EP0780514A1

EP0780514A1 - Verfahren zum räumlich genauen Positionieren von Fertigungseinrichtungen und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: EP0780514A1
Application number: EP96119247A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Völter; Norbert Mattivi; Alfons Opferkuch
Original assignee: Intermetric Gesellschaft fur Ingenieurmessung und Raumbezogene Informationssysteme Mbh
Current assignee: Intermetric Gesellschaft fur Ingenieurmessung und Raumbezogene Informationssysteme Mbh
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-11-30
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: DE19548229C1; EP0780514B1; ATE197073T1; DE19548229C5

Abstract

Ein Verfahren für das räumlich genaue Positionieren von Fertigungseinrichtungen, wie Fertigungsmaschinen, Gleis- oder Schienenbefestigungs-Verlegemaschinen insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbahnen, unter Verwendung von Referenzpunkten, die vor dem Positionieren der genannten Einrichtungen abgesteckt, markiert und geodätisch vermessen worden sind, wobei die ortsveränderliche Fertigungseinrichtung zum Anordnen der Schienenbefestigungskörper unter Verwendung der Referenzpunkte so gesteuert wird, daß die Schienenbefestigungskörper oder die Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle angeordnet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzpunkte in derartiger Nähe zu dem herzustellenden Gleis und in einem derartigen gegenseitigen Abstand vorgesehen werden, daß mindesten bei ausgewählten Positionen der Vorrichtung jeweils mindestens ein Referenzpunkt, vorzugsweise mehrere Referenzpunkte, von der Vorrichtung aus meßtechnisch erfaßbar ist (sind), und daß das Anordnen der Schienenbefestigungskörper oder der Öffnungen für das Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper von der Vorrichtung aus gesteuert wird. Es kann die Positionierungsgenauigkeit des Gleises bzw. der es tragenden Befestigungskörper (z.B. Schwellen) erhöht werden und der Personalaufwand verringert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere bei Schnellbahnen muß der spurgebundene Fahrweg, das Gleis, exakt verlegt sein: Der Materialverschleiß ist gering zu halten, die Umwelt soll, etwa durch Fahrgeräusche, möglichst wenig belastet werden und den Fahrgästen ist ein hoher Fahrkomfort zu sichern.
Beim klassischen Fahrweg spurgebundener Fahrwege sind die Schienen auf Querschwellen befestigt. Die Schwellen lagern ihrerseits weich in einem Schotterbett. Bei Hochgeschwindigkeitsstrecken, also bei Ausbaugeschwindigkeiten von mehr als 160 km/Std. ersetzt man das Schotterbett in zunehmendem Maße durch einen festen Untergrund.
Die Fundamentkörper der Schienen, etwa die Querschwellen des klassischen Eisenbahnbaus, aber auch andere denkbaren Schienenbefestigungskörper werden dabei in eine Beton-, Asphalt- oder andere feste Tragplatte integriert bzw. einzeln oder als Rost auf einer Beton-, Asphalt- oder anderen festen Tragplatte fest aufgelagert.
Es gibt mehrere bekannte Bauverfahren, etwa

das Verfahren nach Rheda, bei dem ganze Gleisjoche in einen zuvor hergestellten Betontrog gelegt, mit Spindeln, die gegen die Trogwände greifen, in die richtige Position geschraubt und dann durch Einfüllen von Beton in den Trog fixiert werden.
die Bauart Züblin, bei der die Querschwellen, die später die Schienen tragen, in noch weichen Beton eingerüttelt werden,
das Verfahren Asphalttragschicht mit direkt aufgelagertem Gleisrost, bei dem die Schienenbefestigungskörper, z. B. die Querschwellen, aber auch andere Konstruktionen zum Befestigen der Schienen mit der Asphalttragschicht fest verbunden werden, etwa dadurch, daß man sie in einer zuvor gefertigten Nut verklebt oder in vorgefertigten Öffnungen befestigt.

