WO1998008049A1 - Contact wire measuring device - Google Patents

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WO1998008049A1
WO1998008049A1 PCT/DE1997/001791 DE9701791W WO9808049A1 WO 1998008049 A1 WO1998008049 A1 WO 1998008049A1 DE 9701791 W DE9701791 W DE 9701791W WO 9808049 A1 WO9808049 A1 WO 9808049A1
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WO
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contact wire
measuring device
contact
sensor
wire measuring
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/001791
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Knoll
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to AU41988/97A priority Critical patent/AU4198897A/en
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines

Definitions

  • the invention relates to a contact wire measuring device for monitoring contact wires for electrically operated vehicles with a lighting device with which a contact wire can be illuminated and with at least one imaging photoelectric sensor attached to a vehicle and aligned with the contact wire.
  • Such contact wire measuring device is known from DE-OS 24 40 085 and the associated additional application DE-OS 25 21 229.
  • the known contact wire measuring device is attached to the car roof of a rail vehicle and comprises a slide device with which a spacer can be moved transversely to the direction of travel on the car roof of the rail vehicle.
  • At both ends of the elongated spacer, which runs transversely to the direction of travel there are photoelectric sensors with the aid of which the shadow cast by the contact wire located centrally above the spacer can be detected. Since the contact wires of electrically operated railway lines are generally laid in a zigzag pattern, it is necessary to track the spacer with the help of the carriage arranged on the carriage roof.
  • a disadvantage of the known contact wire measuring device is that the photoelectric sensors have to track the contact wire both in height and in the lateral direction. As a result, the known contact wire measuring device can only be used at low speeds.
  • the measuring device only detects the shadow cast by the contact wire and thus the contours of the contact wire. Consequently, in the case of contact wires with a round cross section in general only determine the diameter of the contact wire.
  • the contact wire is ground down on its underside over time due to the grinding bracket of pantographs of electric locomotives, which leads to the formation of a grinding mirror on the underside of the contact wire. At the same time, this also reduces the thickness of the contact wire.
  • Another contact wire measuring device is known from the article "The Contact Wire Thickness-Measuring System (ATON) of the Netherland Railways", published in the journal “Rail International”, April 1 991, with which the thickness of the contact wire used in the Dutch railway is known lets determine.
  • ATON The Contact Wire Thickness-Measuring System
  • the grinding mirror of the contact wire is illuminated vertically from below with the aid of a laser and the light reflected back from the grinding mirror is imaged on a CCD camera. Since the geometry of the contact wire is known and such that the width of the grinding mirror increases with increasing wear of the contact wire, the remaining height of the contact wire can be calculated from the width of the grinding mirror.
  • this contact wire measuring device is that, depending on the height of the contact wire above the rail vehicle, the imaging optics have to be constantly readjusted during travel in order to ensure a sharp image of the contact wire on the CCD detector.
  • this contact wire measuring device can only be used on contact wires in which the width of the grinding mirror increases with increasing wear of the contact wire.
  • Some national railway companies however, use contact wires with sections that are corner-shaped cross-section used, in which the width of the grinding mirror does not change with increasing wear.
  • defects that are located on the top of the contact wire cannot be detected with this measuring device, since this measuring device only illuminates the wire vertically from below.
  • a device for measuring the contact wire strength which has a measuring device arranged on a pantograph with a lighting device illuminating the contact wire laterally and with a sensor detecting the shadow of the contact wire.
  • DE 31 50 954 C2 discloses a device for measuring conductor tracks on printed circuit boards, in which two lighting devices are provided on both sides of a sensor in order to detect the height of a conductor track.
  • the invention has for its object to provide a contact wire measuring device with which the dimensions and the condition of a contact wire at high speed even with a distance from the contact wire for structural reasons with a lighting device arranged close to a sensor with high Can monitor the signal amplitude comprehensively.
  • Vehicle in the vicinity of the contact wire is attached to a device which is in contact with the contact wire and adjusts itself to the contact wire height above the vehicle so that little At least one sensor arranged laterally below the contact wire as well as a first illumination device adjacent to a sensor and illuminating the contact wire with incident light and a further opposing second illumination device which illuminates the contact wire with backlight are provided, with the aid of the sensor reflecting the reflected light reflected from the contact wire and the back light reflected by the grinding mirror of the contact wire can be detected, so that an image of the grinding mirror and a contact wire flank can be generated with the light emitted by the lighting devices and reflected both by the grinding mirror and by a contact wire flank of a contact wire on detector elements of the sensor.
