DE102010019618A1

DE102010019618A1 - Device for determining roughness of surface area of rail for rail vehicle, has guide rail comprising measuring carriages moved along longitudinal direction of guide rail, and non-contact distance measuring units provided at carriage

Info

Publication number: DE102010019618A1
Application number: DE102010019618A
Authority: DE
Inventors: Lars Krüger
Original assignee: Alstom Transport SA
Current assignee: Alstom Transport SA
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-10

Abstract

The device has a guide rail (5) comprising spacers (9.1, 9.2), which are arranged at ends of the guide rail in a non-contact manner and measuring carriages (7), which are moved along longitudinal direction of the guide rail. A set of non-contact distance measuring units i.e. laser triangulation sensors, is provided at each measuring carriage, where a cross-section i.e. polygonal cross-section, is deviated at a location from circular shape. The measuring carriage is supported with air bearings (15.1, 15.2) at the guide rail. An independent claim is also included for a method for determining a ripple of surface areas of a rail.

Description

Schienen, die durch Schienenfahrzeuge befahren werden, unterliegen durch das Befahren mit Schienenfahrzeugen einem Verschleiß. Dieser Verschleiß erfolgt nicht gleichmäßig, sondern führt zu Unebenheiten der Schienenoberfläche. Hierbei wird zwischen unterschiedlichen Arten der Unebenheiten unterschieden, wie z. B. Riffeln, Wellen oder Rauheit. Je nach Art und Ausprägung haben sie einen Einfluss auf die Laufdynamik, den Komfort oder die Schallemissionen. Für die Entstehung von Laufgeräuschen auf gerader Strecke ist dabei die Schienenrauheit ein wesentlicher Einflussparameter. Für Akustikmessungen im Rahmen der Zulassung von Schienenfahrzeugen muss das Testgleis qualifiziert werden. Für Typtests nach zum Beispiel DIN EN ISO 3095 ist dies ebenfalls notwendig. Diese Qualifizierung bedeutet, dass unter anderem die Einhaltung eines wellenlängenabhängigen Rauheitsspektrums nachgewiesen werden muss. Hierfür ist es notwendig, die Schienenrauheit mit einer sehr hohen Genauigkeit zu erfassen. Um diesen Nachweis zu führen ist es bekannt, die Rauheit der Schienenoberfläche mit Hilfe von Taststiften, die an einem mit Linearwälzlagern geführten Schlitten befestigt sind, zu erfassen. Diese Verfahren weisen durch sogenannte Slip-Stick-Effekte und nicht-lineare Vorgänge beim Wälzkörperumlauf und Gleiten des Taststiftes über die Schienenoberfläche dynamische Effekte auf, die das Messergebnis negativ beeinflussen. Außerdem werden die Wiederholgenauigkeit und die Messgeschwindigkeit deutlich verringert. Schließlich erlauben diese bekannten Verfahren nur ein sehr langsames Verfahren des Schlittens relativ zur Schienenoberfläche, so dass zum Nachweis der Schienenrauheit nach zum Beispiel DIN EN 15610 bzw. DIN EN ISO 3095 etwa zwei Stunden benötigt werden.Rails, which are driven by rail vehicles, are subject to wear and tear by rail vehicles. This wear is not uniform, but leads to unevenness of the rail surface. This distinction between different types of bumps, such. As ribs, waves or roughness. Depending on the type and characteristics, they have an influence on the running dynamics, the comfort or the sound emissions. Rail roughness is an important influencing parameter for the development of running noise on a straight line. For acoustic measurements in the context of the approval of rail vehicles, the test track must be qualified. For type tests after for example DIN EN ISO 3095 this is also necessary. This qualification means that, among other things, compliance with a wavelength-dependent roughness spectrum must be proven. For this purpose, it is necessary to detect the rail roughness with a very high accuracy. In order to demonstrate this, it is known to detect the roughness of the rail surface by means of styli mounted on a carriage carried by linear bearings. These methods have so-called slip-stick effects and non-linear processes during rolling element circulation and sliding of the stylus over the rail surface to dynamic effects that adversely affect the measurement result. In addition, the repeat accuracy and the measurement speed are significantly reduced. Finally, these known methods allow only a very slow movement of the carriage relative to the rail surface, so that, for example, to detect rail roughness DIN EN 15610 respectively. DIN EN ISO 3095 about two hours are needed.

Aus EP 0 986 732 B1 ist eine Riffel- und Langwellenmessung mit einem Längslichtstrich für Schienen bekannt, bei der eine Sende- und Empfangseinrichtung an einem Schienenfahrzeug befestigt ist. Mit diesem Schienenfahrzeug wird die zu vermessende Schiene abgefahren. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass die Schiene eine gewisse Welligkeit aufweist, die sich auf das Schienenfahrzeug und somit auch auf die Messeinrichtung überträgt. Infolgedessen ist die Genauigkeit der Messung prinzipiell begrenzt und für die Messung der Schienenrauheit daher nicht geeignet. Eine vollständige Entkopplung der Messeinrichtung von der Welligkeit der zu messenden Schienenoberfläche ist nicht möglich.Out EP 0 986 732 B1 is a ripple and long wave measurement with a longitudinal light line for rails is known in which a transmitting and receiving device is mounted on a rail vehicle. With this rail vehicle to be measured rail is traversed. A disadvantage of this device is that the rail has a certain waviness, which is transmitted to the rail vehicle and thus also to the measuring device. As a result, the accuracy of the measurement is limited in principle and therefore not suitable for the measurement of rail roughness. Complete decoupling of the measuring device from the waviness of the rail surface to be measured is not possible.

