JP7680964B2 - 軌道を突き固めるための軌道工事機械および方法 - Google Patents

Description

本発明は、バラスト道床内に支持され、レールが固定されたまくらぎを有する軌道を突き固めるための軌道工事機械であって、レール走行装置にて走行可能な機械フレームと、バラスト道床内に沈込み可能、振動可能かつ互いに接近可能な突固めツールを有する突固めユニットと、を備え、作業方向で見て突固めユニットよりも前方に、リアルタイム撮像を出力装置に伝送するためのカメラが配置されている、軌道工事機械に関する。さらに、本発明は、軌道工事機械を運転するための方法に関する。

国際公開第２０１８／２０６２１４号に基づき、冒頭に記載した軌道工事機械が公知である。この公知の軌道工事機械は、突固め過程を遠隔制御可能に実施するための支援システムを具備している。この支援システムでは、リアルタイム撮像を運転室内の表示装置に伝送するために、カメラが機械の作業ユニットに向けられている。これによって、作業ユニットを視認する固有の作業室を配置する必要がなくなる。この場合、カメラの画像区分は、このような作業室内にいるオペレータの視野にほぼ対応している。

本発明の根底にある課題は、冒頭に記載した形態の軌道工事機械に対して、突固めユニットの遠隔制御を可能にするためのリアルタイム撮像を改善することである。さらに、相応の軌道工事機械を運転するための改善された方法が提供されることが望ましい。

本発明によれば、これらの課題は、請求項１および９の特徴によって解決される。本発明の有利な改良形態は、従属請求項から明らかである。

本発明では、作業方向で見て突固めユニットよりも前方に、軌道の第１の表面範囲を第１の画像区分として検出するための第１のカメラシステムが配置されており、作業方向で見て突固めユニットよりも後方に、軌道の第２の表面範囲を第２の画像区分として検出するための第２のカメラシステムが配置されており、検出された複数の画像区分が、互いに部分的に交わっており、出力装置が、複数の画像区分を１つの合成画像で出力するように構成されている。このようなビデオシステムを配置することによって、突固めユニットの下方に位置する軌道の支障のないリアルタイム撮像がオペレータに提供される。突固めユニットの構成要素により前方のカメラシステムの画像区分内で覆い隠されてしまっている軌道の領域は、後方のカメラシステムの画像区分内に検出される。その逆も然りで、前方のカメラシステムは、後方のカメラシステムに対して覆われてしまっている領域を検出する。カメラシステムの取付け箇所および方向設定と、突固めユニットとの幾何学的な関係から、合成画像内で突固めユニットの位置も把握される。したがって、出力装置が、突固めユニットの瞬時の位置に対する、瞬時に突き固めるべき軌道領域の広範囲の画像をオペレータに提供する。これらのリアルタイム情報によって、突固めユニットを遠隔で効率よく各々のまくらぎの上方に位置決めすることができ、突固めサイクルを実施することができる。

この解決手段の改良形態は、突固めユニットが、変位駆動装置によってカメラシステムに対して変位可能に配置されており、出力装置が、突固めユニットの瞬時の位置を表示するように構成されていることを特定している。このためには、例えば、変位駆動装置の変位量が連続的に記録され、評価される。このことは、例えば、作業方向または作業方向に対して横方向への突固めユニットの変位と、鉛直軸線を中心とした突固めユニットの回動とに当てはまる。

本発明の有利な発展形態では、カメラシステムが、斜め下向きに方向設定されたカメラ軸線を有しており、コンピュータユニットが、検出された画像区分の歪みを除去するように構成されている。斜めのカメラ軸線によって、覆われてしまう領域なしに、より大きな画像区分の検出が可能となる。この発展形態では、実施された歪み除去によって、合成画像内に、上方から見た軌道の実際の全体表示が得られる。

更なる改善形態は、各々のカメラシステムが、分割画像区分を検出するための、機械横方向に相並んで配置された少なくとも２つのカメラを備えており、相並んで配置された２つのカメラの分割画像区分が、互いに交わっており、出力装置が、全ての分割画像区分を合成するように構成されていることを特定している。この配置形態では、覆われてしまう領域なしに、付加的な画像内容が提供される。これによって、合成画像の情報容量が高められる。さらに、より長い焦点距離を有するカメラ光学系を使用することができる。これによって、歪み誤差を回避するための手間が減少する。

