DE19646830C1 - Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berüh­ rungsfreien Erfassen von Gegenständen mit wenig­ stens einer Sendeeinheit zum Aussenden intensitäts­ modulierter Ausgangsstrahlung, mit wenigstens einer Detektionseinheit zum Detektieren von rückgeworfe­ ner Ausgangsstrahlung und mit wenigstens einer Auswerteeinheit, mit der aus dem Weg der Ausgangs­ strahlung von der Sendeeinheit zu der Detektions­ einheit in Abstandswerten der Abstand eines zu er­ fassenden Gegenstandes von der Vorrichtung bestimm­ bar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 43 16 348 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist Ausgangs­ strahlung einer durch einen Laser gebildeten Sende­ einheit mit einer Schaltungsanordnung intensitäts­ moduliert auf einen entfernten Gegenstand gerich­ tet. Die von dem Gegenstand rückgeworfene Ausgangs­ strahlung ist mit einer Auswerteeinheit detektier­ bar, wobei aus der Laufzeit von Strahlungsimpulsen von der Sendeeinheit zu der Detektionseinheit der Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der Vorrichtung bestimmbar ist. Weiterhin ist bei die­ ser Vorrichtung ein Lichtleiter mit nachgeschalte­ tem optoelektronischen Wandler vorgesehen, dessen Eintrittsfläche verschiebbar im Bereich einer Ab­ bildungsebene eines Empfangsobjektives der Detek­ tionseinheit angeordnet ist. Durch das Nachführen der Lichtleitereintrittsfläche an den Ort maximaler Intensität von erfaßter Ausgangsstrahlung lassen sich mit der Detektionseinheit verhältnismäßig in­ tensive Ausgangssignale und somit genaue Abstands­ werte gewinnen. Allerdings ist mit dieser Vorrich­ tung lediglich eine Einzelmessung möglich.

In der Praxis des berührungsfreien Erfassens von Gegenständen besteht eine Meßaufgabe darin, entlang eines beispielsweise durch Gleise im Schienenver­ kehr gebildeten Fahrweges periodisch die Abstände von seitlich des Verfahrweges angeordneten Gegen­ ständen zu erfassen, um beispielsweise sicherzu­ stellen, daß aus betriebstechnischen Gründen erfor­ derliche Minimalabstände nicht unterschritten sind.

Aus der DE 43 40 254 A1 ist ein Verfahren zur Er­ fassung des Zustandes des Oberbaus, Unterbaus und Untergrundes von Eisenbahngleisen bekannt, das durch die Anwendung eines Georadars mit praktisch beliebigen Geschwindigkeiten Eisenbahnstreckenab­ schnitte eingriffsfrei zu untersuchen gestattet.

Aus der DE 295 07 117 U1 ist eine Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Georadar-Messungen im Gleiskern von Eisenbahntrassen bekannt, bei der ein Sensor über Befestigungsschrauben von Schienen führbar ist, wobei bei jeder Befestigungsschraube durch den Sensor ein Triggerimpuls erzeugbar ist, der über eine Triggersteuerung eine Georadar- Messung auslöst und Georadarantennen relativ zu einer Sensorposition so plaziert sind, daß Messun­ gen jeweils nur in Schotterfächern durchgeführt werden. Allerdings erfolgt die Triggerung lediglich zur Vermessung des Gleisuntergrundes, ohne daß eine geometrische Vermessung stattfindet.