Weitere Verfahren sind denkbar. Sie werden alle unter dem Oberbegriff "Feste Fahrbahn" zusammengefaßt.
Alle diese Verfahren haben u. a. eines gemeinsam: Die Gleise lagern nicht wie beim klassischen Fahrweg weich in einem Schotterbett, sondern sie liegen unverrückbar in oder auf einer festen Tragplatte. Daher müssen die Schienenbefestigungskörper, etwa die Querschwellen, vor dem Fixieren exakt positioniert sein. Exakt bedeutet: Eine an einer beliebigen Stelle der Schiene, über eine 10 m langen Sehne gemessene Pfeilhöhe darf vom Soll nicht mehr als 3 mm abweichen. Will man diese hohe Präzision in Grund- und Aufriß erreichen, muß großer vermessungstechnischer Aufwand getrieben werden. Anzustreben ist, daß bereits z.B. die Querschwellen exakt verlegt sind, damit beim späteren Befestigen der Schienen Nacharbeit möglichst vermieden wird.
Bei den bekannten, bislang praktizierten Verfahren werden dabei
entweder zunächst Bezugspunkte und Bezugslinien, in manchen Fällen ein Leitseil außerhalb der Festen Fahrbahn abgesteckt, markiert und koordinaten- und höhenmäßig bestimmt,
dann wird die Position der zu verlegenden Gleise, bzw. der sie tragenden Befestigungskörper bzw. der Fertigungs- oder Verlegemaschine von diesen Bezugspunkten bzw. Bezugslinien aus mittels horizontaler und vertikaler Abstandsgeber, etwa mittels eines Maßstabes oder eines mechanischen Abstandsfühlers, eingemessen und verlegt
oder es wird die im Einsatz befindliche Fertigungs- oder Verlegemaschine während des Fertigungs- oder Verlegeprozesses durch Vermessungsfachleute von außerhalb der Fertigungs- oder Verlegemaschine liegenden, koordinaten- und höhenmäßig bekannten Punkten aus, etwa durch Polarmessung, mit Hilfe von außerhalb der Fertigungs- oder Verlegemaschine auf dem Erdboden stehenden Vermessungsgeräten in die Sollposition eingewiesen. Die genannten hinsichtlich Koordinaten und Höhe bekannten Punkte haben dabei gegenseitige Abstände von mehreren Dekametern (sie sind z.B. an bereits erstellten Fahrleitungsmasten angebracht, deren Abstand 60 m beträgt) oder viel größere Abstände.
Beide Verfahren sind sehr personalintensiv. Beim erstgenannten Verfahren kumulieren unvermeidliche Meßungenauigkeiten als Folge des schrittweisen Vorgehens.
Beim zweitgenannten Verfahren sind Vermessung und Fertigung zeitlich miteinander verkoppelt, weshalb gegenseitige Abhängigkeiten bestehen mit den daraus resultierenden gegenseitigen Behinderungen und Zeitverlusten. Z.B. können bei schlechten Sichtbedingungen die Vermessungsfachleute nicht tätig werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Vermessung und die Fertigung zeitlich entkoppelt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Referenzpunkte in derartiger Nähe zu dem herzustellenden Gleis und in einem derartigen gegenseitigen Abstand vorgesehen werden, daß mindesten bei ausgewählten Positionen der Fertigungseinrichtung jeweils mindestens ein Referenzpunkt, vorzugsweise mehrere Referenzpunkte, von der Fertigungseinrichtung aus meßtechnisch erfaßbar ist (sind), und daß das Anordnen der Schienenbefestigungskörper oder der Öffnungen für das Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper von der Fertigungseinrichtung (nachfolgend auch als Vorrichtung bezeichnet) aus gesteuert wird.