本発明の改良形態では、軌道の検出された表面範囲内に、下方に向けられた光線によって、特に照明パターンの形態の光マーキングを発生させるための照明装置が配置されている。この光マーキングは合成画像内に認めることができ、オペレータに付加的な位置情報を提供する。

太陽光の直接入射による撮像クオリティへのマイナスの影響を回避するために、カメラシステムが、赤外光を検出するように構成されており、軌道の検出すべき表面範囲を照明するために、少なくとも１つの赤外光源が配置されていると有利である。このとき、場合により発生させる光マーキングのためにも、赤外光源が使用される。

有利な拡張形態は、作業方向で見て第１のカメラシステムよりも前方に、まくらぎ位置を検出するためのセンサ装置が配置されていることを特定している。このようなセンサシステムは、突固めユニットの遠隔操作時の付加的な補助位置をオペレータに提供する。

このとき、出力装置が、検出されたまくらぎ位置を合成画像内に表示するために、センサ装置に接続されていると有利である。例えば、結像されたまくらぎが、デジタルマーキングによって画定されている。これによって、突固めユニットの位置決め時の確実性が高められる。

有利には、突固めツールの瞬時の高さ位置を検出するために、突固めユニットの側方に並んで少なくとも１つのカメラが付加的に配置されている。こうして、バラスト道床内への突固めツールの押込み深さも遠隔制御することができる。

軌道工事機械を運転するための本発明に係る方法では、合成画像が、出力装置によってオペレータに対してリアルタイムで表示され、突固めユニットが、合成画像を使用して軌道に対して位置決めされる。上方から見た軌道の画像によって、突固めツールを各々のまくらぎ区画の上方に簡単に位置決めすることができる。

方法の有利な改良形態では、突固めユニットの瞬時の位置が検出され、これに基づき得られる突固めツールの突込み箇所が、合成画像内に表示される。有利には、センサとコンピュータユニットとによって、軌道に対する、下側の突固めツール端部に配置された突固めピッケルの瞬時の位置が求められ、合成画像内に表示される。このことは、特に変位可能または回動可能な突固めユニットの場合ならびに旋回可能な突固めピッケルの使用時に有利である。これによって、突固めピッケルが沈込み動作時にどの箇所でバラスト道床内に突き込まれるのかが、オペレータに対してリアルタイムで表示される。

方法の別の改善形態は、軌道の検出された表面範囲に照明装置によって光マーキングを発生させることを特定している。このようなマーキングによって、例えば、突固めユニットの瞬時の位置を表示することができる。

さらに、照明装置によって照明パターンを発生させ、この照明パターンのマッチングによって画像区分が合成されると有利である。こうして、複数の画像区分の簡単な繋ぎ合わせ（スティッチング）を実施することができる。

カメラシステムの検出された画像データから、軌道の検出された表面範囲の三次元画像を算出する有利な方法拡張形態によって、更なる可能性が提供される。これによって、出力装置を用いて、バラスト道床、まくらぎおよびレールの深さ情報を含んだ、軌道の三次元のリアルタイムモデルが表示可能となる。

まくらぎの上方への突固めユニットの位置決めは、軌道工事機械の前進時にセンサ装置によってまくらぎ位置が検出され、このまくらぎ位置が、オペレータに対して合成画像内に表示される場合に容易となる。リアルタイム情報のこの強化によって、光状況が悪い場合でも確実な操作が可能となる。例えば、まくらぎは画像内に、着色された輪郭でマーキングされている。

オペレータの付加的な負担軽減は、突固め位置が、支援システムによって予め設定され、提案された突固め位置が、オペレータに対して合成画像内に表示される場合に達成される。この場合、突固めユニットの位置決めは、突固めツールの瞬時の位置を、提案された突固め位置に合致させるように行われる。