Aus der DE 295 18 358 U1 ist eine Vorrichtung mit einer Radarsonde und einer Steuereinheit bekannt, bei der zur Überwachung eines Raumes auf Personen die Radarsonde sendeseitig einen frequenzmodulier­ ten Sender und empfangsseitig einen an einen Mi­ scher angeschlossenen Frequenzmesser aufweist, der mindestens ein Kriteriumssignal liefert, wenn der Wert der momentanen Distanz zwischen einer sich im Überwachungsbereich aufhaltenden Person und der Radarsonde kleiner als ein vorbestimmter Referenz­ wert ist. Die Steuereinheit ist dabei so ausgestal­ tet, daß ein Nutzsignal in Abhängigkeit von dem Kriteriumssignal erzeugbar ist. Mit dieser Vorrich­ tung ist allerdings keine Messung einer Entfernung durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzu­ bilden, daß entlang eines Verfahrweges repetitiv Abstände zu einem Fahrweg benachbarten Gegenständen erfaßbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein mit einem Taktgeber angesteuer­ ter Abstandswertspeicher vorgesehen ist, mit dem eine Abfolge von Abstandswerten abspeicherbar ist, daß der oder jeder Abstandswertspeicher an eine Bestimmungseinheit angeschlossen ist, mit der aus den in dem oder jedem Abstandswertspeicher abge­ speicherten Abstandswerten ein einem Minimalabstand entsprechender Minimalabstandswert bestimmbar ist.

Durch das Vorsehen eines getakteten Abstandswert­ speichers lassen sich Abfolgen von ermittelten Abstandswerten abspeichern und einer Bestimmungs­ einheit zum Bestimmen eines Minimalabstandes zu­ führen. Es ist daher möglich, aus der Abfolge von Abstandswerten einen oder mehrere Minimalwerte zu bestimmen, so daß beispielsweise der Minimalabstand eines erfaßten Gegenstandes zu dem Fahrweg als Minimalabstandswert bestimmbar ist. Durch das An­ steuern des Abstandswertspeichers durch einen Takt­ geber sind die Abstände längs des Fahrweges, an denen Abstandswerte zu bestimmen sind, in besonders einfacher Weise auf die jeweiligen Meßaufgaben einstellbar.

Ist beispielsweise sichergestellt, daß sich die Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit längs des Fahrweges bewegt, ist durch eine feste Takt­ frequenz eine äquidistante Lage der Meßpunkte er­ zielt, wobei durch die Periode des Taktgebers der Verfahrweg zwischen zwei Abstandswertbestimmungen festgelegt ist.

Ist jedoch zu erwarten, daß sich während des Erfas­ sungsvorganges von Abstandswerten die Geschwindig­ keit der Bewegung längs des Fahrweges ändert, ist es durch das Vorsehen eines von dem Ausgangssignal eines Geschwindigkeitssensors angesteuerten Takt­ gebers möglich, über eine geschwindigkeitspropor­ tionale Taktfrequenz auch in diesem Fall eine äqui­ distante Lage von Meßpunkten zur Abstandswert­ bestimmung zu erhalten.

Insbesondere bei Gegenständen, die in Richtung des Verfahrweges kleine Abmessungen oder komplexere Strukturen aufweisen, wie beispielsweise Pfähle von Verkehrszeichen oder Rahmenflachmasten im Schienen­ verkehr, ist es zweckmäßig, zwischen den ermittel­ ten Abstandswerten über eine mit einer Inter­ polationsvorrichtung durchgeführten Interpolation zwischen ermittelten Abstandswerten zu interpolie­ ren, um sicherzustellen, daß ein bedingt durch die Geometrie des erfaßten Gegenstandes und die Lage der Meßpunkte zwischen zwei ermittelten Abstands­ werten liegender Minimalabstand aus den gemessenen Abstandswerten ermittelbar ist. Durch die Inter­ polation zwischen Abstandswerten ist es auch mög­ lich, verhältnismäßig komplexe Konturen von erfaß­ ten Gegenständen einer Klasse von zu erwartenden Gegenständen zuzuordnen. So ist es beispielsweise im schienengebundenen Verkehr zweckmäßig, Rahmen­ flachmasten von Rundmasten zu unterscheiden.