Deswegen, weil die Referenzpunkte von der Vorrichtung aus meßtechnisch erfaßt werden, sind Vermessungsfachleute, die sich während der Verlegearbeiten für die Schwellen in einem Bereich vor der Vorrichtung befinden, nicht erforderlich, und wegen der relativ kleinen Entfernung zwischen den Referenzpunkten und den die Referenzpunkte erkennenden Einrichtungen auf der Vorrichtung kann die Steuerung der Vorrichtung weitgehend unabhängig vom Wetter erfolgen. Bei der Erfindung kann die Positionierungsgenauigkeit des Gleises bzw. der es tragenden Befestigungskörper (z.B. Schwellen) erhöht werden und der Personalaufwand verringert werden.
Die Erfindung umfaßt Ausführungsformen, bei denen die Auswertung der Referenzpunkte am Ort der Vorrichtung und die Justierung der Lage der Schwellen noch die Tätigkeit eines Vermessungsfachmanns erfordert. Es versteht sich jedoch, daß es anzustreben ist, auf der Vorrichtung entsprechende Einrichtungen vorzusehen, die es einer Person, insbesondere dem Maschinisten, ermöglichen, ohne komplizierte Berechnungen die Vorrichtung auf eine dem Maschinisten bekannte Sollposition (die in einer Liste enthalten oder in einem Computer gespeichert sein kann) relativ zu den Referenzpunkten einzustellen.
Vorteilhaft ist, wenn es gelingt, die Positionierung so genau innerhalb der für das fertige Gleis zulässigen Toleranzen vorzunehmen, daß beispielsweise die Schienen für das Gleis unmittelbar auf den für sie auf den Schwellen (Querschwellen, da quer zur Gleisrichtung verlaufend) vorgesehenen Auflageflächen angeordnet werden können. Wo dies nicht möglich ist, entsteht dank der Erfindung ein im Rahmen des technisch Möglichen genauer Verlauf der Auflageflächen, und Toleranzen werden dann nachträglich ausgeglichen; hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Auflageflächen sich allenfalls tiefer befinden als die erforderliche Sollposition, weil dann durch Zwischenlegen von Metallplatten die Sollposition der Schiene leicht erreicht werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 können beispielsweise von der Vorrichtung bereits verlegte Schwellen zusätzlich zu den erwähnten Referenzpunkten zum Steuern verwendet werden. Dadurch kann möglicherweise die Sicherheit des Verfahrens erhöht und die Gefahr von auftretenden Fehlern verringert werden.
Wenn man annimmt, daß zum Beispiel beim gleichzeitigen Verlegen eines Paketes von beispielsweise zehn Schwellen diese sich stets in einer Ebene befinden sollen, so ist an sich die Ebene durch drei im Abstand voneinander angeordnete Referenzpunkte definiert. Vorteilhaft kann es jedoch sein, von der Vorrichtung aus jeweils mindestens 4 Referenzpunkte auszuwerten, weil hierdurch, wie bereits oben erwähnt, die Genauigkeit und Fehlersicherheit vergrößert werden kann. Wenn daran gedacht ist, daß in dem von der Vorrichtung gerade bearbeiteten Bereich das Gleis in Form einer gekrümmten Fläche verlaufen soll, so genügen drei Referenzpunkte keineswegs und es ist dann vorteilhaft, erheblich mehr als die genannten vier Referenzpunkte zu verwenden und im Bereich der Vorrichtung anzuordnen, so daß in einem derartigen Fall die Referenzpunkte dichter gesetzt werden müssen als wenn nur jeweils vier Referenzpunkte auszuwerten sind.
