DE19646102C1 - Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berüh­ rungsfreien Erfassen von Gegenständen, die quer zu einer Bewegungsrichtung der Vorrichtung angeordnet sind, mit einer Detektionseinheit zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung, wobei die Detek­ tionseinheit wenigstens zwei quer zu der Bewegungs­ richtung der Vorrichtung angeordnete Detektions­ elemente aufweist, mit wenigstens einem elektro­ magnetische Ausgangsstrahlung emittierenden Strah­ lungssender, der so ausgerichtet ist, daß von einem Gegenstand rückgeworfene Ausgangsstrahlung die Detektionselemente beaufschlagt, und mit einer der Detektionseinheit nachgeordneten Auswerteeinheit, mit der Änderungen der die Detektionseinheit beauf­ schlagenden Strahlungsintensität verarbeitbar sind, wobei mit der Auswerteeinheit der Abstand zwischen dem Gegenstand und den beaufschlagten Detektions­ elementen bestimmbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-A- 4,542,344 bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung weist die Detektionseinheit zum Erfassen elektro­ magnetischer Strahlung wenigstens zwei quer zu einer Bewegungsrichtung angeordnete Detektions­ elemente in der Gestalt von Antennen auf. Weiterhin ist ein Strahlungssender in der Gestalt eines bei einer Frequenz von 640 Hertz amplitudenmodulierte elektromagnetische Wellen emittierenden Transmit­ ters vorgesehen, der elektromagnetische Ausgangs­ strahlung emittiert und so ausgerichtet ist, daß von einem Gegenstand in der Gestalt einer metalli­ schen unterirdischen Röhre rückgeworfene Ausgangs­ strahlung die Detektionselemente beaufschlagt. Weiterhin verfügt die vorbekannte Vorrichtung über eine der Detektionseinheit nachgeordnete Auswerte­ einheit, mit der Änderungen der die Detektionsein­ heit beaufschlagenden Strahlungsintensität verar­ beitbar sind, wobei mit der Auswerteeinheit über ein Triangulationsverfahren der Abstand zwischen dem Gegenstand und den beaufschlagten Detektorele­ menten bestimmbar ist. Allerdings ist bei dieser Vorrichtung eine Diskriminierung von erfaßten Gegenständen hinsichtlich Abmessungen und Ausrich­ tungen nicht vorgesehen.

Aus der US-A-3,617,865 ist eine weitere Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen bekannt, mit der mittels der Messung eines magneti­ schen Feldgradienten in einem Untergrund verborgene metallische Leitungen erfaßbar sind. Diese Vorrich­ tung verfügt über einen Wechselstromsender als Strahlungssender, mit dem elektromagnetische Aus­ gangsstrahlung in Richtung einer vermuteten Leitung aussendbar ist. Eine Detektionseinheit dieser Vor­ richtung verfügt über zwei als Spulen ausgebildete Detektionselemente, die in verschiedenen Höhen oberhalb einer Oberfläche eines die Leitung verber­ genden Untergrundes angeordnet sind. Dabei sind die Spulen differentiell miteinander verschaltet. Die laterale Position der verborgenen Leitung ist durch den Maximalwert des magnetischen Feldgradienten auf dem der Oberfläche nächstbenachbarten Niveau und die Tiefe durch Vergleich der magnetischen Feld­ gradienten in den beiden Niveaus an der detektier­ ten lateralen Position bestimmbar. Allerdings ist auch bei dieser Vorrichtung eine Diskriminierung von erfaßten Gegenständen hinsichtlich Abmessungen und Ausrichtungen nicht vorgesehen.

Aus der DE 38 08 173 A1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren von unterirdischen Objekten auf der Grundlage der Triangulation bekannt, mit der zur Ermittlung eines Detektorausgangsbildes Profildaten reflektierter Wellen gesammelt und in einer Folge von künstlichen Apertureinstellungen verarbeitet werden, wobei eingestellte Werte der dielektrischen Konstanten aufeinanderfolgend verändert werden. Die tatsächliche dielektrische Konstante des Erdreichs, in welchem die Objekte begraben sind, wird aus den bei der zuvor erwähnten künstlichen Apertureinstel­ lung erhaltenen Ergebnissen ermittelt. Bei dieser Vorrichtung ist es nicht mehr erforderlich, neben den Profildaten der reflektierten Wellen weitere spezielle Daten zur Ermittlung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten zu erfassen.

Aus der DE 42 37 713 A1 ist eine Meßanordnung zum kontinuierlichen Messen von wellenförmigen Uneben­ heiten einer Schiene bekannt. Die Meßanordnung weist einen Meßwagen auf, der über auf einem Gleis abrollbare Spurkranzräder sowie an einem Wagenrah­ men des Meßwagens angebrachte Abstandsdetektoren zur berührungslosen Messung des Abstandes zu einer Schiene des Gleises sowie eine Vorrichtung zum Aufzeichnen, Verarbeiten und Ausgeben der Meßsig­ nale aufweist. Dabei ist der Abstandsdetektor in einer mit dem Wagenrahmen verbundenen Linearführung in vertikaler Richtung zum Wagenrahmen verschiebbar sowie schwingungsgedämpft gelagert, so daß der Abstandsdetektor von störenden, die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Einflüssen wie Vibrationen iso­ liert ist. Eine gezielte Erfassung von Gegenständen ist jedoch nicht vorgesehen.

Eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die quer zu einer Bewegungsrichtung der Vorrichtung angeordnet sind, mit einer Detek­ tionseinheit zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung und mit einer der Detektionseinheit nach­ geordneten Auswerteeinheit, mit der Änderungen der die Detektionseinheit beaufschlagenden Strahlungs­ intensität verarbeitbar sind, wird in der Praxis zu einer automatisierten Masterkennung im elektrisch angetriebenen Schienenverkehr verwendet. Dabei ist der Sichtbereich der Detektionseinheit senkrecht nach oben gerichtet und von Tageslicht als elektro­ magnetischer Strahlung beaufschlagt. Wenn ein an einem Mast angebrachter, quer zu der Bewegungsrich­ tung der Vorrichtung ausgerichteter Mastausleger passiert wird, ergibt sich eine kurzzeitige Än­ derung der die Detektionseinheit beaufschlagenden Strahlungsintensität, welche mit einer der Detek­ tionseinheit nachgeordneten Auswerteeinheit erfaß­ bar und zur Masterkennung verarbeitbar ist. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie nur tagsüber und im Freien verwendbar ist. Messun­ gen in beispielsweise durch Tunnels oder durch Unterführungen von Tageslicht abgeschatteten Streckenabschnitten sind nicht möglich. Ebenso ist die Messung bei diffuser Beleuchtung aufgrund der geringen Intensitätsunterschiede erschwert und in der Nacht, in der jedoch den regulären Fahrbetrieb behindernde Meßfahrten bevorzugt ausgeführt werden sollten, grundsätzlich nicht möglich.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß mit der gattungsgemäßen Vorrichtung Mastausleger von ande­ ren, eine Abschattung herbeiführenden Gegenständen wie über der Detektionseinheit vorbeilaufende, schräg angeordnete Fahrdrähte oder zu der Bewe­ gungsrichtung quer angeordnete Versorgungsleitungen nicht unterscheidbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine zuverlässige Erkennung von in ihren Abmessungen und Ausrichtungen vorbestimmten Gegen­ ständen sowohl tagsüber als auch nachts möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit der Auswerteeinheit bei Koinzidenz von Intensitätsänderungen und Abstandsänderungen inner­ halb von vorgegebenen Plausibilitätsintervallen ein Erkennungssignal erzeugbar ist.

Durch das Erfassen der Koinzidenz von Intensitäts­ änderungen und Abstandsänderungen innerhalb von vorgegebenen Plausibilitätsintervallen mittels wenigstens zweier unabhängig voneinander arbeiten­ den Detektionselementen und der die Signale der Detektionselemente miteinander verknüpfenden Aus­ werteeinheit sind Kriterien gegeben, mit denen in ihren Anordnungen und Dimensionen bekannte zu er­ fassende Gegenstände von anderen Ausgangsstrahlung rückwerfenden Gegenständen ohne großen Datenver­ arbeitungsaufwand unterscheidbar und eindeutige Erkennungssignale erzeugbar sind.

Mit einem optischen Strahlungssender zum Emittieren elektromagnetischer Ausgangsstrahlung kann die Vorrichtung unabhängig von den äußeren Lichtver­ hältnissen, insbesondere auch in Tunnelabschnitten und nachts, arbeiten. Durch das Vorsehen von wenig­ stens zwei zu der Bewegungsrichtung quer angeordne­ ten Detektionselementen sind ebenfalls quer zu der Bewegungsrichtung ausgerichtete Gegenstände von anderen, lediglich von einem Detektionselement erfaßten Gegenständen wie vorbeifliegende Vögel oder beispielsweise einem im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufenden Fahrdraht dadurch unterscheidbar, daß bei einer Querausrich­ tung die wenigstens zwei Detektionselemente eine Signaländerung erfahren. Durch die Messung sowohl des Abstandes zwischen dem Gegenstand und dem von Strahlung beaufschlagten Detektionselement als auch der Intensität sind Artefakte unterdrückbar und ebenso eine Pegelanpassung bei Änderung der Umge­ bungslichtverhältnisse oder Rückstreuverhältnisse durchführbar.

Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, Mast­ ausleger von seitlich neben Schienenwegen angeord­ neten Masten zu erkennen und somit eine üblicher­ weise in Abhängigkeit der Mastpositionen durchge­ führten Streckenvermessung auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten durchzuführen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind vier jeweils einen Strahlungssender und ein Detektions­ element aufweisende Meßköpfe quer auf einem Dach eines schienengebundenen Meßwagens angebracht. Die den Detektionselementen nachgeordnete Auswerteein­ heit verfügt über Flankendetektoren zum Erkennen von Intensitäts- und Abstandsänderungen, welche mit den Detektionselementen beispielsweise über Lauf­ zeitmessung mit gepulster Ausgangsstrahlung oder über Phasenmessung mit intensitätsmodulierter Aus­ gangsstrahlung erfaßbar sind. Über durch die Flan­ kendetektoren angesteuerte Impulsgeber mit durch die typische Breite und maximale Schrägstellung von Mastauslegern vorbestimmten Impulsdauern sowie Koinzidenzgliedern zum Abprüfen von für zu erfas­ sende Mastausleger typischen Impulsfolgen innerhalb von durch Impulsdauern vorgegebenen Plausibilitäts­ intervallen lassen sich Mastausleger mit einer vorgegebenen Variation in der Breite und Schräg­ stellung von beispielsweise unterfahrenen Versor­ gungsleitungen, die ähnliche geometrische Abmessun­ gen aufweisen, sich jedoch in wenigstens einem der anderen Parameter Abstand und/oder Schrägstellung von Mastauslegern unterscheiden, eindeutig erfas­ sen. Ebenso sind Abstandsänderungen der Mastaus­ leger beispielsweise in durchfahrenen Tunnelab­ schnitten mit einer erhöhten Intensität von rückge­ worfener Strahlung erkennbar.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung in Draufsicht einen schienengebundenen Meßwagen mit vier Meßköpfen als Meß­ einrichtung unter einem Fahrdraht in einer ersten Stellung,

