DE102015101161B3

DE102015101161B3 - Erfassung geometrischer Veränderungen an einem Objekt bei Lasteintrag

Info

Publication number: DE102015101161B3
Application number: DE102015101161.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Beckmann; Rainer Bastian
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2035-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erfassung an einem Objekt (1) infolge eines Lasteintrags auftretender geometrischer Veränderungen. Dazu werden die Raumkoordinaten mehrerer an dem Objekt (1) angeordneter Messpunkte und deren unter Last auftretende Veränderung mittels einer Funkmessanordnung ermittelt, indem an einen an dem Messpunkt angeordneten Transponder durch mehrere Sende- und Empfangseinheiten (31–3n) ein Sendesignal ausgesendet und für eine von dem Transponder eintreffende, einen Identifikator enthaltende Antwortnachricht die Zeitdauer ihres Eintreffens und/oder mindestens ein schwingungstechnischer Messwert eines sie transportierenden Signals ausgewertet wird. Erfindungsgemäß werden an jedem Messpunkt mehrere in voneinander verschiedenen Frequenzkanälen arbeitende Transponder als Transpondergruppe (21–2n) angeordnet. Bei einer am noch unbelasteten Objekt (1) erfolgenden Vormessung wird jeder Messpunkt jeweils mehrfach aufeinanderfolgend durch die Sende- und Empfangseinheiten (31–3n) über die unterschiedlichen Frequenzkanäle mittels eines Sendesignals angesprochen. Im Hauptmessgang wird nur derjenige Transponder angesprochen, bei dem die geringste Streuung der während der Vormessung erfassten Messwerte aufgetreten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lösung, welche dazu dient, die an einem Objekt infolge eines Lasteintrags, das heißt infolge einer auf das Objekt einwirkenden Kraft auftretenden geometrischen Veränderungen zu erfassen. Sie bezieht sich auf ein entsprechendes Verfahren und auf ein zur Durchführung des Verfahrens ausgebildetes System.
Die vorgestellte Lösung ist dabei insbesondere auf die Erfassung geometrischer Veränderungen ausgerichtet, welche beispielsweise an Drehgestellen für Schienenfahrzeuge sowie an Wagenkästen und Fahrzeugrahmen von Schienenfahrzeugen auftreten, wenn in diese zur Simulation in der Praxis auftretender Belastungen in einem dafür ausgebildeten Prüfstand entsprechende Kräfte eingetragen werden. Zwar ist die Erfindung auf diesen vorzugsweisen Einsatzzweck nicht beschränkt, jedoch orientiert sich die vorgestellte Lösung an diesem speziellen Einsatzzweck insoweit, als sie auf eine höchst genaue Erfassung der infolge Lasteintrags an einem Objekt auftretenden Veränderungen und hierbei auf die Erfassung dynamischer, aber verglichen mit den Struktureigenfrequenzen tragender Fahrgestellkomponenten quasi statischer Veränderungen ausgerichtet ist.
Bei geometrisch einfach gestalteten Objekten lassen sich die aufgrund eines Lasteintrags auftretenden Veränderungen der Geometrie vergleichsweise einfach sowohl mittels berührender als auch mit Hilfe berührungsloser Messverfahren erfassen. Soweit dabei erhöhte Genauigkeitsanforderungen bestehen, werden beispielsweise für eine berührende Messung spezielle, mit Messmaschinen beziehungsweise mit Sensoren ausgestattete Abtastsysteme eingesetzt. Jedoch stoßen berührende Verfahren bei der Vermessung komplizierterer geometrischer Gebilde an ihre Grenzen, so dass für die Vermessung solcher Objekte vorzugsweise berührungslose Messverfahren eingesetzt werden. Diese basieren häufig auf der Verwendung optischer Systeme. Als Beispiele hierfür können die Verwendung eines Tachymeters zur Vermessung horizontaler Abstände und schräger Längen oder eines Theodoliten für die Messung von Winkeln genannt werden. Mittels der beiden vorgenannten Systeme können aber immer nur sequenziell einzelne Punkte eines Objektes nacheinander vermessen werden. Sie sind daher für eine Erfassung sich dynamisch ändernder geometrischer Zustände nur bedingt beziehungsweise gar nicht geeignet.
Für die Vermessung von Abständen ist es darüber hinaus bekannt geworden, funktechnische Systeme zu verwenden. Hierbei kommen beispielsweise RFID-Transponder zum Einsatz. Mittels der Transponder können die Raumkoordinaten von Punkten (Messpunkten) eines Objektes oder von Messpunkten an Teilen eines Systems ermittelt und ausgehend von den Raumkoordinaten der Punkte die zwischen ihnen bestehenden Abstände bestimmt werden. Ein Beispiel für eine derartige Lösung wird in der DE 10 2009 038 064 A1 beschrieben. Die in der genannten Druckschrift beschriebene Lösung bezieht sich auf die Messung des Abstandes zwischen einer Außenfläche eines Kraftfahrzeugs und einer der Kalibrierung von Sensoren des Kraftfahrzeugs dienenden Kalibriereinrichtung. Gemäß der beschriebenen Lösung werden sowohl an dem Fahrzeug als auch an der Kalibriereinrichtung aktive RFID-Transponder angeordnet, die ein Funksignal aussenden, welches eine den jeweiligen Transponder identifizierende ID enthält und von mehreren im Umfeld des Fahrzeugs und der Kalibriereinrichtung fest angeordneten Empfangseinheiten empfangen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten des von einem Transponder ausgesendeten Signals zu den einzelnen Empfangseinrichtungen lässt sich dann, beispielsweise im Wege der Triangulation, die räumliche Lage eines Transponders bestimmen und in Form von Raumkoordinaten innerhalb eines gedachten, dreidimensionalen Koordinatensystems angeben. Soweit das in der Druckschrift beschriebene System, wie vorgesehen, der möglichst genauen Bestimmung des Abstandes von Punkten der Außenkontur einer Fahrzeugs gegenüber einer Kalibriereinrichtung dient, lassen sich entsprechende Abstände mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich bestimmen.
Demgegenüber bestehen jedoch bei dem Einsatzfall, für welchen die vorliegende erfindungsgemäße Lösung vorzugsweise konzipiert ist, nämlich für die Vermessung von unverbauten Drehgestellen für Schienenfahrzeuge unter Last, noch höhere Anforderungen. Die Vermessung einzelner Messpunkte eines solchen Drehgestells und ihrer infolge des Krafteintrags auftretenden Lageänderung soll dabei mit einer Genauigkeit, das heißt mit einer Toleranz von einem Zehntelmillimeter, möglich sein. Soweit auch für diesen Zweck ein Funksystem zum Einsatz gelangt, ist dabei zu berücksichtigen, dass die Messstände, an denen derartige Messungen unter gleichzeitiger Einleitung entsprechender Kräfte in das Drehgestell erfolgen, ebenso wie die Drehgestelle selbst, überwiegend aus Stahl beziehungsweise Metall bestehen. Die aufgrund dieser Tatsache auftretenden Reflektionen von für die Messung verwendeten Funksignalen können dabei zu einer sehr starken Verfälschung der Messwerte führen. Hierbei hat es sich gezeigt, dass ein Messregime und eine Messanordnung, wie sie aus der DE 10 2009 038 064 A1 bekannt sind, aufgrund auftretender Reflektionen und teilweiser Auslöschung der Funksignale nicht zu Messergebnissen mit der zuvor genannten angestrebten hohen Genauigkeit führen.
