DE3444723C2 - - Google Patents

Description

Vorrichtungen zum Erfassen der Gleisgeometrie sollen die gleichzeitige Erfassung der Spurweite, der seit­ lichen Lage einer jeden Schiene, der Höhenlage einer jeden Schiene, der Überhöhung und der Verwindung des Gleises ermöglichen.

Hierzu ist eine Reihe von unterschiedlichen Systemen bekannt.

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Gleisgeometrie ist aus der DE-PS 19 06 980 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die Strahlen wenigstens zweier Lichtsender dazu verwendet, die Auslenkung zweier Licht­ empfänger zu bestimmen, von denen jeder über einen Träger mit einer Rolle verbunden ist, die auf der Ober­ fläche einer Schiene aufliegt. Die Strahlen dienen also dazu, den Ort der Schienenoberfläche direkt zu be­ stimmen. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß die parallele Ausrichtung zweier Licht­ strahlen auf eine Strecke von 100 m und mehr aufwendig ist.

Eine Vorrichtung, die mit einem Laser arbeitet, ist aus dem Artikel "Neue Gleismeßverfahren" in "ZEV-Glas. Ann. 102 (1978) S. 343 f." von O. Budde und W. Michels be­ kannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Gleisfahrzeug verwendet, von dem aus ein Belastungsbalken mit einer definierten Vorlast auf das Gleis gepreßt wird. Dieser Balken ist mit einem Neigungsmesser zur Erfassung der Querneigung sowie mit Tastern zur Erfassung der ver­ tikalen und horizontalen Lage der Schienen ausgerüstet. Die Taster greifen bei jeder Messung das Schienenprofil in Richtung quer zur Schienenlängsachse ab. An einem mit diesem Balken verbundenen Kragarm befindet sich eine Einrichtung zur Erfassung der Position eines La­ serstrahls eines Lasers, der neben dem Gleis ortsfest auf einem Stativ aufgebaut ist.

Um mit dieser schrittweise arbeitenden Vorrichtung noch Wellenlängen in der Größenordnung von 60 cm (Schwellen­ abstand) erfassen zu können, ist es erforderlich auf einer Strecke von 60 cm Länge etwa 5 Messungen durchzu­ führen. Zum Verfahren der Vorrichtung muß jedoch der Belastungsbalken angehoben und zur anschließenden Mes­ sung wieder abgesenkt werden. Dieses schrittweise Vor­ rücken des Fahrzeuges ist zeitraubend. Dabei erhöht die Ausbildung der Taster, die jeweils das Schienenprofil quer zur Fahrtrichtung abtasten, die erforderliche Meßzeit weiter.

Darüberhinaus ist von Nachteil, daß die Belastung des Gleises mit dem Belastungsbalken nicht der tatsächli­ chen Belastung durch die kegeligen Radsätze eines Schienenfahrzeuges entspricht, die nicht nur eine in Vertikalrichtung wirkende Kraft, sondern auch eine in Horizontalrichtung wirkende Kraft ausüben.

Ferner ist es bei der bekannten Vorrichtung nachteilig, daß für jeden Meßabschnitt eine außerhalb des Gleiskör­ pers liegende feste Gründung zur Bildung eines Fest­ punktes zum Aufsetzen der Lasereinrichtung gebaut und einem geodätischen Festpunktsystem zugeordnet werden muß. Hierbei können zusätzliche Fehler aufgrund des "rechnerischen Anschließens" der einzelnen Meßabschnit­ te auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, mit der größere Gleisabschnitte schnell und mit realistischer Belastung vermessen wer­ den können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrich­ tung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die Belastung mit dem Radsatz eines Fahrzeuges erhält man im Gegensatz zur Belastung mit einem Be­ lastungsbalken, der an den Auflageflächen Rollenumlauf­ schuhe trägt und somit nur Vertikalkräfte in die Schie­ nen einleitet, eine realistische Belastung des Gleises (Vertikal- und Horizontalkräfte), dessen Geometriepara­ meter ermittelt werden sollen.

Da sich die Laserstrahleinrichtung auf einem Schienen­ fahrzeug befindet, das in einer definierten Lage zum Gleis durch einen Handgriff arretiert werden kann, ist an jedem Ort des Gleises eine im geodätischen Sinne zeitweise "Gründung" ohne zusätzliche Maßnahmen mög­ lich. Da damit die Position des Lasers durch die be­ kannte Gleisführung vorgegeben ist, können die ein­ zelnen Meßabschnitte nach der Vermessung eines größeren Gleisabschnittes leicht rechnerisch und ohne nennens­ werte Fehler überlappend "aneinander angesetzt" werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den zusätzlichen Vorteil, daß aufgrund der kurzen Meßzeiten Instabili­ täten des Leitstrahls keine so große Rolle wie beim Stand der Technik spielen.