Fig. 2 den Meßwagen gemäß Fig. 1 in einer zweiten Stellung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen mit vier Meßköpfen, einem Datenprozessor und einem ge­ schwindigkeitsgesteuerten Taktgeber,

Fig. 4 und 5 in einem Blockschaltbild die Auswer­ teschaltung des Datenprozessors gemäß Fig. 3,

Fig. 6 und 7 typische Signalverläufe in der Aus­ werteschaltung gemäß Fig. 4 und 5,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Meßkop­ fes gemäß Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 9 der Meßkopf gemäß Fig. 8 in geschnit­ tener Draufsicht und

Fig. 10 einen Strahlungssender und ein Detek­ tionselement in kollinearer Anord­ nung.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung in Draufsicht einen schienengebundenen Meßwagen 1, auf dessen Dach 2 in einer ersten Meßkopfgruppe 3 ein erster Außenmeßkopf 4 und ein erster Innenmeßkopf 5 sowie in einer zweiten Meßkopfgruppe 6 ein zweiter Außenmeßkopf 7 und ein zweiter Innenmeßkopf 8 vor­ gesehen sind. Die Meßköpfe 4, 5, 7, 8 sind im wesentlichen quer zu der mit einem Pfeil 9 gekenn­ zeichneten Bewegungsrichtung angeordnet, wobei die Außenmeßköpfe 4, 7 auf der Außenseite des Daches 2 und die Innenmeßköpfe 5, 8 zwischen den Außenmeß­ köpfen 4, 7 angeordnet sind.

Der Meßwagen 1 ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 auf Schienen 10, 11 bewegbar und unterhalb eines Fahrdrahtes 12 angeordnet. Der Fahrdraht 12 dient in üblicher Weise der Energiezufuhr zu einer Loko­ motive oder einem Triebkopf. Fig. 1 zeigt den Meß­ wagen 1 im Bereich eines Mastauslegers 13, an dem der Fahrdraht 12 befestigt ist. Der Mastausleger 13 ist über ein Isolierelement 14 an einem Mast 15 angebracht. Der Fahrdraht 12 ist in bezug auf die Schienen 10, 11 zwischen benachbarten Masten 15 im Zickzack schräg verlaufend angeordnet, um den Ver­ schleiß von insbesondere an den Lokomotiven oder Triebwagen angebrachten Stromabnehmern zu ver­ ringern.

Fig. 2 zeigt den Meßwagen gemäß Fig. 1 in einer Stellung, in der der Mastausleger 13 in Höhe der Meßköpfe 4, 5, 7, 8 angeordnet ist. In dieser Stel­ lung überdeckt der Mastausleger 13 den ersten Außenmeßkopf 4 und den ersten Innenmeßkopf 5 der ersten Meßkopfgruppe 3 und den zweiten Innenmeßkopf der zweiten Meßkopfgruppe 6. In dieser Stellung des Meßwagens 1 ist, wie weiter unten näher erläutert, mittels der Meßköpfe 4, 5 der ersten Meßkopfgruppe 3 der Mastausleger 13 als solcher erfaßbar, so daß die Position des zugeordneten Mastes 15 in bezug auf einen Referenzpunkt bestimmbar ist. Da bei der zweiten Meßkopfgruppe 6 lediglich der zweite Innen­ meßkopf 8 von dem Mastausleger 13 überdeckt ist, erfährt der zweite Außenmeßkopf 7 keine Änderung in der ihn beaufschlagenden Strahlung, so daß der Durchtritt des Mastauslegers 13 für die zweite Meßkopfgruppe 6 als singuläres Ereignis gewertet wird.

Fig. 3 zeigt den Mastausleger 13 und den darunter abgehängten Fahrdraht 12 gemäß Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht mit den darunterliegen­ den Meßköpfen 4, 5 der ersten Meßkopfgruppe 3 und den Meßköpfen 7, 8 der zweiten Meßkopfgruppe 6. Jeder der Meßköpfe 4, 5, 7, 8 ist mit einem Strah­ lungssender und einem Detektionselement ausgestat­ tet. In einer Abwandlung ist für alle Meßköpfe 4, 5, 7, 8 ein einziger Strahlungssender vorgesehen, dessen bei Auftreffen auf einen Gegenstand rückge­ worfene Ausgangsstrahlung die einzelnen Detektions­ elemente der Detektionseinheit beaufschlagt.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 empfangen die Meß­ köpfe 4, 5 der ersten Meßkopfgruppe 3 sowie der zweite Innenmeßkopf 8 von dem Mastausleger 13 rück­ geworfene Strahlungsanteile der Ausgangsstrahlung der zugehörigen Strahlungssender, während sich die Ausgangsstrahlung des Strahlungssenders des zweiten Außenmeßkopfes 7 ungehindert ausbreitet, so daß das Detektionselement des zweiten Außenmeßkopfes 7 keinen von dem Mastausleger 13 rückgeworfene Strah­ lungsanteile empfängt.

