DE2063541C3 - Elektrooptische Meßvorrichtung zur Vermessung des Trassenverlaufs und des Profilverlaufs einer Gleisstrecke - Google Patents

Description

Meßeinheiten (2, 3) besteht, deren optische Ach-

sen mit einer gemeinsamen Längsachse (A", A")
zusammenfallen und die symmetrisch zu einem

Punkt auf der Längsachse (XX") liegen, der mit 25 Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Meßdem Streckenpunkt (P) zur Deckung gebracht vorrichtung zur Vermessung des Trassenverlaufs und wird, und daß das Winkelmeßgerät Bauteile auf- des Profilverlaufs einer Gleisstrecke bei der Nachweist, die als Funktion des bekannten und kon- prüfung und/oder der Nachbesserung, die die Lage stanten Abstands der Gleispunkte (N₁, N₂) das eines Streckenpunktes P gegenüber einer geometri-Abweichungsmeßsignal für den Streckenpunkt 30 sehen Bezugslinie, die durch mindestens zwei weitere (P) gegenüber der geometrischen Bezugslinie beiderseits des vom PunktP auf die Linie gefällten durch gleichzeitigen Vergleich der Meßsignale für Lotes liegende jeweils durch Punktlichtquellen gebildie Winkel (N₁PX, /V₂PA") zwischen den Licht- dete Punkte/V₁, /V₂ des Gleises bekannten und konstrahlen (N₁P, N.,P) von den vor und hinter dem stanten Abstands definiert ist, mißt und als Abwei-Streckenpunkt (P) an den Gleispunkten (N₁, N₁) 35 chungssignale darstellt und deren Abweichungssignal angeordneten Punktlichtquellen und der gemein- der Nachprüfung und/oder Steuerung der Gleisverlasamen Längsachse (X, X') der beiden Meßeinhei- gerung am Streckenpunkt P auf die geometrische Beten (2, 3) erzeugen. zugslinie bei der Nachbesserung dient.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, bei der Es sind verschiedene Meßvorrichtungen bekannt, jede Meßeinheit das Abbild der beobachteten 40 mit denen die Abstände eines Punktes einer Gleis-Punktlichtquelle einer gleichförmigen Bewegung strecke von deren theoretischem Verlauf mit Hilfe längs einer kreisförmigen Bahn konzentrisch zur von sogenannten Bezugsbasen bestimmt werden kön-Achse des von der Punktlichtquelle ausgehenden nen, die sich auf dem Gleis abstützen und die geLichtstrahls ausführt, wobei die Exzentrizität die- wünschte Trasse nachbilden.

ser kreisförmigen Bahn hinsichtlich der optischen 45 Es sind zwei Haupttypen zu unterscheiden. Bei Achse des Geräts, die ein Maß für den Winkel dem einen Typ werden mit Hilfe sogenannter absoluzwischen der optischen Achse und der Achse des ter Bezugsbasen nacheinander die Lagen eines beLichtstrahls darstellt, durch die Zeitdifferenz ge- weglichen, die Gleisstrecke durchfahrenen Punktes messen wird, weiche das Abbild zum Durchlauf hinsichtlich einer festen Bczugslinie bestimmt, die der beiden durch wenigstens eine Durchmesserli- 50 durch mindestens zwei ausgewählte Festpunkte der nie eines senkrecht und zentrisch zur optischen Gleisstrecke definiert ist. Statt dessen läßt sich auch Achse angeordneten, iin der Bildebene befindli- eine Bezugsebene verwenden, die durch einen ausgechen Empfangsbildschirms begrenzten Bögen be- wählten Festpunkt der Gleisstrecke geht,
nötigt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meß- Bei dem anderen Typ werden mit Hilfe sogenanneinheit(2, 3) auf der gemeinsamen Längsachse 55 ter relativer Bezugsbasen nacheinander die Lagen (X, X ) ausgerichtet einen umlaufenden Objektiv- eines die Gleisstrecke durchfahrenden Punktes hinträger (7), eine feststehende Schlitzblenden- sichtlich einer beweglichen Bezugslinie bestimmt, die scheibe (8) mit zwei sich senkrecht kreuzenden durch eine ausreichende Zahl von in konstanten Ab-Blendenschlitzen (12 bis 15) und einen Empfän- ständen voneinander gehaltenen Punkten definiert ist ger (9) auf der Längsachse (XX') mit lichtemp- 60 und längs der Gleisstrecke verschiebbar ist.
findlichen Zellen (1212 bis 15 a) hinter jedem Der erste Typ wird vor allem zur Vermessung von Blendenschlitz, sowie Verstärkerschaltungen und Eisenbahnstrecken bei Neuanlagen benutzt. Die Impulsformungsschaltungen aufweist und daß die Meßvorrichtung muß sorgfältig gehandhabt werden Objektivträger (7) beider Meßeinheiten (2, 3) von und die Meßgenauigkeit kann durch die kleinste Vereinem gemeinsamen, zwischen ihnen anqenrHnp. 65 änderung der Ausrichtung der an den festen Meßten Motor (5) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit punkten angeordnteen Meßorgane beeinflußt werangetneben werden. den, insbesondere wenn der bewegliche Meßpunkt

