EP1548400A1 - Messgerät zum Inspizieren von Schienen - Google Patents

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EP1548400A1
EP1548400A1 EP03029716A EP03029716A EP1548400A1 EP 1548400 A1 EP1548400 A1 EP 1548400A1 EP 03029716 A EP03029716 A EP 03029716A EP 03029716 A EP03029716 A EP 03029716A EP 1548400 A1 EP1548400 A1 EP 1548400A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
rail
measuring
distance sensor
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP03029716A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulf Stadie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vogel und Ploetscher GmbH
Original Assignee
Vogel und Ploetscher GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vogel und Ploetscher GmbH filed Critical Vogel und Ploetscher GmbH
Priority to EP03029716A priority Critical patent/EP1548400A1/de
Publication of EP1548400A1 publication Critical patent/EP1548400A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for inspecting Rails with the features of the preamble of claim 1.
  • the digital measurement data is developed in a specially developed Electronics box recycled and as PC-usable data sent a laptop, which will be used as a storage and evaluation medium is used.
  • the laptop is on the Measuring device mounted, so that constantly gauge, groove width and elevation can be displayed with a resolution of 1 / 10mm.
  • the MessReg CDM is currently the only measuring device the specifications of DB AG.
  • the object of the invention is a wear-free measuring device for inspecting rails, in particular turnouts, to create with a measuring speed of at least 6-7 km / h, same fast pace at Measuring point distances between 2 and 5mm, around all measuring points to capture in a switch.
  • Another object of the invention is it a precise gauge to inspect Rails, in particular turnouts with a high degree of automation to accomplish.
  • a measuring device for inspecting Rails in particular switches, an optical fiber on, a laser beam on at least one to be measured Point projected and a CCD unit, which is the point recognizes and this information through a DSP unit to a Computer forwards.
  • the advantages of this non-contact Measuring device of the invention are: Less wear of the Dimensional transmission, as the rail no longer touched touching is, and thus no wear on the measuring pin arises. Errors due to dimensional translations (gears, analog-to-digital converters etc.) are avoided. At the same time increases the standby time of the meter. Higher accuracy the measurement because the individual parameters without the above measured wear, systematically avoided errors and the repeatability can be improved enormously.
  • the Optical fiber so arranged to the rail that the laser beam exactly 14 mm below rail surface in one vertical angle to the rail axis impinges for detection through the CCD unit.
  • the CCD unit in a triangulation sensor or a camera integrated.
  • a Radlenker located opposite the rail a Radlenker and a cross slide mounted between the rail and the handlebar, on which a recording for a rotatable about its own axis and provided in its height adjustable mirror is, with the optical fiber so parallel to the rail is mounted so that its beam hits the mirror axis.
  • the optical waveguide is designed as a laser distance sensor.
  • Both laser distance sensor and mirror unit are rigid with each other connected for improved vibration suppression.
  • the laser distance sensor for improved compact Construction of the measuring device according to the invention for inspecting formed by rails als.Miniatursensor.
  • the laser distance sensor as triangulation distance sensor is formed, the laser beam on with a 45 ° arranged mirror or a prism is directed by the laser beam is directed onto the rail or the steering arm and the CCD line in the triangulation distance sensor is provided, the different distances to the computer continues to lead.
  • the laser distance sensor for increased stability in integrated a hand-held measuring car which is constructed from aluminum rectangular profiles, with each attached to one side Aluminum plates are rigidly connected.
  • the handheld tester on a separation by means of Quick release lever is actuated.
  • the hand measuring carriage has conically shaped wheels Plastic, similar to real wheelsets, on.
  • the wheels are rigidly arranged.
  • Fig. 1 An optical waveguide 1, d. H. a laser is on a rail 2 or a Radlenker 3 arranged.
  • a CCD unit 4 detects the individual light spots of the laser 1 and gives their position to a computer 5 on. Out the light points are calculated the individual measuring points.
  • Fig. 2 For marking and measuring the distance to the rail 2 or the Radlenker 3 is with a triangulation sensor 6 The distance measured between the triangulation sensor 6 and the object 2, 3 is located. By charging the differences on left and right rail 2 can be individual Track measuring points are recorded and evaluated.
  • rail 2 is mounted on a cross slide 7, be simulated with the movements in the x and in the y direction.