Der zeitliche Verlauf der Intensität der Aus­ gangsstrahlung jedes Meßkopfes 4, 5, 7, 8 ist der­ art eingerichtet, daß der Abstand des Mastauslegers 13 von den Meßköpfen 4, 5, 7, 8 bestimmbar ist. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, gepulste Ausgangsstrahlungen zu erzeugen und die Pulslauf­ zeiten zwischen Aussenden und Empfangen durch die Detektionselemente zu messen. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Ausgangsstrahlungen mit wenigstens einer Frequenz intensitätsmoduliert, und mit einem Phasenmeßverfahren ist die Phasenver­ schiebung zwischen der emittierten Ausgangsstrah­ lung und der empfangenen, rückgeworfenen Strahlung gemessen, wobei die längste Modulationsperiode so gewählt ist, daß ein eindeutiger Zusammenhang zwi­ schen einer Phasenverschiebung und dem um vorbe­ kannte Maximalwerte schwankenden Abstand zwischen dem Mastausleger 13 und den Meßköpfen 4, 5, 7, 8 besteht. Höhere Modulationsfrequenzen dienen einer Feinmessung des Abstandes.

Weiterhin ist mit den Detektionselementen der Meß­ köpfe 4, 5, 7, 8 die relative Intensität der rück­ geworfenen Strahlung bestimmbar. Dadurch ist ge­ währleistet, daß neben einer Abstandsänderung, die beispielsweise bei einem Phasenmeßverfahren durch einen Phasensprung vorgetäuscht sein könnte, mittels einer Intensitätsmessung derartige Arte­ fakte eliminierbar sind.

Die Meßköpfe 4, 5, 7, 8 sind jeweils über eine Intensitätssignalleitung 16 und eine Abstandssig­ nalleitung 17 an einen Signalprozessor 18 einer Auswerteeinheit angeschlossen. Die Auswerteeinheit verfügt weiterhin über einen Taktgeber 19, dem das Ausgangssignal einer Geschwindigkeitsmeßeinheit 20 einspeisbar ist. Mit der Geschwindigkeitsmeßeinheit 20 ist die Momentangeschwindigkeit des Meßwagens 1 bestimmbar. Mit dem Taktgeber 19 sind unter Verwen­ dung des Ausgangssignales der Geschwindigkeitsmeß­ einheit 20 über eine erste Taktsignalleitung 21, eine zweite Taktsignalleitung 22 und eine dritte Taktsignalleitung 23 dem Signalprozessor 18 jeweils Taktsignale einspeisbar, die eine zu der Geschwin­ digkeit proportionale Frequenz aufweisen, so daß eine Taktperiode einer festen zurückgelegten Weg­ länge entspricht. Dabei ist es zweckmäßig, daß die in den Taktsignalleitungen 21, 22, 23 geführten Taktsignale auf die jeweils getakteten Elemente des Signalprozessors 18 angepaßte Frequenzen aufweisen. Das Ausgangssignal des Signalprozessors 18 ist einer Speicher- und Ausgabeeinheit 24 der Auswerte­ einheit einspeisbar, in der die Positionen von Masten 15 in bezug auf einen Referenzpunkt abspei­ cherbar sind.

Fig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild den an den ersten Außenmeßkopf 4 angeschlossenen Signalverar­ beitungsteil des Signalprozessors 18. Die Intensi­ tätssignalleitung 16 ist an einen ersten Eingang eines Intensitätskomparators 25 angeschlossen. Einem zweiten Eingang des Intensitätskomparators 25 ist das Ausgangssignal eines Intensitäts­ schwellwertgebers 26 einspeisbar. Ist das Inten­ sitätsausgangssignal des ersten Außenmeßkopfes 4 größer als der durch den Intensitätsschwellwert­ geber 26 vorgegebene Intensitätswert, ist mit dem Intensitätskomparator 25 ein einem Multiplexer 27 einspeisbares Ausgangssignal erzeugt.

In einer Abwandlung ist der durch den Intensitäts­ schwellwertgeber 26 vorgegebene Intensitätswert über eine Mittelwertbildung an sich während der Messung ändernde Hintergrundbeleuchtungsverhält­ nisse wie beispielsweise bei einer Tunneldurchfahrt mit einem hohen, von der Tunneldecke stammenden Rückstreuanteil anpaßbar.

An den Multiplexer 27 ist weiterhin die Abstands­ signalleitung 17 sowie ein Maximalabstandsgeber 28 angeschlossen. Liegt das Intensitätssignal oberhalb des durch den Intensitätsschwellwertgeber 26 vor­ gegebenen Wertes und ist das Abstandssignal größer als der durch den Maximalabstandsgeber 28 vor­ gegebene Maximalabstand, schaltet der Multiplexer 27 das Abstandssignal durch und speist ein mit einem Maximalabstandssignal des Maximalabstands­ gebers 28 auf den Abstand "unendliche" normiertes Abstandssignal einem an die erste Taktsignalleitung 21 angeschlossenen, getakteten ersten Speicherglied 29 ein. Liegt das Intensitätssignal oberhalb des durch den Intensitätsschwellwertgeber 26 vor­ gegebenen Wertes und ist das Abstandssignal kleiner als der durch den Maximalabstandsgeber 28 vor­ gegebene Maximalabstand, schaltet der Multiplexer 27 das Abstandssignal durch und speist das Ab­ standssignal ersten Speicherglied 29 ein.

Mit dem Taktsignal der ersten Taktsignalleitung 21 ist der eingelesene Abstandswert weitergegeben und einem ebenfalls an die erste Taktsignalleitung 21 angeschlossenen zweiten Speicherglied 30 sowie einem Subtraktionsglied 31 eingespeist, die zu­ sammen eine digitale Differenziereinheit bilden. Mit dem Subtraktionsglied 31 ist die Differenz zwischen den in dem ersten Speicherglied 29 und dem zweiten Speicherglied 30 abgelegten Abstandswerten bestimmbar, so daß das Ausgangssignal des Subtrakt­ ionsgliedes 31 bei Durchtritt eines Gegenstandes durch die Ausgangsstrahlung des Strahlungssenders des ersten Außenmeßkopfes 4 Flanken des Abstands­ signales zugeordnete negative und positive Impuls­ signale enthält, deren Amplitude der Abstands­ änderung entspricht.