Aufgrund ihrer großen Genauigkeit kann die erfindungs­ gemäße Vorrichtung zum Kalibrieren von nach anderen Systemen arbeitenden Gleismeßeinrichtungen eingesetzt werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Gemäß Anspruch 3 befindet sich das Meßsystem auf einem Kleinfahrzeug, das an oder unter ein üblicherweise verwendetes Fahrzeug, beispielsweise einen Schwerklein­ wagen (SKL), einen Meßtriebwagen, einen Gleisbauzug oder eine Stopf-, Nivellier- und Richtmaschine ange­ hängt wird. Da die Radsätze des Kleinfahrzeuges prak­ tisch keine Belastung für die Schienen darstellen, ist es durch Variation des Abstandes Kleinfahrzeug/Zugfahr­ zeug, dessen Radsätze die Belastungseinrichtung bilden, möglich, die Gleisgeometrie mit Belastung (kleiner Abstand Kleinfahrzeug/Zugfahrzeug) oder ohne Belastung (großer Abstand Kleinfahrzeug/Zugfahrzeug) zu ermitteln (Anspruch 4).

Die im Anspruch 5 gekennzeichnete einachsige Ausbildung des Kleinfahrzeugs hat den Vorteil, daß das Kleinfahr­ zeug exakt den Gleislagefehlern am Radaufstandspunkt folgt. Dabei ist es weiter vorteilhaft, gemäß Anspruch 5 das einachsige Kleinfahrzeug über eine Stange mit einem weiteren Kleinfahrzeug zu verbinden, auf dem die Auswerteelektronik, die Energieversorgung etc. angeord­ net ist. Hierdurch wird nicht nur ein Verkanten des einachsigen Meßfahrzeuges im Gleis verhindert, sondern auch eine kompakte und autarke Meßstation geschaffen, die bei Bedarf jederzeit an ein beliebiges Zugfahrzeug angehängt werden kann, ohne daß das Zugfahrzeug in irgendeiner Weise modifiziert werden müßte.

Als Sensoren, die die Position der Schienen relativ zu dem Meßsystem erfassen, können beliebige Sensoren, beispielsweise optische Sensoren etc. verwendet werden. Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich je­ doch, wenn - wie im Anspruch 7 gekennzeichnet - als Sensoren Taster verwendet werden, die berührend an den Schienen angreifen. Die Taster können dabei in an sich bekannter Weise Weggeber aufweisen, die z. B. induktive oder kapazitive Aufnehmer sind (Anspruch 8), und die die Ermittelung der einzelnen Lageparameter relativ zu dem Meßsytem gestatten.

Die Laserstrahl-Empfangseinrichtung, mit der die Posi­ tion des Laserstrahls in der von den Sensoren aufge­ spannten Ebene ermittelt wird, so daß der Meßwert der Sensoren auf eine Bezugsgerade bezogen werden kann, kann ebenfalls in beliebiger Weise aufgebaut sein, z. B. kann eine positionsempfindliche Diode verwendet werden. Die im Anspruch 9 gekennzeichnete Empfangseinrichtung hat jedoch den Vorteil, daß mit ihrer Hilfe vergleichs­ weise große Auslenkungen mit einer kleinen position­ sempfindlichen Diode gemessen werden können.

Im Anspruch 10 ist als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung die Verwendung eines Neigungsmessers zur Messung der Neigung des Kleinfahrzeuges gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 den Aufbau von Tastern, die als Sensoren zur Lage­ messung verwendet werden können, und

Fig. 3 ein Vektordiagramm zur Erläuterung des verwendeten Meßsystems.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, die ein zweiachsiges Laserfahrzeug 1 und ein einachsiges Meßfahrzeug 2 aufweist. Auf dem Laserfahrzeug befindet sich ein horizontal und vertikal justierbarer Laser 3 mit einer entsprechenden Projekti­ onsoptik.

Das Meßfahrzeug 2 befindet sich in Fig. 1 in unmittel­ barer Nähe eines Fahrzeuges, von dem in Fig. 1 nur ein Rad eines Radsatzes 4 dargestellt ist. Ferner ist mit dem einachsigen Meßfahrzeug 2 über eine Stange 5 ein Versorgungsfahrzeug 6 verbunden, das die einzelnen elektronischen Baugruppen für die Sensoren, die Auswer­ teschaltung etc. und die Energieversorgung trägt. Dar­ überhinaus ist an dem Versorgungsfahrzeug 6 eine Ein­ richtung zur Messung des zurückgelegten Weges ange­ bracht.

