beim
Durchgang der Bauelemente durch die Führungsrinne werden die Gleitelemente
von den an der Fahrleitung befindlichen Bauelementen zur Seite gedrückt und
federn nach dem Durchgang wieder zurück gegen die Fahrleitung.
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Die
Gleitelemente sind im Einlaufbereich und im Auslaufbereich des Führungsbocks
zu beiden Seiten der Fahrleitung positioniert und sind klappenförmig gestaltet,
so dass diese in einem Winkel mit einer Federkraftkomponente entgegen
der Bewegungsrichtung gegen die Fahrleitung und gegen die Bauelemente
drücken,
die sich an dieser befinden.
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Abschrägungen der
klappenförmigen
Gleitelemente erleichtern ein Hereinführen der Fahrleitung zwischen
die Klappen bei einem vorherigen möglichen Herausgleiten dieser
in der Fahrbewegung.
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Im
Einlauf- und im Auslaufbereich des Führungsbocks sind erhabene Gleitauflagen
oder Gleitrollen angeordnet, mit denen der Führungsbock in der Höhe an der
Fahrleitung geführt
wird.
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Zum
leichteren Ansetzen des Führungsbocks
an die Fahrleitung sind die klappenförmigen Gleitelemente mit einem
Seilzug verbunden, mit welchem diese zu beiden Seiten der rinnenförmigen Führung hin
geöffnet
werden können.
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In
dem Bereich zwischen den Klappen, im Ein- und Auslaufbereich, sind
wiederum an der einen Seite der optische Sender und an der gegenüberliegenden
Seite der optische Empfänger
angeordnet, auf den das von der Fahrleitung und den Bauelementen
nicht abgeschattete Licht trifft.
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Wie
bereits das Hauptpatent beinhaltet, ist der optische Empfänger mit
einer Auswerteeinrichtung in dem Messfahrzeug verbunden.
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An
dem Ausleger, an dem der Führungsbock angeordnet
ist, ist eine Einrichtung zur Schnellabsenkung angebracht, die ebenfalls
mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist und der beim Über- oder
Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Abschattung ein Auslösesignal
zugeführt
wird.
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An
dem Ausleger ist eine auf die Fahrleitung gerichtete Videokamera
mit einem Ringspeicher angeordnet, die eine Verbindung mit der Auswerteeinrichtung
besitzt. Die Auswerteeinrichtung gibt beim Über- oder Unterschreiten eines
vorgegebenen Grenzwertes für
die Abschattung ein Signal zum Abspeichern der Bilder aus dem Ringspeicher
auf einen zweiten Speicher ab. Auf diese Weise werden mit den Messwerten
alle Bauelemente, die an der Fahrleitung montiert sind, gleichzeitig
optisch mit erfasst.
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Wie
sich herausgestellt hat, ist die Handhabung der Messeinrichtung
noch zu aufwendig, da der an dem Ausleger angeordnete Führungsbock
bei allen Hindernissen an der Fahrleitung, die das Breitenmaß der Führungsrinne übersteigen,
dieser mittels Schnellabsenkung von der Fahrleitung entfernt und nach
dem Passieren des Hindernisses manuell wieder angesetzt werden muss.
Das führt
stets zu zeitaufwändigen
Messunterbrechungen, wobei dann eine messtechnische Erfassung des
Bereiches nicht erfolgt.
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Solche
Hindernisse für
den Führungsbock treten
vorwiegend an Abzweigungen von Fahrleitungen, an sich kreuzenden
Fahrleitungen sowie an Streckentrenner auf.
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In
Abschnitten, in denen die Strecken durch Tunnel hindurch geführt sind
und die Fahrleitungen an einem längst über die
Fahrleitungen verlaufenden Träger
befestigt sind, ist eine Messung mit dieser Messeinrichtung nicht
möglich,
da das Licht oberhalb der Fahrleitung von dem Träger abgeschattet wird.
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Darüber hinaus
besteht die Forderung, auch von Fahrleitungen für Oberleitungsomnibusse (O-Busse)
deren Stärke
zu ermitteln. Dabei tritt das Problem auf, dass durch deren Stromabnehmer,
insbesondere in Kurvenbereichen die Fahrleitungsseiten einen erhöhten Verschleiß aufweisen.