Das Ausgangssignal des Subtraktionsgliedes 31 ist einem Negativschwellwertkomparator 32 und einem Positivschwellwertkomparator 33 einspeisbar. Der zweite Eingang des Negativschwellwertkomparators 32 ist an einen Negativschwellwertgeber 34 angeschlos­ sen. Der zweite Eingang des Positivschwellwertkom­ parators 33 ist an einen Positivschwellwertgeber 35 angeschlossen. Ist das Ausgangssignal des Subtrakt­ ionsgliedes 31 kleiner als der durch den Negativ­ schwellwertgeber 34 vorgegebene Wert, erzeugt der Negativschwellwertkomparator 32 ein Ausgangssignal, das einem ersten Impulsgeber 36 eingespeist ist. Nach Auslösen eines Impulses des ersten Impuls­ gebers 36 durch das Ausgangssignal des Negativ­ schwellwertkomparators 32 ist mit dem ersten Im­ pulsgeber 36 ein Ausgangssignal mit einer Dauer von durch einen Maximaldickengeber 37 vorgegebenen Anzahl von in der ersten Taktsignalleitung 21 an­ liegenden Taktperioden erzeugbar. Da die Taktperio­ den der ersten Taktsignalleitung 21 zu der Ge­ schwindigkeit des Meßwagens 1 proportional sind, entspricht einer festgelegten Anzahl von Taktperio­ den unabhängig von der absoluten Dauer des Aus­ gangssignales des ersten Impulsgebers 36 eine fest­ gelegte Distanz in Bewegungsrichtung 9 des Meß­ wagens 1.

Das Ausgangssignal des ersten Impulsgebers 36 ist einem Dateneingang D eines Koinzidenz-Flip-Flop 39 eingespeist. Das Ausgangssignal des Positivschwell­ wertkomparators 33 ist einem Takteingang 38 des Koinzidenz-Flip-Flops 39 zugeführt, so daß das an dem Dateneingang D anliegende Ausgangssignal des ersten Impulsgebers 36 dann auf den Ausgang des Koinzidenz-Flip-Flops 39 durchgeschaltet ist, wenn innerhalb der durch den Maximalbreitengeber 37 vorgegebenen Erstreckung eines Gegenstandes in Bewegungsrichtung 9 des Meßwagens 1 ein Ausgangs­ signal des Positivschwellwertkomparators 33 an­ liegt. Ist dies der Fall, ist die Breite des durch­ laufenden Gegenstandes kleiner als die durch den Maximalbreitengeber 37 vorgegebene, einer typischen Breite eines Mastauslegers 13 entsprechenden Di­ stanz, so daß es sich beispielsweise um einen ver­ hältnismäßig schmalen Gegenstand und beispielsweise keine Brücke handeln muß. Tritt das Ausgangssignal des Positivschwellwertkomparators 33 erst nach Abfall des Ausgangssignales des ersten Impulsgebers 36 auf, hat der die Ausgangsstrahlung rückwerfende Gegenstand eine Breite, die außerhalb des zu erfas­ senden Bereiches liegt, wie dies typischerweise bei Brücken oder Tunnels der Fall ist.

Das Ausgangssignal des Koinzidenz-Flip-Flop 39 ist einem Starteingang eines zweiten Impulsgebers 40 eingespeist. Weiterhin ist der zweite Impulsgeber 40 über einen Takteingang an die zweite Taktsignal­ leitung 22 angeschlossen. Nach Auslösen eines Im­ pulses über den Starteingang ist über eine durch einen Maximalschrägwertgeber 41 vorbestimmte Anzahl von Taktperioden des in der zweiten Taktsignallei­ tung 22 anliegenden Taktsignales ein Ausgangssignal erzeugbar, das bei variabler Dauer ebenfalls einer festen zurückgelegten Distanz entspricht. Das Aus­ gangssignal des zweiten Impulsgebers 40 ist zum einen auf den Rücksetzeingang R des Koinzidenz- Flip-Flop 39 zugeführt und setzt dieses zurück. Weiterhin liegt das Ausgangssignal des zweiten Impulsgebers 40 an einem ersten Signalausgang 42 an.

Die weiteren Meßköpfe 5, 7, 8 sind an einen ent­ sprechend Fig. 4 aufgebauten Signalverarbeitungs­ teil angeschlossen, wobei diesen Signalverarbei­ tungsteilen, wie durch jeweils drei offene Leitun­ gen angedeutet, ebenfalls die Ausgangssignale des Intensitätsschwellwertgebers 26, des Maximalab­ standgebers 28, des Negativschwellwertgebers 34, des Positivschwellwertgebers 35, des Maximalbrei­ tengebers 37 sowie des Maximalschrägwertgebers 41 gemäß Fig. 4 eingespeist sind.

Fig. 5 zeigt die weitere Verarbeitung der jeweils an ersten bis vierten Signalausgängen 42, 43, 44, 45 anliegenden Ausgangssignale der den Meßköpfen 4, 5, 7, 8 zugeordneten Signalverarbeitungsteilen. Die der ersten Meßkopfgruppe 3 zugeordneten Signalaus­ gänge 42, 43 sind den beiden Eingängen eines ersten UND-Gliedes 46 eingespeist. Die an den dritten und vierten Signalausgängen 44, 45 anliegenden, der zweiten Meßkopfgruppe 6 zugeordneten Ausgangssig­ nale sind einem zweiten UND-Glied 47 zugeführt. Sind beide Meßköpfe 4, 5 der ersten Meßkopfgruppe 3 von einem Gegenstand passiert, der schmaler als die vorgegebene Maximalbreite ist und näher als der vorgegebene Maximalabstand sowie unter einer gerin­ geren als der maximal zulässigen Schräglage ange­ ordnet ist, schaltet das erste UND-Glied 46 durch und startet einen dritten Impulsgeber 48. In ent­ sprechender Weise schaltet bei Zutreffen der not­ wendigen Bedingungen bei der zweiten Meßkopfgruppe 6 das zweite UND-Glied 47 durch und startet einen vierten Impulsgeber 49.