  • the CCD unit 4 on a height adjustable guide 8 mounted.
  • Laser 1 is in a recording 9 mounted, with which one the laser beam in can move all three axes.
  • the laser beam has to be exact to 14 mm below rail level at a vertical angle hit the rail axis. Does the laser beam have one Angle deviation, the laser point moves, depending on the angle error, with track adjustment along the rail contour along and can no longer be accurately detected by the CCD unit 4 become.
  • Fig. 4 Opposite rail 2 is for improved detection a Radlenker 3 set with the smallest assuming distance. Between rail 2 and 3 Radlenker is a cross slide 7 mounted for movements in x and y direction. On the cross slide 7 is the recording for a mirror 10. With this recording it is additional possible to turn the mirror 10 about its own axis and to adjust in height.
  • the laser 1 is parallel to Rail 2 mounted (in Fig. 4 rotated by 90 °, for the better Representation), so that its beam is on the mirror axis meets.
  • the laser beam is transmitted through the mirror 10 to the Driving edge or projected onto the Radscher 3 and from the CCD unit 4 detected when it is exactly 14 mm below rail top and impinges at 90 ° to the rail axis.
  • the CCD unit 4 can read and process both laser spots.
  • Fig. 5 Corresponding features are denoted by the reference numerals designated from FIG. 4.
  • the laser distance sensor 6 operates according to the triangulation principle with a certain distance to the workpiece 2, 3, in which its measuring range begins. On Due to its size, the laser distance sensor 1 can not directly the distance between itself and the workpiece 2, 3 measure up. It must also here the laser beam over a Mirror mechanism on the rail 2 or Radlenker 3 projected In FIG. 5, the laser distance sensor is rotated by 90 °, for a clearer presentation). Sensor 6 and mirror 10 are rigidly connected and thus are here Angle error rather avoid, as with the CCD unit. 4 Compared to vibration, this system is less sensitive, as in the CCD unit 4 of FIG. 4th
  • a miniature sensor 6 measures the distance to the rail 2 and the other sensor 6 measures the distance to Radlenker 3. These measured data are offset against each other and a real result is determined from this.
  • Fig. 7 The triangulation distance sensor 6 is parallel to the rail 2.
  • the laser beam is arranged at a 45 ° Mirror 10 or prism 10 projected. This distracts the laser beam on the object 2, 3.
  • 3 detects the CCD line 4 in the triangulation distance sensor 6 the different distances and can forward them to a transmitter 5.
  • the theoretical Ray path is xy, xz in all three planes, yz shown. Due to the different distances A-C of the objects is the angle of incidence at the mirror 10 or prism 10 different heights. This height offset recognizes the CCD unit 4 in the triangulation distance sensor 6.
  • Fig. 8 A triangulation distance sensor 6 is on Electronics housing 11 mounted.
  • the electronics housing 11 is screwed on an angle 12, on a base plate 13 is attached.
  • Mirror 10 is between two retaining plates 14 and 14 clamped.
  • the holding plate 14 is connected to the Screwed base plate 13.
  • a prism 10 may be used whose orientation is from 45 ° to the entrance angle the laser beam mechanically easier to realize is as the mirror 10.
  • Fig. 9 To a real measuring operation on a rail 2 to had to simulate the previous experimental setup with three additional units are added. Due to the mirror image Arrangement of the individual sensors 6 and known distance X, individual measurement parameters, such as Track width, groove width, head width, wheel link distance be simulated.
  • test plates 15 are in front of the individual laser beams pushed back and forth and the largest stage of the test plate each calibrated with zero. From the individually arising, in a Excel spreadsheet can hold differences the simulated measurement parameters are calculated.
  • the values determined for the real values were in a tolerance range of ⁇ 0.5mm.
  • the relatively inaccurate Value can be explained by measuring the real distances (Measurement inaccuracy / parallax error) and in the settlement in the Excel spreadsheet, where these inaccuracies are add up.
  • Fig. 10, 11 The triangulation distance sensors 6 are in an aluminum housing 16 integrated.
  • the laser beam will deflected by the prisms 10 on each side to be measured.
  • screw 17 is the entire measuring head unit 18 easy to assemble or disassemble.
  • the entire measuring head unit 18 can be relatively simple be mounted on a hand-held trolley 19.
