DE3611795A1 - Optoelectronic systems for contactless measurement during travel of: cross-sectional contour of railway rails, cross-sectional contour and characteristics I, C, QR of railway wheels, cross-section of railway waggons, and lateral and height deviations of railway rails - Google Patents
Optoelectronic systems for contactless measurement during travel of: cross-sectional contour of railway rails, cross-sectional contour and characteristics I, C, QR of railway wheels, cross-section of railway waggons, and lateral and height deviations of railway railsInfo
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Abstract
Description
Optisch-elektronische Systeme zum berührungslosen Messen während der Fahrt von: Querschnittsumriß der Eisenbahnschienen, Querschnittsumriß und Kenngrößen I, C, q R der Eisenbahnräder, Durchmesser der Eisenbahnräder, Querschnitt der Eisenbahnwaggons, Seiten und Höhenabweichungen von Eisenbahnschienen.Optical-electronic systems for non-contact measurement while driving: cross-sectional outline of the railroad tracks, cross-sectional outline and parameters I, C , q R of the railway wheels, diameter of the railway wheels, cross section of the railway carriages, sides and height deviations of railway tracks.
Die Erfindung betrifft optisch-elektronische Systeme zum Messen während der Fahrt und ohne Berührung von: Querschnittsumriß (Profil) der Eisenbahnschienen, Querschnittsumriß (Profil) und Kenngrößen I, C, q R - laut UIC-Definition der Räder von Eisenbahnwaggons, Durchmesser der Waggonräder, Querschnitt des Waggons, Seiten und Höhenabweichungen von Eisenbahnschienen.The invention relates to optical-electronic systems for measuring while driving and without touching: cross-sectional outline (profile) of the railroad tracks, cross-sectional outline (profile) and parameters I, C , q R - according to the UIC definition of the wheels of railway wagons, diameter of the wagon wheels, Cross section of the wagon, sides and height deviations of railroad tracks.
Die Erfindung ist ein Zusatz zu der Erfindung "System zum Messen der Spurweite, sowie des horizontalen und vertikalen Verschleißes von Eisenbahnschienen", welche am 29. 10. 1985 unter der Nr. P 35 38 439.-5-52 beim Deutschen Patentamt in München angemeldet wurde.The invention is an addition to the invention "System for measuring the track width, as well as the horizontal and vertical wear of railroad tracks ", which on October 29, 1985 at No. P 35 38 439.-5-52 German patent office was registered in Munich.
Zum Messen der oben angeführten Elemente werden z. Zt. nur Abtast-Umsetzer verwendet, welche die Messung in quasi statischem Regime durchführen. So wird zum Messen des Querprofils von Eisenbahnschienen zur Zeit das Gerät PT-25 der Firma Speno International S.A. Geneve eingesetzt, welches den Querschnittsumriß nur im statischen Betrieb mit Hilfe von mechanischen Kontaktumsetzern liefern kann. Das Meßergebnis wird beim Gerät PT-25 direkt auf Papier aufgezeichnet, oder auf Magnetband abgespeichert.To measure the elements listed above, e.g. Zt. only scan converter used, the measurement in quasi static regime. How to measure the cross section of railroad tracks currently the PT-25 device from Speno International S.A. Geneve used, which the cross-sectional outline only in static operation with the help of mechanical contact converters can deliver. The measurement result is on the PT-25 recorded directly on paper or stored on magnetic tape.
Die Nachteile dieses Gerätes bestehen darin, daß wegen der statischen Aufzeichnungsart keine kontinuierliche Messung bzw. Prüfung des Schienenprofils möglich ist. The disadvantages of this device are that because the static recording type no continuous measurement or testing the rail profile is possible.
Andere bekannte Systeme benützen mehrere mechanische Umwandler zum Messen des Schienenprofils und arbeiten in quasi-statischem Regime, d. h. mit sehr geringer Fahrtgeschwindigkeit. Ein solches System ist RA-204 Rail Analyzer der Firma Jackson Jordan, Inc. USA. Solche Systeme haben auch die Firmen Plasser & Theurer Österreich und Speno International SA Geneve entwickelt, um die Qualität der mechanischen Bearbeitung von Schienen zu bestimmen. Diese Firmen bauen nämlich Roboter und Schleifmaschinen, welche die Laufeigenschaften der Schienenoberfläche wieder herstellen; die Prüfung erfolgt dann mit Hilfe der oben genannten Systeme.Other known systems use several mechanical ones Transducer for measuring the rail profile and working in a quasi-static regime, d. H. with very little Travel speed. One such system is RA-204 Rail Analyzer from Jackson Jordan, Inc. USA. The Plasser & Theurer companies also have such systems Austria and Speno International SA Geneve developed, to the quality of the machining of rails to determine. These companies build robots and Grinding machines which determine the running properties of the Restore track surface; the test takes place then using the systems mentioned above.
Die Nachteile dieser Systeme bestehen darin, daß sie nur bei sehr kleinen Geschwindigkeiten eingesetzt werden können, und daß sie hohe Wartungs- und Einsatzkosten erfordern.The disadvantages of these systems are that they only can be used at very low speeds, and that they require high maintenance and deployment costs.
Eine schnellere Bestimmung des gesamten Schienenprofils würde den selektiven Einsatz der Schleifmaschinen, in den Abschnitten, in denen die Schiene abgenutzt ist, erlauben. Dies würde eine schnellere und wirtschaftlichere Wartung der Eisenbahnstrecken ermöglichen und sowohl zu einer Kostensenkung führen, als auch den Einsatz von höheren Fahrtgeschwindigkeiten erlauben.A faster determination of the entire rail profile would selectively use the grinding machines in the Allow sections where the rail is worn. This would make maintenance faster and more economical of the railway lines enable and both to reduce costs lead, as well as the use of higher speeds allow.
Zum kontaktlosen Messen während der Fahrt des Durchmessers der Waggonräder in der Laufzone und des Querschnittsumrisses des Rades sind bis jetzt keine Systeme oder patentierte Ideen bekannt. For contactless measurement while the diameter is traveling the wagon wheels in the running zone and the cross-sectional outline of the wheel are not yet systems or patented ideas known.
Zum Messen des Querschnitts von Eisenbahnwaggons sind mechanische Systeme bekannt, welche in den Herstellungswerken prüfen, ob der Waggon in eine Umrißschablone paßt. Für solche Prüfungen werden auch optisch-elektronische Systeme eingesetzt, welche Bündel von Infrarotstrahlen benützen; falls diese Strahlen unterbrochen werden, erzeugt das System optische und akustische Warnsignale. Mit solchen Systemen kann während der Fahrt überprüft werden, ob verschiedene Umrißmuster eingehalten sind. Sie messen nur die Einhaltung des Umrisses als ganzes, nicht jedoch den tatsächlichen Umriß des Waggons und dessen Größen. Zum Messen bestimmter Umrißgrößen eines Waggons im Stillstand gibt es den Prüfstand des Instituts für Eisenbahnforschung der Polnischen Eisenbahnen (PKP) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Messungen und Meßgeräte des Polytechnikums Warschau. Dieser Prüfstand erlaubt das Messen einiger Größen und Parallelismen von Waggons mit Hilfe optisch- mechanischer Umsetzer. Dieser Prüfstand ist sehr teuer und schwerfällig und erlaubt keine Aufzeichnung während der Fahrt vom Waggonquerschnitt.To measure the cross section of railway wagons are mechanical Systems known in the manufacturing plants check whether the wagon fits into an outline template. Optical-electronic systems are also used for such tests used which use bundles of infrared rays; if these rays are interrupted, the system generates optical and acoustic warning signals. With such systems can be checked while driving whether different Outline patterns are adhered to. You only measure compliance of the outline as a whole, but not the actual one Outline of the wagon and its sizes. For measuring certain There are outline sizes of a wagon at a standstill the test bench of the Institute for Railway Research of the Polish Railways (PKP) in cooperation with the Institute for Measurements and Measuring Devices of the Polytechnic Warsaw. This test bench allows the measurement of some Sizes and parallelisms of wagons with the help of optical mechanical converter. This test bench is very expensive and unwieldy and does not allow recording during the journey from the wagon cross section.