Sowohl der dritte Impulsgeber 48 als auch der vier­ te Impulsgeber 49 sind an die dritte Taktsignallei­ tung 23 angeschlossen und erzeugen ein ganzen Takt­ perioden des in der dritten Taktsignalleitung 23 anliegenden Taktsignales entsprechendes Aus­ gangssignal, solange die UND-Glieder 46, 47 durch­ geschaltet sind. Die Ausgangssignale des dritten Impulsgebers 48 und des vierten Impulsgebers 49 sind zum einen einem Exklusiv-ODER-Glied 50 und zum anderen einem dritten UND-Glied 51 eingespeist. Überlappen die Ausgangssignale des dritten Impuls­ gebers 48 und des vierten Impulsgebers 49 nicht, schaltet das Exklusiv-ODER-Glied 50 durch und zeigt einen einseitig hereinragenden Mastausleger 13 an. Überlappen hingegen die Ausgangssignale des dritten Impulsgebers 48 und des vierten Impulsgebers 49, zeigt das dritte UND-Glied 51 einen beide Meßkopf­ gruppen 3, 6 querenden Mastausleger 13 an. Die Ausgänge des Exklusiv-ODER-Gliedes 50 und des drit­ ten UND-Gliedes 51 sind der Speicher- und Ausgabe­ einheit 24 zugeführt.

Fig. 6 zeigt zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Signalverarbeitungstei­ les des Signalprozessors 18 eine Anzahl von an ausgewählten Stellen abgegriffenen Signalen als wegabhängig aufgetragene Signalkurven, wobei zur Vereinfachung zu mit Bezugszeichen versehenen Bau­ elementen gehörige Signalkurven mit einer dem be­ treffenden Bezugszeichen vorangestellten Ziffer "1" versehen sind. Die erste Signalkurve 117 entspricht dem Abstandssignal des ersten Außenmeßkopfes 4 in der Abstandssignalleitung 17. Die zweite Signalkur­ ve 116 stellt das Intensitätssignal des ersten Außenmeßkopfes 4 in der Intensitätssignalleitung 16 dar, wobei gestrichelt der von dem Intensitäts­ schwellwertgeber 26 vorgegebene Pegel eingezeichnet ist. Die dritte Signalkurve 127 ist das Ausgangs­ signal des Multiplexers 27, wobei als oberer Sig­ nalwert für den Abstand "unendlich" das Maximalab­ standssignal aus dem Maximalabstandsgeber 28 an­ liegt. Die vierte Signalkurve 131 stellt das Aus­ gangssignal des Subtraktionsgliedes 31 mit den gestrichelt dargestellten Pegeln des Negativ­ schwellwertgebers 34 und des Positivschwellwert­ gebers 35 dar. Die fünfte Signalkurve 132 ist das Ausgangssignal des Negativschwellwertkomparators 32 und die sechste Signalkurve 133 entspricht dem Ausgangssignal des Positivschwellwertkomparators 33. Die siebte Signalkurve 136 stellt das Ausgangs­ signal des ersten Impulsgebers 36 und die achte Signalkurve 142 das an dem ersten Signalausgang 42 anliegende, aus dem zweiten Impulsgeber 40 stammen­ de Signal dar.

An verschiedenen Positionen der Signalkurven 116 bis 142 sind die nachfolgend beschriebenen Ereig­ nisse eingetreten. An den Positionen 52, 53 ist ein verhältnismäßig tiefliegender Mastausleger 13 pas­ siert worden. An der Position 54 wurde in einen Tunnel eingefahren und an den Positionen 55, 56 ein geringfügig unterhalb der Tunneldecke angeordneter, den Meßwagen 1 vollständig querender Ausleger un­ terfahren. An der Position 57 wurde das Tunnelende erreicht. An den Positionen 58, 59 wurde eine ver­ hältnismäßig hoch angeordnete, schräg verlaufende Versorgungsleitung passiert, während an den Posi­ tionen 60, 61 eine Brücke unterfahren wurde.

Aus dem Verlauf der einzelnen Signalkurven 116 bis 142 ist ersichtlich, daß lediglich bei Passieren von Auslegern an den Positionenpaaren 52, 53; 55, 56 und der Versorgungsleitung an den Positionen 58, 59 innerhalb der Plausibilitätsintervalle für die Dicke und den Abstand liegende Signalflanken er­ zeugt worden sind, die zu einem Signalverlauf ent­ sprechend der achten Signalkurve 142 geführt haben.

Fig. 7 zeigt mit der Signalkurve 142 entsprechend Fig. 6 das an dem ersten Signalausgang 42 anlie­ gende Ausgangssignal des zweiten Impulsgebers 40, welches drei innerhalb von Plausibilitätsinterval­ len für die Dicke und den Abstand liegende Ereig­ nisse anzeigt. Die neunte Signalkurve 143 zeigt die parallel dazu aufgetretenen, durch den zweiten Innenmeßkopf 5 aufgenommenen und an dem zweiten Signalausgang 43 anliegenden Signale.