Im Flugverkehr werden funktechnische Systeme beispielsweise auch zur Positionsbestimmung von Flugzeugen eingesetzt. In der US 6,094,169 A wird eine Lösung beschrieben, um hierbei die durch Umgebungseinflüsse auftretenden Störungen der Funksignale zu verringern und somit die Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erhöhen. Dazu werden von mehreren ortsfesten Empfängern neben den von aktiven Transpondern eines jeweiligen Flugzeugs ausgesendeten Funksignalen zusätzlich die Funksignale einer zweiten hinsichtlich ihrer Position bekannten Funkquelle, nämlich eines ortsfesten Bodenradars, ausgewertet. Für den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Einsatzzweck ist diese Lösung jedoch nicht geeignet.
Durch die US 6,317,027 B1 wird eine Lösung zur dynamischen Verbesserung der Empfangseigenschaften eines HF-Empfängers, namentlich eines RFID-Lesers beziehungsweise RFID-Readers beschrieben. Gemäß dieser Lösung wird der betreffende Empfänger in einem automatisierten Prozess permanent im Hinblick auf eine optimale Antennenimpedanz beziehungsweise auf seinen Empfangspegel nachgestimmt. Hierdurch lassen sich Umgebungseinflüsse Beeinträchtigungen der Sendesignale von Transpondern, die aus Umgebungseinflüssen, wie zum Beispiel durch metallische Hindernisse resultieren, teilweise kompensieren. Jedoch weist der entsprechende Reader einen vergleichsweise aufwendigen Aufbau auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, welche die Erfassung der an einem Objekt infolge einer auf das Objekt einwirkenden Kraft auftretenden geometrischen Veränderung auch dann mit sehr hoher Genauigkeit ermöglicht, wenn das betreffende Objekt und ein zur Simulation von Lasten sowie zur Erfassung der genannten Größen verwendeter Prüfstand überwiegend aus Metall bestehen. Hierzu sind ein Verfahren und eine über einen einfachen Aufbau verfügende Einrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein die Aufgabe lösendes, zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System wird durch den ersten Sachanspruch charakterisiert.
Auch die nachfolgend beschriebene und in den Patentansprüchen hinsichtlich ihrer verfahrensbezogenen und der Ausgestaltung als System beanspruchte Lösung geht von einer Funkmessanordnung zur Erfassung der an einem Objekt infolge einer auf das Objekt einwirkenden Kraft auftretenden geometrischen Veränderungen aus. Gemäß dem Verfahren werden die Raumkoordinaten mehrerer an dem Objekt angeordneter Messpunkte und die unter Last auftretende Veränderung dieser Raumkoordinaten ermittelt. Die Raumkoordinaten eines Messpunktes werden dabei ermittelt, indem zunächst an einen an dem Messpunkt angeordneten Transponder durch mehrere Sende- und Empfangseinheiten jeweils ein Sendesignal ausgesendet wird. Beim Eingang einer Antwortnachricht auf ein jeweiliges Sendesignal bei derjenigen Sende- und Empfangseinheit, welche das betreffende Sendesignal ausgesendet hat, wird dann die Zeitdauer des Eintreffens der Antwortnachricht nach der Aussendung des zugehörigen Sendesignals und/oder mindestens ein schwingungstechnischer Messwert eines die Antwortnachricht transportierenden Signals erfasst und ausgewertet.
Vorzugsweise werden hierbei die Raumkoordinaten eines Messpunktes bestimmt, indem die Laufzeiten der Signale der bei den jeweils für die Messung verwendeten Sende- und Empfangseinheiten eingehenden Antwortnachrichten erfasst und deren Differenzen ausgewertet werden. Hierbei werden mindestens drei Sende- und Empfangseinheiten in die Messung einbezogen. Die sich hinsichtlich der Zeitdauer für den Eingang der Antwortnachricht für die einzelnen Sende- und Empfangseinheiten ergebenden Unterschiede, das heißt insoweit bestehende Laufzeitunterschiede, können mittels einer Verarbeitungseinheit und einer von dieser verarbeiteten Software (Programmanwendung) ausgewertet werden und hieraus, beispielsweise im Wege der Triangulation, für den jeweiligen Transponder und damit für den zugehörigen Messpunkt die Raumkoordinaten innerhalb eines gedachten, in die Messeinrichtung hineingelegten dreidimensionalen Koordinatensystems bestimmt werden. Bestandteil der Antwortnachricht eines jeweiligen Transponders ist dabei ein den Transponder identifizierendes Kennzeichen, vorzugsweise in Form einer digitalen ID, über welches beziehungsweise welche der Transponder von anderen Transpondern der Messanordnung unterscheidbar ist.
Neben der zuvor erläuterten Möglichkeit einer Auswertung von Laufzeitdifferenzen der von dem jeweils in die Messung einbezogenen Transponder der Messpunkte bei den Sende- und Empfangseinheiten eintreffenden Anwortnachrichten kommt zur Bestimmung der Raumkoordinaten der Messpunkte eine direkte Berechnung von Azimut- bzw. Polarwinkel(n) der jeweils die Antwortnachricht aussendenden Transponder auf der Basis von Phasendifferenzen jeweils zweier Signale in Betracht. Darüber hinaus kommt ein quasi-teleskopischer Ansatz in Betracht, der auf einer Maximierung der Korrelationskoeffizienten zueinander definiert zeitlich verschobener Signale mehrerer Antennen beruht. Auch in diesen Fällen werden vorzugsweise mindestens drei (das heißt gegebenenfalls auch mehr) Sende- und Empfangseinheiten zur Aussendung von Sendesignalen an Transponder der Messpunkte in die Messung einbezogen.
Um die Messgenauigkeit gegenüber ähnlichen Messverfahren und eingesetzten Messsystemen, wie beispielsweise vergleichbaren, aus dem Stand der Technik bekannten, auf der Auswertung von Laufzeitdifferenzen basierenden Verfahren für die Positionsbestimmung, zu erhöhen und insbesondere um Verfälschungen durch Wellenüberlagerungen, Wellenreflektionen und sich gegebenenfalls ausbildende stehende Wellen zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an jedem Messpunkt jeweils mehrere in voneinander verschiedenen Frequenzkanälen arbeitende Transponder angeordnet werden. Weiterhin erfolgt erfindungsgemäß eine Vormessung, bei welcher jeder Messpunkt durch die mindestens drei Sende- und Empfangseinheiten über die unterschiedlichen, von den an dem jeweiligen Messpunkt angeordneten Transpondern unterstützten Frequenzkanäle jeweils mehrfach aufeinanderfolgend angesprochen sowie die jeweils entsprechend dem gewählten Messprinzip vorgesehenen Messwerte erfasst werden. In dem sich anschließenden Hauptmessgang zur Bestimmung der Raumkoordinaten eines jeweiligen Messpunktes wird dann von jeder dabei einbezogenen, das heißt durch die mindestens drei Sende- und Empfangseinheiten durch Auswahl des Frequenzkanals für den Datenaustausch jeweils nur derjenige Transponder des betreffenden Messpunktes angesprochen, bei dem während der Vormessung die geringste Streuung der gemäß dem gewählten Messprinzip erfassten Messwerte aufgetreten ist.
Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn jeder Messpunkt von den zur Feststellung seiner Raumkoordinaten verwendeten (mindestens drei) Sende- und Empfangseinheiten über jeden für den Hauptmessgang in Betracht kommenden Frequenzkanal wenigstens zehnmal aufeinanderfolgend angesprochen und die Streuung der erfassten Messwerte bestimmt wird. Danach sprechen dieselben Sende- und Empfangseinheiten denselben Messpunkt erneut über einen anderen Frequenzkanal, das heißt mit einer entsprechend dem Raster der Frequenzkanäle veränderten Frequenz, wiederum (vorzugsweise wenigstens zehnmal) wiederholt an. Die solchermaßen erfolgende Vormessung setzt sich fort, bis schließlich für jeden der für den Hauptmessgang in Betracht kommenden Frequenzkanäle und für jede potenziell für den Hauptmessgang zur Berechnung der Raumkoordinaten des Messpunktes zu verwendende Sende- und Empfangseinheit eine Aussage über die Streuung der im Zuge des Eintreffens der Antwortnachricht des betreffenden Transponders erfassten Messwerte, das heißt über die Streuung der für das Eintreffens seiner Antwortnachricht erfassten Zeitdauer und/oder des mindestens einen zu dem das Antwortsignal transportierenden Signal erfassten schwingungstechnischen Messwertes, vorliegt.