Der horizontale und vertikale Verschleiß,im Vorangegangenen beschrieben, ist durch den Verlust von Schienenmaterial in der Laufzone gekennzeichnet, verursacht durch die Reibung mit den Rädern. Der Schienenverbrauch kann aber nicht nur durch Materialverlust, sondern auch durch Verformung entstehen. Die Verformungen der Schiene führen zur Verschlechterung der Fahrtqualität, zu erhöhter Entgleisungsgefahr und zu größerem Widerstand gegen die Vorwärtsbewegung, also zu erhöhtem Energieverbrauch. Die wellenartigen Verformungen der Schiene in der horizontalen Ebene sind gekennzeichnet durch den Begriff Seitenabweichung, in der vertikalen Ebene durch den Begriff Höhenabweichung. Da die Verformungen wellenartig sind, können sie durch die Größen Wellenlänge und Schwingungsweite der Verformung beschrieben werden. In der Praxis werden die Seitenabweichungen und Höhenabweichungen für vorgegebene Entfernungen angegeben, meistens für Strecken zwischen 2,5 bis 7,5 m. The horizontal and vertical wear, in the previous is described by the loss of rail material marked in the running zone, caused by the friction with the wheels. The rail consumption can but not only through loss of material, but also through Deformation arise. Guide the deformations of the rail to deteriorate the ride quality, to increase the risk of derailment and more resistance to the forward movement, so to increased energy consumption. The wave-like deformations of the rail in the horizontal Level are characterized by the term side deviation, in the vertical plane by the term height deviation. Since the deformations are wave-like, they can be caused by the Wavelength and range of vibration of the deformation are described will. In practice, the side deviations and height deviations for specified distances, mostly for distances between 2.5 to 7.5 m.
Spezielle Meßwagen zum Aufzeichnen der Streckeneigenschaften, wie sie die Firmen Plasser + Theurer, Österreich, Speno International - Schweiz oder Matissa Schweiz bauen, erfassen Abweichungen δ, entsprechend der Fig. 7 indem sie die Abstände P 1, P 2, P 3 zwischen einer starren Stange ST und der Schiene messen. Die Messungen erfolgen in der horizontalen Ebene zum Bestimmen der Seitenabweichung und in der vertikalen Ebene zum Bestimmen der Höhenabweichung.Special measuring vehicles for recording the route properties, such as those built by Plasser + Theurer, Austria, Speno International - Switzerland or Matissa Switzerland, detect deviations δ , according to FIG. 7, by stopping the distances P 1 , P 2 , P 3 between rigid ones Measure the ST rod and the rail. The measurements are carried out in the horizontal plane to determine the side deviation and in the vertical plane to determine the height deviation.
Die Entfernungen P 1, P 2, P 3 werden dabei durch Kontaktgeber gemessen. Die Nachteile dieser Systeme bestehen einerseits darin, daß die Verwendung von Kontaktgebern große Ansprüche an die Wartung stellt, und daß andererseits auch die Abnutzung durch Materialverlust in den Entfernungen P 1, P 2, P 3 enthalten ist. Praktisch messen diese Systeme die Summe des Schienenverbrauchs, bestehend aus der Schienenverformung und dem Materialverlust, welcher durch die Reibung Rad-Schiene entstanden ist.The distances P 1 , P 2 , P 3 are measured by contactors. The disadvantages of these systems are on the one hand that the use of contactors places great demands on maintenance, and on the other hand that the wear and tear due to material loss is included in the distances P 1 , P 2 , P 3 . In practice, these systems measure the sum of the rail consumption, consisting of the rail deformation and the material loss, which is caused by the wheel-rail friction.
Die Verwaltung der holländischen Eisenbahnen NS, zusammen mit der Universität von Delft haben ein System zum Messen der Höhen- und Seitenabweichung ohne Berührung gebaut. Dazu wird ein Trägersystem benützt, in welchem die Beschleunigungen des Wagenkastens gleichzeitig mit den relativen Bewegungen zwischen Rad und Schiene gemessen werden. Die Nachteile dieses Systems bestehen darin, daß die Messungen nur bei einer Geschwindigkeit von mehr als 40 km/Stunde durchgeführt werden können und daß ähnlich wie bei den vorangegangenen Systemen auch dieses System den Materialverlust an der Schiene mit deren Abweichungen kumuliert. The administration of the Dutch railways NS, together with the University of Delft have a system for measuring the height and side deviation built without touching. For this purpose, a carrier system is used, in which the accelerations of the car body simultaneously with the relative Movements between wheel and rail can be measured. The disadvantages of this system are that the measurements only at a speed of more than 40 km / hour can be carried out and that similar to the previous Systems also this system the material loss accumulated on the rail with its deviations.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele des Systems in Verbindung auch mit Zeichnungen gegeben:The following are exemplary embodiments of the system in Connection also given with drawings:
- Fig. 1 zeigt die erste Variante der Herstellung des Systems zum Messen des Querschnittsumrisses (Profils) von Eisenbahnschienen;- Fig. 1 shows the first variant of the production of the system for measuring the cross-sectional outline (profile) of railroad tracks;
- Fig. 2 zeigt die zweite Variante der Herstellung des Systems zum Messen des Profils von Eisenbahnschienen;- Fig. 2 shows the second variant of the preparation of the system for measuring the profile of railway tracks;
- Fig. 3 zeigt das elektronische Schaltschema zur Verarbeitung der geformten Ausgangssignale im Falle der Benutzung der zweiten Variante;- Fig. 3 shows the electronic circuit diagram for processing of the shaped output signals in the case of the use of the second variant;
- Fig. 4 zeigt das System zum Messen des Profils und der Kenngröße I, C, q R der Waggonräder;- Fig. 4 shows the system for measuring the profile and the parameter I, C, Q R of the carriage wheels;
- Fig. 5 zeigt das System zum Messen des Durchmessers in der Laufzone von Waggonrädern;- Fig. 5 shows the system for measuring the diameter in the tread zone of car wheels;
- Fig. 6 zeigt das System zum Messen des Querschnittes von Waggons.- Fig. 6 shows the system for measuring the cross-section of wagons.
Das System zum Messen des Profils von Eisenbahnschienen beseitigt die oben erwähnten Nachteile dadurch, daß zum kontaktlosen Messen während der Fahrt, in der ersten Variante eine Beleuchtung des Schienenumrisses mit einem optischen System erfolgt. Dieses System besteht aus einem radialen Projektor im Inneren einer rotierenden Trommel. Durch die Schlitze dieser Trommel erfolgt somit eine fächerförmige Ausleuchtung. Die Projektionen der Lauffläche der Schiene auf eine mit ihr parallele Oberfläche und auf eine zu ihr vertikal stehenden Oberfläche, werden mit Hilfe eines optisch- elektronischen Systems gelesen. Letzteres System, welches in der Haupterfindung beschrieben ist, besteht aus einer Linse in deren Brennpunkt sich ein Bündel Glasfasern befindet, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Alle Glasfasern derselben Spalte führen zu demselben Phototransistor, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches dann von den Eingangs-, Verstärker- und Formschaltkreisen verarbeitet wird. Beim Ausgang des Formschaltkreises ermält man logisch 1 (+5 Volt) wenn der Phototransistor beleuchtet wurde, und logisch 0 (0 V), wenn er nicht beleuchtet wurde. Alle Ausgänge der Formstufe werden von einem Summierer addiert zu einer Spannung, die proportional mit der Anzahl der beleuchteten Spalten von Glasfasern ist. Ein Anzeigensystem mit rechtswinkligem Koordinatensystem (Osziloskop, Bildschirm) kann die Spannungen der Summierer in ein Bild des Schienenprofils umwandeln, für jedes Bestreichen mit dem Lichtfächer eines.The system for measuring the profile of railroad tracks eliminates the disadvantages mentioned above in that contactless measurement while driving, in the first variant Illumination of the rail outline with an optical System takes place. This system consists of a radial projector inside a rotating drum. Through the Slots of this drum thus takes a fan-shaped Illumination. The projections of the tread of the rail on a surface parallel to it and on one to it vertical surface, with the help of an optical electronic system read. The latter system, which in The main invention described consists of a lens at the focal point is a bundle of glass fibers that are arranged in rows and columns. All glass fibers of the same Columns lead to the same phototransistor that one generated electrical signal, which is then from the input, Amplifier and form circuits is processed. At the exit the logic circuit is logically 1 (+5 volts) when the phototransistor has been illuminated and logic 0 (0 V) if it was not illuminated. All outputs of the Form stage are added by a summer to a voltage, which is proportional to the number of illuminated columns of glass fibers. A display system with right-angled Coordinate system (oscilloscope, screen) can Convert voltages of the summers into an image of the rail profile, for each brushing with the light fan one.