Am Ausgang des dritten Impulsgebers 48 ergibt sich der in der zehnten Signalkurve 148 dargestellte Signalverlauf. Aufgrund der innerhalb der Plausibi­ litätsintervalle für die Dicke und den Abstand überlappenden, in der Darstellung gemäß Fig. 7 von links gezählten ersten beiden Impulse der achten Signalkurve 142 und der neunten Signalkurve 143 für die beiden an den Positionen 52, 53 und den Posi­ tionen 55, 56 unterfahrenen Auslegern ergibt sich jeweils ein Erkennungssignal, während für die außerhalb des Toleranzbereiches für eine schräge Anordnung verlaufende Versorgungsleitung an den Positionen 58, 59 durch den dritten Impulsgeber kein Erkennungssignal erzeugt ist.

Die elfte Signalkurve 149 zeigt ein unabhängig von den mit den Positionen 52 bis 61 erläuterten Ereig­ nissen das Ausgangssignal des vierten Impulsgebers 49 mit zwei Erkennungssignalen aufgrund zwei er­ kannter Ausleger, wobei ein Erkennungssignal je­ weils in den Signalkurven 148, 149 auftritt. Bei Verknüpfung der beiden Signalkurven 148, 149 mit­ tels des Exklusiv-ODER-Gliedes 50 ergibt sich der in der zwölften Signalkurve 150 gezeigte Verlauf, der das Vorhandensein von zwei einseitigen Aus­ legern anzeigt, während die 13. Signalkurve 151 aufgrund der Verknüpfung der Signalkurven 148, 149 mittels des dritten UND-Gliedes 51 bei den gemein­ samen Ereignissen der Signalkurven 148, 149 einen beide Meßkopfgruppen 3, 6 querenden Ausleger an­ zeigt.

Fig. 8 zeigt in einer längsgeschnittenen Ansicht als Beispiel den mechanischen Aufbau des ersten Außenmeßkopfes 4. Die übrigen Meßköpfe 5, 7, 8 sind entsprechend aufgebaut. Die optischen und elektro­ nischen Bauelemente des ersten Außenmeßkopfes 4 sind in einem Bauteilgehäuse 62 untergebracht. Das Bauteilgehäuse 62 ist über Rohrleitungen 63, 64 klimatisierbar, um große Schwankungen der Außen­ temperatur auszugleichen, und an einer von den Rohrleitungen 63, 64 gequerten Grundplatte 65 an­ gebracht, die kreisförmig um das Bauteilgehäuse 62 angeordnete Ausnehmungen 66 aufweist.

Weiterhin ist das Bauteilgehäuse 62 von einem zy­ lindrischen Schutzgehäuse 67 umgeben, das die Aus­ nehmungen 66 mit größerem Radius umschließt. Das Schutzgehäuse 67 steht zum Abschirmen seitlich einfallender Streustrahlung und zum Schutz vor schräg einfallenden Regentropfen oder Schneeflocken in axialer Richtung über das Bauteilgehäuse 62 vor, wobei in dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungs­ beispiel das Schutzgehäuse 67 mehr als doppelt so lang wie das Bauteilgehäuse 62 ist.

An dem der Grundplatte 65 gegenüberliegenden Ende des Schutzgehäuses 67 ist eine Abschlußkappe 68 mit einer axialsymmetrischen Ausnehmung 69 angebracht. Das Schutzgehäuse 67 ist weiterhin auf seiner dem Bauteilgehäuse 62 zugewandten Innenseite mit einem saugfähigen Vlies 70 ausgekleidet. Im Bereich des der Ausnehmung 69 zugewandten Endes des Bauteilge­ häuses 62 ist eine zu dem Bauteilgehäuse 62 ausge­ richtete Preßluftdüse 71 angeordnet.

An der Außenseite des Schutzgehäuses 67 ist über ein Anschlußstück 72 eine Betätigungseinrichtung 73, beispielsweise ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Zylinder, zum Antrieb einer Verschluß­ einrichtung 74 mit einer Abdeckkappe 75 zum Be­ decken der Ausnehmung 69 vorgesehen, die zum Schutz vor die Funktionsfähigkeit des ersten Außenmeß­ kopfes 4 gefährdenden Umwelteinflüssen wie Hagel oder Steinschlag betätigbar ist.

Fig. 9 zeigt in einer im Mittenbereich entlang der Linie IX-IX geschnittenen Draufsicht den Aufbau des ersten Außenmeßkopfes 4 gemäß Fig. 8 mit Blick auf das Bauteilgehäuse 62. Die Preßluftdüse 71 ist seitlich neben dem Bauteilgehäuse 62 angebracht, so daß der Luftstrom das der Ausnehmung 69 zugewandte Ende des Bauteilgehäuses 62 überstreicht.

Das Bauteilgehäuse 62 weist an seinem der Ausneh­ mung 69 zugewandten Ende ein für die Ausgangsstrah­ lung und zurückgeworfene Strahlung transparentes Sichtfenster 76 auf. Das Sichtfenster 76 ist durch den darüberstreichenden Luftstrom aus der Preßluft­ düse 71 kontinuierlich von Staub und auch grobkör­ nigeren Ablagerungen gereinigt.

Eventuell über die Ausnehmung 69 in das Innere des Schutzgehäuses 67 eintretendes Wasser ist zum einen durch das Vlies 70 aufgesaugt und zum anderen über die Ausnehmungen 66 in der Grundplatte 65 nach außen abgeführt.

Durch den in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten bei­ spielhaften Aufbau des ersten Außenmeßkopfes 4 ist ein zuverlässiger Betrieb auch unter den harten Einsatzbedingungen im Schienenverkehr gewährlei­ stet.