Eine entsprechende Prozedur, also eine entsprechende Vormessung erfolgt selbstverständlich auch für jeden der anderen an dem zu vermessenden Objekt zur Einbeziehung in den Hauptmessgang vorgesehenen Messpunkte, also der zur Feststellung geometrischer Veränderungen an einem zu vermessenden Objekt bei einem bezüglich Richtung und Stärke definierten Lasteintrag herangezogenen Messpunkte. Hierbei kann aufgrund der mit der Antwortnachricht von jedem Transponder übermittelten Transponderkennung beziehungsweise ID eine Sende- und Empfangseinheit jeweils gleichzeitig in die Vormessung bezüglich mehrerer der Messpunkte einbezogen werden. Danach schließt sich dann der Hauptmessgang an, bei welchem, wie bereits ausgeführt, für jeden einzelnen Messpunkt nur die über einen bestimmten Frequenzkanal empfangene Antwortnachricht und die mit ihrem Eingang erfassten Messwerte zur Bestimmung der Raumkoordinaten des betreffenden Messpunktes herangezogen werden.
Unter Bezug auf die vorstehenden Ausführungen schließt das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit ein, dass bei der Ermittlung der Raumkoordinaten eines Messpunktes im Hauptmessgang durch jede der hierfür verwendeten Sende- und Empfangseinheiten unterschiedliche Frequenzkanäle zur Aussendung des Sendesignals und zum Empfang der zugehörigen Antwortnachricht herangezogen werden. Es ist zudem auch möglich, dass durch ein und dieselbe Sende- und Empfangseinheit für jeden Messpunkt, bei dem diese Sende- und Empfangseinheit in den Hauptmessgang einbezogen wird, eine über einen anderen Frequenzkanal empfangene Antwortnachricht zur Erfassung der zur Bestimmung der Raumkoordinaten dienenden Messwerte herangezogen wird. Soweit dabei während des Hauptmessgangs ein und dieselbe Sende- und Empfangseinheit zur Bestimmung der Raumkoordinaten mehrerer Messpunkte herangezogen wird, bedeutet dies, dass diese Sende- und Empfangseinheit zwar eventuell Signale über mehrere Frequenzkanäle (selbstverständlich jeweils nacheinander) aussendet, aber beispielsweise nur die über einen ersten Frequenzkanal eingehende Antwortnachricht eines ersten Messpunktes und die über einen zweiten Frequenzkanal eingehende Antwortnachricht eines zweiten Messpunktes zur Bestimmung ihrer aktuellen jeweiligen Raumkoordinaten herangezogen werden, auch wenn möglicherweise (oder sogar wahrscheinlich) beide Messpunkte für beide beziehungsweise alle während der Messung genutzten Frequenzkanäle jeweils eine Antwortnachricht zurücksenden.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass je nach Lage der in einem Hauptmessgang hinsichtlich ihrer Raumkoordinaten zu vermessenden Messpunkte nicht zwingend immer alle an einem dafür vorgesehenen Prüfstand angeordneten Sende- und Empfangseinheiten in diesen jeweiligen Hauptmessgang einbezogen werden, aber jeweils immer mindesten drei pro Messpunkt. Das heißt aber auch, dass beispielsweise bei der Bestimmung der Raumkoordinaten von 5 Messpunkten während eines Hauptmessgangs insgesamt 4 Sende- und Empfangseinheiten zum Einsatz gelangen, aber möglicherweise bezüglich einzelner oder aller der genannten 5 Messpunkte nur jeweils die bei 3 der 4 Sende- und Empfangseinheiten eingehenden Antwortnachrichten für die Bestimmung der Raumkoordinaten weiterverarbeitet werden. Daher wurde vorstehend auch von potenziell in den Hauptmessgang einbezogenen Sende- und Empfangseinheiten gesprochen. Es ist nämlich auch denkbar, dass beispielsweise zunächst die Einbeziehung von 4 Sende- und Empfangseinheiten in den Hauptmessgang vorgesehen ist, es sich aber dann bei der Vormessung erweist, dass der oder die in Bezug auf eine dieser Sende- und Empfangseinheiten erfassten Messewerte in allen zur Verfügung stehenden Frequenzkanälen eine derart große Streuung aufweisen, dass die betreffende Sende- und Empfangseinheit dann doch nicht in den Hauptmessgang einbezogen wird.
Aus messtechnischer Sicht ist es vorliegend unschädlich, wenn ein einzelner Messpunkt, gegebenenfalls aufgrund der Verwendung beziehungsweise der Auswertung unterschiedlicher Frequenzkanäle der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten, von diesen Sende- und Empfangseinheiten nicht absolut zeitsynchron angesprochen wird. Dies ist aufgrund der Geschwindigkeit, mit welcher der Messvorgang als solches abläuft, also aufgrund der Kürze der Zeit, innerhalb welcher die einzelnen Messpunkte von den ihnen zugeordneten Sende- und Empfangseinheiten über die unterschiedlichen Frequenzkanäle angesprochen werden und im Hinblick darauf, dass die vorgestellte Lösung auf die Vermessung von Objekten ausgerichtet ist, deren Geometrie sich in Reaktion auf eine Belastung nur vergleichsweise langsam ändert, so dass es sich um quasi statische Abläufe handelt, unschädlich.
Was die bereits mehrfach angesprochenen Frequenzkanäle anbelangt, so kann es sich hierbei beispielsweise um 15 gemäß der europäischen EPSI-Normung in einem 200-kHz-Raster innerhalb eines 868-MHz-Frequenzbandes festgelegte Funkkanäle handeln, wobei das vorgenannte Frequenzband einen Bereich zwischen 865 und 868 MHz abdeckt. Darüber hinaus kommt die Nutzung mehrerer Kanäle von 50 in einem 500-kHz-Raster gemäß der amerikanischen FCC-Normung innerhalb des 915-MHz-Frequenzbandes festgelegten Kanälen in Betracht. Selbstverständlich ist auch eine Nutzung von mehreren Kanälen aus beiden der vorgenannten Frequenzbänder, das heißt eine Verwendung sowohl von Transpondern für das 868-MHz-Frequenzband als auch von Transpondern für das 915-MHz-Frequenzband, denkbar. Dies ist letztlich eine Frage der Ausbildung beziehungsweise Konfiguration der vorgenannten, jeweils an einem Messpunkt des Objektes festzulegenden Transpondergruppen. Insoweit wird es bei der praktischen Umsetzung der hier vorgeschlagenen Lösung üblicherweise darauf ankommen, welche Konfigurationen derartiger Transpondergruppen durch die Industrie zur Verfügung gestellt werden. Wünschenswert wäre es jedenfalls, wenn für den Einsatz unter besonders schwierigen Messbedingungen (beispielsweise in Umgebungen mit besonders vielen, die Übertragung der Funksignale beeinflussenden metallischen Elementen) Transpondergruppen zur Verfügung gestellt werden könnten, welche Transponder beider Frequenzbänder umfassen. Was die ortsfest in der Umgebung des zu vermessenden Objekts angeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen anbelangt, so kann es sich insbesondere im Falle einer Nutzung von zwei oder mehr Frequenzbändern gegebenenfalls auch jeweils um an den jeweiligen Standorten um das Objekt herum angeordnete Gruppen solcher Einheiten handeln, deren Sende- und Empfangseinrichtungen jeweils zum Aussenden und Empfangen von Signalen in einem der mehreren Frequenzbänder ausgelegt beziehungsweise eingerichtet sind.