Vorteilhaft werden die Referenzpunkte mit einer automatisch lesbaren Identifizierung versehen; diese kann beispielsweise eine maschinell lesbare Klarschrift (zum Beispiel OCR-Schrift) oder ein Strichcode sein. Zwingend ist die Identifizierung der Referenzpunkte durch eine an ihnen angebrachte Kennzeichnung allerdings nicht, weil durch Abzählen von einem bekannten Referenzpunkt aus auch die übrigen Referenzpunkte identifiziert werden können. Die bei der Erfindung verwendeten Referenzpunkte können entweder an einer vorher ganz genau festgelegten Stelle mit hoher Genauigkeit angebracht werden, was beim Anbringen der Referenzpunkte eine sehr hohe Genauigkeit und damit einen entsprechenden Zeitaufwand erfordert, oder aber die Referenzpunkte werden verhältnismäßig nahe an ihrer Sollposition angebracht (zum Beispiel im Abstand von einem Zentimeter in der Waagrechten und der Senkrechten), anschließend wird ihre Position mit Mitteln der Vermessungstechnik bestimmt und in einer Liste festgehalten. Der Referenzpunkt kann beispielsweise durch eine Metallplatte oder Keramikplatte gebildet werden, die mittels eines Dübels befestigt wird. Die genannte Platte weist dann bei einer Ausführungsform eine eingravierte Kreuzmarkierung auf (zwei sich überkreuzende Linien), deren Schnittpunkt den Referenzpunkt bildet. Die genannte Kreuzmarkierung kann entweder von Anfang an vorhanden sein oder aber sie wird nach dem Befestigen der Platte angebracht, wobei ihre exakte Lage durch vermessungstechnische Mittel bestimmt wird.
Die Daten der einzelnen Referenzpunkte werden zweckmäßigerweise in einer Liste gesammelt und aus der Liste sind auch gegebenenfalls die Abweichungen der Lagen der Referenzpunkte von ihrer Sollposition enthalten. Die Liste kann entweder von einem Vermessungsfachmann auf der Vorrichtung gelesen und ausgewertet werden, oder aber sie wird in einer maschinenlesbaren Form in einen Computer eingegeben, der die Daten der Tabelle weitgehend automatisch auswertet.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß für die Positionierung in der Horizontalebene die Referenzpunkte mittels einer optischen Einrichtung, zweckmäßig je eine für jeden im Bereich der Vorrichtung befindlichen Referenzpunkt, insbesondere von einer ein elektronisches Bild erzeugenden Kamera erfaßt werden, und daß für die richtige Anordnung in der Höhe diese Referenzpunkte mittels Abstandssensoren erfaßt werden. Die Kameras oder allgemeiner optische Einrichtungen können sich beispielsweise an festen Punkten der Vorrichtung befinden, und die Vorrichtung wird zunächst durch Fahren auf ihren Montagegleisen so bewegt, bis die Referenzpunkte in den Sichtbereich der optischen Einrichtungen gelangen und anschließend wird die Vorrichtung entweder als Ganzes weiterbewegt und/oder ein separat positionierbarer Teil der Vorrichtung, beispielsweise der Einbaurahmen, der die Schwellen hält, wird im wesentlichen in Längsrichtung und in Querrichtung der Vorrichtung so bewegt, bis dieser Teil der Vorrichtung die Sollposition in der Horizontalebene erreicht hat.