Fig. 10 zeigt eine koaxiale Anordnung eines als Halbleiterlaser 77 ausgebildeten Strahlungssenders, der im wesentlichen parallel ausgerichtete Aus­ gangsstrahlung 78 im sichtbaren oder nahen infra­ roten Spektralbereich emittiert. Der Halbleiter­ laser 77 ist in eine heizbare Empfangsoptik 79 integriert, mit der von einem Gegenstand rückgewor­ fene Strahlung 80 durch ein in Fig. 10 nicht darge­ stelltes Spektralfilter mit Bandpaßcharakteristik auf einen mit seiner spektralen Empfindlichkeit auf die Ausgangsstrahlung 78 angepaßten Photodetektor 81 mit nachgeschaltetem Verstärker 82 fokussierbar ist, wobei die Transmission des Spektralfilters im Bereich der Ausgangsstrahlung 78 am höchsten ist. Der Halbleiterlaser 77 ist über eine Ansteuerelek­ tronik 83 je nach angewendetem Entfernungsmeßver­ fahren für einen Pulsbetrieb bei Laufzeitmessung beziehungsweise intensitätsmoduliert für eine Pha­ senmessung angesteuert. Das verstärkte Ausgangssig­ nal des Photodetektors 81 ist einer Vorverarbei­ tungselektronik 84 eingespeist, mit der der Inten­ sitätssignalleitung 16 ein Intensitätssignal und der Abstandssignalleitung 17 ein Abstandssignal einspeisbar ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die quer zu einer Bewegungsrich­ tung (9) der Vorrichtung angeordnet sind, mit einer Detektionseinheit zum Erfassen elektro­ magnetischer Strahlung, wobei die Detektions­ einheit wenigstens zwei quer zu der Bewegungs­ richtung der Vorrichtung angeordnete Detek­ tionselemente (81) aufweist, mit wenigstens einem elektromagnetische Ausgangsstrahlung (78) emittierenden Strahlungssender (77), der so ausgerichtet ist, daß von einem Gegenstand (13) rückgeworfene Ausgangsstrahlung (78) die Detek­ tionselemente (81) beaufschlagt, und mit einer der Detektionseinheit nachgeordneten Auswerte­ einheit, mit der Änderungen der die Detektions­ einheit beaufschlagenden Strahlungsintensität verarbeitbar sind, wobei mit der Auswerteein­ heit (18, 19, 20) der Abstand zwischen dem Ge­ genstand (13) und den beaufschlagten Detek­ tionselementen (81) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (18, 19, 20) bei Koinzidenz von Intensitäts­ änderungen und Abstandsänderungen innerhalb von vorgegebenen Plausibilitätsintervallen ein Er­ kennungssignal (148, 149) erzeugbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie an einem schienengebundenen Fahrzeug (1) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenstände Ausleger (13) zum Halten von Fahrdrähten (12) erkennbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungs­ sender ein Laser (77) ist, der im sichtbaren bis nahen infraroten Spektralbereich emittiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsele­ mente mit ihrer spektralen Empfindlichkeit auf die Ausgangsstrahlung angepaßte Photodetektoren (80) sind, die in einem über die Photodetek­ toren (80) vorstehenden Gehäuse (62, 67) von seitlichem Streulicht abgeschirmt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Photodetektor (80) mit einem Spektralfilter mit Bandpaßcharakteristik versehen ist, wobei die Transmission im Bereich der Ausgangsstrahlung (78) des Strahlungs­ senders (77) am höchsten ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Meßkopfgruppen (3, 6) mit wenigstens einem Strahlungssender und jeweils wenigstens zwei Detektionselementen (80) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit über einen Taktgeber (19) verfügt, mit dem wenigstens ein von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängiges Taktsignal erzeugbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit für jedes Detektionselement (4, 5, 7, 8) ein digitales Differenzierglied (29, 30, 31) auf­ weist, mit dem Flanken von Abstandsänderungen detektierbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Ausgangssignal des digi­ talen Differenziergliedes (29, 30, 31) über einen Negativschwellwertkomparator (32) zum Unterdrücken von ,unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegenden Ausgangssignalen ein erster Impulsgeber (36) zum Auslösen eines Impulses ansteuerbar ist, wobei die Dauer des Impulses einer maximal zulässigen Breite eines Gegen­ standes (13) entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangssignal des digitalen Differenziergliedes (29, 30, 31) über einen Positivschwellwertkomparator (33) zum Unter­ drücken von unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegenden Ausgangssignalen und das Ausgangssignal des ersten Impulsgebers (36) einem bistabilen Schaltglied (39) einspeisbar ist, mit dem bei Koinzidenz der Ausgangssignale des ersten Impulsgebers (36) und des Positiv­ schwellwertkomparators (33) ein Ausgangssignal erzeugbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangssignal des bistabilen Schaltgliedes (39) einem zweiten Impulsgeber (40) zum Erzeugen eines Impulses einspeisbar ist, wobei die Dauer des Impulses einer maximal zulässigen Schrägstellung des Gegenstandes (13) entspricht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangssignale von je einem einem Detektorelement (4, 5, 7, 8) zugeordneten zweiten Impulsgeber (40) einem ersten logischen UND-Glied (46) einspeisbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei wenigstens vier Detektorele­ menten (80) ein weiteres zweites logisches UND-Glied (47) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale eines ersten UND-Gliedes (46) und eines zweiten UND-Gliedes (47) jeweils einem dritten Impuls­ geber (48) und einem vierten Impulsgeber (49) jeweils zum Erzeugen von Impulsen einspeisbar sind, wobei mit einer Schaltvorrichtung (50, 51) einseitig hereinragende Gegenstände (13) von vollständig querenden Gegenständen (13) unterscheidbar sind.