In einer Weiterbildung ist wenigstens ein Neigungs­ geber vorgesehen, mit dem die Neigung der Vorrich­ tung gegenüber der Horizontalen ermittelbar ist. Mit einer von Abstandswerten sowie ermittelten Neigungswerten beaufschlagten Zentralrecheneinheit sind die gewonnenen Abstandswerte auf einen Hori­ zontalabstand umrechenbar.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen mit vier jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisenden Meß­ köpfen, die an einem schienengebun­ denen Meßfahrzeuges angebracht ist,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem Drehgestell eines schienen­ gebundenen Meßfahrzeug angebracht ist und mit der beidseitig Ausgangs­ strahlung aussendbar ist,

Fig. 3 bis 12 verschiedene Ausgestaltungen von im Schienenverkehr verwendeten Masten in Seiten- und Schnittansichten,

Fig. 13 in einem Blockschaltbild eine Vor­ richtung zum berührungsfreien Er­ fassen vom Gegenständen mit zwei Meß­ köpfen, die jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisen,

Fig. 14 eine Sendeeinheit gemäß Fig. 13, die nach einem Phasenmeßprinzip arbeitet und

Fig. 15 in einem Blockschaltbild den Aus­ werteteil einer Vorrichtung gemäß Fig. 13.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem schienengebundenen Meß­ wagen 1 angebracht ist. Der Meßwagen 1 weist ein Drehgestell 2 mit Rädern 3 auf, die auf Schienen 4 abrollbar sind. Die Schienen 4 sind auf einem Gleisbett 5 verlegt und können insbesondere in Kurvenabschnitten, wie in Fig. 1 dargestellt, ge­ genüber der Horizontalen geneigt sein, wobei hier als Bezug die Ebene auf die Gleisoberflächen 6 zweckdienlich ist. Aufgrund der Neigung der Gleise 4 gegenüber der Horizontalen ist der Meßwagen 1 in der Darstellung gemäß Fig. 1 gegenüber der Verti­ kalen nach links geneigt.

Auf dem Drehgestell 2 des Meßwagens 1 ist ein Wagenaufsatz 7 angebracht. Zwischen dem Drehgestell 2 und dem Wagenaufsatz 7 sind an der Außenseite beidseitig Meßköpfe 8 und 9 angebracht. Auf dem Dach 10 des Wagenaufsatzes 7 sind ebenfalls an der Außenseite beidseitig Meßköpfe 11, 12 vorgesehen.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 passiert der Meß­ wagen 1 einen Mast 13, der in der Darstellung gemäß Fig. 1 ebenfalls gegenüber der Vertikalen, und zwar in Richtung des Meßwagens 1 geneigt ist.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel emittieren die auf der Seite des Mastes 13 an­ geordneten Meßköpfe 8, 11 der Vorrichtung inten­ sitätsmodulierte Ausgangsstrahlung 14, 15, die in Richtung des Mastes 13 gerichtet ist. Die Ausgangs­ signale der Meßköpfe 8, 9, 11, 12 sind einer Aus­ werteeinheit 16 einspeisbar.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Ausgangs­ strahlungen 14, 15 zum Durchführen einer Phasen­ messung sinusartig oder dreiecksartig intensitäts­ moduliert. In Abwandlungen sind andere Modulations­ funktionen vorgesehen, die ebenfalls zu einem ein­ deutigen Zusammenhang zwischen Phase und zurück­ gelegtem Weg führen.

In einer anderen Ausführung, die insbesondere bei großen Meßstrecken zwischen den Meßköpfen und bei­ spielsweise einem Mast 13 als zu erfassendem Gegen­ stand zweckmäßig ist, können die Ausgangsstrah­ lungen auch zum Durchführen einer Pulslaufzeit­ messung mit beispielsweise kurzen rechteckförmigen Impulsen intensitätsmoduliert sein.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen mit vier jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisenden Meßköpfen 8, 9, 11, 12 auf dem Meßwagen 1 soll der Minimalabstand von Masten 13 entlang und in bezug auf die Schienen 4 bestimmt werden. Hierzu ist in Abhängigkeit der Position des Meßwagens 1 mit der angebrachten Vor­ richtung der Weg der Ausgangsstrahlung 14, 15 von den Meßköpfen 8, 11 zu Masten 13 und zurück zu den Meßköpfen 8, 11 unter Berücksichtigung der Neigung des Meßwagens 1 und der Masten 13 zu bestimmen.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 abgewandelte Anordnung einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem Drehgestell 2 angebracht ist. Die Vorrichtung weist zwei in einem gemeinsamen Gehäuse 17 unterge­ brachte Meßköpfe auf, mit denen beidseitig Aus­ gangsstrahlung 18, 19 aussendbar ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ledig­ lich in Höhe des Drehgestelles 2 für jede Abstrah­ lungsrichtung ein Meßkopf mit jeweils einer Sende­ einheit und einer Empfangseinheit vorgesehen.