Aus der DE 42 37 713 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Vermessung der Riffeln von Schienen bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden die Riffeln ebenfalls mit einer Messeinrichtung mit Hilfe von Rädern erfasst, die auf der zu vermessenden Schienenoberfläche abrollen. Um die durch die Welligkeit der Schiene induzierten vertikalen Bewegungen der Messeinrichtung möglichst weitestgehend von der Messeinrichtung fernzuhalten, ist die Messeinrichtung an einer Linearführung, die vertikal angeordnet ist, geführt und wird über ein Feder/Massesystem schwingungstechnisch so weit wie möglich von der Welligkeit der Schienenoberfläche entkoppelt.From the DE 42 37 713 A1 Another device for measuring the corrugations of rails is known. In this device, the corrugations are also detected with a measuring device by means of wheels, which roll on the rail surface to be measured. In order to keep the vertical movements of the measuring device induced by the waviness of the rail as far as possible from the measuring device, the measuring device is guided on a linear guide, which is arranged vertically, and is decoupled via a spring / mass system vibration technology as far as possible from the waviness of the rail surface ,

Ein weiteres bekanntes Verfahren bestimmt mit Hilfe eines Beschleunigungssensors an der Tastvorrichtung durch zweimalige Integration die Schienenunebenheit. Der Beschleunigungssensor wird bei diesem Verfahren in vertikaler Richtung elastisch in einer Vorrichtung entlang der Schiene bewegt.Another known method determines the rail unevenness by means of an acceleration sensor on the touch device by two-time integration. In this method, the acceleration sensor is moved elastically in the vertical direction in a device along the rail.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll eine sehr viel präzisere Erfassung der Oberfläche von Schienen oder anderen rauen Oberflächen mit einer Messlänge von größer 200 mm, vorzugsweise ca. 1200 mm, möglich sein. Gleichzeitig soll auch eine relativ schnelle Vermessung auch längerer Stücke der Schienenoberfläche möglich sein.The invention has for its object to provide a device and a method which avoids the disadvantages mentioned in the prior art. In particular, a much more precise detection of the surface of rails or other rough surfaces with a gauge length of greater than 200 mm, preferably about 1200 mm, be possible. At the same time a relatively fast measurement of longer pieces of the rail surface should be possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenrauheit insbesondere der Oberfläche von Schienen, wobei ein berührungsloser Abstandssensor, z. B. ein Lasertriangulationssensor, an einem berührungslos gelagerten Schlitten, z. B. durch Luftlager, entlang einer zum Zweck der Messung am Messobjekt befestigten Führungsschiene verfahren wird.This object is achieved by a device for determining the surface roughness in particular the surface of rails, wherein a non-contact distance sensor, for. As a Lasertriangulationssensor, on a contactless mounted carriage, z. B. by air bearings, along a for the purpose of measurement attached to the measuring object guide rail is moved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den prinzipiellen Vorteil, dass hochgenaue Sensoren zusammen mit dem Einsatz einer separaten Führungsschiene den die höchsten Anforderungen an die Geradheit erfüllt. Außerdem arbeiten die Sensoren rückwirkungsfrei und ohne das Erzeugen von dynamischen Kräften mit deutlich erhöhter Verfahrgeschwindigkeit. Somit werden den Messwert beeinflussende Vibrationen und Reibungseinflüsse vermieden und die Messdauer deutlich verkürzt. Dadurch kann auch die Rauheit der Schienenoberfläche sehr viel genauer als mit den herkömmlichen Vorrichtungen erfasst werden. Die erreichbare Genauigkeit ist um etwa eine Größenordnung, das heißt um den Faktor 10, besser als bei herkömmlichen Vorrichtungen.Compared with the devices known from the prior art, the device according to the invention has the principal advantage that highly accurate sensors, together with the use of a separate guide rail, fulfill the highest requirements for straightness. In addition, the sensors work without feedback and without the generation of dynamic forces with significantly increased travel speed. Thus, vibration and friction influences influencing the measured value are avoided and the measuring time is significantly shortened. As a result, the roughness of the rail surface can be detected much more accurately than with the conventional devices. The achievable accuracy is about an order of magnitude, that is by a factor of 10, better than in conventional devices.

Durch Abstandshalter, die bevorzugt an beiden Enden der Führungsschiene vorgesehen sind, kann gewährleistet werden, dass die Führungsschiene parallel zu der zu vermessenden Oberfläche angeordnet wird. Dadurch wird ebenfalls die Messgenauigkeit verbessert und die Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich vereinfacht.By spacers, which are preferably provided at both ends of the guide rail, it can be ensured that the guide rail is arranged parallel to the surface to be measured. As a result, the measurement accuracy is also improved and the handling of the device according to the invention significantly simplified.