  • Handheld measuring carriage 19 with the integration of the measuring head 18 is constructed of aluminum rectangular profiles 20, each with on one side mounted aluminum plates 21 rigid are connected.
  • the aluminum plates 21 are weight optimized.
  • a separation 22 is installed. These Separation is actuated by means of quick release lever 23.
  • Fig. 12 By conical shape of the isolation between two rail tracks made of plastic existing wheels 24 creates self-centering on the railway body, similar a real wheel set. Due to shape and arrangement the wheels 24, the meter drives in a steady, sinusoidal movement on the rail track. In the area a switch becomes the measuring device, due to the rigid arrangement the wheels 24, kept in the lane.
  • Fig. 13 The meter is operated with a notebook 25.
  • a notebook 25 To ensure outdoor use is an industrial PC been selected as so-called 'Toughbook', the even in harsh conditions, such as warm / cold temperatures, Sun / rain / snow can be used.
  • the Toughbook is with a special receptacle 26 for connection provided the meter that is designed to work includes several functions. With quick release 27 The 'Toughbook' can be easily and safely attached to the meter attached or connected to him. At the same time serves she as a sliding unit. By a suitable pipe construction 28, this entire unit is height adjustable and can thus be adjusted ergonomically.
  • a spare battery 29 housed the use of time of the measuring device increased by a multiple.
  • These rubber bumpers 31 are very rigid and still have good damping properties.
  • the electronics for the measuring head are generous in one designed housing 32 housed. It is so sealed that it protects the electronics from moisture or dirt protects and meets the requirements of EMC. by virtue of the dimensions of the housing, can provide additional power sources intended for increased use of the meter be.
  • Fig. 15 The rotational movement of the wheel 24 is directly over a clutch 34 transmitted to a rotary encoder 35.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Inspizieren von Schienen (2), insbesondere von Weichen, mit einem Laserdistanzsensor und einem Lichtwellenleiter (1), der einen Laserstrahl auf mindestens einen zu messenden Punkt projiziert, und mit einer CCD-Einheit (4), die den Punkt erkennt und diese Information über eine DSP-Einheit zu einem Rechner (5) leitet. Der Laserdistanzsensor kann dabei ein Triangulationssensor sein. Weiterhin kann der Laserdistanzsensor in einen Handmesswagen integriert sein. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Inspizieren von Schienen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Bekannt ist ein fahrbares Weichen-Messgerät für die kontinuierliche Messung in Weichen auf einem stabilen Aluminium-Vierkantprofilrahmen, der auf Rädern aus gehärtetem Stahl oben auf dem Schienenkopf fährt. Messbolzen werden konstant an die Fahrkante gedrückt, so dass immer gleichbleibender Kontakt zwischen Schiene und Messbolzen besteht und die einzelnen Spurabstände direkt gemessen werden können. Das Gerät kann von einer Person bedient werden und ist mit wenigen Handgriffen einsatzbereit. Um nicht unbeabsichtigt Leitsignale auszulösen, ist das Messgerät isoliert, so dass keine elektrische Verbindung zwischen den Schienensträngen auftreten kann. Die Messrichtung ist unabhängig von der Fahrtrichtung des Messgerätes, d.h. der Messablauf kann sowohl am Weichenanfang als auch am Weichenende begonnen werden, wobei das Gerät innerhalb einer Messung sowohl vorwärts, als auch rückwärts fahren kann, ohne die jeweilige Messung zu beeinflussen. Die Messung erfolgt immer strangweise, ohne dass das Messgerät aus der Schiene gehoben werden muss, um die einzelnen Parameter zu erfassen. Die zu messenden Parameter sind:
  • Wegmessung erfolgt kontinuierlich in 10 mm Auflösung
  • Gegenseitige Höhenlage (Überhöhung)
  • Spurweite (Regelspur 1435mm); Messbereich 1420-1475mm
  • Rillenweite (Sollmaß 44mm); Messbereich 39-48mm
  • Leitweite (Sollmaß 1396mm); Messbereich 1387-1400mm
  • Radlenkerleitflächenabstand (Sollmaß 1353mm); Messbereich 1346-1357mm