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, mit sich außerhalb der Bezugspunkte befindet.

Der zweite Typ wird insbesondere für das Richten von Gleisen bei Unterhaltungsarbeiten und für die Nachprüfung der geometrischen Eigenschaften des Gleises verwendet. Die hierbei verwendeten Meßvorrichtungen sind im allgemeinen kompliziert aufgebaut, umfangreich und gestatten insbesondere nicht unter allen Umständen die Bestimmung der Lage des Meßpunktes im Raum, d. h. gleichzeitig in zwei Ebenen, nämlich der Vertikalebene für das Gleisprofi! und der Horizontalebene für den Trassenverlauf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichiung der eingangs genannfeirArt dahingehend weiter zu entwickeln, daß es sowohl für die Profilmessung als auch für die Trassenmessung gleichermaßen brauchbar ist und allen von möglichen Orientierungsschwankungen herrührenden Störeinflüssen entzogen ist.

Diese Aufgabt wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Meßvv,. richtung gelöst.

Da die Bezugsachse der Meßvorrichlr.ng stets den PunktP enthält und die Winkel im Punkt?" hinsichtlich dieser Achse nach zv-ci Richtungen gemessen werden, läßt sich leicht einsehen, daß die Orientierung des Meßgeräts in den Grenzen seiner Beleuchtung durch die Punktlichtquellen keine Störeinflüsse bewirkt. Mit Hilfe der von der Meßvorrichtung gelieferten Winkelmeßwerte und der bekannten Abstände der verschiedenen Bezugspunkte N lassen sich in bekannter Weise die Entfernung zwischen dem Meßpunkt P und der durch die Bezugspunkte N definierten geometrischen Linie (vorzugsweise der Gleisstrecke) bestimmen.

Es ist zwar aus der französischen Patentschrift 1 527 072 ein Winkelmeßgerät bekannt, mit welchem mehrere Sterne am Himmel gleichzeitig beobachtet und der Winkel zwischen den in das Gerät einfallenden Lichtstrahlen und der Längsachse des Geräts bestimmt und daraus auf die Lage des Winkelmeßgeräts geschlossen werden. Es ist jedoch erforderlich, daß sich alle Sterne auf der gleichen Seite der Meßvorrichtung befinden, weshalb es sich nicht zur Anwendung im Rahmen der Gleiswartung und -überprüfung eignet. Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung sollen die Punktlichtquellen zu beiden Seiten vorhanden sein, also der Lichteinfall auf die beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Meßvorrichtung erfolgen. Dadurch ist es möglich, nicht nur mit hoher Genauigkeit die Lage des auf der gemeinsamen Längsachse liegenden Meß- oder Streckenpunktes bezüglich der zu beiden Seiten der Meßvorrichtung liegenden Punktlichtquellen zu bestimmen, sondern auch mit hohem Auflösungsvermögen die Lage des Meßgeräts zu finden, in der der Streckenpunkt P auf der geometrischen Längsachse des Meßgeräts gleichzeitig auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Punktlichtquellen N₁, N₂ liegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der neuer. Meßvorrichtung ergibt sich aus Anspruch 2.