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen im Ausschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Mastes 13 in Gestalt eines Rahmenflachmastes 20 mit, wie aus der Vorder­ ansicht gemäß Fig. 3 ersichtlich, zwei gegenein­ ander geneigten, im Querschnitt U-förmigen Seiten­ streben 21, die über flache Querstreben 22 mitein­ ander verbunden sind. Fig. 4 zeigt den Rahmenflach­ mast 20 gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht auf eine Seitenstrebe 21. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß auf der Innenseite der U-förmigen Seitenstreben 21 an jedem Seitenschenkel in der gleichen Höhe angeordnete Querstreben 22 befestigt sind. Fig. 5 zeigt den Rahmenflachmast 20 gemäß Fig. 3 in einer entlang der Linie I-I gemäß Fig. 4 geschnittenen Draufsicht. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Querstreben 22 bündig mit den Schenkeln der Seiten­ streben 21 abschließen, so daß eine glatte Außen­ fläche gebildet ist.

Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 zeigen im Ausschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Rahmenflach­ mastes 23 mit im Querschnitt L-förmigen Seitenstre­ ben 24, die mit sich kreuzenden im Querschnitt L-för­ migen Verbindungsstreben 25 miteinander verbun­ den sind. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen jeweils im Schnitt der Linie II-II beziehungsweise entlang der Linie III-III den Rahmenflachmast 23 gemäß Fig. 6. Aus Fig. 7 und Fig. 8 ist ersichtlich, daß vier an den Eckpunkten eines Quadrates angeordnete Seiten­ streben 24 vorgesehen sind, die paarweise über die Außenseiten mit Verbindungsstreben 25 untereinander verbunden sind.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen einen Rundmasten 26 in einem Ausschnitt, wobei Fig. 10 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 9 ist. Der Rundmast 26 weist in Längsrichtung einen sich kontinuierlich ändernden Querschnitt auf.

Fig. 11 und Fig 12 zeigen schließlich als weitere typische Mastform einen Kantmasten 27, wobei Fig. 12 ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 11 ist. Der Kantmast 27 hat einen rechteckigen Quer­ schnitt, der sich in Längsrichtung kontinuierlich verändert.

Fig. 13 zeigt zu einer Vorrichtung zum berührungs­ freien Erfassen von Gegenständen gemäß Fig. 1 ein Blockschaltbild mit dem mittels einer Sendeeinheit Ausgangsstrahlung 14 emittierenden Meßkopf 8 und dem mittels einer Sendeeinheit Ausgangsstrahlung 15 emittierenden zweiten Meßkopf 11. Mit den Meßköpfen 8, 11 sind weiterhin rückgeworfene Anteile der Aus­ gangsstrahlungen 14, 15 als Empfangsstrahlungen 29, 30 in jeweils einer Detektionseinheit detektierbar.

Die Meßköpfe 8, 11 sind an einen Taktgeber 31 an­ geschlossen, der von einem in einer Geschwindig­ keitssignalleitung 32 geführten Ausgangssignal eines in Fig. 13 nicht dargestellten Geschwindig­ keitssensors beaufschlagbar ist. Mit dem Taktgeber 31 sind Taktsignale mit einer zu der von dem Ge­ schwindigkeitssensor erfaßten Geschwindigkeit pro­ portionalen Frequenz erzeugbar, so daß eine Takt­ periode einer festen zurückgelegten Weglänge des Meßwagens 1 entspricht.