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Die
seitliche Fahrdrahtabnutzung kann mit den bekannten Messvorrichtungen
nicht erfasst werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung zu schaffen,
mit der die allseitige Abnutzung von Fahrleitungen für elektrisch
betriebene Schienenfahrzeuge sowie von O-Bussen in der Fahrbewegung,
unabhängig
von der Aufhängungsart,
fortlaufend, ohne Messunterbrechung bei auftretenden Hindernissen
an der Fahrleitung, durchgeführt
werden kann. Die Messeinrichtung soll an einem beliebigen elektrisch
betriebenen Fahrzeug mit Stromabnehmer eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass an einem Stromabnehmer eines beliebigen elektrisch betriebenen
Fahrzeuges (im weiteren als Messfahrzeug bezeichnet) unterhalb einer Schleifleiste
oder unterhalb eines anderen Schleifkontaktes ein oder mehrere auf
die Fahrleitung gerichtete elektronische Kamera/s und, in einem
vorgegebenen Projektionswinkel (Triangulationswinkel) zu der/den
Kamera/s, mehrere Linienprojektoren so angeordnet sind, dass diese über die
gesamte Länge der
Schleifleiste bzw. des Schleifkontaktes eine Lichtlinie projizieren,
die von unten und der Seite auf eine oder bei mehreren unmittelbar
parallel verlaufenden Fahrleitungen auf diese trifft und die Kontur (Topografie)
der auf diese projizierten Linien von der/den Kamera/s erfasst und
die gewonnene Lichtinformation in bekannter Weise einer Auswerteeinrichtung
zugeführt
wird.
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Als
Linienprojektoren kommen vorzugsweise Strichlaser zur Anwendung,
die eine schmale und helle Lichtlinie von unten und der Seite auf
die Fahrleitung projizieren.
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Die
Kameras unter der Fahrleitung sind so angeordnet, dass diese in
einer um den Triangulationswinkel α verkippten Aufnahmerichtung
zu den Linienprojektoren in der Fahrbewegung des Messfahrzeuges
lückenlos,
die entsprechend der Kontur der Fahrleitung versetzt bzw. verschoben
erscheinenden Lichtlinien erfassen.
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Die
Auswertung der Kamerabilder erfolgt in Anwendung des an sich bekannten
Lichtschnittverfahrens, ein Verfahren basierend auf dem Prinzip
der Triangulation, der optischen 3-D-Messtechnik.
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Mit
Hilfe des Lichtschnittverfahrens erfolgt eine Vermessung des Höhenprofils
entlang der auf die Fahrleitung projizierten Lichtlinie.
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Bei
den Stromabnehmern mit einer Schleifleiste sind unter der Schleifleiste
mehrere Kameras an einer parallel zu dieser angebrachten Traverse
so angeordnet, dass diese über
die gesamte Länge
der Schleifleiste lückenlos
die Projektion der Lichtlinie beobachten. Die Linienprojektoren
sind zu beiden Seiten der Traverse in einem vorgegebenen Triangulationswinkel
zu den Kameras positioniert und projizieren von den Seiten über die
gesamte Länge
der Schleifleiste die Lichtlinien, die die Fahrleitung in jeder
Lage ihres Zick-Zack-Verlaufs erfassen.
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In
einer Abwandlung der beschriebenen Anordnung ist an der Stelle von
mehreren an der Traverse angeordneten Kameras eine Kamera auf einem Linearschlitten
positioniert. Eine mit der Kamera verbundene Steuerung gewährleistet
in an sich bekannter Weise, dass die Kamera in der Fahrbewegung des
Messfahrzeuges dem Zick-Zack-Verlauf der Fahrleitung folgt und stets
unmittelbar unter der Fahrleitung sich befindet.
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Bei
der Anordnung der Messeinrichtung an einem Rutenstromabnehmer für O-Busse, sind unter dem
Schleifkopf an einer Traverse, zu beiden Seiten der Fahrleitung
die Kameras zusammen mit den Linienprojektoren positioniert und
auf die Fahrleitung gerichtet. Kameras und Linienprojektoren sind
im Triangulationswinkel zueinander angeordnet.
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Auf
diese Weise werden neben der unteren Fläche auch die seitlichen Konturen
der Fahrleitung und damit die seitliche Fahrleitungsabnutzung mit
erfasst.
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Die
Anordnung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung
unterhalb der Schleifleiste oder eines anderen Schleifkontaktes,
wie der Kopf eines Rutenstromabnehmers für O-Busse, gewährleistet eine
ungehinderte kontinuierliche Messung der Stärke aller Fahrleitungsarten.
Alle Bauelemente und andere Einrichtungen an der Fahrleitung, die
für die Stromabnehmer
zu Stoßstellen
führen
können,
werden gleichzeitig optisch mit erfasst.
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Die
Messeinrichtung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer, an einer Fahrleitung anliegenden
Schleifleiste und unter der Schleifleiste auf einer Traverse angeordnete
elektronische Kameras und Linienprojektoren,
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2:
eine Seitenansicht von 1,
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3:
einen Kopf eines an einer Fahrleitung anliegenden O-Busstromabnehmers
und unter dem Stromabnehmerkopf auf einer Traverse angeordnete elektronische
Kameras und Linienprojektoren,
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4:
eine Seitenansicht von 3.