  • Maße ss und sk (Spurweiten vor (sk) und am (ss) Herzstück bei federn- oder gelenkbeweglichen Herzstücken)
  • Einlaufweite am Radlenker
  • Durchlaufrille
  • die Zuordnung der Messwerte zu den Messpunkten,
  • die Berechnung von Leitweite und Radlenkerleitflächenabstand
  • die bildliche Anzeige von Messpunkt, Messwert und Toleranzüberschreitung
Die digitalen Messdaten werden in einer eigens entwickelten Elektronikbox aufbereitet und als PC-verwertbare Daten an einen Laptop geschickt, der in der weiteren Folge als Speicher- und Auswertemedium dient. Der Laptop ist auf dem Messgerät montiert, so dass ständig Spurweite, Rillenweite und Überhöhung anzeigbar ist mit einer Auflösung von 1/10mm. Das MessReg CDM erfüllt derzeit als einziges Messgerät das Pflichtenheft der DB AG.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verschleißfreies Messgerät zum Inspizieren von Schienen, insbesondere von Weichen, zu schaffen mit einer Messgeschwindigkeit von mindestens 6-7 km/h, gleich schnelle Schrittgeschwindigkeit bei Messpunktabständen zwischen 2 und 5mm, um alle Messpunkte in einer Weiche zu erfassen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein exaktes Messgerät zum Inspizieren von Schienen, insbesondere von Weichen mit einem hohen Automatisierungsgrad zu schaffen.
Die Lösung erfolgt mit einem Messgerät zum Inspizieren von Schienen, insbesondere von Weichen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung weist ein Messgerät zum Inspizieren von Schienen, insbesondere von Weichen, einen Lichtwellenleiter auf, der einen Laserstrahl auf mindestens einen zu messenden Punkt projiziert und eine CCD-Einheit, die den Punkt erkennt und diese Information über eine DSP-Einheit zu einem Rechner leitet. Die Vorteile dieses berührungslosen Messgeräts der Erfindung sind: Geringerer Verschleiß der Maßübertragung, da die Schiene nicht mehr berührend abgetastet wird, und somit auch kein Verschleiß an Messbolzen entsteht. Fehler durch Maßübersetzungen (Zahnräder, Analog-Digital-Wandler etc.) werden vermieden. Gleichzeitig wird die Ständzeit des Messgerätes erhöht. Höhere Genauigkeit der Messung, weil die einzelnen Parameter ohne den oben erwähnten Verschleiß gemessen, systematisch Fehler vermieden und die Wiederholgenauigkeit enorm verbessert werden. Kürzere Messzeiten an der Weiche, da die Weichen mit einer größeren Geschwindigkeit durchfahren werden können. Die daraus resultierende Zeitersparnis macht die gewünschte Rationalisierung (Wegfall einer Person) möglich. Gleichzeitig werden die Sperrzeiten einer Strecke wesentlich verkürzt. Vollautomatisches Messen, wenn das Messgerät an einen Triebwagen oder Rangierlok gekoppelt wird, so dass eine Weiche, bei langsamer Durchfahrt, innerhalb des ganz normalen Fahrplans vermessen werden kann. Zusätzliche Messpunkte, wie Herzstückverschleiß, Oberflächenrauhigkeiten (Ausbrüche), Riffel bzw. Wellen können zusätzlich gemessen werden. Für diese Parameter benötigt man gemäß Stand der Technik jeweils verschiedene Messgeräte, die allesamt berührend arbeiten. Gemäß der Erfindung ist ein universelles Messgerät geschaffen, das allen Anforderungen für die Weichenund Schienenvermessung genügt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtwellenleiter so zur Schiene angeordnet, dass der Laserstrahl exakt 14 mm unter Schienenoberfläche in einem senkrechten Winkel zur Schienenachse auftrifft zur Erfassung durch die CCD-Einheit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die CCD-Einheit in einen Triangulationssensor oder eine Kamera integriert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist gegenüber der Schiene ein Radlenker angeordnet und zwischen Schiene und Radlenker ein Kreuzschlitten montiert, auf dem eine Aufnahme für einen um seine eigene Achse drehbaren und in seiner Höhe verstellbaren Spiegel vorgesehen ist, wobei der Lichtwellenleiter so parallel zur Schiene montiert ist, dass sein Strahl auf die Spiegelachse trifft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Schiene und Radlenker der kleinst anzunehmende Abstand eingestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtwellenleiter als Laserdistanzsensor ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Laserdistanzsensor und Spiegeleinheit starr miteinander verbunden zur verbesserten Unterdrückung von Vibrationen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Laserdistanzsensor für verbesserte kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Messgeräts zum Inspizieren von Schienen als.Miniatursensor ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Laserdistanzsensor als Triangulations-Abstand-Sensor ausgebildet ist, dessen Laserstrahl auf einen mit 45° angeordneten Spiegel oder ein Prisma gerichtet ist, von dem der Laserstrahl auf Schiene oder Radlenker gelenkt wird, und die CCD-Zeile im Triangulations-Abstand-Sensor vorgesehen ist, die unterschiedliche Abstände an den Rechner weiter leitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Laserdistanzsensor für erhöhte Stabilität in einen Handmesswagen integriert, der aufgebaut ist aus Aluminiumrechteckprofilen, die mit jeweils an einer Seite angebrachten Aluminiumplatten biegesteif verbunden sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Handmesswagen eine Trennung auf, die mittels Schnellspannhebel betätigbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Handmesswagen konisch geformte Laufräder aus Kunststoff, ähnlich realen Radsätzen, auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Laufräder starr angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Drehbewegungen der Laufräder über eine Kupplung auf einen Drehwinkelgeber übertragbar zur Erfassung der zurückgelegten Wegstrecken.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind am Handmesswagen zur verbesserten Messwertaufnahme Dämpfungselemente vorgesehen, die zwischen der Seitenplatte und der Laufradaufnahme integriert sind. Durch diese Dämpfungselemente können Stöße von den Laufrädern auf das Messgerät weitestgehend absorbiert werden.
Durch eine verbesserte Datenübertragung, nämlich USB oder Funkübertragung anstatt RS 232 und Elektronikmodifizierungen erhöht sich die Abtastfrequenz, so dass die Messungen auch mit höheren Geschwindigkeiten durchgeführt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1-6:
schematische Ansichten von Messgeräten der Erfindung,
Fig. 7:
schematische Ansichten von Messgeräten gemäß der Erfindung mit Triangulations-Abstand-Sensor,
Fig. 8:
Versuchsaufbau mit Spiegeleinheit,
Fig. 9:
Simulation der Spur-, Leit-, Rillenweite und Radlenkerleitflächenabstand mit Messgerät gemäß der Erfindung,
Fig. 10:
Messkopfeinheit von Messgerät gemäß der Erfindung,
Fig. 11:
Vorderansicht Versuchswagenprototyp von Messgerät gemäß der Erfindung,
Fig. 12:
Draufsicht Versuchswagenprototyp von Messgerät gemäß der Erfindung,
Fig. 13:
Messgerät gemäß der Erfindung mit Notebook,
Fig. 14,
Dämpfungselemente von Messgerät gemäß der Erfindung und,
Fig. 15:
Laufrad vom Messgerät gemäß der Erfindung
Fig. 1: Ein Lichtwellenleiter 1, d. h. ein Laser, ist an einer Schiene 2 oder einem Radlenker 3 angeordnet. Eine CCD-Einheit 4 erkennt die einzelnen Lichtpunkte des Lasers 1 und gibt deren Position an einen Rechner 5 weiter. Aus den Lichtpunkten werden die einzelnen Messpunkte errechnet.
Fig. 2: Zum Markieren und Messen des Abstandes zur Schiene 2 oder zum Radlenker 3 wird mit einem Triangulationssensor 6 der Abstand gemessen, der sich zwischen dem Triangulationssensor 6 und dem Objekt 2, 3 befindet. Durch verrechnen der Differenzen an linker und rechter Schiene 2 können einzelne Spurmesspunkte erfasst und ausgewertet werden.
Fig. 3: Schiene 2 wird auf einen Kreuzschlitten 7 montiert, mit dem Bewegungen in x- und in y-Richtung simuliert werden. Über der Schiene 2 wird die CCD-Einheit 4 auf einer höhenverstellbaren Führung 8 aufmontiert. Laser 1 ist in einer Aufnahme 9 montiert, mit der man den Laserstrahl in allen drei Achsen bewegen kann. Der Laserstrahl muss exakt auf 14 mm unter Schienenoberkante in einem senkrechten Winkel zur Schienenachse auftreffen. Hat der Laserstrahl eine Winkelabweichung, so wandert der Laserpunkt, je nach Winkelfehler, bei Spurverstellung an der Schienenkontur entlang und kann von der CCD-Einheit 4 nicht mehr exakt erkannt werden.