Gleichzeitig oder zeitlich vorher oder nachher wird auch durch Erfassung des Abstands zwischen den Abstandssensoren und den Referenzpunkten die Höhenlage des im Beispiel genannten Einbaurahmens innerhalb der Vorrichtung, z.B. relativ zu einem auf den Montageschienen verfahrbaren Maschinenrahmen so verändert, daß der Einbaurahmen die richtige Position einnimmt. Wenn der Einbaurahmen Schwellen hält, die in flüssigen Beton einzusetzen sind, so wird, wie an sich bekannt, das Eintauchen der Schwellen in den Beton von einer Rüttelbewegung begleitet, wodurch die Schwellen mit relativ wenig Kraftaufwand in den Beton eingesetzt werden können, und nach dem Ende der Rüttelbewegung behalten die Schwellen dann ihre Lage in dem noch fließfähigen Beton bei. Die Höhensensoren können in jeder technisch verwirklichbaren Form ausgebildet sein, beispielsweise die jeweilige Höhe mittels Laserabstandsmessung, mittels Anpeilung des Referenzpunktes von zwei im Abstand angeordneten Stellen aus oder auch durch einen auf den Referenzpunkt aufgesetzten Höhenmeßstab, dessen Höhe mechanisch, elektrisch oder optisch abgelesen wird, bestimmt werden.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden die beim Erfassen der Referenzpunkte ermittelten Ergebnisse auf einer Anzeige einem Maschinisten oder Vermessungstechniker sichtbar gemacht, der mit diesen Angaben die Vorrichtung in eine Sollposition steuern kann, in der beispielsweise die Referenzpunkte sich genau im Mittelpunkt eines jeweiligen Bildschirmes befinden. Es ist auch möglich, das Verfahren zu automatisieren, insbesondere mit Hilfe eines programmgesteuerten Computers, wobei eine soeben genannte Anzeige dennoch zweckmäßig ist, um die sichere Funktion des Verfahrens bzw. der Vorrichtung stets überwachen zu können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls seiner Weiterbildungen ausgebildet ist, weist die Einrichtungen auf, die erforderlich sind, um die Verfahren gemäß den das Verfahren betreffenden einzelnen Ansprüchen ausführen können. Bei einer Schwellenverlegemaschine befinden sich die Sensoren zweckmäßig an dem die Schwellen haltenden und relativ zu der übrigen Vorrichtung beweglichen Teil. Die übrige Vorrichtung wird hier vereinfachend als Maschinenrahmen bezeichnet und umfaßt im Beispiel die auf den Montageschienen rollenden Räder, Antriebsmotoren (vorzugsweise Verbrennungsmotoren) für die Fortbewegung auf den Montageschienen und für die Versorgung von hydraulischen und/oder elektrischen Geräten, wie Rüttlern, Stellmotoren, Sensoren und eines Computers, sowie eine Kabine für den Maschinisten.
Ein beispielhafter Verfahrensablauf gemäß der Erfindung ist der Folgende:

1. Im unmittelbaren Nahbereich von Fertigungsvorrichtungen, Fertigungsmaschinen oder Verlegemaschinen für den Bau der "Festen Fahrbahn" nach beliebiger Methode werden im festen Unterbau, beispielsweise in der hydraulisch gebundenen Tragschicht (HGT) (dies ist eine Betonschicht) oder auf dem Trogrand oder auf der Asphaltschicht oder auf einer anderen festen Tragschicht oder auf eigens hergestellten Fundamenten Bezugspunkte abgesteckt, markiert, geodätisch nach Lage und Höhe exakt eingemessen und zwar vor Beginn der Fertigung bzw. zeitlich vor dem Fixieren der Schienenbefestigungskörper bzw. vor dem Verlegen des Gleises. Die dreidimensionalen Koordinaten der markierten Bezugspunkte werden vorzugsweise in einem übergeordneten, einheitlichen Koordinatensystem, etwa dem Gauß-Krüger-System, berechnet.
Die Anordnung und die Anzahl der Bezugspunkte und deren gegenseitiger Abstand richten sich nach der jeweiligen Fertigungsmethode und nach der Anordnung der im folgenden Punkt 2 beschriebenen Erfassungsgeräte. Es ist Redundanz anzustreben, um die Genauigkeit zu erhöhen.
2. An der Fertigungseinrichtung, der Fertigungsmaschine oder Verlegemaschine oder dergleichen, werden Geräte angebracht, die die in 1. beschriebenen Bezugsmarken erfassen können, etwa Kameras oder Abstandssensoren. Um die Genauigkeit zu erhöhen sind die Erfassungsgeräte möglichst im äußeren Randbereich der Fertigungseinrichtung, Fertigungsmaschine, Verlegemaschine anzuordnen. Aus dem selben Grund sind möglichst mehr Erfassungsgeräte anzubringen, als für eine einfache Berechnung notwendig wäre.
Die Erfassungsgeräte sind zu kalibrieren und zu justieren. Ihr meßtechnischer Nullpunkt ist in einem einrichtungs- bzw. maschinenbezogenen Koordinatensystem exakt zu bestimmen.