Damit sich der an der Führungsschiene befestigte Messschlitten nicht relativ zur Führungsschiene verdrehen kann, ist vorgesehen, dass die Führungsschiene einen mindestens an einer Stelle von einer Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist. Bevorzugt weist die Führungsschiene einen polygonalen Querschnitt, wie zum Beispiel einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt, auf. Diese Querschnittsform ermöglicht den Einsatz mehrerer gegeneinander verspannter Lager, so dass eine sehr steife und spielfreie Lagerung des Messschlittens an der Führungsschiene realisiert werden kann. So that the measuring carriage fastened to the guide rail can not rotate relative to the guide rail, it is provided that the guide rail has a cross-section deviating from a circular shape at least at one point. Preferably, the guide rail has a polygonal cross-section, such as a square or rectangular cross-section, on. This cross-sectional shape allows the use of multiple mutually strained bearings, so that a very rigid and play-free mounting of the measuring slide can be realized on the guide rail.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lager auf zwei winkelig zueinander angeordneten Flächen anzuordnen und anstelle einer Verspannung die Gewichtskraft zu nutzen.Another possibility is to arrange the bearings on two angularly arranged surfaces and to use the weight instead of a bracing.

Insbesondere ist es besonders vorteilhaft, wenn als berührungsloses Lager Luftlager verwendet werden. Mit diesen Lagern kann der Slip-Stick-Effekt vermieden werden. Zudem stützen sich diese Lager auf einer großen Fläche ab, so dass kleine lokal eng begrenzte Abweichungen der Oberfläche der Führungsschiene, insbesondere Vertiefungen, nahezu keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Des Weiteren weisen diese Lager aufgrund des sehr kleinen Luftspaltes zwischen Führungsschiene und Luftlager eine sehr hohe Dämpfung auf, so dass Schwingungen, die in das System gelangt sind, schnell abklingen. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Lager können sogenannte vakuumvorgespannte Lager verwendet werden. Bei diesen Lagern wird durch ein Vakuum eine Kraft in Richtung Führungsschiene erzeugt, so dass diese Lager in Normaleinrichtung durch den Unterdruck auf die Führungsschiene gezogen werden und durch den Überdruck des Luftlagers von der Führungsschiene abgestoßen werden. Bei entsprechender Einstellung von Über- und Unterdruck kann somit bei einer geringen Masse des Schlittens der optimale Betriebspunkt der Lager bei Verwendung von zwei winkelig zueinander angeordneten Lagern eingestellt werden. Bei entsprechender Gestaltung der Lager, insbesondere des Unterdruckes, kann der Messschlitten an der Unterseite der Führungsschiene geführt werden, so dass ein besonders leichter Aufbau mit geringer Höhe realisiert werden kann.In particular, it is particularly advantageous if air bearings are used as a contactless bearing. With these bearings, the slip-stick effect can be avoided. In addition, these bearings are based on a large area, so that small local narrow deviations of the surface of the guide rail, in particular depressions, have virtually no influence on the measurement result. Furthermore, these bearings due to the very small air gap between the guide rail and air bearings on a very high attenuation, so that vibrations that have entered the system, decay quickly. To increase the rigidity of the bearing so-called vacuum-preloaded bearings can be used. In these camps, a force is generated by a vacuum in the direction of the guide rail, so that these bearings are pulled in normal device by the negative pressure on the guide rail and repelled by the pressure of the air bearing of the guide rail. With appropriate adjustment of positive and negative pressure can thus be adjusted with a small mass of the carriage, the optimum operating point of the bearing when using two angularly arranged bearings. With appropriate design of the bearing, in particular the negative pressure, the measuring slide can be performed on the underside of the guide rail, so that a particularly light construction with low height can be realized.

Damit die Luftlager des Messschlittens rückwirkungsfrei mit Druckluft versorgt werden können, kann an dem Messschlitten ein Druckluftspeicher vorgesehen werden, der das mindestens eine Luftlager während der Messung mit Druckluft versorgt.In order that the air bearings of the measuring carriage can be supplied with compressed air without reaction, a compressed air reservoir can be provided on the measuring carriage, which supplies the at least one air bearing with compressed air during the measurement.

Um den Druckluftspeicher befüllen zu können, kann er über eine automatische Kupplungseinrichtung mit einer übergeordneten Druckluftversorgung verbunden werden und wieder aufgeladen werden. Dies geschieht bevorzugt, wenn sich der Messchlitten an einem Ende der Führungsschiene befindet.In order to fill the compressed air reservoir, it can be connected via an automatic coupling device with a higher-level compressed air supply and recharged. This is preferably done when the Messchlitten is located at one end of the guide rail.