Entsprechend einer vorgesehenen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass durch die Sende- und Empfangseinheiten im Zuge der Vormessung mittels ihres Empfangsteils zunächst festgestellt wird, ob einzelne der in Betracht kommenden Frequenzkanäle bereits durch andere technische Einheiten in der Umgebung der Messanordnung verwendet werden. Die Sende- und Empfangseinheiten senden hierbei zunächst selbst kein Signal aus, sondern hören die in Betracht kommenden Frequenzkanäle gewissermaßen auf eine anderweitige Verwendung ab. Soweit eine solche anderweite Verwendung eines Frequenzkanals festgestellt wird, wird dieser Frequenzkanal bei der Messung außer Betracht gelassen. Hierbei ist es möglich, dass ein entsprechendes Abhören der Frequenzkanäle entweder bereits vor der Vormessung erfolgt und belegte Frequenzkanäle sowohl für die Vormessung als auch für den Hauptmessgang außer Betracht bleiben oder aber, dass die Feststellung und der Ausschluss anderweit belegter Frequenzkanäle erst nach dem Abschluss der Vormessung und damit unmittelbar vor dem Beginn des eigentlichen Hauptmessgangs erfolgt, wobei aber sichergestellt bleiben muss, dass bezüglich jedes Messpunktes mindestens drei Sende- und Empfangseinheiten während des Hauptmessgangs in die Messung einbezogen werden. Sollte im letztgenannten Fall ein Frequenzkanal bereits anderweitig verwendet werden, für welchen im Zuge der Vormessung eine besonders geringe Streuung der erfassten Messwerte festgestellt wurde, so würde in diesem Fall für den Hauptmessgang der in Bezug auf die Streuung nächst günstige Frequenzkanal verwendet werden.
Auch wenn die sich insbesondere bei der vorzugsweise vorgesehenen Vermessung von Drehgestellen von Schienenfahrzeugen infolge des Lasteintrags vollziehende Veränderungen der Geometrie des Messobjekts quasi statischer Natur sind, handelt es sich hierbei dennoch selbstverständlich um dynamische Vorgänge, wenngleich auch in einem sehr niederfrequenten Bereich. Daher ist es in Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass das jeweils zu vermessende Objekt nicht lediglich im unbelasteten Zustand und gewissermaßen in dem sich unter Belastung einstellenden Endzustand vermessen wird, sondern dass im Zuge des Hauptmessgangs eine Vermessung des Objekts in unterschiedlichen Stadien seiner Verformung erfolgt und die Messergebnisse, genauer gesagt die durch Auswertung der Messwerte jeweils ermittelten Raumkoordinaten der Messpunkte zur Erstellung eines in geeigneter Weise über ein Display oder eine Druckeinrichtung auszugebenden Kraft-Weg-Diagramms oder zur Ableitung einer weiterzuverarbeitenden Kraft-Weg-Funktion herangezogen werden.
Wie bereits eingangs ausgeführt, ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere zur Erfassung von geometrischen Veränderungen vorgesehen, die unter Last an Teilen und/oder Baugruppen von Fahrzeugen, nämlich vorzugsweise von Schienenfahrzeugen auftreten. Entsprechende Fahrzeugteile, wie Drehgestelle, Wagenkästen oder Fahrzeugrahmen von Schienenfahrzeugen, werden dabei auf speziellen Prüfständen vermessen, an denen jeweils die für den Datenaustausch mit an Messpunkten derartiger Objekte festgelegten Transpondern vorgesehenen Sende- und Empfangseinheiten ortsfest angeordnet werden. Auf dem Prüfstand werden in die betreffenden Objekte mit Hilfe von Hydraulikzylindern oder von sonstigen, motorisch betätigten Mitteln Zug- oder Druckkräfte eingetragen. Dabei werden zur Simulation der in unterschiedlichen Betriebszuständen auftretenden Belastungen des jeweiligen Objekts in dieses hinsichtlich Betrag und Richtung unterschiedliche Zug- oder Druckkräfte eingetragen, wobei zuvor jeweils entsprechend den in Reaktion auf die applizierten Kräfte zu erwartenden, am Objekt auftretenden geometrischen Veränderungen an unterschiedlichen Positionen des Objekts jeweils eine Gruppe von Transpondern temporär angeordnet wird, welche einen Messpunkt ausbilden. Aus den nach dem Ansprechen eines jeweiligen Messpunktes durch mehrere Sende- und Empfangseinheiten beim Eingehen einer Antwortnachricht von einem Transponder des betreffenden Messpunktes jeweils erfassten Messwerten werden mittels einer Verarbeitungseinrichtung die Raumkoordinaten des Messpunktes ermittelt.
Das hier vorgeschlagene, die Aufgabe lösende und zur Durchführung des Verfahrens geeignete System besteht aus einem Prüfstand, welcher Mittel zum Eintragen einer Kraft in wenigstens einen Punkt eines hinsichtlich der sich unter Last vollziehenden geometrischen Veränderungen zu untersuchenden Objekts aufweist, und aus einer Funkmessanordnung zur Ermittlung von Raumkoordinaten mehrerer an dem Objekt festgelegter Messpunkte. Hierbei besteht die vorgenannte Funkmessanordnung aus an den Messpunkten des Objekts angeordneten Transpondern, mindestens drei, während eines Messvorgangs ortsfest in der Umgebung des Objekts, also um das Objekt herum angeordneten Sende- und Empfangseinheiten für einen funkgestützten Datenaustausch mit den Transpondern, aus einer in einer Wirkverbindung mit den Sende- und Empfangseinheiten stehenden Verarbeitungseinrichtung und aus ebenfalls mit der Verarbeitungseinrichtung in einer Wirkverbindung stehenden Messmitteln zur Zeitmessung und/oder zur Messung schwingungstechnischer Größen wie Amplitude, Phasenlage, Dämpfung und dergleichen. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, die Raumkoordinaten eines Messpunktes des Objektes zu ermitteln, indem sie die von den Messmitteln jeweils erfassten Messwerte, namentlich die Zeitdauer bis zum Eingang einer auf ein Sendesignal der Sende- und Empfangseinheiten von einem Transponder empfangenen Antwortnachricht und/oder mindestens einen schwingungstechnischen Messwert eines die Antwortnachricht transportierenden Signals, auswertet. Hierzu ist die Verarbeitungseinrichtung mit einer entsprechenden, von ihr verarbeiteten Software beziehungsweise Programmanwendung ausgestattet.
Erfindungsgemäß ist an jedem Messpunkt des Objektes eine Gruppe von mehreren, in voneinander verschiedenen Frequenzkanälen arbeitenden Transpondern angeordnet, wobei korrespondierend mit dem Verfahren in die bei dem Hauptmessgang erfolgende wiederholte Ermittlung der Raumkoordinaten eines Messpunktes die Antwortnachricht nur eines, an dem betreffenden Messpunkt als Teil einer Gruppe von Transpondern angeordneten Transponders einbezogen wird. Wie bereits zum Verfahren ausgeführt, wird dieser gewissermaßen im Wege des Ausschlussprinzips bestimmt, indem nämlich alle diejenigen Transponder, bei deren Verwendung sich während der Vormessung für den oder die zur Bestimmung der Raumkoordinaten zu erfassenden Messwerte eine gegenüber der Verwendung des vorgenannten Transponders größere Streuung ergibt, von einer Verwendung im Hauptmessgang ausgeschlossen werden.