Für die Bestimmung der Lage eines StreckenpunktesP in zwei Koordinatenrichtungcn eignet sich insbesondere die Meßvorrichtung gemäß Anspruch Es ist zweckmäßig, auf einer Seite der Meßvorrichtung zwei Punktlichtquellen auf dem Gleis vorzusehen. Durch die Verwendung von kreuzweise polarisierten Punktlichtquellen und Abbildungslinsen ist eine Unterscheidung über den Meßwählschalter mög-

Bei allen Ausführungen der Meßvorrichtung ist man unabhängig von kleinen Achsschwankungeii bei der Messung, da sie durch das gleichzeitige Wegblikken in um ISO zueinander versetzten Richtungen solche Achsschwankungen kompensiert. Die Achse XX' kann also bei der Messung ihrer Raumneigung, lediglich durch den möglichen Einfallswinkel üer Lichtstrahlen bzw. den Objektivöffnungswinkel begrenzt, ändern. Dieses Merkmal ist für Meßvorrichtungen für die Gleiswanung bedeutungsvoll, weil es praktisch nicht möglich ist, insbesondere wenn die Meßvorrichtung zur Steuerung von Gleishebe- und Gleisrichteinrichtungen dient, sie ständig genau festzuhalten. Gerade bei Arbeiten in Cbergangsbögen und -kurven ändert sich die Längsachse der Meßeinrichtung ständig gegenüber der durch die wenigstens zwei Punktlichtquellen gebildeten Bezugsgeraden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, hierin ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.

F i g. 2 bis 5 Darstellungen zur Erläuterung eines Meßvorgangs,

Fig.6 eine schematische Darstellung des Meßprinzips bei Verwendung von mindestens drei Punktlichtquellen, von denen sich zwei auf der gleichen Seite der Meßvorrichtung befinden.

Die in F i g. 1 dargestellte Meßvorrichtung 1 besteht aus zwei identischen Meßeinheiten 2 und 3, deren wesentliche Elemente auf einer gemeinsamen Längsachse A-A", welche die Bezugsachse darstellt, streng ausgerichtet sind. Die beiden Meßeinheiten 2 und 3 sind durch eine mittlere Kammer 4 getrennt, in der sich ein Motor 5 zum Synchronanlrieb der umlaufenden Elemente der beiden Meßeinheiten 2 und 3 befinden. Jede der beiden Meßeinheiten 2 und 3 enthält, ausgehend vom freien Ende, drei aaf die gemeinsame Längsachse X-X' zentrierte Teile, nämlich einen umlaufenden Objektivträger?, eine feststehende Schlitzblcndenscheibe 8 und einen feststehenden Empfänger 9 mit lichtempfindlichen Elementen.

Der umlaufende Objektivträger 7, der sich in einer zur Längsachse X-X' senkrechten Ebene befindet, enthält zwei Konvexlinsen 10 und 12, die symmetrisch zur Achse X-X' einander diametral gegenüber angeordnet sind. Diese beiden Linsen sind polarisiert und derart orientiert, daß ihre Polarisationsachsen senkrecht zueinander stehen. Die Polarisationsachse der Linse 10 ist ihrerseits entweder parallel zu einem Durchmesser des Linsenträgers oder in einer verbesserten Konstruktion um 45° gegen diesen Durchmesser geneigt, wie weiter unten erläutert wird.

Die zur Längsachse A'-A" senkrecht stehende Schlitzblendenscheibe 8 befindet sich ungefähr in der EJrennebene der Linsen des Objektivträgers 7. In dieser feststehenden Schlitzblendenscheibe sind viele kreuzförmig angeordnete Blendenschlitze 12 bis vorgesehen, deren zueinander senkrechte Achsen sich also in der Längsachse ΑΆ" schneiden und die /wischen sich vier undurchsichtige Sektoren begrenzen.