Um den Messschlitten kontrolliert entlang der Führungsschiene bewegen zu können, ist weiterhin vorgesehen den Messschlitten mit einem Linearantrieb zu versehen. Dieser Linearantrieb kann als elektrischer, elektromagnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Linearantrieb ausgebildet sein. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass über den Linearantrieb oder parallel dazu die Position des Messschlittens relativ zur Führungsschiene ermittelt werden kann. Dies kann beispielsweise über einen Seilzugsensor oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Positionssensoren erfolgen.In order to be able to move the measuring carriage in a controlled manner along the guide rail, it is further provided to provide the measuring slide with a linear drive. This linear drive can be designed as an electric, electromagnetic, pneumatic or hydraulic linear drive. Furthermore, it is advantageous that the position of the measuring slide relative to the guide rail can be determined via the linear drive or parallel thereto. This can be done for example via a cable pull sensor or other known from the prior art position sensors.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abstandsmesseinrichtung berührungslos und besonders bevorzugt mit Laserstrahlen arbeitet. Als besonders geeignet hat sich dabei ein aus dem Stand der Technik bekannter Laser-Triangulationssensor erwiesen. Diese Technik ist seit langem bekannt, bewährt und hat die erforderliche Genauigkeit. Der Messschlitten kann mit einem oder mehreren Sensoren bestückt sein.A further advantageous embodiment of the invention provides that the distance measuring device works without contact and particularly preferably with laser beams. A laser triangulation sensor known from the prior art has proved to be particularly suitable. This technique has long been known, proven and has the required accuracy. The measuring carriage can be equipped with one or more sensors.

Um sicherzustellen, dass die Führungsschiene parallel zur Längsachse der zu vermessenden Schiene ausgerichtet ist, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens ein, bevorzugt aber zwei Seitenanschläge an beiden Enden der Führungsschiene vorgesehen sind. Beide Seitenanschläge können zum Beispiel als Elektromagnet ausgeführt sein. Wenn diese Elektromagneten bestromt werden, werden die Seitenanschläge seitlich an die Schiene herangezogen. Dadurch ist erstens sichergestellt, dass die Führungsschiene parallel zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet ist. Des Weiteren ist durch die magnetische Fixierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine spielfreie und ausreichend feste Verbindung zwischen Messvorrichtung und Schiene gewährleistet, die im Gefahrenfall jederzeit überwunden werden kann, ohne dass die erfindungsgemäße Vorrichtung beschädigt wird oder an der Schiene festklemmt. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die Seitenanschläge mit einer Art Schraubzwinge zu koppeln und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe dieser Schraubzwinge seitlich an der zu vermessenden Schiene festzuklemmen. Alternativ ist es auch möglich, über schaltbare Magneten, wie sie beispielsweise als Spannmittel in der industriellen Fertigungstechnik oder bei Messstativen bekannt sind, zu realisieren. Auch eine Befestigung mittels Spannzylinder, insbesondere pneumatischer, ist hier möglich.To ensure that the guide rail is aligned parallel to the longitudinal axis of the rail to be measured, is provided in a further advantageous embodiment that at least one, but preferably two side stops are provided at both ends of the guide rail. Both side stops can be designed, for example, as an electromagnet. When these electromagnets are energized, the side stops are pulled laterally against the rail. This firstly ensures that the guide rail is aligned parallel to the direction of travel of the rail vehicle. Furthermore, by the magnetic fixing of the device according to the invention a play-free and sufficiently strong connection between the measuring device and rail ensures that can be overcome at any time in case of danger, without the device of the invention is damaged or clamped to the rail. Alternatively, it is of course also possible to couple the side stops with a kind of screw clamp and laterally clamp the device according to the invention with the help of this screw clamp on the rail to be measured. Alternatively, it is also possible to realize via switchable magnets, as they are known, for example, as a clamping device in industrial manufacturing technology or in measuring stands. An attachment by means of clamping cylinder, in particular pneumatic, is possible here.

Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht kippen kann, ist weiterhin vorgesehen, dass sie einen Stützarm umfasst. Dieser Stützarm ist bevorzugt etwa so lang wie die Spurweite der Gleise, die zu vermessen sind, so dass ein Ende des Stützarms auf der benachbarten Schiene aufliegt. Dadurch ist eine gewissermaßen Dreipunktberührung und Fixierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an den Gleisen realisiert, was die erforderliche Standsicherheit gibt. Außerdem kann der Stützarm auch dazu verwendet werden, im Gefahrenfall, das heißt z. B., wenn sich überraschend ein Schienenfahrzeug der Messstelle nähert, die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Schiene herunterzuhebeln und somit die Gefahr eines Totalverlustes der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weiterer Schäden zu verringern.So that the device according to the invention can not tilt, it is further provided that it comprises a support arm. This support arm is preferably about as long as the track width of the tracks to are measured so that one end of the support arm rests on the adjacent rail. As a result, a certain three-point contact and fixation of the device according to the invention is realized on the tracks, which gives the required stability. In addition, the support arm can also be used in case of danger, ie z. B., when surprisingly a rail vehicle approaches the measuring point, lever down the device according to the invention of the rail and thus reduce the risk of total loss of the device according to the invention and further damage.