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Wie 1 zeigt,
sind unterhalb einer an einer Fahrleitung 1 gleitend anliegenden
Schleifleiste 2 eines Stromabnehmers 3 an einer
Traverse 4, mehrere auf die Fahrleitung 1 gerichtete
elektronische Kameras 5 angebracht.
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Zu
beiden Seiten 6 und 6' der Schleifleiste 2 sind
an der Traverse 4 Linienprojektoren 7 und 7' so angeordnet,
dass diese über
die gesamte Länge
der Schleifleiste 2 Lichtlinien 8 und 8' projizieren,
die von unten und der Seite auf die Fahrleitung 1 treffen.
Die Kameras 5 sind, wie in 2 erkennbar
ist, auf die Lichtlinien 8 und 8' der Linienprojektoren 7 und 7' in einem vorgegebenen
Aufnahmewinkel, den so genannten Triangulationswinkel α, gerichtet.
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Als
Linienprojektoren 7, 7' kommen vorzugsweise Strichlaser
zur Anwendung, die sehr schmale und helle Lichtlinien 8, 8' projizieren.
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Die
Messung erfolgt in Anwendung des an sich bekannten Lichtschnittverfahrens,
ein Verfahren basierend auf dem Prinzip der Triangulation, der optischen
3-D-Messtechnik.
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Dabei
erscheinen die auf die Fahrleitung 1 treffenden Lichtlinien 8, 8' aus der um
den Triangulationswinkel α verkippten
Richtung entsprechend der Kontur (Topografie) der Fahrleitung 1 in
ihrem Linienverlauf verschoben, d. h. die Höhenunterschiede in der Fahrleitungskontur
werden in die Phase des detektierten, verschobenen Verlaufs der
Lichtlinien 8, 8' übersetzt.
Die verschobenen Lichtlinien 8, 8' werden von den Kameras 5 abgebildet
und als Höheninformation,
die der Kontur der Fahrleitung entspricht, in bekannter Weise einer
Auswerteeinrichtung zugeführt.
Das gesamte Höhenprofil
wird so aus den Abweichungen der Lichtlinien von einer Nulllage
berechnet.
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Der
Abstand der Kameras 5 auf der Traverse 4 zueinander
richtet sich nach deren Erfassungsbereich. Dabei muss gewährleistet
sein, dass die Kameras 5 in der Fahrbewegung des Messfahrzeuges die
auf die Fahrleitung 1 projizierten Lichtlinien 8, 8' im Zick-Zack-Verlauf
der Fahrleitung 1 diese lückenlos erfassen.
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In
einer Abwandlung der beschriebenen Anordnung ist an der Stelle von
mehreren an der Traverse 4 angeordneten Kameras eine Kamera 5 auf
einem, in den Fig. nicht dargestellten Linearschlitten, positioniert.
Eine mit der Kamera 5 verbundene Steuerung gewährleistet
in an sich bekannter Weise, dass die Kamera in der Fahrbewegung
des Messfahrzeuges dem Zick-Zack-Verlauf der Fahrleitung folgt und stets
unmittelbar unter der Fahrleitung sich befindet.
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Bei
der Anordnung der Messeinrichtung an einen Rutenstrornabnehmer 3 für O-Busse sind, wie in
den 3 und 4 dargestellt ist, unter dem Schleifkopf 9 an
der Traverse 4 zu beiden Seiten 10 und 10' der Fahrleitung 1 die
Kameras 5 und 5' zusammen
mit den Linienprojektoren 7 und 7' positioniert. Die Linienprojektoren 7, 7' projizieren
auf die Schleiffläche 10 und
den Seiten 11, 11' der
Fahrleitung 1 Lichtlinien 8, 8', die von den
Kameras 5, 5' in einem
vorgegebenen Triangulationswinkel α erfasst werden. Die verschoben
erkannten Lichtlinien 8, 8' werden von den Kameras 5, 5' abgebildet
und als Höheninformation
wiederum der Auswerteeinrichtung zugeführt.
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Auf
diese Weise werden neben der unteren Fläche auch die seitlichen Konturen
der Fahrleitung und damit die seitliche Fahrleitungsabnutzung mit
erfasst.
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- 1
- Fahrleitung,
- 2
- Schleifleiste,
- 3
- Stromabnehmer,
- 4
- Traverse,
- 5,
5'
- Kameras,
- 6,
6'
- Seiten
der Schleifleiste,
- 7,
7'
- Linienprojektoren,
- 8,
8'
- Lichtlinien,
- 9
- Schleifkopf,
- 10
- Schleiffläche der
Fahrleitung 1,
- 11,
11'
- Seiten
der Fahrleitung 1,
- α
- Triangulationswinkel