以下に、本発明を添付の図面を参照しながら例示的に説明する。

軌道工事機械の概略図である。 軌道の上方の突固めユニットおよびカメラシステムの概略的な側面図である。 図２に示した配置形態での軌道の概略的な横断面図である。 検出された表面範囲を有する軌道の概略的な平面図である。 出力装置の概略図である。 まくらぎ多丁突固めユニットの概略的な側面図である。

図１に示した軌道工事機械１は突固め機械であり、レール走行装置２にて走行可能な機械フレーム３を備えている。この機械フレーム３には、突固めユニット４が配置されている。突固め機械は、軌道５を処理する働きをする。この軌道５では、まくらぎ６に固定されたレール７がバラスト道床８内に支持されている。軌道工事機械１は付加的な機能を有していてもよい。機械１は、例えば、バラスト清掃のための清掃装置または軌道安定化のための安定化ユニットを備えている。

突固め過程では、まくらぎ６とレール７とから形成された軌框が、扛上／整正ユニット９と検測システム１０とによって目標位置に持ち上げられ、場合により側方に移動させられる。この位置を固定するために、振動する突固めツール１１が、下側の端部に配置された突固めピッケル１２でもってバラスト道床８内に押し込まれる。押し込まれた突固めピッケル１２は互いに接近し、このとき、持ち上げられたまくらぎ６の下側のバラストを締め固める。

作業方向１３で見て、突固めユニット４よりも前方に第１のカメラシステム１４が配置され、突固めユニット４よりも後方に第２のカメラシステム１５が配置されている。両方のカメラシステム１４，１５は出力装置１６に接続されている。この出力装置１６は、軌道工事機械１の運転室１７内に格納されている。この運転室１７内では、操作装置１８が操作要素によって、突固めユニット４を遠隔制御するように構成されている。具体的には、機械制御装置１９を介して、軌道工事機械１のユニット４，９の種々の駆動装置と走行駆動装置とが操作可能となる。

作業方向１３で見て第１のカメラシステム１４よりも前方には、任意選択的に、まくらぎ位置を検出するためのセンサ装置２０が配置されている。このセンサ装置２０は、例えば、表面輪郭を検出するための回転式レーザスキャナ２１と、レール固定部を検知するための渦電流センサ２２とを備えている。センサ信号を合成することによって、各々のまくらぎ６の位置が正確に検出可能となる。

図２および図３には、カメラシステム１４，１５の例示的な配置形態が示してある。第１のカメラシステム１４によって、軌道５の第１の表面範囲２３が第１の画像区分２４，２５として検出される（図４）。第２のカメラシステム１５は、軌道５の第２の表面範囲２６を第２の画像区分２７，２８として検出する。このときに重要となるのは、画像区分２４，２５，２７，２８が互いに部分的に交わっており、これによって、部分的に同じ画像内容を有していることである。

画像区分２４，２５，２７，２８は出力装置１６内で合成されて、突固めユニット４の下側に位置する軌道５の１つの画像２９が作成される。このように複数の画像区分２４，２５，２７，２８を合成して１つの全体画像２９を作成することは、スティッチングとも呼ばれる。これはリアルタイム撮像の出力であるので、オペレータは、合成画像２９をベースにして突固めユニット４を制御することができる。この場合には、突固めプロセスの動特性を検出するために、十分に高いフレームレートが予め設定されている。

図５では、出力装置１６のモニタウィンドウ内に、図４に示した画像区分２４，２５，２７，２８の合成画像２９が示してある。各々の表面範囲２４，２６には、それぞれ２つの分割画像区分２４，２５；２７，２８が割り当てられている。図３において明らかであるように、これらの分割画像区分２４，２５；２７，２８を検出するための各々のカメラシステム１４，１５は、機械横方向に相並んで配置された２つのカメラ３０を有している。欠損なしのスティッチングのために、各々のカメラシステム１４，１５の分割画像区分２４，２５；２７，２８は互いに交わっている。