Die Koppelung des Meßfahrzeuges 2 mit dem Versorgungs­ fahrzeug 6 über die Stange 5 verhindert ein Verkanten des einachsigen Meßfahrzeuges 2 im Gleis. Durch die Verbindung des Fahrzeugs 2 über die Stange 5 mit dem Fahrzeug 6 wird erreicht, daß die x-Achse des Körper­ koordinatensystems des Meßfahrzeugs 2 hinreichend genau der Längsachse des Gleises folgt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befin­ det sich das Meßfahrzeug 2 in unmittelbarer Nähe des Radsatzes 4 eines beliebigen Zugfahrzeuges, also im Einflußbereich des jeweiligen Radaufstandspunktes 7 mit einer der Achslast des Zugfahrzeuges entsprechenden Auflast. Das Meßzeug 2 kann jedoch auch einen größeren Abstand von dem Zugfahrzeug mit dem Radsatz 4 haben, so daß das Meßfahrzeug die Gleisgeometrie im "unbelasteten Zustand" erfaßt.

Auf dem Meßfahrzeug 2 befindet sich eine Laserstrahl- Empfangseinrichtung 8, die aus einer als Mattscheibe ausgebildeten Referenzfläche 9, einer Linse 10 und einer y-/z-positionsempfindlichen Diode 11 besteht. Aufgrund dieser Ausbildung gestattet die Laser­ empfangseinrichtung 8, wie unmittelbar ersichtlich ist, die y- und z-Position des Laserstrahls 12 des Lasers 3 auf der Referenzfläche 9 direkt zu messen, wobei die Größe der Referenzfläche 9 sehr viel größer als die lichtempfindliche Fläche der positionsempfindlichen Diode 11 sein kann.

Ferner befinden sich an dem Meßfahrzeug 2 ein Neigungs­ messer 20 (Fig. 2) sowie ein Satz von Tastern 13, die die Erfassung der Position der Schienen, von dem in Fig. 1 lediglich eine Schiene 21 dargestellt ist, rela­ tiv zu dem Meßfahrzeug 2 gestatten.

In Fig. 2 ist ein Taster-Satz 13 für die rechte Schiene 21 im einzelnen dargestellt. Ein entsprechend spiegel­ bildlich aufgebauter Taster-Satz ist auch für die linke Schiene vorgesehen.

Der Taster-Satz weist einen über eine Verschiebeein­ richtung 14 horizontal beweglichen Schleifer 15 auf, der die Innenflanke der Schiene 21 im Punkt 16 14 mm unterhalb der Schienenfahrfläche 17 berührt. Die seit­ liche Position dieses Schleifers 15 bezogen auf das Meßfahrzeug 2 wird mit Hilfe eines Weggebers 18 erfaßt. Gleichzeitig dient der Schleifer 15 aber auch als Füh­ rung für den Weggeber 19, der die vertikale Position der Schienenfahrfläche 17 bezogen auf das Meßfahrzeug 2 erfaßt.

Die Weggeber 18 und 19 können induktive oder kapazitive Wegaufnehmer sein. Natürlich können auch nach anderen Meßprinzipien arbeitende Weggeber verwendet werden. Ferner sind in Fig. 2 ein Neigungsmesser 20, der die Querneigung des Meßfahrzeugs 2 gegenüber der Horizonta­ len erfaßt, und die Referenzfläche 8 mit dem "Auftreff­ punkt" des Laserstrahls 12 dargestellt.

Fig. 3 zeigt schematisch in einem Vektorzug, wie die Ausgangssignale der 4 Weggeber 18 und 19 (zwei für die linke und zwei für die rechte Schiene), die Signale der Laserstrahl-Empfangseinrichtung 8, des Neigungsmessers 20 sowie die verschiedenen durch die Geometrie des Meßfahrzeuges 2 fest vorgegebenen Größen verknüpft werden. Durch einfache mathematische Operationen, die von einer nichtdargestellten Auswerteschaltung aus­ geführt werden, lassen sich die gesuchten Größen Spur­ weite s, "Höhenlage links" hl, "Höhenlage rechts" hr, "Seitenlage links" yl, "Seitenlage rechts" yr sowie die Überhöhung ü bestimmen und bezogen auf den jeweiligen Streckenpunkt in geeigneter Form aufzeichnen.

Die Auswerteschaltung kann dabei aus einer beliebig aufgebauten Analog- oder Digitalschaltung aber auch aus einem Mikro- oder Minicomputer bestehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Da der Laserstrahl 12 nur über eine beschränkte Länge (typischerweise ca. 50 m) als Bezug ausnutzbar ist, werden größere Abschnitte unterabschnittsweise vermes­ sen. Das gleiche gilt für Bögen, in denen der Laser­ strahl der Bogenkrümmung nicht folgen kann.