Die Führungsschiene hat in der Regel eine Länge von deutlich über einem Meter. Es ist bei geeigneten Ausgestaltungen der Führungsschiene, beispielsweise wenn diese aus einem Hohlprofil aus Aluminium oder Karbonfasern mit einem großen tragenden Querschnitt ausgeführt ist, auch möglich, die Führungsschienen beispielsweise 2 bis 5 m lang auszubilden. Entsprechend wird dadurch auch die Messstrecke verlängert.The guide rail usually has a length of well over one meter. It is in suitable embodiments of the guide rail, for example, if this is made of a hollow profile made of aluminum or carbon fibers with a large load-bearing cross-section, also possible to form the guide rails, for example, 2 to 5 m long. Accordingly, this also extends the measuring section.

Wenn die Führungsschiene so lang ist, dass zwischen den beiden Abstandshaltern eine relevante Durchbiegung der Führungsschiene stattfindet, kann dies bei der Auswertung der Ergebnisse der Abstandsmesseinrichtung als systematischer Fehler ausgeglichen werden. Dadurch wird vermieden, dass die Durchbiegung der Führungsschiene das Messergebnis verfälscht. Die Ermittlung der Biegelinie der Führungsschiene unter dem Einfluss der Gewichtskraft kann z. B. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung relativ einfach erfolgen, indem ein Geradheitsnormal bekannter Genauigkeit abgefahren wird.If the guide rail is so long that a relevant deflection of the guide rail takes place between the two spacers, this can be compensated in the evaluation of the results of the distance measuring device as a systematic error. This avoids that the deflection of the guide rail falsifies the measurement result. The determination of the bending line of the guide rail under the influence of the weight can be z. B. by means of the device according to the invention relatively easily done by a straightness standard of known accuracy is traversed.

Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung an verschiedenen Stellen der zu vermessenden Schiene eingesetzt werden kann, ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere Laufrollen, bevorzugt drei an der Zahl, aufweist. Dabei ist eine Laufrolle am Ende des Stützarms und die beiden anderen Laufrollen sind im Bereich der Abstandshalter angeordnet.So that the device according to the invention can be used at various points of the rail to be measured, it is further provided that the device has a plurality of rollers, preferably three in number. In this case, a roller at the end of the support arm and the other two rollers are arranged in the region of the spacers.

Diese Laufrollen können in vertikaler Richtung ausgefahren und eingefahren werden. Bevorzugt sind die Laufrollen während der Messung eingefahren, so dass die Abstandshalter, die Seitenanschläge und der Stützarm die Auflager der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der zu vermessenden Schiene bilden. Wenn die Vorrichtung weiterbewegt werden soll, werden die Laufrollen ausgefahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf den Laufrollen verschoben werden.These rollers can be extended and retracted in the vertical direction. Preferably, the rollers are retracted during the measurement, so that the spacers, the side stops and the support arm form the supports of the device according to the invention on the rail to be measured. When the device is to be moved further, the rollers are extended and the device of the invention can be moved on the rollers.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung der Rauheit von Oberflächen mit einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Abstandshalter zunächst in Anlage an die zu vermessende Oberfläche gebracht werden, und anschließend der Messschlitten entlang der Führungsschiene verfahren wird und dabei die Position des Messschlittens relativ zur Führungsschiene und der Abstand zwischen dem Messschlitten und der zu vermessenden Oberfläche berührungslos ermittelt wird. Aus diesen Informationen kann dann die Rauheit der zu vermessenden Oberfläche, bevorzugt einer Schiene, sehr exakt und fehlerunanfällig ermittelt werden.The invention also relates to a method for determining the roughness of surfaces with a device of the device according to the invention, wherein the spacers are first brought into contact with the surface to be measured, and then the measuring carriage is moved along the guide rail and thereby the position of the measuring carriage relative to Guide rail and the distance between the measuring carriage and the surface to be measured is determined without contact. From this information, the roughness of the surface to be measured, preferably a rail, can be determined very accurately and without error.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann von Hand verschoben, mit einem Motor angetrieben und von Hand gesteuert oder mit einem Motor angetrieben und automatisch in den gewünschten Messabschnitten positioniert werden. Dabei kann die Positionierung durch Versetzen der Messeinrichtung um eine bestimmte Länge, durch Bestimmung der absoluten Lage, z. B. mit Hilfe von GPS, oder mit Hilfe von Markern am Gleis erfolgen.The device according to the invention can be moved by hand, driven by a motor and controlled by hand or driven by a motor and automatically positioned in the desired measuring sections. In this case, the positioning by offsetting the measuring device by a certain length, by determining the absolute position, z. B. with the help of GPS, or with the help of markers on the track.

Das Zusammensetzen der einzelnen (Mess-)Abschnitte erfolgt zum Beispiel gemäß DIN EN ISO 3095 bzw. DIN EN 15610 oder auch anderer spezifischer Vorgaben.The assembling of the individual (measuring) sections takes place according to, for example DIN EN ISO 3095 respectively. DIN EN 15610 or other specific requirements.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable.