Zum Zwecke einer genaueren Aufzeichnung des Profils kann das optische System, welches die vertikale Projektion liest, um den Winkel α zur senkrechten gedreht werden, so daß den linearen Veränderungen der beleuchteten Oberfläche, lineare Veränderungen der gelesenen Spannungen entsprechen. Die elektrische Spannung, welche in diesem Falle aufgezeichnet wird, muß vorher mit cosα multipliziert werden.For a more accurate recording of the profile, the optical system reading the vertical projection can be rotated by the angle α to the vertical so that the linear changes in the illuminated surface correspond to linear changes in the read voltages. The electrical voltage recorded in this case must be multiplied by cos α beforehand.
Die zweite Variante der Ausführung des Systems zur kontaktlosen Messung (während der Fahrt) des Schienenumrisses benützt eine kontinuierliche Beleuchtung der seitlichen unteren Schienenteile, und die obere Bestreichung wird mit einem schmalen Bündel klassischer oder Laser-Strahlen durchgeführt, wobei der Bestreichungseffekt durch ein mit Spiegeln belegtes, drehbares Prisma erfolgt.The second variant of the execution of the system for contactless Measurement (while driving) of the rail outline used continuous lighting of the lower side Rail parts, and the top coating is done with a narrow bundles of classic or laser beams, the brushing effect by a mirror rotating prism.
Das Ablesen der Projektionen der Lauffläche auf eine zu ihr parallelen Oberfläche sowie auf eine Oberfläche, die mit der Vertikalen den Winkel α bildet, erfolgt mit demselben optisch- elektronischen System, welches in der Haupterfindung beschrieben ist und welches auch in der ersten Variante benutzt wurde - bis zur Formstufe. Zwischen der Formstufe und dem Summierer wird eine Reihe UND-Schaltkreise mit 3 Eingängen zwischengeschaltet, welche die Störsignale ausscheidet. The reading of the projections of the tread onto a surface parallel to it and onto a surface which forms the angle α with the vertical takes place with the same optical-electronic system which is described in the main invention and which was also used in the first variant - up to the form level. A series of AND circuits with 3 inputs is interposed between the mold stage and the summer, which eliminates the interference signals.
Die Ausgänge der UND-Schaltkreise werden in 2 Reihen ODER-Schaltungen eingeführt, welche so arbeiten wie es in der Haupterfindung beschrieben wurde, um die Spurweite zu ermitteln. Die Ausgänge der ODER-Schaltungen werden in eine zweite Reihe UND-Schaltungen geleitet, welche logisch 1 generieren für die Oberfläche zwischen den 2 beleuchteten Zonen, samt den beleuchteten Zonen selbst. Die Ausgänge dieser UND-Schaltkreise stellen die Eingänge für die Summierer dar, welche eine Spannung erzeugen, die proportional mit den beleuchteten Oberflächen und der zwischen ihnen liegenden Zone ist. Für jede Bestreichung der Schiene mit dem Lichtbündel wird der Anzeiger eine Kurve aufzeichnen, welche den Querschnitt (das Profil) der Schiene darstellt. Im Falle, daß das zur Lauffläche senkrecht stehende System um den Winkel α zur Vertikalen gedreht wird, muß die Spannung beim Ausgang des Summierers mit cosα multipliziert werden, bevor sie in den Anzeiger eingegeben wird.The outputs of the AND circuits are introduced in 2 rows of OR circuits, which operate as described in the main invention to determine the track width. The outputs of the OR circuits are routed to a second row of AND circuits, which logically generate 1 for the surface between the 2 illuminated zones, including the illuminated zones themselves. The outputs of these AND circuits represent the inputs for the summers, which generate a voltage that is proportional to the illuminated surfaces and the zone between them. For each sweep of the rail with the light beam, the indicator will record a curve that represents the cross-section (profile) of the rail. In the event that the system perpendicular to the tread is rotated by the angle α to the vertical, the voltage at the output of the summer must be multiplied by cos α before it is entered into the indicator.
Im folgenden wird ein Herstellungsbeispiel der 1. Variante des Systems zum Messen des Querschnittsumrisses (Profils) einer Schiene im Zusammenhang mit Fig. 1 gegeben. Das optische Projektionssystem OS besteht aus einer Lichtquelle Q mit Spiegel und der rotierenden Trommel T, wie in der Zeichnung sichtbar. Das System zum Auswerten des projektierten Lichtes - wie es die Fig. 2 in der Haupterfindung zeigt - besteht aus den Linsen LS und LD, in deren Brennpunkt sich Bündel von Glasfasern GS befinden, angeordnet in Reihen und Spalten. Alle Fasern derselben Spalte führen zu demselben Phototransistor. Das Signal des Phototransistors wird dann weiterverarbeitet von einer Eingangs E, Verstärker V und Former F Schaltstufe. Die Summierer Σ 1 und Σ 2 übernehmen die Impulse des Formers und erzeugen bei ihrem Ausgang Spannungen, die proportional mit den beleuchteten Oberflächen sind. Die Trommel T, welche sich dreht - wie in Fig. 1 gezeigt, beleuchtet die Schiene in der Reihenfolge der Punkte c, d, f, g, h, p. In the following, a manufacturing example of the 1st variant of the system for measuring the cross-sectional outline (profile) of a rail is given in connection with FIG. 1. The optical projection system OS consists of a light source Q with a mirror and the rotating drum T , as can be seen in the drawing. The system for evaluating the projected light - as shown in FIG. 2 in the main invention - consists of the lenses LS and LD , in the focus of which are bundles of glass fibers GS , arranged in rows and columns. All fibers in the same column lead to the same phototransistor. The signal from the phototransistor is then further processed by an input E , amplifier V and former F switching stage. The summers Σ 1 and Σ 2 take over the impulses of the former and generate voltages at their output that are proportional to the illuminated surfaces. The drum T , which rotates - as shown in Fig. 1, illuminates the rail in the order of points c, d, f, g, h, p .
Die Trommel ist so angeordnet, daß die Beleuchtung des Punktes c unter einem Winkel von 45° erfolgt, um ihn möglichst genau hervorzuheben. Man berücksichtigt dabei die Tatsache, daß das Stück ab bei jedem Schienetyp 30° mit der Waagerechten bildet. Das Projektionssystem wird die Schiene mit einem Fächer von Lichtstrahlen beleuchten, welcher sich vom Punkt c zum Punkt p hin öffnet. Die Projektion auf der Horizontalen wird direkt mit der Linse LS gelesen, die auf der Vertikalen mit der Linse LD, jedoch nach der Spiegelung durch den Vollspiegel TS 2. Zum Zwecke einer genaueren Aufnahme des Profils, kann die Linse LD um den Winkel α zur Vertikalen gedreht werden, wobei sie die Stellung LD α einnimmt. Das Signal, welches in den Registrator geleitet wird, muß in diesem Fall vorher mit cosα multipliziert werden.The drum is arranged so that point c is illuminated at an angle of 45 ° in order to emphasize it as precisely as possible. One takes into account the fact that the piece forms 30 ° with the horizontal for each type of rail. The projection system will illuminate the rail with a fan of light rays, which opens from point c to point p . The projection on the horizontal is read directly with the lens LS , that on the vertical with the lens LD , but after reflection by the full mirror TS 2 . For the purpose of a more precise recording of the profile, the lens LD can be rotated by the angle α to the vertical, taking the position LD α . In this case, the signal that is sent to the registrar must be multiplied by cos α beforehand.