Innerhalb eines Meß-Unterabschnittes werden das Meß- und Versorgungsfahrzeug 2 bzw. 6 kontinuierlich auf das stehende Laserfahrzeug 1 zu- oder wegbewegt, wobei mittels der Taster-Sätze 13 eine kontinuierliche Erfas­ sung der Lage der Schienen bezogen auf das Meßfahrzeug 2 und mittels des Neigungsmessers 20 eine kontinuierli­ che Erfassung der Querneigung des Meßfahrzeuges 2 bezo­ gen auf die Horizontale erfolgt. Ferner wird gleichzei­ tig die Position des Laserstrahls (12) auf der Refe­ renzfläche erfaßt. Anschließend wird das Laserfahrzeug 1 um ein bestimmtes Stück, dessen Länge von der Stabil­ ität des Laserstrahls sowie davon abhängt, ob das zu vermessende Gleis Kurven etc. aufweist, verfahren, und der nächste Unterabschnitt vermessen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Meß-Unterabschnit­ te überlappen, da hierdurch ein leichter Anschluß der einzelnen Meß-Unterabschnitte aneinander möglich ist.

Die vorstehend kurz beschriebene Auswerteschaltung ermittelt dann aus den gemessenen Daten sowie dem ge­ messenen zurückgelegten Weg in der in Fig. 3 angegebe­ nen Weise quasikontinuierlich bei digitaler Verarbei­ tung oder kontinuierlich bei analoger Verarbeitung die entsprechenden Gleisgeometrieparameter für den zu ver­ messenden Unterabschnitt und setzt gegebenfalls die einzelnen Unterabschnitte zu dem insgesamt zu vermes­ senden Abschnitt zusammen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Gleisgeometrie mit

• - einem Laser (3), der auf einem auf den Schienen fahrbaren Fahrzeug (1) angeordnet ist, das während der Vermessung eines Gleisabschnittes ortsfest bleibt, und zur Vermessung des jeweils nächsten Gleisabschnittes verschoben wird, und dessen Laserstrahl (12) eine Be­ zugsgerade aufspannt,
• - einem auf den Schienen (21) fahrenden Fahrzeug ange­ ordneten Meßsystem, das Sensoren (13), die jeweils einer Schiene zugeordnet sind und die Position der Schienen (21) relativ zu dem Meßsystem erfassen, und eine Laserstrahl-Empfangseinrichtung (8) aufweist, die die Position des Laserstrahls (12) in der von den Sen­ soren aufgespannten Ebene ermittelt, wobei das Meß­ system mit dem Radsatz (4) einer Gleis-Belastungsein­ richtung zusammenwirkt, und
• - einer Auswerteschaltung, die aus den Ausgangssigna­ len der Sensoren und der Laserstrahl-Empfangseinrich­ tung die Gleisgeometrie ermittelt,
• - wobei das Meßsystem bei der Vermessung eines be­ stimmten Gleisabschnitts auf das stehende Laserfahrzeug (1) zu- oder wegbewegbar ist, und
• - die Sensoren (13) zur Bestimmung der Position jeder Schiene (14) die Lage eines Punktes (16) an der Schie­ nen-Innenfläche und der Schienen-Oberfläche (17) re­ lativ zum Fahrzeug (2) ermitteln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem auf einem Fahrzeug angebracht ist, dessen Radsatz (4) die Be­ lastungseinrichtung darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem auf einem Kleinfahrzeug (2) angeordnet ist, das an ein Zugfahr­ zeug angehängt wird, dessen dem Kleinfahrzeug zuge­ wandter Radsatz (4) die Belastungseinrichtung dar­ stellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Variation des Abstan­ des Radaufstandspunkt (7) zu der von den Sensoren auf­ gespannten Ebene die Gleisgeometrie mit voller, teil­ weise oder ohne Last verfaßt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleinfahrzeug (2) ein einachsiges Meßfahrzeug ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiachsiges Versor­ gungsfahrzeug (6), das die Auswerteschaltung, die Ener­ gieversorgung etc. aufnimmt, mit dem Meßfahrzeug über eine Stange (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren (13) Taster ver­ wendet werden, die berührend an den Schienen angreifen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taster (13) induktive oder kapazitive Wegaufnehmer (18, 19) aufwei­ sen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahl-Empfangs­ einrichtung (8) eine Mattscheibe (9) aufweist, auf der der Laserstrahl (12) auftrifft, und die mittels einer Linse (10) auf einer positionsempfindlichen Diode (11) abgebildet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Verdre­ hung der x-Achse des Kleinfahrzeugs (2) gegenüber der Horizontalrichtung ein Neigungsmesser (20) vorgesehen ist.