軌道５が突固めユニット４の構成要素によって覆われてしまうことを最小限に抑えるために、カメラ３０が、斜め下向きに方向設定されたカメラ軸線３１を有していると有利である（図２）。これに伴う画像区分２４，２５，２７，２８の歪みは、コンピュータユニットによって除去される。例えば、各々のカメラまたは各々のカメラシステム１４，１５は、１つの固有のコンピュータユニットを有している。また、画像区分２４，２５，２７，２８の歪み除去のために、１つの共通のコンピュータユニットも使用可能である。

例えば、高解像度と高被写界深度とを有するビデオカメラ３０が使用される。ビデオデータはリアルタイムで処理され、合成画像２９として出力装置１６に表示される。ビデオデータを効率よく圧縮することによって、作業過程を文書化するための大きな手間なしに、ビデオデータを記憶することができる。

突固めユニット４の遠隔制御は、照明装置３２が配置されていると容易になる。この照明装置３２は、下方に向けられた光線によって、検出された表面範囲２３，２６の内側に光マーキング３３を発生させる。このとき、この光マーキング３３が照明パターンを生じさせると有利である。照明装置３２の光線は、有利には、突固めユニット４の対称軸線３４に沿って方向設定されている。こうして、対称軸線３４が１つのまくらぎ６の上に位置していると、オペレータに対して付加的に表示される。さらに、光マーキング３３は、画像区分２４，２５，２７，２８をスティッチングするために使用可能である。照明装置３２の発光体として、例えば、いわゆる平行光ＬＥＤが使用可能である。

センサ装置２０が存在している場合には、検知されたまくらぎ位置が付加的に判っている。検知されたまくらぎ６に対する突固めユニット４の相対的な位置は、センサ装置２０の配置と、機械フレーム３への突固めユニット４の配置との間の既知の幾何学的な関係から明らかとなる。出力装置１６への接続によって、まくらぎ６の位置が合成画像２９内にマーキング３５によって表示される。こうして、まくらぎ６が部分的にバラストによって覆われてしまっている場合でも、オペレータは、まくらぎ６に対する突固めユニット４の瞬時の位置を認識する。

提案された突固め位置を合成画像２９内に表示するために、出力装置１６が、突固め位置を予め設定するための支援システムに接続されていると、オペレータに課せられる要求がさらに減少する。例えば、センサ装置２０によって、軌道内の支障物が検知され、支援システムが、相応に適合された突固め位置をオペレータに提案する。いずれにせよ、合成画像２９内に、突固めユニット４の位置から瞬時に得られる、バラスト道床８内への突固めピッケル１２の突込み箇所３６が表示されると有利である。その後、この表示された突込み箇所３６を、場合により、提案された突固め位置に合致させる。

有利には、出力装置１６が、付加的な情報を表示するように構成されている。図５において明らかであるように、例えば、まくらぎ６の側方に区間データ３７が表示される。別のウィンドウには、軌道工事機械１の突固めユニット４または別の装置の状態データ３８が記載されている。この表示補足により、オペレータにとって、広範囲の概観と、誤差発生に対する迅速な対応とが可能になる。

複数のまくらぎ６の下側を同時に突き固めるためのまくらぎ多丁突固めユニット３９では、個々の集合ユニット４０同士の間に付加的なカメラ３０が配置されていると有利である（図６）。こうして、まくらぎ多丁突固めユニット３９の下側に位置する軌道の合成画像２９を作成するために、付加的な分割画像区分２４，２５，２７，２８が提供される。さらに、各々の集合ユニット４０の上方には、相応の対称軸線３４をマーキングするための照明装置３２が配置されている。

Claims (14)