Den Umriß des Schienenquerschnittes braucht man, wenn man entscheiden will, ob die Schiene ausgewechselt oder bearbeitet werden soll. Außerdem ist die Kenntnis des Umrisses unbedingt erforderlich während der Bearbeitung um zu verfolgen, wie sich der Querschnittsumriß den UIC-Normen nähert. Daher ist es wünschenswert, daß die Messungen mit einer größtmöglichen Genauigkeit erfolgen, um auch kleine Unregelmäßigkeiten zu erfassen, so wie die in der Fig. 1 rechts und links vom Punkt g auf der Schiene angedeuteten.You need the outline of the rail cross-section if you want to decide whether the rail should be replaced or edited. In addition, knowledge of the outline is essential during processing to track how the cross-sectional outline approximates the UIC standards. It is therefore desirable for the measurements to be carried out with the greatest possible accuracy in order to detect even small irregularities, such as those indicated on the rail to the right and left of point g in FIG. 1.
Die Lesegenauigkeit kann elektronisch oder optisch verbessert werden. Elektronisch dadurch, daß vor der Aufzeichnung des Profils die Ausgangssignale des Summierers weiter verstärkt werden oder durch den Vergrößerungs-(Lupen-)Effekt für bestimmte Abschnitte der Profilkurve im Falle einer Aufzeichnung durch Osziloskop oder Bildschirm. Die optische Verbesserung der Lesegenauigkeit erfolgt durch die Verwendung von Glasfasern mit immer kleinerem Durchmesser oder durch eine vorteilhafte Auswahl der Bildgröße im Brennpunkt. Reading accuracy can be improved electronically or optically will. Electronically by the fact that before the recording of the Profile further amplifies the output signals of the summer or through the magnifying (magnifying) effect for certain Sections of the profile curve in the case of a recording through oscilloscope or screen. The optical improvement of the Reading accuracy is achieved through the use of Glass fibers with an ever smaller diameter or through one advantageous selection of the image size in the focus.
Ein anderes Herstellungsbeispiel des Systems zum Messen des Schienenprofils während der Fahrt und ohne Berührung wird in der Fig. 2 gegeben. Das Projektionssystem OS beinhaltet eine Lichtquelle Q mit Hohlspiegel. Diese beleuchtet die Schiene unter einem Winkel von 45° nur in der Zone cd (ca. 10 mm). Der Krümmungspunkt c wird genau ermittelt, da unterhalb von ihm die Schiene in der Zone ab immer einen Winkel von 30° mit der Waagerechten bildet. Die obere Fläche der Schiene wird von einem schmalen Strahlenbündel bestrichen, entweder aus einer klassischen Quelle oder Laser. Die Bestreichung erfolgt mit Hilfe einer Spiegeltrommel R, deren Standort so gewählt wird, daß die Beleuchtung des Punktes c unter einem Winkel erfolgt, der größer ist als 45°.Another manufacturing example of the system for measuring the rail profile while driving and without contact is given in FIG. 2. The projection system OS contains a light source Q with a concave mirror. This illuminates the rail at an angle of 45 ° only in the zone cd (approx. 10 mm). The point of curvature c is determined precisely, since below it the rail always forms an angle of 30 ° with the horizontal in the zone. The top surface of the rail is covered by a narrow beam of rays, either from a classic source or laser. The coating is carried out with the aid of a mirror drum R , the location of which is selected so that the point c is illuminated at an angle which is greater than 45 °.
Das Ablesen erfolgt mit Hilfe zweier optischer Systeme LS und LD a. Das erste ist parallel zur Lauffläche und das zweite ist um α° zur Vertikalen geneigt, damit die Schiene besser erfaßt werden kann. Die Auswertung der Beleuchtung und der elektrischen Signale, einschließlich der Formerstufe F erfolgt wie in der Haupterfindung erörtert und wie es auch in der ersten Variante gezeigt wurde.The reading is done with the help of two optical systems LS and LD a . The first is parallel to the tread and the second is inclined by α ° to the vertical so that the rail can be better grasped. The lighting and the electrical signals, including the shaping stage F, are evaluated as discussed in the main invention and as was also shown in the first variant.
Die Signale von der Formstufe F werden in eine Reihe von UND-1 Schaltungen geführt, so wie in Fig. 3 dargestellt. Diese Schaltungen haben 3 Eingänge, welche in der Reihenfolge der Spalten von Glasfasern fortlaufend ausgewählt wurden und dadurch imstande sind, Störsignale auszuschalten, welche in's optische System eingedrungen sind und dabei ein oder höchstens zwei Glasfasern von zwei benachbarten Spalten beleuchtet haben.The signals from the form stage F are fed into a series of AND-1 circuits, as shown in FIG. 3. These circuits have 3 inputs, which have been continuously selected in the order of the columns of glass fibers and are thus able to switch off interference signals which have entered the optical system and have illuminated one or at most two glass fibers from two adjacent columns.
Die Ausgangssignale dieser UND-1 Schaltungen werden in 2 Reihen Schaltungen eingeführt ODER-1 und ODER-2. Die ODER-1- Schaltungen ergeben das Ausgangssignal 1 für alle Spalten von Glasfasern, die sich links jedwelcher beleuchteten Glasfaser befinden, einschließlich dieser letzteren. Die ODER-2-Schaltungen ergeben bei ihrem Ausgang logisch 1 für alle Spalten von Glasfasern, die sich rechts jedwelcher beleuchteten Glasfasern befinden, einschließlich dieser letzteren.The output signals of these AND-1 circuits are introduced in 2 rows of circuits OR-1 and OR-2. The OR-1 circuits give the output signal 1 for all columns of glass fibers that are to the left of any illuminated glass fiber, including the latter. The output of the OR-2 circuits is logic 1 for all columns of glass fibers that are to the right of any illuminated glass fibers, including the latter.
Die Ausgangssignale der Schaltkreise ODER-1 und ODER-2 für ein und dieselbe Spalte werden dann in eine UND-2- Schaltung eingeführt, welche den Ausgangsimpuls 1 für alle Reihen mit Glasfasern ergibt, die zwischen den beleuchteten Zonen liegen, einschließlich dieser Zonen. Die Ausgänge der UND-2-Schaltungen werden in Summierer geführt, die eine Ausgangsspannung ergeben, welche proportional ist mit der Länge der Oberfläche zwischen den beleuchteten Zonen einschließlich derselben. Für jede Bestreichung der Schiene mit dem Strahlenbündel erhält man einen Umriß des Schienenquerschnittes.The outputs of circuits OR-1 and OR-2 for one and the same column are then fed into an AND-2 circuit which gives the output pulse 1 for all rows of glass fibers lying between the illuminated zones, including these zones. The outputs of the AND-2 circuits are fed into summers which give an output voltage which is proportional to the length of the surface between and including the illuminated zones. An outline of the rail cross-section is obtained for each sweep of the rail with the beam.
In der Fig. 3 wird auch gezeigt, wie die Ablesegenauigkeit dadurch vergrößert wird, daß die Ausgangssignale der Summierer vor ihrer Aufzeichnung noch einmal elektronisch verstärkt werden. In der Praxis können die Registriergeräte diese Aufgabe selber erfüllen.In Fig. 3 is also shown how the reading accuracy is increased by the fact that the output signals of the summers are amplified again electronically prior to their recording. In practice, the registration devices can do this themselves.
Die Systeme, die in den Varianten I und II beschrieben wurden, haben folgende Vorteile:The systems described in variants I and II have the following advantages:
- - Die Messung wird nicht von den Schwingungen des optischen Empfangssystems beeinflußt, da die Anzahl der beleuchteten Spalten von Glasfasern dabei gleichbleibt.- The measurement is not from the vibrations of the optical Receiving system affected, since the number of illuminated Splitting of glass fibers remains the same.
- - Die Messung erfolgt ohne Berührung und während der Fahrt. Bei höheren Geschwindigkeiten muß der Winkel, unter dem die Trommel R im Verhältnis zur Längsachse der Schiene angebracht wurde, proportional mit der Geschwindigkeit verändert werden, damit bei der seitlichen Bestreichung durch die Strahlen stets ein genau rechter Winkel zur Fahrtrichtung gewährleistet ist. - The measurement takes place without touching and while driving. At higher speeds, the angle at which the drum R was mounted in relation to the longitudinal axis of the rail must be changed proportionally with the speed, so that when the beams are swept from the side, an exactly right angle to the direction of travel is always guaranteed.