Zeichnungdrawing

Es zeigt:It shows:

1 eine isometrische und teilweise freigeschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 an isometric and partially cutaway view of a device according to the invention.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die einzige Figur zeigt zwei parallel zueinander angeordnete Schienen 1. Die in 1 linke Schiene soll an ihrer Oberseite, das heißt dort wo die Räder eines Schienenfahrzeugs auf ihr abrollen, bezüglich der Rauheit vermessen werden. Wesentliche Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 sind eine Führungsschiene 5, die hier teilweise freigeschnitten dargestellt ist, ein Messschlitten 7 sowie Abstandshalter 9.1 und 9.2. Die Führungsschiene 5 hat, wie aus der 1 ersichtlich, einen quadratischen Querschnitt und ist als Hohlprofil ausgebildet. Dadurch ist die Biegesteifigkeit sehr hoch und gleichzeitig das Eigengewicht sehr gering, was die Durchbiegung der Führungsschiene 5 reduzieren hilft. An ihren Enden ist die Führungsschiene 5 an den Abstandshaltern 9.1 und 9.2 befestigt. Die in 1 unteren Kanten 11 der Abstandshalter 9 liegen auf der Oberseite der Schiene 1 auf und sorgen dafür, dass die Führungsschiene 5 in vertikaler Richtung parallel zu der in 1 linken Schiene 1 ausgerichtet ist.The single figure shows two rails arranged parallel to each other 1 , In the 1 left rail should be measured on its upper side, that is, where the wheels of a rail vehicle roll on her, with respect to the roughness. Essential components of the device according to the invention 3 are a guide rail 5 , which is partially cut out here, a measuring slide 7 as well as spacers 9.1 and 9.2 , The guide rail 5 has, like from the 1 can be seen, a square cross-section and is designed as a hollow profile. As a result, the bending stiffness is very high and at the same time the weight is very low, which is the deflection of the guide rail 5 helps reduce. At its ends is the guide rail 5 at the spacers 9.1 and 9.2 attached. In the 1 lower edges 11 the spacer 9 lie on the top of the rail 1 on and make sure the guide rail 5 in a vertical direction parallel to the in 1 left rail 1 is aligned.

Um sicherzustellen, dass die Führungsschiene 5 auch in Längsrichtung der Schiene 1 ausgerichtet ist, sind an den Abstandshaltern 9.1. und 9.2 noch Seitenanschläge 13 angeordnet. Der Seitenanschlag an dem Abstandshalter 9.1 ist in 1 zu klein, um ihn erkennen zu können. Die Seitenanschläge 13 können als schaltbare Magneten, beispielsweise als Elektromagneten ausgebildet sein, so dass sie die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 seitlich an die Schiene 1 anlegen und spielfrei und fest mit der Schiene verbinden. In diesem Zustand ist die Führungsschiene 5 parallel zu der Schiene 1 ausgerichtet. To make sure the guide rail 5 also in the longitudinal direction of the rail 1 are aligned with the spacers 9.1 , and 9.2 still side stops 13 arranged. The side stop on the spacer 9.1 is in 1 too small to recognize him. The side stops 13 can be designed as a switchable magnet, for example as an electromagnet, so that they are the device according to the invention 3 laterally to the rail 1 create and play-free and firmly connect to the rail. In this state, the guide rail 5 parallel to the rail 1 aligned.

Auf der Führungsschiene 5 ist der Messschlitten 7 in axialer Richtung verschiebbar und spielfrei gelagert. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umgreift der Messschlitten 7 die Führungsschiene 5 und ist als ringförmiger Rahmen ausgebildet.On the guide rail 5 is the measuring slide 7 slidably mounted and free of play in the axial direction. In the in 1 illustrated embodiment, the measuring carriage surrounds 7 the guide rail 5 and is formed as an annular frame.

Da zwei Ecken des quadratischen Querschnitts der Führungsschiene 5 in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind und demzufolge zwei Führungsflächen der Führungsschiene 5 in der Art eines Giebeldaches angeordnet sind, genügt es, zwei Luftlager 15 zwischen dem Messschlitten 7 und der Führungsschiene 5 vorzusehen, um eine spielfreie, selbst nachstellende und präzise Linearlagerung zwischen Messschlitten 7 und Führungsschiene 5 auszubilden.Because two corners of the square cross-section of the guide rail 5 are arranged one above the other in the vertical direction and consequently two guide surfaces of the guide rail 5 arranged in the manner of a gabled roof, it is sufficient to have two air bearings 15 between the measuring slide 7 and the guide rail 5 provide a backlash-free, self-adjusting and precise linear bearing between measuring slide 7 and guide rail 5 train.

An dem Abstandshalter 9.2 ist eine Druckluftversorgung 19 angeordnet, die den am Messschlitten 7 angeordneten Druckluftspeicher 17 immer dann befüllt, wenn sich der Messschlitten in unmittelbarer Nähe zu dem Abstandshalter 9.2 befindet. Dies kann automatisch über eine Druckluftkupplung 21 erfolgen.At the spacer 9.2 is a compressed air supply 19 arranged on the measuring slide 7 arranged compressed air storage 17 always filled when the measuring carriage in close proximity to the spacer 9.2 located. This can be done automatically via a compressed air clutch 21 respectively.