Der erste Meßkopf 8 ist über eine Intensitäts­ signalleitung 33 und eine Abstandssignalleitung 34 mit einer ersten Datenverarbeitungseinheit 35 ver­ bunden. Entsprechend ist der zweite Meßkopf 11 über eine Intensitätssignalleitung 36 und eine Abstands­ signalleitung 37 mit einer zweiten Daten­ verarbeitungseinheit 38 verbunden. Sowohl die erste Datenverarbeitungseinheit 35 als auch die zweite Datenverarbeitungseinheit 38 sind mit Ausgangssig­ nalen von dem Taktgeber 31 beaufschlagbar. Mit den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 sind aus dem Weg der Ausgangsstrahlung 14, 15 von den Sendeeinheiten der Meßköpfe 8, 11 zu zu erfassenden Gegenständen und als Empfangsstrahlungen 29, 30 zurück auf die Detektionseinheiten der Meßköpfe 8, 11 in Abstands­ werten die Abstände zu den Beaufschlagungsbereichen mit Ausgangsstrahlungen 14, 15 und, wie weiter unten näher erläutert, aus einer Anzahl von Ab­ standswerten ein Minimalabstandswert bestimmbar.

Die mit den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 gewonnen Abstandswerte sind über Abstandswertelei­ tungen 39, 40 einer Zentralrecheneinheit 41 ein­ speisbar. An die Zentralrecheneinheit 41 sind wei­ terhin ein erster Neigungsgeber 42 und ein zweiter Neigungsgeber 43 angeschlossen, wobei mit dem er­ sten Neigungsgeber 42 die Neigung des ersten Meß­ kopfes 8 und mit dem zweiten Neigungsgeber 43 die Neigung des zweiten Meßkopfes 11 jeweils gegenüber der Horizontalen bestimmbar sind. Mit der Zentral­ recheneinheit 41 sind in einer Ausgabeleitung 44 die von den Meßköpfen 8, 11 erfaßten Abstände und von den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 ermit­ telten Minimalabstände auf einen zu den Gleisen 4 bezogenen Wert umrechenbar, wobei eine Neigung der Meßköpfe 8, 11 gegenüber der Horizontalen und die dementsprechenden Neigungen der Meßstrahlungen 14, 15, beziehungsweise Empfangsstrahlungen 29, 30 mit Veränderung der zurückgelegten Wege durch Umrech­ nung auf Horizontalabstände berücksichtigt sind.

Fig. 14 zeigt in einem Blockschaltbild den ersten Meßkopf 8 gemäß Fig. 1 beziehungsweise gemäß Fig. 13 in einem Blockschaltbild, wobei die übrigen Meßköpfe 9, 11, 12 entsprechend aufgebaut sind. Der erste Meßkopf 8 verfügt über eine Sendeeinheit 45, die aus einem Modulator 46, einem Sender 47 und einem Referenzschalter 48 aufgebaut ist. Mit dem über eine Steuerleitung 49 extern ansteuerbaren Modulator 46 ist ein den Sender 47 beaufschlagendes Ausgangssignal erzeugbar, der den Sender 47, bei­ spielsweise einen im sichtbaren oder nahen infra­ roten Spektralbereich emittierenden Halbleiter­ laser, zur Emission von intensitätsmodulierter Sendestrahlung 50 veranlaßt. Für ein vorzugsweise angewendetes Phasenmeßverfahren ist die Sendestrah­ lung 50 mit wenigstens einer Frequenz sinusartig intensitätsmoduliert, wobei über eine an den Modu­ lator 46 angeschlossene Steuerleitung 49 die wenig­ stens eine Modulationsfrequenz einstellbar ist.

Es ist zweckmäßig, für eine Grobmessung eine ver­ hältnismäßig niederfrequente Modulation vorzusehen, die für typische Abstände von zu erfassenden Gegen­ ständen zu einem eindeutigen Grobphasenwert führt. Zur Feinmessung ist der Sender 47 zu einer relativ hochfrequenten Emission angeregt, wobei die Periode der höherfrequenten Ausgangsstrahlung 14 wenigstens innerhalb der Meßgenauigkeit der Grobmessung zu einem eindeutigen Feinphasenwert führt.

In dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Referenzschalter 48 an den Taktgeber 31 angeschlossen. Mit dem geschwindigkeitspropor­ tionalen Taktsignal des Taktgebers 31 ist die von dem Sender 47 emittierte Sendestrahlung 50 entweder als auf zu erfassende Gegenstände gerichtete ent­ sprechend der Sendestrahlung 50 intensitätsmodu­ lierte Ausgangsstrahlung 14 oder als über eine genau bekannte optische Distanz geleitete Referenz­ strahlung 51 umlenkbar.