- - Die Messungen können schnell durchgeführt werden und ermöglichen dadurch schon die Bearbeitung von Streckenteilen, die erst geringe Schäden aufweisen, wodurch ein schneller verstärkter Verschleiß der Gleise vermieden wird und somit Schienen, Arbeitsaufwand und Maschinen zur Korrektur des Profils eingespart werden.- The measurements can be carried out quickly and already enable the processing of track parts, which show only minor damage, which causes a increased wear on the tracks avoided and thus rails, workload and machines saved to correct the profile.
Das System zum Messen des Profils von Eisenbahnwaggonrädern, entsprechend der Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, daß zum kontaktlosen Bestimmen und Messen des Umrisses des Radkranzes und seiner wichtigsten Kenngrößen I, C, q R (so wie dieselben von UIC definiert wurden), derselbe durch zwei Lichtstrahlen, ca. 250 mm oberhalb der Schiene, angeleuchtet wird. Der eine Lichtstrahl bestreicht den Radkranz und stammt von einem Laser oder einer gut gebündelten Lichtquelle. Der zweite Lichtstrahl beleuchtet den Radkranz senkrecht von unten nach oben an seiner äußeren Kante.The system for measuring the profile of railway wagon wheels according to the invention is characterized in that for contactless determination and measurement of the contour of the wheel rim and its main parameters I, C , q R (as defined by UIC), the same by two Light rays, about 250 mm above the rail, is illuminated. One beam of light sweeps the wheel rim and comes from a laser or a well-focused light source. The second light beam illuminates the wheel rim vertically from bottom to top on its outer edge.
Zwei Lese-/Auswertungssysteme, die so gebaut sind, wie in der Haupterfindung beschrieben, welche aber die elektrischen Impulse zwischen der Formstufe und dem Summierer noch einmal verarbeiten mit Hilfe zweier Reihen von UND sowie ODER- Schaltungen (wie im Vorangegangenen bei der zweiten Variante der Messung des Schienenprofils beschrieben), messen die Entfernung zwischen dem Lichtfleck vom Rande des Radkranzes und dem Lichtfleck, welcher den Radkranz bestreicht. Die beiden optischen Systeme sind außerhalb des Gleises angebracht. Eines ist senkrecht angebracht und erzeugt die Spannung V y , das andere bildet den Winkel α mit der Waagerechten und erzeugt die Spannung V x . Beide optischen Systeme können die Bewegung der Lichtpunkte auf dem Radkranz verfolgen. Die graphische Aufzeichnung der beiden Spannungen ergibt in einem System mit senkrechten Koordinaten das Profil des Radkranzes. Two reading / evaluation systems, which are constructed as described in the main invention, but which process the electrical impulses between the form stage and the summer again with the aid of two rows of AND and OR circuits (as in the previous variant of the Measurement of the rail profile described), measure the distance between the light spot from the edge of the wheel rim and the light spot which sweeps the wheel rim. The two optical systems are located outside the track. One is installed vertically and generates the voltage V y , the other forms the angle α with the horizontal and generates the voltage V x . Both optical systems can track the movement of the light points on the wheel rim. The graphical recording of the two voltages gives the profile of the wheel rim in a system with vertical coordinates.
Die Aufzeichnung muß die Winkel, unter denen die optischen
Systeme angebracht sind, dadurch berücksichtigen, daß sie
die Spannungen mit dem cos des Winkels multipliziert. Der
Winkel wird im Verhältnis zur Senkrechten im Falle von V y
und im Verhältnis zur Waagerechten im Falle von V x gemessen.
Im Falle einer Aufzeichnung auf Bildschirmterminal können
auch gleichzeitig die hauptsächlichen Kenngrößen des Profils
vom Radkranz berechnet und ausgegeben werden. Diese
Kenngrößen sind Definitionen der UIC (Internationaler Eisenbahnverband):
I = Höhe des Wulstes auf dem Laufkreis
C = Dicke des Wulstes gemessen 10 mm oberhalb der
Lauffläche
q R = die Neigung des RadkranzwulstesThe record must take into account the angles at which the optical systems are mounted by multiplying the voltages by the cos of the angle. The angle is measured in relation to the vertical in the case of V y and in relation to the horizontal in the case of V x . In the case of recording on the screen terminal, the main parameters of the profile can also be calculated and output by the wheel rim. These parameters are definitions of the UIC (International Union of Railways):
I = height of the bead on the running circle
C = thickness of the bead measured 10 mm above the tread
q R = the inclination of the wheel rim bead
Im folgenden wird ein Herstellungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang mit der Fig. 4 gegeben. Das System zur Beleuchtung durch Bestreichung mit einem Strahl wird verwirklicht durch eine Lichtquelle LAS und die Trommel mit Spiegeln R. Das Licht bestreicht den Radkranz in einer Höhe von ca. 250 mm von der Lauffläche, da höher oben die Bremsklötze sein können. Eine weitere Lichtquelle Q, in unmittelbarer Nähe der Schiene gelegen, beleuchtet senkrecht nach oben mit einem Lichtstrahl von 10 mm Durchmesser die "äußere" Seite des Radkranzes (welches dem Wulst entgegengesetzt ist) zwischen den Punkten b, c.A production example of the invention is given below in connection with FIG. 4. The system for lighting by brushing with a beam is realized by a light source LAS and the drum with mirrors R. The light sweeps the wheel rim at a height of approx. 250 mm from the tread, as the brake pads can be higher up. Another light source Q , located in the immediate vicinity of the rail, illuminates the "outer" side of the wheel rim (which is opposite the bead) between points b, c . Vertically upwards with a light beam of 10 mm in diameter.
Das Ablesen der Entfernung zwischen den Lichtflecken, welche die beiden Systeme auf den Radkranz projiziert haben, erfolgt mittels zweier optischer Empfangssysteme: Eines vertikal aufgestellten, LS, welches die Spannung V y erzeugt; und ein zweites LD, welches den Winkel α mit der Waagerechten bildet und die Spannung erzeugt. The distance between the light spots, which the two systems have projected onto the wheel rim, is read by means of two optical receiving systems: one vertically positioned, LS , which generates the voltage V y ; and a second LD , which forms the angle α with the horizontal and generates the voltage.
Die Weiterbearbeitung der Impulse zwischen der Formstufe und dem Summierer erfolgt mit zwei Reihen von UND sowie ODER-Schaltungen, entsprechend der zweiten Variante zum Bestimmen des Schienenprofils. Die Aufzeichnung der Spannungen V x und V y auf einem Bildschirmgerät ergibt das Querschnittsprofil des Radkranzes. Dabei wird für LS der Winkel zur Senkrechten berücksichtigt und für LD der Winkel zur Waagerechten.The pulses between the form stage and the totalizer are processed further with two rows of AND and OR circuits, in accordance with the second variant for determining the rail profile. The recording of the voltages V x and V y on a display device gives the cross-sectional profile of the wheel rim. The angle to the vertical is taken into account for LS and the angle to horizontal for LD .
Eine weitere elektronische Datenverarbeitung erlaubt die Berechnung der Kenngrößen I, C, q R aus dem erhaltenen Bild. Für einen Vorbeilauf des Rades können mehrere Bestreichungen desselben mit Lichtstrahlen vorgenommen werden und dementsprechend mehrere Aufzeichnungen erzielt werden.Another electronic data processing allows the calculation of the parameters I, C , q R from the image obtained. For the wheel to pass, several strokes of the same can be carried out with light beams and, accordingly, several recordings can be achieved.
Das Auslösen der Aufzeichnung muß in dem Augenblick erfolgen, in dem das wandernde Strahlenbündel auf das senkrechte Lichtbündel fällt. Dies geschieht dann, wenn das Rad, unabhängig von seiner Größe, in der Aufzeichnungsstellung ist. Diese Stellung kann durch eine Anzahl Phototransistoren des LS festgestellt werden, die nur in dieser Stellung beleuchtet werden.The triggering of the recording must take place at the moment when the wandering beam falls on the vertical light beam. This happens when the wheel, regardless of its size, is in the recording position. This position can be determined by a number of phototransistors of the LS , which are only illuminated in this position.