Fig. 4: Gegenüber Schiene 2 ist für verbesserte Erkennung ein Radlenker 3 mit dem kleinst anzunehmenden Abstand eingestellt. Zwischen Schiene 2 und Radlenker 3 ist ein Kreuzschlitten 7 montiert für Bewegungen in x- und y-Richtung. Auf dem Kreuzschlitten 7 befindet sich die Aufnahme für einen Spiegel 10. Mit dieser Aufnahme ist es zusätzlich möglich, den Spiegel 10 um seine eigene Achse zu drehen und in seiner Höhe zu verstellen. Der Laser 1 wird parallel zur Schiene 2 montiert (in Fig. 4 um 90° gedreht, zur besseren Darstellung), so dass sein Strahl auf die Spiegelachse trifft. Der Laserstrahl wird über den Spiegel 10 auf die Fahrkante bzw. auf den Radlenker 3 projiziert und von der CCD-Einheit 4 erkannt, wenn er exakt 14 mm unter Schienenoberkante und im 90° Winkel zur Schienenachse auftrifft. Die CCD-Einheit 4 kann beide Laserpunkte auslesen und verarbeiten.
Fig. 5: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus Fig. 4 bezeichnet. Der Laserdistanzsensor 6 arbeitet nach dem Triangulationsprizip mit einem gewissen Abstand zum Werkstück 2, 3, in dem sein Messbereich beginnt. Auf Grund seiner Baugröße kann der Laserdistanzsensor 1 nicht direkt den Abstand zwischen sich und dem Werkstück 2, 3 messen. Es muss hier ebenfalls der Laserstrahl über eine Spiegelmechanik auf die Schiene 2 bzw. Radlenker 3 projiziert werden (In Fig. 5 ist Laserdistanzsensor um 90° gedreht, zur anschaulicheren Darstellung). Sensor 6 und Spiegel 10 sind starr miteinander verbunden und somit sind hier Winkelfehler eher zu vermeiden, als bei der CCD-Einheit 4. Gegenüber Vibrationen ist dieses System unempfindlicher, als bei der CCD-Einheit 4 gemäß Fig. 4.
Fig. 6: Ein Laserdistanzsensor 6, der direkt den Abstand zu Schiene 2 oder Radlenker 3 misst, ist als Miniatursensor ausgebildet. Ein Miniatursensor 6 misst jeweils den Abstand zur Schiene 2 und der andere Sensor 6 misst den Abstand zum Radlenker 3. Diese Messdaten werden miteinander verrechnet und ein reelles Ergebnis wird daraus ermittelt.
Fig. 7: Der Triangulations-Abstand-Sensor 6 steht parallel zur Schiene 2. Der Laserstrahl wird auf einen 45° angeordneten Spiegel 10 oder Prisma 10 projiziert. Dieser lenkt den Laserstrahl auf das Objekt 2, 3. Je nach Abstand des Objektes 2, 3 erkennt die CCD-Zeile 4 im Triangulations-Abstand-Sensor 6 die unterschiedlichen Abstände und kann diese an eine Auswerteelektronik 5 weiterleiten. Der theoretische Strahlenverlauf ist in allen drei Ebenen xy, xz, yz dargestellt. Durch die unterschiedlichen Abstände A-C der Objekte ist der Einfallwinkel am Spiegel 10 oder Prisma 10 unterschiedlich hoch. Diesen Höhenversatz erkennt die CCD-Einheit 4 im Triangulations-Abstand-Sensor 6.
Fig. 8: Ein Triangulations-Abstand-Sensor 6 wird an ein Elektronikgehäuse 11 montiert. Das Elektronikgehäuse 11 ist auf einen Winkel 12 geschraubt, der auf einer Grundplatte 13 befestigt ist. Spiegel 10 wird zwischen zwei Halteplatten 14 und 14 geklemmt. Die Halteplatte 14 ist mit der Grundplatte 13 verschraubt. Um verschiedene Abstände zu simulieren, wird eine Prüfplatte 15 mit bekannten Maßabständen vor dem Laserstrahl hin und her geschoben, wobei die größte Stufe mit Null kalibriert wird. Somit konnten, aufgrund der bekannten Stufenabstände zueinander, gemessene Werte überprüft werden.