Der feststehende Empfänger 9 ist auf seiner der Schlitzblendenscheibe 8 zugekehrten Seite mit vier lichtempfindlichen Zellen 12a bis 15a (z.B. Solarzellen) ausgerüstet, die je hinter einem Blendenschlitz 12 bis 15 der Schlitzblendenscheibe 8 liegen. Auf der Rückseite des Empfängers 9 befinden sich

5 * 6

die zur Verstärkung und Kombination der empfange- falls die Meßvorrichtung noch von den Lichtstrahlen

neu Signale erloiueiliehen elektronischen bauteile getroffen wird.

bekannter Art (nicht dargestellt). Durch eine entsprechende Überlegung läßt sich

Die beiden Objektivträger? sind an einer Welle I ft zeigen, daß jede Abweichung des Punktes/' von der befestigt, deren Drchach.-c mit der Längsachse AA" 5 geraden Linie N₁ N₂ (F i g. 4) durch den gleichen Difdcr Meßvorrichtung zusammenfällt. Die Welle 16 fcrenzwert der Winkel N₁/W und NJW ' definiert geht frei durch die Schlitzblcndenschcibc 8 und den werden kann, unabhängig von der Lage der Ach-Empfänger 9 der beiden Meßeinheiten 2 und 3 hin- se A'A" der Meßvorrichtung hinsichtlich der geraden durch und endet am Motor5 in der minieren Kam- Linie /V₁ N₂.

mer4, durch den die Welle in Umdrehung versetzt io Mit den kreuzförmig angeordneten Blcndenschlit-

wird. zen 12 bis 15 und den vier dahinter befindlichen

Die Schlilzblendenscheibe8 trägt außerdem auf Mcßzcllcn läßt sich so die Lage des Punktes/' im

einem ihrer Sektoren einen Drehzahlmeßwählcr 17, Raum hinsichtlich der durch die beiden Lichtquel-

bestehend aus einer feststehenden Induktionsspule len /V₁ und N₂ definierten Geraden in den beiden

und einem am umlaufenden Objektivträger 7 hefe- >5 zueinander senkrechten Ebenen, durch die die Blen-

stigten Magneten. denschlitze 12 bis 15 bestimmt werden und sich in

Die Meßvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der der Achse XX' schneiden, feststellen. Einfachheit halber sei angenommen, daß die Bezugs- Für den Sonderfall der Messung des Trassenvcrlinie durch zwei unpolarisicrte Punktlichtquellen/V₁ laufs längs eines Glcu strange, ist es erforderlich, und N., definiert wird, deren jede ein Ende der 20 nicht nur gerade Linienstückc sondern auch Kurven Meßvorrichtung beleuchtet. Weiter wird zur Verein- zu vermessen. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe fachung angenommen, daß der umlaufende Objektiv- von sogenannten Vieipunkt-Bczugsbasen, bei denen träger 7 jeder Meßeinheit zwei oder drei nur eine un- drei Punkte die Krümmung definieren, während der polarisierte Konvexlinsc aufweist, die in einem be- vierte Punkt der Meßpunkt ist, dessen Lage hinsichtstimmten Abstand von der Drehachse des Objektiv- 25 lieh der Kurve bestimmt werden soll (s. F i g. 5). Um trägers angeordnet ist. solche Messungen durchführen zu können, besitzt.