Das System entsprechend dieser Erfindung hat folgende Vorteile:The system according to this invention has the following advantages:
- - Erlaubt das Bestimmen des Querschnitts des Radkranzes während der Fahrt und ohne Berührung;- Allows you to determine the cross section of the rim during driving and without touching;
- - erlaubt mehrere Aufzeichnungen während eines einzigen Vorbeilaufs des Rades;- allows multiple recordings during a single pass of the wheel;
- - erlaubt bei der Aufzeichnung auf einem Rechnerterminal die Berechnung der Kenngrößen I - Höhe des (abgefahrenen) Wulstes; C - Dicke des (verschlissenen) Wulstes; q R - Neigung des (abgefahrenen) Wulstes; genau nach den gültigen UIC-Definitionen dieser Größen.- allows the calculation of the parameters I - height of the (worn) bead when recording on a computer terminal; C - thickness of the (worn) bead; q R - inclination of the (worn) bead; exactly according to the valid UIC definitions of these quantities.
Das System zum Messen des Durchmessers von Waggonrädern, entsprechend der Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Messung des Durchmessers in der Zone des Laufkreises während der Fahrt und ohne Berührung, ein optisches System benutzt wird, welches zwischen der Schienenbasis und der Schienenkrone derartig angebracht ist, daß es ein Lichtbündel senkrecht nach oben, durch ein Loch in der Schiene, auf das Waggonrad werfen kann. Die Stelle wird so ausgewählt, daß der Lichtstrahl gerade auf die Laufzone des Rades fällt, die durch die Reibung mit der Schiene und den Bremsklötzen ständig abgenützt wird. Ein optisches Empfangssystem, welches so gebaut wird, wie es in der Haupterfindung beschrieben wurde, das aber die elektrischen Signale zwischen der Formstufe und der Summierer zusätzlich verarbeitet mittels zweier Reihen von logischen UND- sowie ODER-Schaltungen, genau wie es im Vorangegangenen bei dem Messen des Schienenprofils nach der 2. Variante aufgeführt ist, mißt die Entfernung zwischen der Lichtquelle unterhalb der Schiene und dem Lichtfleck, welchen dieselbe auf dem Radkranz erzeugt. Der Zeitpunkt der Messung wird durch einen punktförmigen induktiven Umsetzer bestimmt, welcher neben der Schiene auf ihrer äußeren Seite angebracht ist. Diese Umsetzer können genau feststellen, wann sich die Radachse genau über ihrem magnetischen Zentrum befindet, da in dem Moment die Ausgangsspannung des Umsetzers durch Null geht. Für Räder mit unterschiedlichen Durchmessern zeigt das optische System verschiedene Entfernungen an.The system for measuring the diameter of wagon wheels, according to the invention, is characterized in that for the purpose of measuring the diameter in the zone the running circuit while driving and without touching it optical system is used, which is between the rail base and the rail crown is attached in such a way that there is a beam of light vertically upwards, through a Hole in the rail that the wagon wheel can throw at. The Place is selected so that the light beam is straight on the running zone of the wheel falls due to the friction with the Rail and the brake pads is constantly worn. An optical receiving system that is built as it was described in the main invention, but that electrical signals between the mold stage and the totalizer additionally processed using two rows of logical AND and OR circuits, just like in the Previously when measuring the rail profile after the second variant, measures the distance between the light source below the rail and the light spot, which it produces on the rim. Point of time the measurement is carried out by a punctiform inductive converter determines which one next to the rail on its outer Side is attached. These translators can pinpoint when the wheel axis is exactly above its magnetic Center is located at that moment the output voltage of the converter goes through zero. For bikes with different The optical system shows different diameters Distances.
Indem man mehrere induktive Umsetzer benützt, können auch mehrere Messungen vorgenommen werden über die Entfernung zwischen der Lichtquelle und deren Widerschein auf dem Radkranz. Bei der Durchführung von mehreren Messungen für das gleiche Rad können diese Ergebnisse verglichen werden. Nach vorangegangener dynamischer Eichung können die Ergebnisse effektiv zum Messen während der Fahrt genutzt werden. By using several inductive converters, you can too several measurements are made over the distance between the light source and its reflection on the rim. When making multiple measurements for the same wheel these results can be compared. After previous dynamic calibration, the results can can be used effectively for measuring while driving.
Damit die Messung genau ist, muß das Rad in der Messzone durch eine Gegenschiene geführt werden, und die induktiven Umsetzer zur Ermittlung des Radmittelpunktes müssen außerhalb der Schiene liegen, da sonst Unregelmäßigkeiten des Kranzwulstes die Messgenauigkeit beeinträchtigen würden.For the measurement to be accurate, the wheel must be in the measuring zone be guided by a counter rail, and the inductive converter for determining the center of the wheel must be outside the rail, otherwise there will be irregularities of the crown bead affect the measuring accuracy would.
Im folgenden wird ein Herstellungsbeispiel der Erfindung gegeben, im Zusammenhang auch mit der Fig. 5. Das optische System SO befindet sich zwischen der Basis und der Krone der Eisenbahnschiene und schickt ein Bündel Lichtstrahlen durch ein Loch in der Schiene auf den Radkranz in der Laufzone. Die Bestimmung des Raddurchmessers ist sehr wichtig, besonders für Lokomotiven, da dieselben große Schwierigkeiten bei der Fahrt bekommen, wenn die Durchmesser der Räder Unterschiede von mehr als 3-4 mm aufweisen. Das vorbeugende Messen des Durchmessers von Lokomotivrädern ist vorgeschrieben bei allen Eisenbahnverwaltungen. Das Messen des Durchmessers von Waggonrädern wird bei den periodischen Reparaturen durchgeführt, wobei alle Räder auf denselben Durchmesser abgedreht werden.In the following a manufacturing example of the invention is given, also in connection with FIG. 5. The optical system SO is located between the base and the crown of the railroad track and sends a bundle of light rays through a hole in the rail onto the wheel rim in the running zone. Determining the wheel diameter is very important, especially for locomotives, as they experience great difficulties when driving if the diameters of the wheels differ by more than 3-4 mm. Preventive measurement of the diameter of locomotive wheels is mandatory for all railway administrations. Measuring the diameter of wagon wheels is carried out during periodic repairs, with all wheels being turned to the same diameter.
In der Fig. 5 werden zwei Räder dargestellt, welche auf dem gleichem Punkt der Schiene stehen. Das eine Rad hat einen Durchmesser von 1000 mm, das andere einen Durchmesser von 999 mm. Beim Messen der Entfernungen zwischen Schiene und Radkranz erhalten wir die Werte BN = 250 mm, DN = 249,46 mm und daraus BN - DN = BD = 0,54 mm.In Fig. 5 two wheels are shown, which are at the same point on the rail. One wheel has a diameter of 1000 mm, the other has a diameter of 999 mm. When measuring the distances between the rail and the wheel rim, we get the values BN = 250 mm, DN = 249.46 mm and from this BN - DN = BD = 0.54 mm.
Je höher die Messung erfolgt, umso größer wird die Differenz sein. In der Praxis kann aber die Messhöhe von 250 mm nicht überschritten werden, da man die Lage der Bremsklötze berücksichtigen muß. Der Befehl zum Ausführen der Messungen wird von einer Reihe von induktiven Umsetzern gegeben, welche auf der Höhe der Schiene außerhalb der Lauffläche montiert sind T 1, T 2, T 3. The higher the measurement is made, the greater the difference will be. In practice, however, the measuring height of 250 mm cannot be exceeded, since the position of the brake pads must be taken into account. The command to carry out the measurements is given by a series of inductive converters, which are mounted at the level of the rail outside the running surface T 1 , T 2 , T 3 .
Die Spannung beim Ausgang dieser Umsetzer geht durch den Wert von OV, wenn sich die Radachse genau über dem magnetischen Zentrum befindet. Wenn diese Umsetzer sich innerhalb der Schienenlauffläche befänden, würde die Meßgenauigkeit wegen Unregelmäßigkeiten im Wulst des Radkranzes leiden.The voltage at the output of these converters goes through the value of OV when the wheel axis is exactly above the magnetic center. If these converters were located within the rail running surface, the measuring accuracy would suffer due to irregularities in the bead of the wheel rim.