  • the sensor is attached in the vicinity of the contact wire to a device which adapts to the contact wire height above the top edge of the rail, there is no need for complex tracking of the contact wire height. Since the contact wire is illuminated obliquely from below by the lighting device, the sensor receives light both from the flank of the contact wire and light that was reflected back into the sensor by the grinding mirror. The position of the contact wire with respect to the sensor can be determined from the position of the image on the detector element of the imaging sensor. The device according to the invention therefore does not need to track the contact wire in a lateral direction. The lateral movement of the contact wire can rather be taken into account in the evaluation by appropriate correction factors for the imaging scale and the projection angle.
  • the contact wire measuring device Since light is thrown back into the sensor by both the flanks and the grinding mirror of the contact wire, the essential geometric dimensions including the remaining height of the contact wire can be determined from the picture of the contact wire. Since the contact wire measuring device does not have to actively track the contact wire, the contact wire measuring device is naturally also suitable for high speeds.
  • the strength of the lighting can be adjusted so that the grinding mirror and contact wire flank are each shown with a sharp contrast on the detector elements.
  • the geometrical dimensions of the contact wire can be determined from the images taken.
  • Another embodiment of the measuring device comprises two sensors arranged laterally below the contact wire as well as lighting devices adjacent to the sensors, with each sensor using both the incident light emitted by the adjacent lighting device and reflected by the contact wire as well as the light emitted by the opposite lighting device and by the grinding mirror of the Contact wire reflected back light is detectable.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a contact wire.
  • FIG. 2 shows a cross section through a second embodiment of a contact wire
  • FIG. 3 shows a perspective view of a pantograph equipped with a contact wire measuring device
  • FIG. 4 shows a block diagram of the contact wire measuring device from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows the basic optical arrangement of the optical components of the contact wire measuring device from FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows the images of the contact wire recorded by the left and right sensors of the contact wire measuring device from FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows the images of the contact wire taken by the left and right sensors of the contact wire measuring device from FIG. 8;
  • Figure 1 3 is a block diagram of the evaluation device for an embodiment of the contact wire measuring device with a single camera.
  • FIG. 14 is a block diagram for the embodiment of FIG. 6.
  • Fig. 1 shows a cross section through a contact wire 1 with a round cross section.
  • retaining grooves 3 are formed, into which clamps (not shown in the drawing) for suspending contact wire 1 can be inserted.
  • a grinding mirror 4 is formed on the underside of the contact wire 1, which is often widened by lateral deposits 5.
  • the embodiment of the contact wire 1 shown in FIG. 2 shows a further embodiment of the contact wire 1.
  • the embodiment of the contact wire 1 shown in FIG. 2 has a box-shaped profile in the lower region. This has the consequence that the width of the grinding mirror 4 is always the same value regardless of the wear of the contact wire 1 shown in Fig. 2 apart from the deposits 5 having. The wear of the contact wire 1 shown in FIG. 2 cannot therefore be concluded from the width of the grinding mirror 4.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a pantograph 6, which is attached to the roof of a rail vehicle, not shown in the drawing, and which is provided with a contact wire measuring device 7.
  • the current collector 6 comprises a forearm 8 attached to the roof of the rail vehicle, to which an upper arm 9 is articulated.
  • the upper arm 9 carries an apex tube 1 0, which extends transversely to a direction of travel 1 1.
  • On the crown tube 1 0 cross struts 1 2 are attached, which hold contact strips 1 on the contact wire 1 via spring elements 1 3.
  • the left measuring unit 1 5 and the right measuring unit 1 6 each have a housing 1 7 arranged below the apex tube 10.
  • Camera openings 1 8 are formed in the housings 1 7.
  • lighting openings 19 are provided in the housing, through which the contact wire 1 can be illuminated.
  • the lighting openings 1 9 are arranged such that the contact wire flanks 2 can be illuminated through the upper lighting openings 1 9, while the grinding mirror 4 of the contact wire 1 can be illuminated through the lower lighting openings 1 9.
  • counterweights 20 are attached to the opposite ends of the cross struts 1 6 to the left measuring unit 1 5 and right measuring unit 1 6.
  • the contact wire 1 is laid in a zigzag pattern, so that the contact wire 1 moves back and forth in the lateral direction on the contact strips 14 while the rail vehicle is traveling.
  • the contact wire 1 is lowered under bridges or in tunnels.
  • the adaptation of the pantograph 6 to the height of the contact wire 1 takes place via a movement of the upper arm 9 and forearm 8.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the contact wire measuring device 7.
