DE19728509A1 - Verfahren und Greät zum Vermessen von Radprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Vermessung der Radprofile von Eisenbahnfahrzeugen nach dem Lichtschnittverfahren. Die Messungen erfolgen im eingebauten Zustand der Räder, wobei das Fahrzeug während der Messung über ein Meßgleis fährt und nicht anzuhalten braucht.

In der Patentschrift EP 0 228 500 B1 ist ein Lichtschnittverfahren zur Profilvermessung beschrieben, wobei das Rad mindestens annähernd radial von schräg unten vor dem Aufstandspunkt beleuchtet wird. Der Profilverlauf wird mit CCD-Kameras von unten aufgenommen. Da unterschiedliche Raddurchmesser bei den Eisenbahnen im allgemeinen vorkommen können, ist eine motorische Verstellung der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, um die gewünschte radiale Beleuchtung annähernd zu gewährleisten. Dies setzt allerdings die Kenntnis der Geschwindigkeit und des Durchmessers eines jeden zu messenden Rades voraus, um den richtigen Beleuchtungswinkei für jedes Rad einstellen zu können und um den richtigen Triggerzeitpunkt zu bestimmen.

In der Patentaumeldung 0 212 052 A2 wird vorgeschlagen das Profil im Durchlichtverfahren zu messen. Dazu soll über den Schienen ein Klappspiegel angebracht werden, der den parallelen Lichtstrahl derart umlenkt, daß dann das Profil des Rades von unten gemessen werden kann. Das Problem hierbei ist, daß sich zu jeder Messung der Klappspiegel in der direkten Nähe vor dem Rad befinden muß, daß er aber unmittelbar nach der Messung innerhalb einiger Millisekunden bis unterhalb der Schiene weggeklappt werden muß, da sonst der Spiegel vom Rad überrollt und zerstört wird.

In einer anderen Ausgestaltung der Patentschrift EP 0 228 500 B1 ist eine Einrichtung zur Vermessung von Teilbereichen der Profile von Radsätzen bekannt geworden. Für diese Einrichtung muß das normale Gleis unterbrochen werden und durch Hilfsschienen ersetzt werden. Die Räder der Radsätze laufen innerhalb der Meßeinrichtung weiter außen auf den Hilfsschienen ab, wodurch erreicht wird, daß zumindest die Meßkreisebene von unten her optisch zugänglich ist. Mit dem Lichtschnittverfahren kann so ein Teil des Profils gemessen werden. Aus "Experiences and Consequences from Automatic Wheel Set Inspection on Running Trains" 11th Wheelset Congress, Paris, June 1995, Volume 2, Seite 7-10 ist bekannt, daß solche Einrichtungen technisch ausgeführt worden sind. Allerdings haben diese Einrichtungen mehrere Nachteile. Zum ersten kann mit ihnen nicht das gesamte Profil vermessen werden. Das Rad muß sich immer in einem Profilbereich auf einer Hilfsschiene abstützen. Auf Grund der hohen Radlasten darf dieser Bereich des Profils nicht zu klein gewählt werden. Dies beeinträchtigt die Sicht auf das Profil enorm. Zum zweiten muß das normale Gleis unterbrochen werden. Das Rad muß von der normalen Schiene auf die Hilfsschiene übersetzen, wodurch es zu Unstetigkeiten im Laufspiegel kommt. Diese Unstetigkeiten rufen bei den Überfährten der Züge Stöße und Erschütterungen in der Anlage hervor. Sie beeinträchtigen die Meßgenauigkeit und können zu Schäden in der Anlage führen.

Bei den beiden zuerst genannten Verfahren wirkt sich nachteilig aus, daß abhängig von der Bauart der Fahrzeuge die freie Sicht auf das Profil durch Bremsen, Schienenbremsen oder Sandröhrchen gestört wird, bei dem letzt genannten ist eine Vermessung des gesamten Profils nicht möglich.

Alle Verfahren haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie nur mit erheblichen Aufwendungen, installiert werden können. Unter dem Gleis muß ein Fundament in einer Grube errichtet werden, in der die optischen Einrichtungen wie Beleuchtungseinrichtungen und Kameras Platz finden müssen. Das Gleis muß dazu einige Wochen gesperrt werden können.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die normale Schiene nicht unterbrochen werden muß und trotzdem das gesamte Profil erfaßt werden kann. Dazu werden die Beleuchtungseinrichtungen und die Bildaufnahmeeinheiten seitlich von der Schiene angeordnet, so daß das Schotterbett der Gleise erhalten bleiben kann. Das Rad wird von mindesten einer Seite schräg von unten mit einer Beleuchtungseinrichtung, wie z. B. mit einem Stroboskop, in der Art beleuchtet, daß ein Lichtband auf dem Profil abgebildet wird. Mit mindestens einer Bildaufnahmeeinheit, z. B. einer CCD-Kamera, wird das Bild des Radprofils schräg von unten aufgenommen, allerdings unter einem anderen Winkel als dem Beleuchtungswinkel. Kamera und Beleuchtungseinrichtung sind durch eine Halterung fest miteinander verbunden. Durch einen einmaligen Kalibriervorgang wird die geometrische Zuordnung zueinander aufgenommen und abgespeichert. Werden mehrere Kameras benutzt, so werden zunächst die Konturstücke aus jedem Bild einer Kamera ermittelt, um sie dann mit Hilfe der Kalibrierdaten auf ein Bezugskoordinatensystem zu transformieren und sie dann zur Gesamtkontur zusammenzusetzen.