Das Messen der Entfernung zwischen der Lichtquelle und dem Lichtfleck auf dem Radkranz, einschließlich der Lichtpunkte, erfolgt mittels eines optisch-elektronischen Systems, so wie es in der Haupterfindung beschrieben wurde, wobei aber zwischen dem Formschaltkreis F und dem Summierer zwei Reihen von logischen UND bzw. ODER-Schaltungen eingefügt sind, so wie es in vorliegender Beschreibung für die Fig. 3 erläutert wurde. Die Spannung VD vom Ausgang des Summierers Σ wird in den Augenblicken gespeichert, da sich die Radachse über den Umsetzern T 1, T 2, T 3 befindet, also in den Punkten A 3, A 2, A 1. Wenn man mehrere Paare von Meßergebnissen für zwei verschieden große Räder vergleicht, so können auch die Unterschiede zwischen ihnen besser erfaßt werden. Es ist augenscheinlich, daß für einen gegebenen Durchmesser und bei der gegebenen Entfernung A 1 N, ein und nur ein Wert für BN entspricht. Die Verwendung von optischen Systemen mit einer Genauigkeit vonn 0,1 mm, zur Messung der Durchmesser von Eisenbahnrädern, ist hinreichend. Die Eichung des Systems erfolgt dynamisch mittels Rädern von bekannten Durchmessern.The distance between the light source and the light spot on the wheel rim, including the light spots, is measured by means of an optoelectronic system as described in the main invention, but with two rows of logic AND and / or between the form circuit F and the summer OR circuits are inserted, as was explained in the present description for FIG . The voltage VD from the output of the summer Σ is stored in the moments because the wheel axis is above the converters T 1 , T 2 , T 3 , that is to say at points A 3 , A 2 , A 1 . If you compare several pairs of measurement results for two wheels of different sizes, the differences between them can also be better understood. It is evident that for a given diameter and distance A 1 N corresponds to one and only one value for BN . The use of optical systems with an accuracy of 0.1 mm for measuring the diameter of railway wheels is sufficient. The system is calibrated dynamically using wheels of known diameters.
Das System, entsprechend der Erfindung, hat folgende Vorteile:The system according to the invention has the following advantages:
- - es erlaubt die Messung während der Fahrt und ohne Berührung;- it allows measurement while driving and without touching;
- - es erlaubt die Messung des Durchmessers, ohne Abbau der Bremsklötze;- It allows the diameter to be measured without removing the brake pads;
- - es erlaubt die Messung des Durchmessers direkt auf der Lauffläche, welche sich ständig abnützt;- It allows the measurement of the diameter directly on the Tread that wears constantly;
- - es erlaubt eine ständige Überprüfung des Verschleißes der Lokomotivräder. - It allows constant checking of wear the locomotive wheels.
- - führt zu Einsparungen durch vereinfachten Einsatz- leads to savings through simplified use
- - solche Systeme können einfach und billig in den Betriebswerken eingerichtet werden.- Such systems can be easily and cheaply in the depot be set up.
Das System zum Messen des Querschnittes von Eisenbahnwaggons entsprechend der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es, zur Beseitigung der Nachteile der vorher beschriebenen Systeme, zwei lineare Lichtquellen benützt, welche Leuchtröhren oder starke elektrische lineare Widerstände sein können, welche senkrecht zur Schiene und auf deren Höhe angebracht werden, sowie zwei optisch- elektronische Empfangssysteme, so wie sie in der Haupterfindung beschrieben wurden. Beim Ausgang der Summierer erhält man Spannungen, welche proportional mit der Länge der (nicht verdeckten) Lichtquellen sind. Bei der Vorbeifahrt des Waggons wird ein Teil der Lichtquelle verdeckt, entsprechend der Entfernung zwischen der senkrechten Waggonachse und seinen Seitenwänden. Nach der Eingabe von Eichspannungen Ve in den Summierer, entsprechend der Standardgröße der untersuchten Waggonart, zeigt die Ausgangsspannung des Summierers einen Wert, der proportional ist mit der Abweichung der Waggonwände von der erwarteten Norm; oder es kann auch die absolute Größe angezeigt werden. Diese Werte können graphisch aufgezeichnet werden, entsprechend der Länge des Waggons und ergeben sodann den Umriß seines Querschnittes, Abweichungen von der vorgegebenen Größe oder absolute Werte bezüglich der Symmetrieaxe des Gleises.The system for measuring the cross-section of railway wagons according to the invention is characterized in that, in order to eliminate the disadvantages of the systems described above, it uses two linear light sources, which can be fluorescent tubes or strong linear electrical resistances, which are perpendicular to the rail and at its height be attached, as well as two optical-electronic receiving systems, as described in the main invention. At the output of the totalizer, voltages are obtained which are proportional to the length of the (not covered) light sources. When the wagon passes, part of the light source is covered, according to the distance between the vertical axis of the wagon and its side walls. After entering calibration voltages Ve in the totalizer, corresponding to the standard size of the wagon type examined, the output voltage of the totalizer shows a value which is proportional to the deviation of the wagon walls from the expected standard; or the absolute size can also be displayed. These values can be recorded graphically according to the length of the wagon and then give the outline of its cross-section, deviations from the specified size or absolute values with respect to the axis of symmetry of the track.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang auch mit der Fig. 6 gegeben. Es besteht aus 2 linearen Lichtquellen OS, welche aus Leuchtröhren oder starken linearen elektrischen Widerständen bestehen, die auf der Ebene der Schienen und senkrecht zu denselben angebracht sind, sowie aus zwei optisch-elektronischen Empfangssystemen, wie sie in der Haupterfindung beschrieben wurden. An exemplary embodiment of the invention is also given below in connection with FIG. 6. It consists of 2 linear light sources OS , which consist of fluorescent tubes or strong linear electrical resistances, which are attached to the plane of the rails and perpendicular to them, and two optical-electronic reception systems, as described in the main invention.
Bei der Durchfahrt eines Waggons zwischen Lichtquelle und Empfangssystem wird ein Teil der Lichtquelle verdeckt, entsprechend der Entfernung zwischen der Waggonachse und seinen Seitenwänden. Die Spannung beim Ausgang der Summierer Σ wird dahe dem seitlichen Umriß des Waggons entsprechen.When a wagon passes between the light source and the receiving system, part of the light source is covered, corresponding to the distance between the wagon axis and its side walls. The voltage at the output of the totalizer Σ will therefore correspond to the side outline of the wagon.
Falls man die Abweichung der Seitenwände von einem gewissen Wert messen will, gibt man in den Summierer eine Spannung ein, welche verhältnisgleich mit der geprüften Entfernung ist. Beim Ausgang kann man die linke bzw. die rechte Abweichung von der vorgegebenen Größe erhalten, w al oder δ ar in Fig. 6.If you want to measure the deviation of the side walls from a certain value, you enter a voltage in the totalizer which is proportional to the distance tested. At the exit, the left or right deviation from the specified size can be obtained, w al or δ ar in FIG. 6.
Das System entsprechend der Erfindung hat folgende Vorteile:The system according to the invention has the following advantages:
- - Erlaubt das Messen des Querschnittsumrisses von Waggons während der Fahrt und ohne Berührung.- Allows to measure the cross-sectional outline of wagons while driving and without touching.
- - Erlaubt sowohl das Messen der Abweichungen von einem vorgegebenen Wert, als auch der absoluten Werte, links oder rechts von der Gleisachse.- Allows both to measure deviations from a given one Value, as well as the absolute values, left or to the right of the track axis.
- - Das Aufstellen des Systems ist einfach und billig.- Setting up the system is easy and cheap.
- - Erlaubt das Messen auch von anderen Abweichungen.- Allows measurement of other deviations.
- - Es bestimmt zuverlässig, billig und schnell die genauen Stellen, an denen eine entsprechende Reparatur vorgenommen werden muß; bei den Waggonherstellungswerken erlaubt es eine sofortige Überprüfung sowohl der Prototypen (zwecks fehlerfreien Herstellung der Produktionslinie), als auch der Serienproduktion.- It determines the exact, reliable, cheap and fast Places where appropriate repairs have been made must become; it allows one at the wagon manufacturing plants immediate review of both prototypes (in order to flawless manufacture of the production line), as well series production.