Der erste Meßkopf 8 verfügt weiterhin über eine Detektionseinheit 52 mit einem Strahlungsdetektor 53, der in dem in Fig. 14 dargestellten Aus­ führungsbeispiel entweder durch Referenzstrahlung 51 oder durch von dem Mast 13 rückgeworfene Emp­ fangsstrahlung 54 beaufschlagt ist. Die Detektions­ einheit 52 verfügt weiterhin über einen Phasen­ messer 55, der zum einen mit dem Strahlungsdetektor 53 und zum anderen mit dem Modulator 46 verbunden ist. Mit dem Phasenmesser 55 ist die Phasenver­ schiebung zwischen dem den Sender 47 beaufschlagen­ den Modulationssignal des Modulators 46 und dem zu der Intensität der Empfangsstrahlung 54 beziehungs­ weise der Referenzstrahlung 51 proportionalen Aus­ gangssignal des Strahlungsdetektors 53 bestimmbar, wobei eine Phasenverschiebung dem Weg und damit einem Abstand eines zu erfassenden Objektes von dem Ausgangspunkt der Ausgangsstrahlung 14 und dem Detektionspunkt der Empfangsstrahlung 54 bezie­ hungsweise dem von der Referenzstrahlung 51 durch­ laufenen optischen Referenzweg bekannter Länge entspricht.

Die bei Detektion der Referenzstrahlung 51 gemesse­ nen Phasenverschiebungen dienen der Kalibrierung der Vorrichtung, um elektronische Phasendrifts oder optische Dejustagen zu erkennen beziehungsweise zu korrigieren. Das intensitätsproportionale Ausgangs­ signal des Strahlungsdetektors 53 ist weiterhin der Intensitätssignalleitung 33 eingespeist. Das einem Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der Vorrichtung entsprechende Ausgangssignal des Phasenmessers 55 ist als Abstandswert der Abstands­ signalleitung 34 eingespeist.

Fig. 15 zeigt in einem Blockschaltbild die dem ersten Meßkopf 8 zugeordnete erste Datenver­ arbeitungseinheit 35 gemäß Fig. 1. Die Intensitäts­ signalleitung 33 ist an einen Dateneingang eines getakteten Intensitätssignalpuffers 56 und die Abstandssignalleitung 34 an einen Dateneingang eines getakteten Abstandssignalpuffers 57 ange­ schlossen. Sowohl der Intensitätssignalpuffer 56 als auch der Abstandssignalpuffer 57 sind an den Taktgeber 31 angeschlossen, wobei mit der durch den Taktgeber 31 vorgegebenen geschwindigkeitspropor­ tionalen und damit wegkonstanten Taktfrequenz die Intensitätssignale beziehungsweise Abstandswerte mit einer einer festen Speicherdistanz längs der Schienen 4 entsprechenden Anzahl einlesbar sind.

Das Ausgangssignal des Intensitätssignalpuffers 56 ist einem Eingang eines Intensitätskomparators 58 eingespeist, dem ebenfalls das Ausgangssignal eines Intensitätsschwellwertgebers 59 sowie ein in einer Masterkennungssignalleitung 60 vorhandenes, von einer in Fig. 15 nicht dargestellten Einrichtung zur Erkennung von Masten generiertes Masterken­ nungssignal einspeisbar ist. Mit dem Intensitäts­ komparator 58 ist das mit dem aus dem Taktgeber 31 getaktet ausgelesene Ausgangssignal des Intensi­ tätssignalpuffers 56 dann normiert auf den Intensi­ tätsschwellwert oder eine logische "1" auf eine Bestimmungseinheit mit einem Interpolationsglied 63 zur Interpolation zwischen Abstandswerten weiter­ schaltbar, wenn der ausgelesene Intensitätswert größer als der durch den Intensitätsschwellwert­ geber 59 vorgegebene Intensitätsschwellwert ist und in der Masterkennungssignalleitung ein durch eine in Fig. 15 nicht dargestellte Masterkennungsvor­ richtung erzeugtes Masterkennungssignal, welches bei Erkennen eines Mastes 13 mit einer zum Auslesen des Abstandssignalpuffers ausreichend langen Halte­ zeit erzeugt ist, anliegt.