Vorzugweise handelt es sich bei dem an den Messpunkten des Objekts angeordneten Transpondern um RFID-Transponder mit einer digitalen ID, welche als Bestandteil einer von einem jeweiligen Transponder ausgesendeten Antwortnachricht an eine diese Antwortnachricht empfangende Sende- und Empfangseinheit übermittelt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung des Systems handelt es sich bei den Transpondern um passive RFID-Transponder, welche temporär an dem zu vermessenden Objekt, wie beispielsweise einem Drehgestell für ein Schienenfahrzeug, festgelegt werden.
Wie bereits mehrfach ausgeführt, werden pro Messpunkt des Objektes gruppenweise mehrere, über unterschiedliche Frequenzkanäle ansprechbare Transponder angeordnet. Im Hinblick auf den vorgenannten Einsatzfall der Vermessung von Drehgestellen, welche nahezu vollständig aus Metall bestehen, kann es sich bei der an einem Messpunkt anzuordnenden Gruppe von Transpondern um eine Transpondereinheit handeln, die mittels einer magnetischen Grundfläche an dem zu vermessenden Drehgestell temporär festgelegt wird. Die betreffende Transpondergruppe ist unabhängig davon, ob sie eine magnetische Grundfläche aufweist, vorzugsweise durch einen Träger ausgebildet, auf dem mehrere Transponder in einer Sandwich-Anordnung übereinander aufgebracht sind.
Soweit vorstehend und in den Patentansprüchen ausgeführt wird, dass die zur Bestimmung der Raumkoordinaten von Messpunkten des Objektes vorgesehenen Sende- und Empfangseinheiten ortsfest in der Umgebung des Objekts angeordnet sind, meint dies, dass die betreffenden Sende- und Empfangseinheiten um das Objekt herum und somit vorzugsweise außerhalb des Objektes selbst angeordnet sind. Hierbei wird nicht etwa von einem in der Form eines Hohlkörpers ausgebildeten Objekt ausgegangen. Vielmehr bezieht sich diese Aussage auf komplexe Objekte, wie beispielsweise die schon genannten Drehgestelle, bei denen es theoretisch möglich wäre, eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit in einem Zwischenraum zwischen einzelnen Elementen eines Objekts, wie beispielsweise zwischen den Radsätzen eines Drehgestells, anzuordnen. Eine solche Anordnung ist jedoch im Hinblick auf die Vielzahl dabei zu erwartender Reflektionen eines durch eine jeweilige Sende- und Empfangseinheit ausgesendeten Funksignals möglicherweise als nicht sinnvoll anzusehen. Demgemäß werden die Sende- und Empfangseinheiten vorzugsweise um das Objekt herum, also außerhalb des Objektes, angeordnet. Dies bedeutet jedoch nicht, das Sende- und Empfangseinheiten nicht innerhalb eines entsprechenden Mess- und Prüfstandes, beispielsweise unterhalb eines zu prüfenden Drehgestells angeordnet sein und ihr Sendesignal zum Ansprechen eines oder mehrerer Messpunkte gewissermaßen in das Objekt hinein abstrahlen können.
Im Hinblick auf die verwendeten unterschiedlichen Frequenzkanäle kommen dabei für die konkrete Ausbildung der besagten Sende- und Empfangseinheiten unterschiedliche Möglichkeiten in Betracht. So können beispielsweise Sende- und Empfangseinheiten zum Einsatz gelangen, welche für einen breitbandigen Betrieb ausgebildet sind, die sowohl Sendesignale in allen der zur Verwendung vorgesehenen Frequenzkanäle aussenden als auch entsprechende Antwortnachrichten über jeden dieser Kanäle empfangen können. Aus Gründen des zu erwartenden Genauigkeitsgewinns ist es jedoch bevorzugt, dass jeweils mehrere Sende- und Empfangseinheiten an einem ortsfesten Element außerhalb des Messobjektes angeordnet werden, welche in voneinander unterschiedlichen Frequenzkanälen oder gar Frequenzbändern arbeiten. Hierbei werden für die Bestimmung der Raumkoordinaten von Messpunkten des Messobjekts jeweils mindestens drei Sende- und Empfangseinheiten herangezogen, welche an zum Objekt unterschiedlich positionierten ortsfesten Elementen angeordnet sind.
Ebenfalls mit dem Ziel einer Erhöhung der Genauigkeit kann das erfindungsgemäße System noch dadurch weitergebildet sein, dass neben den Transpondern an dem Messobjekt zusätzliche Transponder, vorzugsweise dauerhaft und ortsfest, an Elementen des Prüfstandes selbst als ortsfeste Messpunkte angeordnet werden. Derartige, an dem Prüfstand selbst angeordnete Transponder können vorteilhaft insbesondere in die Vormessung einbezogen werden.
Mit Blick auf den wiederholt angesprochenen bevorzugten Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Lösung ist der Prüfstand des Systems gemäß einer vorgesehenen Ausbildungsform zur Aufnahme von Drehgestellen für Schienenfahrzeuge und für einen Lasteintrag in ein von dem Prüfstand aufgenommenes Drehgestell ausgebildet. Zum Prüfstand gehörende Mittel, wie beispielsweise ein Portal mit hydraulischen Einrichtungen und/oder mit elektrischen Aktoren, ermöglichen es dabei, mindestens in einen Punkt eines solchen Drehgestells eine Kraft einzuleiten.
Anhand von Zeichnungen sollen nachfolgend nochmals Erläuterungen zum grundsätzlichen Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung gegeben und mögliche Ausführungsbeispiele dargestellt werden. Die Zeichnungen zeigen hierzu im Einzelnen:
1: ein Schema mit den wesentlichen Elementen des erfindungsgemäßen Systems und deren Anordnung zueinander,
2: eine Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Systems als Bestandteil eines stationären Prüfstandes für Drehgestelle von Eisenbahnwaggons,
3: eine Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Systems als Bestandteil eines mobilen Prüfstandes für Drehgestelle von Eisenbahnwaggons.
Die nachfolgend erläuterten Schemata und Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Ausbildungsformen der Erfindung, bei welchen die Ermittlung der Raumkoordinaten der Messpunkte auf der Auswertung von Laufzeitdifferenzen von den Transpondern der Messpunkte in Reaktion auf Sendesignale von Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ eintreffender Antwortnachrichten basiert. Wie bereits ausgeführt können jedoch durch die entsprechende, zu dem erfindungsgemäßen System gehörende Verarbeitungseinrichtung, auf deren Darstellung in den Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber ebenso verzichtet wurde, wie auf die Darstellung der mit ihr in einer Wirkverbindung stehenden Messmittel, gegebenenfalls auch andere im Zusammenhang mit dem Eintreffen von Antwortnachrichten der Transponder erfasste Messwerte ausgewertet werden.
Die 1 zeigt ein Grundsatzschema mit den wesentlichen Elementen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Systems. Durch dieses Schema wird zudem das Grundprinzip der Anordnung dieser Elemente zueinander verdeutlicht. In der Zeichnung gemäß der 1 wurde zur Vereinfachung auf die Darstellung eines zu vermessenden Objekts 1 verzichtet. Nicht dargestellt beziehungsweise durch eine entsprechende Symbolik verdeutlicht sind, wie bereits ausgeführt, die Verarbeitungseinheit oder Verarbeitungseinheiten, welche mit den Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ in einer Wirkverbindung steht beziehungsweise stehen und die Laufzeitunterschiede der von Transpondern der Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂ an den Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ eingehenden Antwortnachrichten auswertet beziehungsweise auswerten und die ebenfalls mit ihr beziehungsweise ihnen in einer Wirkverbindung stehenden Messmittel. Das erfindungsgemäße System ist demnach in der 1 dahingehend vereinfacht, dass in der Figur nur die zu ihm gehörenden (hier beispielhaft zwei) Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂ sowie die Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ dargestellt sind.