1. バラスト道床（８）内に支持され、レール（７）が固定されたまくらぎ（６）を有する軌道（５）を突き固めるための軌道工事機械（１）であって、レール走行装置（２）にて走行可能な機械フレーム（３）と、前記バラスト道床（８）内に沈込み可能、振動可能かつ互いに接近可能な突固めツール（１１）を有する突固めユニット（４）と、を備え、作業方向（１３）で見て前記突固めユニット（４）よりも前方に、リアルタイム撮像を出力装置（１６）に伝送するためのカメラ（３０）が配置されている、軌道工事機械（１）において、
   作業方向（１３）で見て前記突固めユニット（４）よりも前方に、前記軌道（５）の第１の表面範囲（２３）を第１の画像区分（２４，２５）として検出するための第１のカメラシステム（１４）が配置されており、作業方向（１３）で見て前記突固めユニット（４）よりも後方に、前記軌道（５）の第２の表面範囲（２６）を第２の画像区分（２７，２８）として検出するための第２のカメラシステム（１５）が配置されており、検出された複数の前記画像区分（２４，２５，２７，２８）は、互いに部分的に交わっており、前記出力装置（１６）は、複数の前記画像区分（２４，２５，２７，２８）を１つの合成画像で出力するように構成されており、
   前記軌道（５）の検出された前記表面範囲（２３，２６）内に、下方に向けられた光線によって、特に照明パターンの形態の光マーキング（３３）を発生させるための照明装置（３２）が配置されていることを特徴とする、軌道工事機械（１）。
2. 前記突固めユニット（４）は、変位駆動装置によって前記カメラシステム（１４，１５）に対して変位可能に配置されており、前記出力装置（１６）は、前記突固めユニット（４）の瞬時の位置を表示するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の軌道工事機械（１）。
3. 前記カメラシステム（１４，１５）は、斜め下向きに方向設定されたカメラ軸線（３１）を有しており、コンピュータユニットが、検出された前記画像区分（２４，２５，２７，２８）の歪みを除去するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の軌道工事機械（１）。
4. 各々のカメラシステム（１４，１５）は、分割画像区分（２４，２５，２７，２８）を検出するための、機械横方向に相並んで配置された少なくとも２つのカメラ（３０）を備え、相並んで配置された２つの前記カメラ（３０）の前記分割画像区分（２４，２５，２７，２８）は、互いに交わっており、前記出力装置（１６）は、全ての分割画像区分（２４，２５，２７，２８）を合成するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の軌道工事機械（１）。
5. 前記カメラシステム（１４，１５）は、赤外光を検出するように構成されており、前記軌道（５）の検出すべき前記表面範囲（２３，２６）を照明するために、少なくとも１つの赤外光源が配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の軌道工事機械（１）。
6. 作業方向（１３）で見て前記第１のカメラシステム（１４）よりも前方に、まくらぎ位置を検出するためのセンサ装置（２０）が配置されており、特に、前記出力装置（１６）は、検出された前記まくらぎ位置を前記合成画像内に表示するために、前記センサ装置（２０）に接続されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の軌道工事機械（１）。
7. 前記突固めツール（１１）の高さ位置を検出するために、前記突固めユニット（４）の側方に並んで少なくとも１つのカメラ（３０）が配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の軌道工事機械（１）。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の軌道工事機械（１）を運転するための方法において、
   前記合成画像（２９）を前記出力装置（１６）によってオペレータに対してリアルタイムで表示し、前記突固めユニット（４）を、前記合成画像（２９）を使用して前記軌道（５）に対して位置決めすることを特徴とする、方法。
9. 前記突固めユニット（４）の瞬時の位置を検出し、これに基づき得られる前記突固めツール（１１）の突込み箇所（３６）を前記合成画像（２９）内に表示することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 前記軌道（５）の検出された前記表面範囲（２３，２６）に照明装置（３２）によって光マーキング（３３）を発生させることを特徴とする、請求項８または９記載の方法。
11. 前記照明装置（３２）によって照明パターンを発生させ、該照明パターンのマッチングによって前記画像区分（２４，２５，２７，２８）を合成することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 前記カメラシステム（１４，１５）の検出された画像データから、前記軌道（５）の検出された前記表面範囲（２３，２６）の三次元画像を算出することを特徴とする、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記軌道工事機械（１）の前進時にセンサ装置（２０）によってまくらぎ位置を検出し、該まくらぎ位置を前記オペレータに対して前記合成画像（２９）内に表示することを特徴とする、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 突固め位置を支援システムによって予め設定し、提案された前記突固め位置を前記オペレータに対して前記合成画像（２９）内に表示することを特徴とする、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。

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