Entsprechend sind die in Speicherelementen des Ab­ standssignalpuffers 57 abgelegten Abstandswerte einem Abstandskomparator 61 einspeisbar, der wei­ terhin an einen Abstandsschwellwertgeber 62 und die Masterkennungssignalleitung 60 angeschlossen ist. Ist der von einem Speicherelement des Abstandssig­ nalpuffers 57 ausgelesene Abstandswert kleiner als der von dem Abstandsschwellwertgeber 62 vorgegebene Maximalabstandswert und liegt ein Masterken­ nungssignal an, ist der Abstandswert auf das Inter­ polationsglied 63 gegeben. Ist hingegen der Ab­ standswert aus dem Abstandssignalpuffer 57 größer als der Maximalabstandswert, ist der Maximalab­ standswert dem Interpolationsglied 63 eingespeist.

Die Interpolationsabstandswerten mit den Abstands­ werten aus dem Abstandssignalpuffer 57 als Stütz­ stellen entsprechenden Ausgangssignale des Inter­ polationsgliedes 63 sind einem Minimalabstands­ sucher 64 der Bestimmungseinheit einspeisbar, dem weiterhin Korrekturwerte aus einem Korrekturwert­ geber 65 zuführbar sind. Mit dem Minimalabstands­ sucher 64 sind aus den durch das Interpolations­ glied 63 berechneten Interpolationsabstandswerten die Minimalabstände unter Berücksichtigung der durch den Korrekturwertgeber 65 eingespeisten Kor­ rekturwerte, wie beispielsweise einem seitlichen Versatz der Räder 3 des Meßwagens 1 oder eine Ver­ windung des Wagenaufsatzes 7 in bezug auf die Gleise 4 berücksichtigt sind. Die durch den Mini­ malabstandssucher 64 bestimmten, jeweils einem Mast 13 zugeordneten Minimalabstände sind dann über die Abstandswertleitung 39 der Zentralrecheneinheit 41 einspeisbar.

Als zweckmäßiger Algorithmus zur Interpolation ist die Interpolation mit sogenannten kubischen Spline- Funktionen vorgesehen, bei der zwischen den Ab­ standswerten als Stütz stellen mit auch an den Stützstellen zweifach stetig differenzierbaren Polynomen oder Exponentialfunktionen interpolierbar sind. Bei Rundmasten gemäß Fig. 9 und Fig. 10 kann hierbei der Minimalabstand im gleisnächsten Schei­ telpunkt der Querschnitte gefunden werden. Bei mit einer Seitenfläche parallel zu den Gleisen 4 ausge­ richteten Kantmasten 27 gemäß Fig. 11 und Fig. 12 ist es zweckmäßig, bei der Interpolation als Ort des Minimalabstandes die Mitte zwischen den Rand­ flanken zu nehmen.

Bei Rahmenflachmasten 20, 23 gemäß Fig. 3 bis Fig. 8 ergeben sich je nach Höhenlage der Ausgangsstrah­ lungen 14, 15 verhältnismäßig komplexe und stark voneinander abweichende Weg-Abstands-Muster auf­ grund der in Längsrichtung bis maximal über die Tiefe der Rahmenflachmasten variierenden Abstands­ werte bei Rückwerfen von Ausgangsstrahlungen an den tiefenversetzten Seitenstreben 21, 24 und Ver­ bindungsstreben 25. Bei der Interpolation sind die Seitenstreben 21 sowie gleisnahe und gleisferne Querstreben 22 beziehungsweise Seitenstreben 24 insbesondere auch bei schräggestellten Rahmenflach­ masten 20, 23 durch Interpolationsfunktionen in einer Abstandsfunktion erfaßbar, aus denen zu­ verlässig ein Minimalabstandswert bestimmbar ist, ohne daß es auf genaue Kenntnis der Ausrichtung der Rahmenflachmasten 20, 23 ankommt.