3. Die Fertigungseinrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine ist in den Nahbereich der Bezugspunkte gemäß Ziffer 1 zu bringen. Die Erfassungsgeräte ermitteln die horizontalen und vertikalen Abstandsmaße zwischen Bezugsmarke und dem meßtechnischen Nullpunkt des Erfassungsgerätes.
4. Mit Hilfe eines vor Ort befindlichen und mit den Erfassungsgeräten online verbundenen PC und mit Hilfe entsprechender Auswertesoftware wird
anhand der ermittelten Koordinaten und Höhen der gemäß Ziffer 1 beschriebenen Bezugsmarken und
anhand der nach Ziffer 2 ermittelten einrichtungs- bzw. maschinenbezogenen Koordinaten und Höhen der meßtechnischen Nullpunkte der Erfassungsgeräte und
anhand der nach Ziffer 3 ermittelten Abstandsmaße die Istposition der Verlegeeinrichtung, der Fertigungsmaschine bzw. der Verlegemaschine unmittelbar vor Ort berechnet.
5. Unmittelbar danach werden die Abweichungen der Istposition der Fertigungseinrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine von der Sollposition berechnet. Die ermittelten und Verschiebewerte in Längs- und Querrichtung und in der Höhe werden angezeigt und einem Maschinisten oder direkt an einem Mechanismus zur Steuerung der Fertigungseinrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine übergeben. Entsprechend wird die Fertigungseinrichtung, Fertigungsmaschine bzw. Verlegemaschine mechanisch durch Handsteuerung oder automatische Steuerung in die Sollposition gebracht.

Die Erfindung ist nicht auf das Positionieren von Schienen oder Schienenbefestigungskörper beschränkt sondern beispielsweise auch für das Steuern von Maschinen, die den Gleisunterbau herstellen, beispielsweise auch für das Fräsen einer Nut oder für das Bohren einer Öffnung, in denen die Schienenbefestigungsköper festgemacht werden sollen, geeignet. Auch ist die Erfindung nicht nur auf Eisenbahngleise mit zwei Schienen beschränkt sondern beispielsweise auch für Einschienenbahnen oder auch für eine auf einer Schiene schwebenden Bahn, wie zum Beispiel für eine Magnetschwebebahn geeignet.
Wenn eine automatische Steuerung vorgesehen ist, so schafft die Erfindung ein Verfahren, wonach beliebig konstruierte Fertigungsmaschinen beim Bau spurgebundener Verkehrswege über zuvor exakt eingemessene Referenzpunkte sich selbsttätig positionieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, nämlich einer Schwellenverlegemaschine, zur Ausführung des Verfahrens,
Fig. 2: eine schematische Endansicht der Vorrichtung,
Fig. 3: in einer Draufsicht die Zuordnung von Referenzpunkten zu den zu verlegenden Schwellen während verschiedener Arbeitstakte der Verlegemaschine.

Alle Figuren sind stark schematisiert und nicht maßstäblich.
Zunächst wird auf den in Figur 2 dargestellten Querschnitt durch den Aufbau des Bahnkörpers Bezug genommen. Auf einer in den Erdboden 1 hineinreichenden Frostschutzschicht 3 ist eine Tragschicht 5 aus Beton, eine sogenannte hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT) angeordnet, und auf dieser wird in einzelnen Arbeitstakten die sogenannte Tragplatte 7 aus flüssigem Beton aufgebracht, in die Schwellen 9 in genau vorgegebener Lage durch Einrütteln einzubringen sind.
Die als Vorrichtung 20 bezeichnete Verlegemaschine für Schwellen weist Räder 21 auf, die auf den Montageschienen 23 laufen, die gleichzeitig eine seitliche Schalung für die Tragplatte 7 bilden und seitlich außerhalb der zu verlegenden Schwellen und somit auch der später zu verlegenden Gleise liegen, wie Figur 2 zeigt.