Wenn die Objektivträger7 sich gleichmäßig dre- wie erwähnt, die Meßvorrichlung Objektiv!rüger mit hen. ist das von ihnen abgebildete Bild von der ihnen je zwei senkrecht zueinander polarisierten Linsen. Es gegenüberstehenden Lichtquelle jeweils ein Licht- sei angenommen, daß die beiden Lichtquellen /V₁ und punkt, der einen Kreis in der Ebene der Schlitzblen- 30 /V., vertikal polarisiert seien und daß eine dritte Kamdenschcibe durchläuft. Ist dieser Kreis um die Achse mer horizontal polarisierte Lichtquelle /V₃. die auf der Meßvorrichtung zentriert, befindet sich auch die der Seite von /V₂ liegt, mit den beiden anderen Licht-Lichtquelle auf dieser Achse. Jede Seitenabweichung quellen einen Kreisbogen/V₁, /V.„ N₃ definiert. Ferner der Lichtquelle ergibt eine exzentrische Lage des befindet sich die Meßvorrichtung im Punkt P und die Bildkreises, wobei die Mittclpunktabweichung des- 35 Blendenschlitze 12 und 13 seien vertikal orientiert, selben eine Funktion des Winkels der Geräteachse wie dies Fi g. 6 zeigt.

mit der Achse des Lichtbündels ist, das von der bc- Auf der Seite der vertikal polarisierten Lichtqucl-

ircffendcn Lichtquelle herrührt und die Mcßvorrich- le /V₁ (F i g. 5) tritt jedesmal ein Impuls auf, wenn die

tung trifft. Polarisationsachse einer Linse vertikal verläuft, d. h

Wenn man also die Zeitspanne mißt, weiche das 40 jede der beiden Linsen gibt bei einem Umlauf zwei

Bild benötigt, um die zwei von zwei koaxialen Blcn- Impulse auf die beiden ihrer Polarisationsrichtung

dcnschlitzcn, z.B. 12, 13 oder 14, 15 der Schlitzblen- entsprechenden lichtempfindlichen Zellen,

denschcibc 8 begrenzten Bögen zu durchlaufen und Auf der Seite der beiden senkrecht zueinander po-

diese Zeitspannen vergleicht, so ist deren Differenz larisicrtcn Lichtquellen /V., und /V₃ (F i g. 6) erzcugl

eine Funktion der Exzentrizität des Bildkreises und 45 jedesmal, wenn die Lichtquelle/V., einen Impuls ir

des damit oben definierten Winkels. Die hier verwcn- der Vertikalebcne hervorruft, gleichzeitig die l.icht-

detc Zeitbasis ist ein hochfrequenter Impulsgenerator quelle M₁ einen Impuls in derselben Vertikalebcne

und es wird die Zeitspanne zwischen dem Auftreten aber auf der anderen Seite der Achse XX' und umgc·

eines Impulses in einer Meßzcllc und eines cntspre- kehrt nach der nächsten halben Umdrehung,

chenden Impulses in der diametral gegenüberliegen- 5° Man kann also gleichzeitig die Winkelstellung dei

den Meßzelle gemessen. beiden Lichtquellen /V₁, und N._K hinsichtlich der Achse

Offenbar ergibt sich schon aus dem Aufbau der der Meßvorrichtung in der Vertikalebene bestimmen

Meßvorrichtung, daß im Falle beiderseits zur Ach- Das gleiche gilt für die Messung in der Horizontal-

se XX' der Vorrichtung konzentrischer Bildkreise die ebene. So lassen sich mit einer Messung in der Verti-

drci von den Punktlichtqucllen /V₁, /V., und dem 55 kalcbene die Höhenlage des Punktes P hinsichUic!

Punkt P, an dem sich die Meßvorrichlung befindet, der die beiden Punkte/V₁ und /V., verbundenden Ge

eingenommenen Punkte in einer geraden Linie lie- raden und in der Horizontalcbcnc die Lace des ulci

gen, wie dies Fig. 2 zeigt. In diesem Falle sind die chen Punktes P hinsichtlich des durch diedrci Punk

gemessenen Winkel Null. Wenn man, ohne die Lage te /V₁, /V₂ und /V.. definierten Kreisbogens feststellen

der drei Punkte N₁, N₂ und P zu verändern, das Ge- 60 Es ist allerdings im Falle der Vcrwcndunc zweie

rät etwas kippt, also die Achse XX' um den Punkt P senkrecht zueinander polarisierter Lichtquellen au