Das System zum Messen der Höhen- und Seitenabweichung von Eisenbahnschienen entsprechend der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß zur Vermeidung der vorhergenannten Nachteile (welche durch die Verwendung von Gebern mit Reibung entstehen und auch dadurch, daß der Materialverlust an der Schiene zur Abweichung dazugezählt wurde), die Entfernungen P 1, P 2, P 3 von der starren Stange zur Schiene, diesmal zwischen einer Lichtquelle auf der Bezugsstange und der Zone cd auf der Schiene gemessen werden. Die Zone cd ist keinem Materialverschleiß unterworfen. Die seitliche Beleuchtung der Schiene erfolgt ab 14 mm abwärts mit dem Beleuchtungssystem, welches in der Haupterfindung beschrieben wurde. Das Messen der Seitenabweichung erfolgt durch das Messen der Projektion in der horizontalen Ebene von der Entfernung zwischen der Lichtquelle auf der Bezugsstange und der beleuchteten Schienenzone.The system for measuring the height and side deviation of railroad tracks according to the invention is characterized in that in order to avoid the aforementioned disadvantages (which arise from the use of sensors with friction and also because the material loss on the rail has been added to the deviation), the distances P 1 , P 2 , P 3 from the rigid rod to the rail, this time between a light source on the reference rod and the zone cd on the rail are measured. Zone cd is not subject to material wear. The side lighting of the rail takes place from 14 mm downwards with the lighting system which was described in the main invention. The lateral deviation is measured by measuring the projection in the horizontal plane from the distance between the light source on the reference rod and the illuminated rail zone.
Die Höhenabweichung wird entsprechend an der Projektion auf einer vertikalen Ebene zwischen der Lichtquelle und der beleuchteten Schienenzone gemessen. Die Projektionen werden mittels optischer Systeme gemessen, deren Aufbau in der Haupterfindung beschrieben ist, die aber die elektrischen Signale zwischen der Formstufe und dem Summierer weiterverarbeiten durch zwei logische UND-Schaltungen und eine ODER- Schaltung, genau so wie es bei der Messung des Schienenquerschnitts in der II. Variante im Vorangegangenen beschrieben wurde. Die Entfernungen P 1, P 2, P 3 werden von den beiden Enden und von der Mitte der Bezugsstange gemessen und die Abweichung wird durch die Forrmel berechnet:The height deviation is measured accordingly on the projection on a vertical plane between the light source and the illuminated rail zone. The projections are measured by means of optical systems, the structure of which is described in the main invention, but which further process the electrical signals between the mold stage and the adder by means of two logic AND circuits and an OR circuit, just as in the measurement of the rail cross section in the second variant was described in the preceding. The distances P 1 , P 2 , P 3 are measured from the two ends and from the center of the reference rod and the deviation is calculated using the formula:
Durch Versetzung der Lichtquelle auf der Bezugsstange können die Höhen- und Seitenabweichungen für verschiedene Längen ermittelt werden.By moving the light source on the reference rod the height and side deviations for different lengths be determined.
Im folgenden wird ein Herstellungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 7 angegeben. Es besteht aus einem Projektionssystem, so wie es in der Haupterfindung beschrieben ist und zwei optischen Empfangssystemen. Das Projektionssystem besteht aus einem optischen System SO mit einer Lichtquelle Q welche die Schiene von 14 mm nach unten beleuchtet mit Hilfe eines halbdurchsichtigen Spiegels HS, der um 67,5° zur Horizontalen geneigt ist, und mit Hilfe des totalen Spiegels TS 1, der um 45° zur Horizontalen geneigt ist. Da die untere Zone ab der Schiene um höchstens 20° zur Horizontalen geneigt ist, unabhängig vom Schienentyp, und da die Beleuchtung der Zone bc unter einem Winkel von 45° erfolgt, kann der Punkt c genau bestimmt werden. Über der Schiene ist die starre Bezugsstange ST aufgehängt.A production example of the invention is given below with reference to FIG. 7. It consists of a projection system as described in the main invention and two optical receiving systems. The projection system consists of an optical system SO with a light source Q which illuminates the rail from 14 mm downwards with the aid of a semitransparent mirror HS , which is inclined by 67.5 ° to the horizontal, and with the aid of the total mirror TS 1 , which around Is inclined at 45 ° to the horizontal. Since the lower zone is inclined from the rail by a maximum of 20 ° to the horizontal, regardless of the rail type, and since the lighting of zone bc takes place at an angle of 45 °, point c can be determined precisely. The rigid reference rod ST is suspended above the rail.
An den Enden und in der Mitte der Stange befinden sich Lichtquellen B. Zur Bestimmung der Seitenabweichung müssen die Projektionen der Entfernungen P 1, P 2, P 3 auf eine horizontale Ebene gemessen werden. Diese Entfernungen betreffen den Abstand zwischen den Ebenen bzw. der Mitte der Bezugsstange und der unverbrauchten Schienenkante cd. Die Bestimmung der Höhenabweichung entspricht dem Messen der Projektionen auf einer vertikalen Ebene der Abstände zwischen den Lichtquellen B auf der Stange und dem Krümmungspunkt c der Schiene. Auf diese Weise wird der Einfluß des materiellen Schienenverschleißes (durch die Reibung Rad-Schiene) bei der Messung der Seiten- und der Höhenabweichung einer Schiene ausgeschaltet. Die Seitenabweichung wird durch ein optisches Empfangssystem OS Hv gemessen, so wie es in der Haupterfindung beschrieben wurde, welches aber die Signale zwischen der Formerstufe und dem Summierer zusätzlich bearbeitet und zwar durch zwei logische UND-Schaltungen und eine ODER-Schaltung, so wie es bei der Messung des Schienenquerschnittes in der zweiten Variante im Vorangegangenen beschrieben wurde. Das System liefert beim Ausgang des Summierers Σ HV eine Spannung, die proportional ist mit dem Abstand der in der horizontalen Ebene zwischen der Lichtquelle B und der Schienenzone cd gemessen wurde. Durch die Verwendung eines Spiegels mit totaler Reflexion TS 2, kann das optische Empfangssystem OS vv (in der rechten Hälfte der Fig. 7) auf eine entsprechende Weise die Höhenabweichung bestimmen, indem es die Distanz zwischen der Lichtquelle B und dem untersten beleuchteten Punkt (c) der Schiene mißt. Die entsprechende Spannung entsteht beim Ausgang des Summierers Σ vv . There are light sources B at the ends and in the middle of the rod. To determine the lateral deviation, the projections of the distances P 1 , P 2 , P 3 must be measured on a horizontal plane. These distances relate to the distance between the planes or the center of the reference rod and the unused rail edge cd . The determination of the height deviation corresponds to the measurement of the projections on a vertical plane of the distances between the light sources B on the rod and the point of curvature c of the rail. In this way, the influence of material rail wear (due to wheel-rail friction) is eliminated when measuring the side and height deviation of a rail. The side deviation is measured by an optical receiving system OS Hv , as described in the main invention, but which additionally processes the signals between the former and the adder, namely by two logic AND circuits and an OR circuit, as is the case with the measurement of the rail cross-section in the second variant was described above. At the output of the summer Σ HV , the system supplies a voltage which is proportional to the distance measured in the horizontal plane between the light source B and the rail zone cd . By using a mirror with total reflection TS 2 , the optical receiving system OS vv (in the right half of FIG. 7) can determine the height deviation in a corresponding manner by measuring the distance between the light source B and the lowest illuminated point ( c ) the rail measures. The corresponding voltage arises at the output of the summer Σ vv .
Das System, entsprechend dieser Erfindung, bietet folgende Vorteile:The system according to this invention offers following advantages:
- - erlaubt das Messen des wellenförmigen Schienenverbrauchs, unbeeinflußt durch den Verschleiß, durch Materialverlust an der Schiene, welchen die Reibungen Rad - Schiene verursachen;- allows the measurement of the wavy rail consumption, unaffected by wear, by Material loss on the rail, which the friction Create wheel - rail;
- - erlaubt die Messung der Seiten- und Höhenabweichung ohne Berührung und unabhängig von der Geschwindigkeit.- allows the measurement of the side and height deviation without touch and regardless of speed.
Claims (14)
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (4)
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