Parallel zu der Führungsschiene 5 ist ein Linearantrieb 23 angeordnet. Der Linearantrieb 23 kann beispielsweise als pneumatischer Linearantrieb ausgebildet sein, der einen ringförmigen Magneten 25 antreibt. Über diesen ringförmigen Magneten 25, welcher den Linearantrieb 23 umgibt, kann eine Kopplung des Messschlittens 7 mit dem Linearantrieb erreicht werden, ohne dass Einflüsse des Linearantriebs 23 auf den Messschlitten 7 übertragen werden.Parallel to the guide rail 5 is a linear drive 23 arranged. The linear drive 23 For example, it can be designed as a pneumatic linear drive, which is an annular magnet 25 driving. About this ring-shaped magnet 25 , which is the linear drive 23 surrounds, can be a coupling of the measuring slide 7 can be achieved with the linear drive without the influence of the linear drive 23 on the measuring slide 7 be transmitted.

Parallel zu dem Linearantrieb 23 und der Führungsschiene 5 kann noch ein Positionssensor (nicht dargestellt) beispielsweise in Form eines Seilzugsensors, angeordnet sein, welcher die Position des Messschlittens 7 auf der Führungsschiene 5 erfasst.Parallel to the linear drive 23 and the guide rail 5 can still be a position sensor (not shown), for example in the form of a cable pull sensor, arranged, which the position of the measuring slide 7 on the guide rail 5 detected.

Zwischen dem Messschlitten 7 und der Schiene 1 sind eine oder mehrere Abstandsmesseinrichtung 27 angeordnet, die als Lasertriangulationssensor ausgebildet sein können. Ein Sendeteil der Abstandsmesseinrichtung 27 sendet einen gerichteten Laserstrahl auf die zu vermessende Oberfläche der Schiene 1. Dort wird der Laserstrahl reflektiert und trifft auf ein Empfangsteil der Abstandsmesseinrichtung 27. Dort wird das empfangene Signal ausgewertet und der Abstand zwischen dem Messschlitten beziehungsweise dem Abstand der Abstandsmesseinrichtung 27 und der Oberfläche der Schiene 1 ermittelt. Wenn man nun die Position des Messschlittens 7 auf der Führungsschiene 5 von der Abstandsmesseinrichtung 27 ermittelten Messwerten zusammenführt, lässt sich dadurch mit höchster Präzision die Rauheit der Schienenoberfläche erfassen. Der Gesamt-Messfehler der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist kleiner < 0,1 μm für kurze Wellenlängen (Lambda < 50 mm) der Rauheit.Between the measuring slide 7 and the rail 1 are one or more distance measuring device 27 arranged, which can be designed as a laser triangulation sensor. A transmitting part of the distance measuring device 27 sends a directed laser beam to the surface of the rail to be measured 1 , There, the laser beam is reflected and impinges on a receiving part of the distance measuring device 27 , There, the received signal is evaluated and the distance between the measuring carriage or the distance of the distance measuring device 27 and the surface of the rail 1 determined. If one now the position of the measuring slide 7 on the guide rail 5 from the distance measuring device 27 As a result, the roughness of the rail surface can be recorded with the utmost precision. The overall measurement error of the device according to the invention is less than 0.1 μm for short wavelengths (lambda <50 mm) of the roughness.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der mit Laserstrahlen arbeitenden Abstandsmesseinrichtung 27 auch andere, bevorzugt berührungslos arbeitende, Abstandsmesseinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, einzusetzen. Des Weiteren ist es möglich, anstelle eines pneumatischen Linearantriebs auch einen mechanischen, elektrischen, elektromagnetischen oder hydraulischen Linearantrieb vorzusehen. Alternativ zu den Luftlagern 15.1 und 15.2 können auch Gleitlager, die mit einer Flüssigkeit arbeiten, eingesetzt werden. Allerdings sind Luftlager besonders geeignet.Of course, it is also possible, instead of working with laser beams distance measuring device 27 Other, preferably non-contact, distance measuring devices, as they are known from the prior art to use. Furthermore, it is possible to provide a mechanical, electrical, electromagnetic or hydraulic linear drive instead of a pneumatic linear drive. Alternative to the air bearings 15.1 and 15.2 can also slide bearings that work with a liquid used. However, air bearings are particularly suitable.

Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht kippt, ist an dem Abstandshalter 9.1 ein Stützarm 29 ausgebildet, dessen Ende auf der parallel zu der linken Schiene angeordneten rechten Schiene 1 ruht. Dadurch ergibt sich eine Dreipunktberührung, nämlich zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 und den Schienen. Zwei der Berührpunkte werden durch die Abstandshalter 9.1 und 9.2 gebildet, während der dritte Punkt durch das Ende des Stützarms 29 auf der in 1 rechten Schiene gebildet wird.So that the device according to the invention does not tilt, is on the spacer 9.1 a support arm 29 formed, whose end on the parallel to the left rail arranged right rail 1 rests. This results in a three-point contact, namely between the device according to the invention 3 and the rails. Two of the touch points are through the spacers 9.1 and 9.2 formed while the third point through the end of the support arm 29 on the in 1 is formed on the right rail.