Die Vorrichtung 20 weist eine Motoreneinheit 25 auf, zu der mehrere Verbrennungsmotoren gehören, die einerseits zum Antrieb der Vorrichtung 20 auf den Montageschienen 23 dienen und andererseits zur Versorgung von hydraulischen Geräten und zum Antrieb von elektrischen Generatoren zur Stromversorgung verschiedener Einrichtungen der Vorrichtung dienen.
Es ist eine Kabine 30 für den Maschinisten vorgesehen, in der sich die zur Steuerung der Vorrichtung von Hand erforderlichen Einrichtungen und außerdem Sichtgeräte befinden, anhand von denen der Maschinist die Position der Vorrichtung relativ zu von Sensoren erfaßten Referenzpunkten feststellen kann. Die soeben genannten Teile der Vorrichtung (aber ohne Sensoren und Computer) werden zusammenfassend hier als Maschinenrahmen bezeichnet. An dem Maschinenrahmen ist ein Einbaurahmen 40 gehalten, dessen Position relativ zum Maschinenrahmen durch hydraulische Hubvorrichtungen 43 in vertikaler Richtung und durch Stellmotoren 44, 45 in Längsrichtung der Vorrichtung und in Querrichtung veränderbar ist. Hierzu ist am Maschinenrahmen in dessen beiden Endbereichen über die Hubvorrichtungen 43 je eine kreuzschlittenartige Vorrichtung 46 höhenveränderbar befestigt, an denen der Einbaurahmen über die Stellmotoren 44 und 55 derart verschiebbar gehalten ist, daß in begrenztem Maße auch eine Drehung um eine vertikale Achse möglich ist. Durch unterschiedliche Betätigung der Hubvorrichtungen 43 hinten und vorne, links und rechts kann der Einbaurahmen 40 gegenüber der Horizontalebene schräg gestellt werden. An dem Einbaurahmen 40 ist über eine Rüttelvorrichtung 47 eine Greifvorrichtung 49 angeordnet, die derart ausgebildet ist, daß sie im Beispiel zehn in vorgegebenem Abstand von 65 cm von Mitte zu Mitte angeordnete Schwellen gleichzeitig ergreifen kann und in eine gewünschte Position bewegen kann.
Mit dem Einbaurahmen fest verbunden sind Sensoren 51 und 53, von denen die Sensoren 51 als Fernsehkamaras ausgebildet sind, die in einer Blickrichtung senkrecht von oben nach unten jeweils einen zugeordneten Referenzpunkt 55 erfassen, wenn die Vorrichtung ausreichend dicht an die Referenzpunkte herangefahren ist. Die Sensoren 53 stellen die Höhenlage des Einbaurahmens im Vergleich zur Höhe des jeweils zugeordneten Referenzpunkts 55 fest. Die Referenzpunkte 55 sind, wie Figur 3 zeigt, im Beispiel so angeordnet, daß sie außerhalb der Montageschienen 23 liegen, damit sie durch die Betonierarbeiten für die Tragplatte 7 nicht beeinträchtigt werden, wobei die Referenzpunkte jeweils im Bereich des Anfangs und des Endes eines Flächenbereichs für eine gleichzeitig zu verlegende Anzahl von Schwellen (im Beispiel zehn) angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Vorrichtung 20, die sich mit ihrem Einbaurahmen in einem ersten Verlegeschritt im obersten Drittel des in Figur 3 gezeigten Bereichs befindet, mit den Sensoren alle vier Referenzpunkte 55-1 bis 55-4, die sich im Bereich der Ecken dieses soeben genannten Bereichs befinden, erfassen, und wenn sich die Vorrichtung nach dem Einrütteln und Loslassen der Schwellen und dem Ergreifen von weiteren Schwellen in den mittleren Bereich der Figur 3 bewegt hat, so befinden sich wiederum vier Referenzpunkte (55-3 bis 55-6) im Sichtbereich der Sensoren der Vorrichtung, von denen jedoch zwei bereits bei dem vorhergehenden Arbeitsschritt von der Vorrichtung erfaßt worden waren, wogegen einige (im Beispiel zwei) der Referenzpunkte sich in einem Bereich befinden, in dem noch keine Schwellen verlegt sind und die beim vorhergehenden Arbeitsschritt noch nicht von der Vorrichtung erfaßt worden waren. Um eine weitere Kontrollmöglichkeit zu schaffen, sind am Einbaurahmen Neigungssensoren angeordnet, die die Neigung gegenüber der Horizontalebene erfassen.