Beispielhaft sind in der 1 zwei, jeweils durch mehrere, in einer Sandwichstruktur angeordnete passive Transponder gebildete Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂ schematisch dargestellt, welche an einem zu vermessenden Objekt 1 (wie bereits ausgeführt, hier nicht gezeigt – siehe dazu 2 und 3) angeordnet sind. Jede dieser Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂, welche vorzugsweise durch eine Mehrzahl passiver RFID-Transponder gebildet sind, ist dem Grunde nach durch alle Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ für einen funkgestützten Datenaustausch ansprechbar. Dies wird im Schema gemäß der 1 durch die gestrichelten, die Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂ mit den Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ verbindenden Linien dargestellt.
Im Zuge eines in einem Hauptmessgang erfolgenden Vermessungsvorgangs, in den ein jeweiliger Messpunkt mit einer Transpondergruppe 2 ₁, 2 ₂ einbezogen ist, muss der betreffende Messpunkt jedoch nicht durch alle Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ angesprochen werden. So kann beispielsweise eine Sende- und Empfangseinheit, bei welcher die während der Vormessung unter Verwendung der unterschiedlichen Frequenzkanäle durch die Transponder eines Messpunktes gemessenen Laufzeiten eine über einem festgelegten Höchstwert liegende Streuung aufweisen, während des Hauptmessgangs für den betreffenden Messpunkt nicht zur Messung der Laufzeit einer Antwortnachricht herangezogen oder eine eventuell dennoch gemessene Laufzeit bei der Bestimmung der Raumkoordinaten des Messpunkte außer Betracht bleiben. Auch wird selbstverständlich eine Sende- und Empfangseinheit 3 ₁–3 ₆ außer Betracht bleiben, für welche der Messpunkt aufgrund zwischen ihm und der betreffenden Sende- und Empfangseinheit 3 ₁–3 ₆ angeordneter metallischer Elemente in einem Funkschatten liegt, da für diese eine Laufzeit der Antwortnachricht im Grunde ohnehin nicht ermittelbar ist.
Jeder Messpunkt wird aber im Hauptmessgang jedenfalls von mindestens drei der Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ angesprochen, wobei dies in dem Sinne zu verstehen ist, dass sowohl bezüglich dreier Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ eine Messung der Laufzeit der Antwortnachricht (Laufzeit beginnend von der unter Verwendung eines Frequenzkanals erfolgenden Aussendung eines Signals durch die betreffende Sende- und Empfangseinheit 3 ₁–3 ₆ bis zum Eingang einer Antwortnachricht von dem angesprochenen Transponder des Messpunktes an derselben Sende- und Empfangseinheit 3 ₁–3 ₆) erfolgt als auch die insoweit gemessene Laufzeit durch die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Raumkoordinaten des Messpunktes verarbeitet wird.
Bei der bereits angesprochenen Vormessung wird jeder der (hier gezeigten zwei) Messpunkte durch die Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ über die unterschiedlichen, von den an dem jeweiligen Messpunkt als Teil einer solchen Transpondergruppe 2 ₁–2 _n angeordneten Transpondern unterstützten Frequenzkanäle jeweils mehrfach aufeinanderfolgend angesprochen, um festzulegen, welche der Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ im nachfolgenden Hauptmessgang jeweils unter Verwendung welches Frequenzkanals und damit unter Verwendung welches Transponders einer jeweiligen Transpondergruppe 2 ₁–2 _n zur Messung der Laufzeit der auf ein eigenes Sendesignal von einem jeweiligen Messpunkt eingehenden Antwortnachricht genutzt oder hinsichtlich einer (gegebenenfalls in jedem Falle) gemessenen Laufzeit bei der Bestimmung der Raumkoordinaten des betreffenden Messpunktes berücksichtigt wird.
Beim praktischen Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung werden selbstverständlich, insbesondere auch in Abhängigkeit der geometrischen Komplexität des zu vermessenden Objektes 1 und der Anzahl seiner dabei relevanten Punkte zumeist erheblich mehr als die in der 1 gezeigten zwei Transpondergruppen 2 ₁, 2 ₂ zum Einsatz gelangen. Insoweit handelt es sich auch bei den Zeichnungen zu den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen im Hinblick auf die dabei jeweils nur dargestellte eine Transpondergruppe 2 ₁ um vereinfachte Darstellungen des erfindungsgemäßen Systems.
Durch die 2 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße System gegeben. Dieses betrifft einen stationären Prüfstand 4 für Drehgestelle von Eisenbahnwaggons. Der betreffende Prüfstand dient zur Simulation von Belastungen, welchen ein zu prüfendes Drehgestell (Objekt 1) bei seinem praxisgemäßen Einsatz ausgesetzt ist und zu Ermittlung infolge dessen an dem Drehgestell 1 auftretender geometrischer Veränderungen. Hierzu werden mittels des, wie aus der Zeichnung ersichtlich, in Form eines durch Stützen 7 gehaltenen Portals 6 ausgebildeten Prüfstandes 4 Kräfte in ein zu prüfendes Drehgestell 1 eingetragen, wozu ein Belastungsstempel 8 den Auflagepunkt des Drehgestells (im Beispiel) von oben anfährt und so die Prüflast aufbringt.
Der Prüfstand 4 simuliert die in der Praxis, also in seiner bestimmungsgemäßen Funktion auf das Drehgestell 1 durch den Wagenkasten einwirkenden Kräfte. Jede Radscheibe eines Drehgestells 1 soll nach der Montage unter den Wagenkasten annähernd die gleiche Kraft in die Schiene einleiten. Diese Festlegung dient der Fahrsicherheit (Entgleisungssicherheit) und der Minimierung des Verschleißes an den Radscheiben und Laufwerken der Fahrzeuge sowie an der Fahrbahn.
Um dies zu erreichen, werden die durch den Wagenkasten auf das Drehgestell 1 wirkenden Kräfte an den entsprechenden Punkten (Gleitlager/ Luftfederplatten) in das Drehgestell 1 eingeleitet. Durch mehrmaliges Vorbelasten des einzustellenden Drehgestells ist sichergestellt, dass sich alle Federelemente „gesetzt“ haben.
Über ein Wegmesssystem, wie beispielsweise das erfindungsgemäße System, wird die für das zu vermessende Objekt 1 – vorliegend das darstellende Drehgestell – vorgegebene Höhe der Einleitungspunkte für die Kraft gegenüber einem festgelegten Punkt (S₀) angefahren. Der Punkt (S₀) ist ein festgelegter Punkt am Schienenkopf. Alle Höhenmaße, die an einem Schienenfahrzeug abgenommen werden können, haben immer diesen Punkt (S₀) als festen Bezug. Die Krafteinleitungen in die Drehgestelle 1 variieren in Abhängigkeit von den Fahrzeugbauarten. Es gibt Drehgestelle 1, die über einen Drehzapfen mit dem Wagenkasten verbunden sind, wobei der Wagenkasten auf dem Drehkranz ruht. Zur Simulation entsprechender Lastverhältnisse auf einem Prüfstand wird bei solchen Fahrzeugen die Kraft mittig über einen Belastungsstempel 8 mit Messeinrichtung in das Drehgestell 1 eingebracht.