Ein Mikroprozessor und ein Datenspeicher mit dessen Hilfe der Linearantrieb 23, die Luftlager 15.1, 15.2, der Positionssensor (nicht dargestellt) und die Abstandmesseinrichtung 27 gesteuert und die von dem Positionssensor und der Abstandsmesseinrichtung 27 ermittelten Signale ausgewertet und gespeichert werden, sind in der 1 nicht dargestellt.A microprocessor and a data memory with the help of the linear drive 23 , the air bearings 15.1 . 15.2 , the position sensor (not shown) and the distance measuring device 27 controlled and that of the position sensor and the distance measuring device 27 detected signals are evaluated and stored in the 1 not shown.

Die Messstrecke entspricht im Wesentlichen der Länge der Führungsschiene 5, die bei entsprechendem Querschnitt und geeigneter Werkstoffwahl, wie zum Beispiel Karbonfasern oder einem hochfesten Leichtmetall durchaus 3 bis 5 m betragen kann. Wenn eine längerer Abschnitt vermessen werden soll, dann wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in Etappen, in Schritten, deren Schrittweite in etwa der Länge der Führungsschiene 5 oder mehr entspricht, entlang der Schiene verschoben. Um diesen Vorgang zu erleichtern sind an den Abstandshaltern 9.1, 9.2 und am Ende des Stützarms 29 Rollen 31 angeordnet. Diese Rollen 31 sind in der in 1 dargestellten Position so angeordnet, dass sie die Abstandshalter 9.1. und 9.2 von der Schiene 1 abheben, so dass die gesamte Vorrichtung entlang der Schiene 1 verschoben werden kann.The measuring section essentially corresponds to the length of the guide rail 5 which, with the appropriate cross-section and suitable choice of material, such as, for example, carbon fibers or a high-strength light metal, may well be 3 to 5 m. If a longer section is to be measured, then the device according to the invention in stages, in steps whose step size is approximately the length of the guide rail 5 or more, moved along the rail. To facilitate this process are on the spacers 9.1 . 9.2 and at the end of the support arm 29 roll 31 arranged. These roles 31 are in the in 1 shown position so that they are the spacers 9.1 , and 9.2 from the rail 1 lift off, leaving the entire device along the rail 1 can be moved.

Wenn das Gestänge 33, mit dem die Rollen 31 an dem Abstandshalter 9 befestigt sind, umgelegt wird, dann sinken die Abstandshalter 9.1 und 9.2 (nicht dargestellt) auf die Schiene 1 und eine Messung kann durchgeführt werden, sobald die Seitenanschläge 13 sich in Anlage an der Schiene befinden.If the linkage 33 with which the roles 31 on the spacer 9 fixed, then the spacers sink 9.1 and 9.2 (not shown) on the rail 1 and a measurement can be made as soon as the side stops 13 are in contact with the rail.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0986732 B1 [0002]
DE 4237713 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN ISO 3095 [0001]
DIN EN 15610 [0001]
DIN EN ISO 3095 [0001]
DIN EN ISO 3095 [0024]
DIN EN 15610 [0024]

Claims

Device for determining the roughness of surfaces with a guide rail ( 5 ), wherein the guide rail ( 5 ) at least one spacer ( 9 . 9.1 . 9.2 ), with one on the guide rail ( 5 ) mounted without contact and in the longitudinal direction of the guide rail ( 5 ) movable measuring carriages ( 7 ), wherein on the measuring carriage ( 7 ) one or more non-contact distance measuring devices ( 27 ) are provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the guide rail ( 5 ) has a cross section deviating from a circular shape at least at one point, preferably a polygonal cross section.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring slide ( 7 ) with an air bearing ( 15 . 15.1 . 15.2 ) on the guide rail ( 5 ) is stored.

Device according to claim 3, characterized in that the measuring carriage ( 7 ) several air bearings ( 15 . 15.1 . 15.2 ), and that these air bearings ( 15 . 15.1 . 15.2 ) are braced against each other.

Device according to claim 4, characterized in that the air bearings ( 15 . 15.1 . 15.2 ) are biased by vacuum and / or by the weight of the measuring slide ( 7 ) are loaded.

Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that the measuring carriage ( 7 ) a compressed air reservoir ( 17 ), and that the at least one air bearing ( 15 . 15.1 . 15.2 ) from the compressed air reservoir ( 17 ) is supplied.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a linear drive ( 23 ), and that the measuring slide ( 7 ) with the linear drive ( 23 ) along the guide rail ( 5 ) is movable.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the linear drive as electrical, electromagnetic, pneumatic ( 23 ) or hydraulic linear drive is formed.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the distance measuring device ( 27 ) works with laser beams.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has at least one side stop ( 13 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a support arm ( 29 ) for improving the stability.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises several rollers ( 31 ) for moving the device according to the invention relative to the surface to be measured.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a drive for moving the device on the track to be measured.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a controller, preferably a GPS-based or by markings on the rail-based control, for positioning the device at the measuring sections of the track to be measured.

Method for determining the waviness of surfaces with a device according to one of the preceding claims, characterized in that the spacers ( 9 . 9.1 . 9.2 ) are brought into contact with the surface to be measured, and that the measuring slide ( 7 ) then contactless along the guide rail ( 5 ) and thereby the position of the measuring carriage ( 7 ) relative to the guide rail ( 5 ) and the distance between the measuring carriage ( 7 ) and the surface to be measured ( 1 ) is determined without contact.