In Fig. 1 sind zwei Referenzpunkte 55 sichtbar, die dort in Abweichung zu Fig. 2 als waagrechtliegende plattenartige Teile gezeigt sind, die mit einem Dübel oder Pflock auf der Tragschicht 5 befestigt sind. Die Antriebsvorrichtungen und Greifvorrichtungen der Fig. 2 sind aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 nicht gezeigt. In der Kabine 30 steht auf einem Tisch 60 ein Computer 62, der mit den oben genannten Sensoren und Stellvorrichtungen gekoppelt ist. Ein Sichtgerät 64 gestattet dem Maschinisten die Positionierung der ganzen Maschine und des Einbaurahmens mit Hilfe einer Tastatur 66 mit Steuerknüppel.

Claims

Verfahren für das räumlich genaue Positionieren von Fertigungseinrichtungen, wie Fertigungsmaschinen, Gleis- oder Schienenbefestigungs-Verlegemaschinen insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbahnen, unter Verwendung von Referenzpunkten, die vor dem Positionieren der genannten Einrichtungen abgesteckt, markiert und geodätisch vermessen worden sind, wobei die ortsveränderliche Fertigungseinrichtung zum Anordnen der Schienenbefestigungskörper unter Verwendung der Referenzpunkte so gesteuert wird, daß die Schienenbefestigungskörper oder die Öffnungen zum Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper mit der gewünschten Genauigkeit an der gewünschten Stelle angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzpunkte in derartiger Nähe zu dem herzustellenden Gleis und in einem derartigen gegenseitigen Abstand vorgesehen werden, daß mindesten bei ausgewählten Positionen der Vorrichtung jeweils mindestens ein Referenzpunkt, vorzugsweise mehrere Referenzpunkte, von der Vorrichtung aus meßtechnisch erfaßbar ist (sind), und daß das Anordnen der Schienenbefestigungskörper oder der Öffnungen für das Aufnehmen der Schienenbefestigungskörper von der Vorrichtung aus gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin von der Vorrichtung aus bereits angeordnete Schienenbefestigungskörper gemeinsam mit dem Referenzpunkt bzw. Referenzpunkten zum Steuern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Vorrichtung aus jeweils mindestens vier Referenzpunkte ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzpunkte mit einer automatisch lesbaren Identifizierung versehen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage von Vorrichtungsteilen, die das Anordnen vornehmen, in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch Erfassen von Referenzpunkten mittels Kamera festgestellt wird, und daß die relative Lage der Vorrichtungsteile bezüglich der Höhe durch Erfassen von Referenzpunkten mittels Abstandssensoren festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erfassen der Referenzpunkte ermittelte Ergebnisse auf einer Anzeige einem Maschinisten sichtbar gemacht werden, damit dieser die Vorrichtung in eine Sollposition steuern kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch Erfassen der Referenzpunkte automatisch gesteuert wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sensoren (51, 53) zur Erfassung der Lage von Referenzpunkten relativ zur Vorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor an einem den bereits angeordneten Aufnahmen abgewandten Bereich der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor an einem in einem in Arbeitsfortschrittsrichtung vorderen Bereich der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Vorrichtung eine Steuervorrichtung befindet, deren von Hand zu betätigende Betätigungselemente sich auf der Vorrichtung befinden.