dreht, wie Fi g. 3 zeigt, erscheinen zwei gleiche Win- einer Seite der Meßvorrichtung erforderlich, einet

kclNjPA' N₂PA" und deren Differenz vcrschwin- Drchzahlmcßwählcr 117 im Raum zwischen zwei auf

det. was also ebenfalls bedeutet, daß die drei Punk- cinandcrfolgcndcn Schlitzen vorzusehen, um die Im

te N₁, N₂ und P fluchten. 65 pulse abwechselnd auf zwei Impulsformerkreise zi

Es ist also unabhängig von der Orientierung der geben, aus welchen Mcßsignalc gewonnen werden

Achse XX' der Meßvorrichtung stets möglich, das die je einer der beiden Lichtquellen entsprechen.

Fluchten der drei Punkte N₁, N₂ und P festzustellen. Es ist also möglich, beispielsweise eine Simultan

messung nach drei Basispunkten mit verschiedenen Abständen vorzunehmen, weil die Lichtquellen auf einer Seite der Meßvorrichtung sich durch ihre Polarisation unterscheiden lassen.

In der Praxis empfiehlt es sich, die Polarisationsebene der Objektivlinsen und der Lichtquellen nicht senkrecht und parallel zur Achse der Meßvorrichtung verlaufen zu lassen, sondern z. B. unter 45° zur

Vertikalen. Bei der Vermessung -von Gleissträngen haben nämlich sowohl die Schienen als auch die verwendeten Geräte die meisten reflektierenden Oberflächen in vertikalen und horizontalen Ebenen. Unter 45° gegen diese beiden Ebenen werden die dadurch bedingten Reflexionen, die das Meßergebnis ungünstig beeinflussen könnten, nahezu vollständig ausgeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1 2 wenigstens drei Punktlichtquellen (N1, N.,, /V3), " . Patentansprüche: Von denen zwei (N.,, N3) auf derselben Seite des * Winkelmeßgeräts angeordnet sind und die gleiche

1. Elektrooptisch^ Meßvorrichtung zur Ver- Meßeinheit beleuchten, dadurch gekennzeichnet,

messung des Trassenverlaufs und des Profilver- 5 daß die beiden die gleiche Meßeinheit belcuch-

laufs einer Gleisstrecke bei der Nachprüfung tenden Punktlichtquellcn (N.,, /V₃) senkrecht zu-

und/oder der Nachbesserung, die die Lage eines einander polarisiert sind, daß die Objektivträger

Streckenpunktes (P) gegenüber einer geometri- dieser Meßeinheit zwei senkrecht zueinander po-

schen Bezugslinie, die durch mindestens zwei wei- larisierte Objektive (10, 11) hat, von denen das

tere beiderseits des vom Punkt (P) auf die Linie io eine die Polarisationsachse parallel zu einer

gefällten Lotes liegende jeweils durch Punktlicht- Durchmesserlinie des Objektivträgers hat, und daß

quellen gebildete Punkte (N₁, N.„) des Gleises be- ein Drehzahlmeßwähler (17) auf einem Sektor

kannten und konstanten Abständs definiert ist, zwischen zwei benachbarten Blendenschlitzen

mißt und als Abweichungssignale darstellt und (13, 15) der Schlitzblendenscheibe (8) angeordnet

deren Abweichungssignal der Nachprüfung und/ 15 ist und jeden zweiten Impuls der lichtempfind-

oder Steuerung der Gleisverlagerung am Strecken- liehen Zellen (12a bis 15a) des Empfängeis (9)

punktP auf die geometrische Bezugslinie bei der auf eine der beiden Impulsformungsschaltungen,

Nachbesserung dient, dadurch gekenn- die einer der beiden Punktiichtquellen (N.„ N_x)

zeichnet, daß die als Winkelmeßgerät (1) zugeordnet sind, gibt,
ausgebildete Meßvorrichtung aus der Vereini- 20
gung von zwei die Punktlichtquellen abbildenden