Andere Fahrzeuge (insbesondere Reisezugwagen) weisen Luftfedern auf, über welche zwei Krafteinleitungen in das Drehgestell 1 gegeben sind. Abweichend davon werden bei Fahrzeugverbänden mit mehreren Wagenkästen zunehmend Jakobsdrehgestelle eingesetzt, wobei zwei Wagenkastenenden auf einem Drehgestell 1 aufliegen. Entsprechende Drehgestelle 1 verfügen über vier Krafteinleitungen in das Drehgestell 1. Die Positionen, an denen die Kraft in die verschiedenen Drehgestelle 1 eingeleitet wird, sind abhängig vom jeweiligen Fahrzeughersteller und der Konstruktion.
Im Zustand der korrekt eingestellten Radaufstandskräfte sind die in den Herstellerdatenblättern hinterlegten geometrischen Maße abzunehmen und gegebenenfalls einzustellen, wobei die Abnahme der Maße beziehungsweise deren Erfassung unter Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt.
In den 2 und 3 ist beispielhaft nur ein Messpunkt angedeutet, für welchen die Veränderung seiner Raumkoordinaten beim Einwirken einer Kraft auf das Objekt 1, nämlich das Drehgestell erfasst wird, um die infolge des Lasteintrags an dem Objekt 1 auftretenden geometrischen Veränderungen zu beschreiben. Als Teil des erfindungsgemäßen Systems ist stellvertretend für eine Mehrzahl von an dem Drehgestell 1 angeordneten Transpondergruppen 2 ₁–2 _n nur die an diesem einen Messpunkt angeordnete, durch mehrere passive Transponder in einer Sandwichanordnung ausgebildete Transpondergruppe 2 ₁ dargestellt, welche temporär an dem Messpunkt fixiert ist.
Entsprechend dem zur 1 bereits nochmals erläuterten Grundprinzip wird dieser eine Messpunkt beziehungsweise die an ihm temporär fixierte Transpondergruppe 2 ₁ mit passiven Transpondern bei der im Zuge der Belastung des Drehgestells 1 im Hauptmessgang erfolgenden Vermessung durch mindestens drei der hier sechs Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ angesprochen. Welche der Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ bei dem Hauptmessgang unter Bezug auf den Messpunkt mit der Transpondergruppe 2 ₁ unter Nutzung jeweils welches Frequenzkanals verwendet werden beziehungsweise das Messergebnis (gemessene Laufzeit für die Antwortnachricht) welcher Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ zur Bestimmung der Raumkoordinaten des Messpunktes herangezogen wird, wird dabei wiederum im Ergebnis der Vormessung und der dabei für die Messung der Laufzeiten festgestellte Streuung festgelegt.
Im Hauptmessgang wird die an dem Messpunkt angeordnete Transpondergruppe 2 ₁ vorzugsweise von allen, mindestens aber von drei der Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ durch Aussendung eines Funksignals angesprochen. Hierbei kann die Transpondergruppe 2 ₁ durch die einzelnen in den Hauptmessgang einbezogenen Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ unter Nutzung jeweils unterschiedlicher Frequenzkanäle angesprochen werden, was gleichzusetzen ist damit, dass von den einzelnen Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ unterschiedliche Transponder der Transpondergruppe 2 ₁ angesprochen werden. Als Antwort auf dieses Funksignal übermittelt der jeweils angesprochene Transponder der Transpondergruppe 2 ₁ als Bestandteil einer Antwortnachricht an die ihn ansprechende Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ seine eindeutige digitale ID. In der Verarbeitungseinheit werden die auf seinem Weg zu den Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ auftretenden Laufzeitunterschiede der Antwortnachricht ausgewertet. Hieraus lässt sich die jeweilige Lage der Transpondergruppe 2 ₁ und damit des Messpunktes im Raum und somit in Bezug auf seine Umgebung sowie in Bezug auf andere Messpunkte des Drehgestells 1 jeweils eindeutig bestimmen. Dabei ist insbesondere auch eine dynamische Erfassung von Änderungen dieser Position aufgrund der Belastung des Drehgestells 1 durch die mittels des Prüfstandes 4 in das Drehgestell 1 eingetragenen Kräfte ermöglicht.
Der Umstand, dass die für einen Transponder innerhalb der Transpondergruppe 2 ₁ ermittelten Raumkoordinaten aufgrund der geometrischen Ausdehnungen des Transponders selbst und aufgrund der Anordnung des Transponders innerhalb des die Transpondergruppe 2 ₁ ausbildenden Sandwiches im Grunde nicht exakt den tatsächlichen Raumkoordinaten des mit der Transpondergruppe 2 ₁ versehenen Messpunktes entsprechen, kann dabei durch entsprechende Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Aufgrund dessen, dass die Abmaße des Transponders und seine Anordnung in der hinsichtlich ihrer Abmaße ebenfalls bekannten Transpondergruppe 2 ₁ sehr genau bekannt sind, lassen sich diese Korrekturfaktoren sehr genau angeben und in die Berechnung der Raumkoordinaten des eigentlichen Messpunktes einbeziehen, so dass dies keinen Einfluss auf die geforderte Genauigkeit der Messung hat. Wie aus der 2 ersichtlich, sind bei diesem Ausführungsbeispiel alle Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₆ an dem Prüfstand 4 selbst, das heißt an dem dargestellten Portal 6 und den Stützen 7 angeordnet.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems in ebenfalls vereinfachter Darstellung gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen mobilen Prüfstand 5 für Drehgestelle 1 von Eisenbahnwaggons. Abweichend von dem in der 2 gezeigten Beispiel ist hierbei der Prüfstand 5 nicht durch ein Portal realisiert. Vielmehr werden die an dem zu prüfenden Drehgestell 1 zu applizierenden Kräfte in Form von aus der Richtung unterhalb des zu prüfenden Drehgestells 1 wirkenden Zugkräften eingetragen. Das Drehgestell 1 steht hierbei erhöht auf dem Prüfstand 5, wozu es mittels eines Kranes auf ein aufgeständertes Gleis gehoben wird. In Analogie zu dem zur 1 erläuterten Grundprinzip und dem Aufbau des Systems für den stationären Prüfstand 4 gemäß 2 sind auch hier mehrere Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₁₂ zumindest während eines Messvorgangs ortsfest angeordnet. Die entsprechenden Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₁₂ sind hierzu an um den Prüfstand 5 aufgestellten Ständern beziehungsweise Säulen 9 ₁–9 ₄ angeordnet. Der im Beispiel gezeigte eine Messpunkt, an dem wiederum ein Transpondergruppe 2 ₁ mit passiven RFID-Transpondern temporär fixiert ist, wird, ebenso wie bei dem zuvor erläuterten Beispiel, im Hauptmessgang durch mehrere (das heißt mindestens drei) Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₁₂ angesprochen, von denen jedenfalls mindestens drei bezüglich der Raumkoordinaten des gezeigten Koordinatensystems gegenüber dem Transponder 2 ₁ unterschiedlich positioniert sind. Auch hier werden die im Hauptmessgang für die Ermittlung der Raumkoordinaten des (einzigen dargestellten) Messpunktes zu verwendenden beziehungsweise hinsichtlich ihres Messergebnisses für die Laufzeit bei der Berechnung dieser Raumkoordinaten zu berücksichtigenden Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₁₂ sowie deren jeweiliger Frequenzkanal über welchen die für die Berechnung der Raumkoordinaten hinsichtlich der Laufzeit zu berücksichtigende Antwortnachricht an der jeweiligen Sende- und Empfangseinheiten 3 ₁–3 ₁₂ eingeht (das heißt die Antwortnachricht welchen Transponders der Transpondergruppe 2 ₁ berücksichtigt wird), im Zuge eines Vormessgangs ermittelt.