Testergebnisse:
Die ermittelten Werte zu den realen Werten lagen in einem Toleranzbereich von ± 0,1mm. Die Umlenkung mit dem Spiegel funktionierte einwandfrei.
Alternativ kann anstelle des Spiegels 10 ein Prisma 10 eingesetzt werden, dessen Ausrichtung von 45° zum Eintrittswinkel des Laserstrahls mechanisch einfacher zu realisieren ist als beim Spiegel 10.
Fig. 9: Um einen realen Messvorgang an einer Schiene 2 zu simulieren, musste der vorhergehende Versuchsaufbau mit drei weiteren Einheiten ergänzt werden. Aufgrund der spiegelbildlichen Anordnung der einzelnen Sensoren 6 und dem bekannten Abstandsmaß X, können einzelne Messparameter, wie Spurweite, Rillenweite, Leitweite, Radlenkerleitflächenabstand simuliert werden.
Die Prüfplatten 15 werden vor den einzelnen Laserstrahlen vor und zurückgeschoben und die größte Stufe der Prüfplatte jeweils mit Null kalibriert. Aus den einzeln entstehenden, in einer Excel - Tabelle festgehaltenen Differenzen können die simulierten Messparameter errechnet werden.
Testergebnisse:
Die ermittelten Werte zu den realen Werten lagen in einem Toleranzbereich von ± 0,5mm. Der relativ ungenaue Wert erklärt sich mit dem Nachmessen der realen Abstände (Messungenauigkeit / Parallaxe Fehler) und bei der Verrechnung in der Excel-Tabelle, in der sich diese Messungenauigkeiten aufsummieren.
Fig. 10, 11: Die Triangulations-Abstand-Sensoren 6 sind in ein Aluminiumgehäuse 16 integriert. Der Laserstrahl wird durch die Prismen 10 auf die jeweils zu messende Seite abgelenkt. Durch Schraubverbindungen 17 ist die gesamte Messkopfeinheit 18 leicht zu montieren bzw. zu demontieren. Ebenso kann die gesamte Messkopfeinheit 18 relativ einfach auf einen Handmesswagen 19 montiert werden.
Handmesswagen 19 mit der Integration des Messkopfes 18 ist aufgebaut aus Aluminiumrechteckprofilen 20, die mit jeweils an einer Seite angebrachten Aluminiumplatten 21 biegesteif verbunden sind. Die Aluminiumplatten 21 sind gewichtsoptimiert. Um das Messgerät platzsparend und leicht transportieren zu können, ist eine Trennung 22 eingebaut. Diese Trennung wird mittels Schnellspannhebel 23 betätigt.
Fig. 12: Durch konische Form der zur Isolation zwischen beiden Schienensträngen aus Kunststoff bestehenden Laufräder 24 entsteht Selbstzentrierung auf dem Bahnkörper, ähnlich eines realen Radsatzes. Aufgrund Form und Anordnung der Räder 24, fährt das Messgerät in einer gleichmäßigen, sinusartigen Bewegung auf dem Schienestrang. Im Bereich einer Weiche wird das Messgerät, durch die starre Anordnung der Räder 24, in der Spur gehalten.
Fig. 13: Das Messgerät wird mit einem Notebook 25 bedient. Um den Einsatz im Freien zu gewährleisten, ist ein Industrie-PC als sogenanntes 'Toughbook' ausgesucht worden, das auch unter rauen Bedingungen, wie warme/kalte Temperaturen, Sonne/Regen/Schnee eingesetzt werden kann. Das Toughbook ist mit einer speziellen Aufnahme 26 für den Anschluss an das Messgerät versehen, die so konzipiert ist, dass sie mehrere Funktionen beinhaltet. Mittels Schnellverschluss 27 kann das 'Toughbook' einfach und sicher an das Messgerät befestigt bzw. mit ihm verbunden werden. Gleichzeitig dient sie als Schiebeeinheit. Durch eine geeignete Rohrkonstruktion 28 ist diese gesamte Einheit höhenverstellbar und kann somit ergonomisch eingestellt werden. Zusätzlich ist in der Aufnahme ein Zusatzakku 29 untergebracht, der die Einsatzzeit des Messgerätes um ein mehrfaches erhöht.