Mit Hilfe der Neigungswertgeber 42, 43 ist weiter­ hin erkennbar, ob ein Mast 13 gegenüber der Verti­ kalen geneigt ist, da die Neigung der Meßköpfe 8, 9, 11, 12 selbst bekannt ist. Dadurch sind bereits geringfügige Neigungen von Masten 13 beispielsweise infolge von Unterspülungen der Fundamente oder Erdbewegungen erkennbar, bevor es zu weitreichenden Schäden kommen kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen (13, 20, 23, 26, 27) mit wenig­ stens einer Sendeeinheit zum Aussenden inten­ sitätsmodulierter Ausgangsstrahlung, mit wenig­ stens einer Detektionseinheit zum Detektieren von rückgeworfener Ausgangsstrahlung und mit wenigstens einer Auswerteeinheit, mit der aus dem Weg der Ausgangsstrahlung von einer Sende­ einheit zu einer Detektionseinheit in Abstands­ werten der Abstand eines zu erfassenden Gegen­ standes (13, 20, 23, 26, 27) von der Vorrich­ tung bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein mit einem Taktgeber (31) an­ gesteuerter Abstandswertspeicher (57) vorge­ sehen ist, mit dem eine Abfolge von Abstands­ werten abspeicherbar ist, daß der oder jeder Abstandswertspeicher (57) an eine Bestimmungs­ einheit (63, 64) angeschlossen ist, mit der aus den in dem oder jedem Abstandswertspeicher (57) abgespeicherten Abstandswerten ein einem Mini­ malabstand entsprechender Minimalabstandswert bestimmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignales des Taktgebers (31) über ein geschwindigkeits­ proportionales Ausgangssignal eines Geschwin­ digkeitsgebers so steuerbar ist, daß eine Takt­ periode einer gleichbleibenden zurückgelegten Weglänge entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Abstandswerten und dem Ausgangssignal eines Abstandsschwellwert­ gebers (62) beaufschlagbarer Abstandskomparator (61) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Nei­ gungsgeber (42, 43) vorgesehen ist, mit dem die Neigung der Ausgangsstrahlung (14, 15) gegen die Horizontale bestimmbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsein­ heit ein Interpolationsglied (63) aufweist, mit dem zwischen den in dem Abstandswertspeicher (57) abgespeicherten Abstandswerten interpo­ lierbar und Interpolationsabstandswerte be­ rechenbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit einem Minimalabstandssucher (64) der Bestimmungseinheit aus den Inter­ polationsabstandswerten ein Minimalabstandswert bestimmbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der wenigstens einen Detektionseinheit (52) in einem Intensi­ tätswert die Intensität der rückgeworfenen Aus­ gangsstrahlung (14) bestimmbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Intensitätskomparator (58) vorgesehen ist, dem ein Ausgangssignal eines Intensitätsschwellwertgebers (59) und ein In­ tensitätswert einspeisbar ist, wobei bei Inten­ sitätswerten unterhalb des durch den Intensi­ tätsschwellwertgeber (59) vorgegebenen Inten­ sitätsschwellwertes die Auswertung eines Ab­ standswertes unterbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrah­ lung (14) mit einem durch einen Modulator (46) ansteuerbaren Sender (47) mit einer Frequenz intensitätsmodulierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrah­ lung (14) über einen von einem Modulator (46) angesteuerten Sender (47) mit zwei zwei Ab­ standswertbereichen zugeordneten Frequenzen intensitätsmodulierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Meßköpfe (8, 11) mit jeweils einer Sendeeinheit (45) und einer Detektionseinheit (52) vorge­ sehen sind, wobei die Ausgangsstrahlungen (14, 15) der Sendeeinheiten (45) in Längsrichtung von zu erfassenden Gegenständen versetzt zuein­ ander ausgerichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung (50) der wenigstens einen Sendeeinheit (45) in einer Referenzmeßstrecke (51) zur Kalibrierung der Abstandswertebestimmung einkoppelbar ist.