Bei Triebfahrzeugen werden meist direkt vor der Lauffläche der Räder der ersten angetriebenen Achse Sandröhrchen angebracht. Sie verdecken die Lauffläche des Rades also nur von einer Seite. Da in der Regel die Fahrzeuge gleichermaßen in beide Fahrrichtungen betrieben werden können, gibt es Radsätze an den meisten Triebfahrzeugen, an denen die Sandröhrchen vor dem Rad angebracht sind, wie auch Radsätze, bei denen sie hinter dem Rad angebracht sind. Daher wird in einer Ausgestaltung der Erfindung die Lauffläche des Rades von vorne und von hinten aufgenommen, so daß immer die Bilder einer Seite ausgewertet werden können, die nicht durch ein Sandröhrchen gestört sind.

Da die Sicht auf das Rad bei einigen Fahrzeugtypen auch noch durch Bremsgestänge partiell beeinträchtigt sein können, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, das Profil in einer Ebene aus mehreren Richtungen beleuchtet und aus mehreren Richtungen aufgenommen, so daß dem Fahrzeugtyp entsprechend, die passenden Kamerabilder ausgewählt und ausgewertet werden, die nicht gestört sind. Ebenso ist es dann möglich, das Profil aus Teilbildern zusammenzusetzen, so daß abgeschattete Teilbereiche der Bilder ausgeblendet werden und daß die dann entstehenden Lücken der Profilkontur durch passende Teile Profilkontur anderer Kamerabilder ergänzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, bei sehr verdeckten Rädern das Profil in mindestens zwei verschiedenen Ebenen zumindest teilweise vor oder hinter dem Rad aufzunehmen und die Teile der Profilkontur aus den Einzelbildern der Kameras zu berechnen und die so ermittelten Konturstücke auf ein gemeinsamen Koordinatensystem zu transformieren und dann diese Teilstücke zu dem gesamten Profil zusammenzusetzen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden alle Bilder und Teilbilder zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen, so daß die Teilstücke der Profilkontur der einzelnen Bilder in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert werden können, auch ohne eine Kenntnis über die Geschwindigkeit und des zeitlichen Ablaufs der einzelnen Bildaufnahmen zu haben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden alle Beleuchtungseinheiten und alle Bildaufnahmeeinheiten an einem in sich starren Körper befestigt. Dieser Körper wird nur an einer Stelle mit der Schiene verbunden, so daß die Durchbiegung der Schiene, die zum Beispiel durch die Last des Radsatzes verursacht wird, nicht die geometrischen Verhältnisse zwischen den Beleuchtungseinheiten und den Bildaufnahmeeinheiten verändert, so daß die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird. Dies hat den bestechenden Vorteil, daß eine solche Einrichtung nicht auf ein Fundament angewiesen ist. Ein Fundament unter dem Gleis wäre mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden.

Claims (8)

1. Ein Verfahren zum Messen der Profile von Rädern von Schienenfahrzeugen nach dem Lichtschnittverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungseinrichtung neben der Schiene angebracht ist, die einen Lichtstreifen auf das Profil des Rades projiziert und daß eine Bildaufnahmeeinheit neben der Schiene montiert ist, die den beleuchteten Teil des Profils aufnimmt und daß aus diesem Bild des Lichtstreifens die Kontur des Profils ermittelt wird, ohne daß hierfür die normale Schiene unterbrochen und durch eine Hilfsschiene ersetzt werden muß.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Profilkontur in die Koordinaten der radialen Richtung des Rades umgerechnet werden, unter Ausnutzung der Kenntnis des Abstandes der Ebene des Lichtschnittes zum Aufstandspunkt des Rades, dem Winkel der Ebene zur Schiene, sowie der Höhe des Schnittpunktes dieser Ebene mit dem Rad.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß in Fahrtrichtung jeweils vor und hinter dem Rad eine Beleuchtungseinrichtung seitlich der Schiene so angebracht ist, daß das Profil des Rades dort mit einem Lichtstreifen beleuchtet wird und daß jeweils vor und hinter dem Rad eine Bildaufnahmeeinheit neben der Schiene angebracht ist, daß sie den beleuchteten Teil des Profils aufnehmen und daß entsprechend der Sichtbarkeit des Lichtstreifens auf den Bildern, diejenigen Bilder zur Auswertung herangezogen werden, die nicht durch Abschattungen gestört sind.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 2 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen mindestens zwei Bilder eines Lichtbandes aufgenommen werden und daß die durch die Fahrzeugbauteile abgeschatteten Bereiche der Bilder nicht mit ausgewertet werden und daß die Profilkontur aus den verschiedenen Teilstücken der Kontur zusammengesetzt wird.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 2 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß das Profil in mindestens zwei Ebenen zumindest teilweise aufgenommen wird, daß die abgeschatteten Bereiche der Bilder ausgeblendet werden und daß die aus den verbleibenden Teilbildern ermittelten Konturen aus der Kenntnis der Geschwindigkeit des Rades und dem zeitlichen Ablauf der einzelnen Aufnahmen auf ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert wird, daß sie dann zu dem gesamten Profil zusammen gesetzt werden.

6. Ein Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß alle Ansprüche von 1 bis 5 teilweise oder vollständig miteinander kombiniert werden.

7. Ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß alle Aufnahmen zu dem gleichen Zeitpunkt aufgenommen werden.

8. Ein Gerät nach den Ansprüchen 2 3, 4, 5, 6 oder 7 zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß alle verwendeten Beleuchtungseinrichtungen und Bildaufnahmeeinheiten an einem starren Bauteil befestigt sind, das nur an einer Stelle mit der Schiene verbunden ist.