Fig. 14: Um Vibrationen von der Messeinheit 18 zu entkoppeln, wurde die Laufradaufnahme 30 über Gummipuffer 31 an den Seitenplatten 21 befestigt. Diese Gummipuffer 31 sind sehr starr und besitzen dennoch gute Dämpfungseigenschaften. Die Elektronik für den Messkopf ist in einem großzügig ausgelegten Gehäuse 32 untergebracht. Es ist so abgedichtet, dass es die Elektronik vor Feuchtigkeit bzw. Schmutz schützt und den Anforderungen der EMV entspricht. Aufgrund der Abmessungen des Gehäuses, können zusätzliche Stromquellen für erhöhte Einsatzzeit des Messgerätes vorgesehen sein.
Fig. 15: Die Drehbewegung des Rades 24 wird direkt über eine Kupplung 34 auf einen Drehwinkelgeber 35 übertragen.

Claims (15)

  1. Messgerät zum Inspizieren von Schienen (2), insbesondere von Weichen, mit einem Lichtwellenleiter (1), der einen Laserstrahl auf mindestens einen zu messenden Punkt projiziert und einer CCD-Einheit (4), die den 'Punkt erkennt und diese Information über eine DSP-Einheit zu einem Rechner (5) leitet.
  2. Messgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (1) so zur Schiene (6) angeordnet ist, dass der Laserstrahl zwischen 9 und 16 mm unter Schienenoberfläche in einem senkrechten Winkel zur Schienenachse auftrifft.
  3. Messgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CCD-Einheit (4) in einen Triangulationssensor (6) oder Kamera integriert ist.
  4. Messgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Schiene (2) ein Radlenker (3) angeordnet ist und zwischen Schiene (2) und Radlenker (3) ein Kreuzschlitten (7) montiert ist, auf dem eine Aufnahme (8) für einen um seine eigene Achse drehbaren und in seiner Höhe verstellbaren Spiegel (10) vorgesehen ist, wobei der Lichtwellenleiter (1) so parallel zur Schiene (2) montiert ist, dass sein Strahl auf die Spiegelachse trifft.
  5. Messgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schiene (2) und Radlenker (3) der kleinst anzunehmende Abstand eingestellt ist.
  6. Messgerät gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter als Laserdistanzsensor (6), insbesondere Miniatursensor, ausgebildet ist.
  7. Messgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Laserdistanzsensor (6) und Spiegeleinheit (10) starr miteinander verbunden sind.
  8. Messgerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdistanzsensor (6) als Triangulations-Abstand-Sensor ausgebildet ist, dessen Laserstrahl auf einen mit 45° angeordneten Spiegel (10) oder ein Prisma (10) gerichtet ist, von dem der Laserstrahl auf Schiene (2) oder Radlenker (3) gelenkt wird, und die CCD-Zeile (4) im Triangulations-Abstand-Sensor (6) vorgesehen ist, die unterschiedliche Abstände an den Rechner (5) weiter leitet.
  9. Messgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdistanzsensor (6) in einen Handmesswagen (19) integriert ist, der aufgebaut ist aus Aluminiumrechteckprofilen (20), die mit jeweils an einer Seite angebrachten Aluminiumplatten (21) biegesteif verbunden sind.
  10. Messgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Handmesswagen (19) eine Trennung (22) aufweist, die mittels Schnellspannhebel (23) betätigbar ist.
  11. Messgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Handmesswagen (19) konisch geformte Laufräder (24) aus Kunststoff, ähnlich realen Radsätzen, aufweist.
  12. Messgerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (24) starr angeordnet sind.
  13. Messgerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Drehbewegungen der Laufräder (24) über eine Kupplung (34) auf einen Drehwinkelgeber (35) übertragbar sind.
  14. Messgerät gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Handmesswagen (19) Dämpfungselemente (31) vorgesehen sind, die zwischen der Seitenplatte (21) und der Laufradaufnahme (30) integriert sind.
  15. Messgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CCD-Einheit (4) mit dem Rechner (5) über eine USB Schnittstelle oder Funkübertragung verbunden ist.
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