Claims

Verfahren zur Erfassung an einem Objekt (1) infolge eines Lasteintrags auftretender geometrischer Veränderungen, nach welchem die Raumkoordinaten mehrerer an dem Objekt (1) angeordneter Messpunkte und die unter Last auftretende Veränderung dieser Raumkoordinaten mittels einer Funkmessanordnung ermittelt werden, wobei die Raumkoordinaten eines Messpunktes ermittelt werden, indem an einen an dem Messpunkt angeordneten Transponder durch mehrere Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) ein Sendesignal ausgesendet und für eine von dem Transponder bei der jeweiligen, das Sendesignal aussendenden Sende- und Empfangseinheit eintreffende, einen Identifikator des Transponders enthaltende Antwortnachricht die Zeitdauer ihres Eintreffens und/oder mindestens ein schwingungstechnischer Messwert eines sie transportierenden Signals erfasst und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – an jedem Messpunkt mehrere in voneinander verschiedenen Frequenzkanälen arbeitende Transponder als Transpondergruppe (2 ₁–2 _n) angeordnet werden, – bei einer am noch unbelasteten Objekt (1) erfolgenden Vormessung jeder Messpunkt jeweils mehrfach aufeinanderfolgend durch jede der mehreren Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) über die unterschiedlichen, von den an dem jeweiligen Messpunkt als Teil einer solchen Transpondergruppe (2 ₁–2 _n) angeordneten Transpondern unterstützten Frequenzkanäle mittels eines Sendesignals angesprochen und jeweils der mindestens eine bezüglich des zugehörigen Antwortsignals zur Bestimmung der Raumkoordinaten auszuwertende Messwert erfasst wird, – bei dem nachfolgenden Hauptmessgang zur Bestimmung der Raumkoordinaten eines jeweiligen Messpunktes von jeder dabei einbezogenen Sende- und Empfangseinrichtung (3 ₁–3 _n) durch Auswahl des Frequenzkanals jeweils nur derjenige Transponder dieses Messpunktes angesprochen wird, bei dem die geringste Streuung der während der Vormessung erfassten Messwerte aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkoordinaten eines Messpunktes durch die Auswertung unterschiedlicher Laufzeiten der Signale von Antwortnachrichten bestimmt werden, welche von in den Hauptmessgang einbezogenen Transpondern dieses Messpunktes bei mindestens drei ortsfest, an verschiedenen Positionen in der Umgebung des Objekts (1) angeordneten Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) jeweils als Antwort auf ein durch die jeweilige Sende- und Empfangseinheit (3 ₁–3 _n) ausgesendetes Sendesignal eingehen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkoordinaten der Messpunkte von einer Verarbeitungseinrichtung der Funkmessanordnung aus den Laufzeitdifferenzen der Signale der an den Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) von den Transpondern eintreffenden Antwortnachrichten durch Triangulation ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sende- und Empfangseinrichtungen (3 ₁–3 _n), bei denen die während der Vormessung bezüglich eines Messpunktes erfassten Messwerte für jeden der durch die Transpondergruppe (2 ₁–2 _n) des betreffenden Messpunktes unterstützen Frequenzkanäle eine über einem festgelegten Höchstwert liegende Streuung aufweisen, während des Hauptmessgangs nicht in die Erfassung der zur Bestimmung der Raumkoordinaten des betreffenden Messpunktes dienenden Messwerte einbezogen oder die an ihnen erfassten Messwerte bei der Bestimmung der Raumkoordinaten des Messpunktes nicht berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass belegte Frequenzkanäle, nämlich durch andere technische Einheiten in der Umgebung der zur die Durchführung des Verfahrens dienenden Funkmessanordnung verwendete Frequenzkanäle, im Hauptmessgang nicht zur Erfassung für die Bestimmung von Raumkoordinaten von Messpunkten zu verwendender Messwerte genutzt werden, wobei eine eventuelle Belegung von Frequenzkanälen durch andere technische Einheiten im Zusammenhang mit der Vormessung ermittelt wird, indem die zur Verwendung im Hauptmessgang in Betracht kommenden Frequenzkanäle durch die Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) abgehört werden, ohne dass diese hierbei selbst ein Sendesignal aussenden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich unter Last an dem Objekt (1) vollziehenden geometrischen Veränderungen im Hauptmessgang dynamisch erfasst werden, indem das Objekt (1) in unterschiedlichen Stadien seiner Verformung vermessen wird, wobei die in den einzelnen Stadien jeweils ermittelten Raumkoordinaten der Messpunkte in einem Kraft-Weg-Diagramm über ein Display oder eine Druckeinrichtung ausgegeben oder zur Ableitung einer weiterzuverarbeitenden Kraft-Weg-Funktion herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels diesem auf einem Prüfstand (4, 5) an Fahrzeugteilen und/oder an Fahrzeugbaugruppen unter Last auftretende geometrische Veränderungen erfasst werden.
System zur Erfassung an einem Objekt (1) infolge eines Lasteintrags auftretender geometrischer Veränderungen, mit einem Mittel zum Eintragen einer Kraft in wenigstens einen Punkt des Objektes (1) aufweisenden Prüfstand und mit einer Funkmessanordnung zur Ermittlung von Raumkoordinaten mehrerer an dem Objekt (1) festgelegter Messpunkte, welche zumindest besteht aus an den Messpunkten des Objekts (1) angeordneten Transpondern, aus mindestens drei während eines Messvorgangs ortsfest in der Umgebung des Objekts angeordneten Sende- und Empfangseinrichtungen (3 ₁–3 _n) für einen funkgestützten Datenaustausch mit den Transpondern, aus Messmitteln zur Zeitmessung und/oder zur Messung schwingungstechnischer Größen und einer in einer Wirkverbindung mit den Sende- und Empfangseirichtungen (3 ₁–3 _n) und den Messmitteln stehenden Verarbeitungseinrichtung, welche dazu eingerichtet und/oder ausgebildet ist, die Raumkoordinaten eines Messpunktes des Objektes (1) zu ermitteln, indem sie die von den Messmitteln jeweils erfassten Messwerte, nämlich die Zeitdauer bis zum Eingang einer auf ein Sendesignal der Sende- und Empfangseinheiten (3 ₁–3 _n) von einem Transponder empfangenen, den Transponder identifizierenden Antwortnachricht und/oder mindestens einen schwingungstechnischen Messwert eines die Antwortnachricht transportierenden Signals, auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Messpunkt des Objektes (1) eine Transpondergruppe (2 ₁–2 _n) mit mehreren in voneinander verschiedenen Frequenzkanälen arbeitenden Transpondern angeordnet ist, wobei in die bei einem Hauptmessgang erfolgende wiederholte Ermittlung der Raumkoordinaten eines Messpunktes die Antwortnachricht nur eines an diesem Messpunkt als Teil der Transpondergruppe (2 ₁–2 _n) angeordneten, im Ergebnis einer dem Hauptmessgang vorausgehenden Vormessung bestimmten Transponders einbezogen wird.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponder der an den Messpunkten angeordneten Transpondergruppen (2 ₁–2 _n) als passive Transponder ausgebildet sind.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Transpondern um RFID Transponder handelt.
System nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Messpunkten angeordneten Transpondergruppen (2 ₁–2 _n) in Form einer Sandwich-Anordnung ausgebildet sind, in welcher die einzelnen Transponder auf einem Träger übereinander angeordnet sind.
System nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Transpondergruppen (2 ₁–2 _n) durch temporär an den Messpunkten des zu vermessenden Objekts (1) angeordnete Transponder gebildet sind.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponder an den Messpunkten mittels magnetischer Grundflächen temporär fixiert sind.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System Bestandteil eines Prüfstandes (4, 5) zur Belastungsprüfung von Schienenfahrzeugen und Waggons und/oder von deren Teilen und Baugruppen ist.