  • the contact wire 1 resting on the contact strip 14 can be seen, the image of which is recorded by a left camera 21 and a right camera 22, respectively.
  • an upper right light source 25 is arranged above the right camera 22 and a lower right light source 26 below the right camera 22.
  • the upper left light source 23 and the upper right light source 25 in particular illuminate the contact wire flanks 2, while the lower left light source 24 and the lower right light source 26 each illuminate the grinding mirror 4 of the contact wire 1.
  • the light sources 21 to 26 can be both white light sources, such as halogen spotlights, and laser light sources.
  • Semiconductor light sources are also suitable as light sources, such as, for example, diodes emitting light in the optical or infrared wavelength range.
  • the illumination of the contact wire 1 with the aid of laser light sources is complex, but has the advantage that because of the high light intensity of the laser lights in a narrow frequency band, the light not originating from the light sources 23 to 26 can be suppressed by means of narrow-band optical filters attached in front of the left camera 21 and right camera 22.
  • the light output of laser light sources can be set in a relatively simple manner and can thus be adapted to the strongly fluctuating reflectivity of the contact wire 1.
  • the images of the contact wire 1 generated by the left camera 21 and the right camera 22 are fed to an evaluation unit 27, which calculates correction factors from the images in addition to the remaining height h of the contact wire 1 and control commands to lamp controls 28 as well as to the left camera 21 and right camera 22 issues.
  • the residual height h calculated by the evaluation unit 27 is displayed on a monitor 30 together with the values read from a route data memory 29 and is stored in a data memory 31.
  • Fig. 5 shows the optical structure of the contact wire measuring device 7.
  • the contact wire 1 is shown in two positions A and B. Compared to position A, contact wire 1 has moved laterally to the right in position B on contact strip 14, and contact strip 14 together with contact wire 1 has moved somewhat upward due to the action of spring elements 1 3. So that a collecting lens 32 belonging to the left camera 21 and right camera 22, which illustrates a lens assigned to the left camera 21 and right camera 22, regardless of the position of the contact wire 1 on the contact strip 14, provides a sharp image of the contact wire 1 on detector elements 33 images, the converging lens 32 and the detector element 33 of both the left camera 21 and the right camera 22 are arranged according to the Scheimpflug rule.
  • a particular advantage of the arrangement according to the Scheimpflug rule is that there is no need for motorized tracking of optical components. This considerably simplifies the construction of the contact wire measuring device 7, reduces the susceptibility to errors and avoids the interference fields emanating from motors in the vicinity of the camera electronics. Since no mechanical parts can be moved due to the arrangement according to the Scheimpflug rule, the contact wire measuring device 7 is also suitable for high driving speeds.
  • the focal length of the converging lenses 32 is selected such that the desired resolution can be achieved regardless of the location of the contact wire 1 on the contact strip 14. With a focal length of 50 mm and a measuring accuracy for the remaining height of the contact wire of approximately 0.25 mm, approximately 75 cm of the lateral contact wire movement can be recorded.
  • a plurality of cameras with different imaging scales arranged alongside one another along the contact wire 1 are provided on each side of the contact wire 1 and depict different sections of the contact strip 14 sharply on the associated detector elements.
  • the position of the contact wire 1 with respect to the left and right cameras 21 and 22 can be clearly determined by reading the image position of the contact wire 1 on the detector elements 33, since the location of the contact wire 1 is in each case from the point of intersection that going from the image position through the center of the converging lenses 32 to the contact wire 1 main optical rays.
  • the location A of the contact wire 1 results from the intersection of the main rays A'A and A ' A.
  • the location B of the contact wire 1 results from the intersection of the main rays B'B and B " B. In this way, not only the lateral position of the contact wire 1 on the contact strip 14 but also the height of the contact wire 1 with respect to the left camera 21 and the right camera 22 can be determined.
  • modified exemplary embodiments of the contact wire measuring device 7 have only a single camera arranged laterally below the contact wire 1. In these exemplary embodiments, however, at least one additional position sensor is necessary, which detects the height and the inclination of the contact strip 14 with respect to the left camera 21 and the right camera 22.
  • a mechanical device with a potentiometer, for example, can be used as such a position sensor.
  • a calibration rod can also be attached to the contact strip 14. If the height of the contact strip 14 changes, then the height of the calibration stick also changes and the result is a changed image of the calibration stick on the detector element 33. The picture of the calibration stick on the detector element 33 can then be used to deduce the height of the contact strip 14 .
  • 6 contains an overview sketch of an exemplary embodiment of the contact wire measuring device 7.
  • the contact wire 1, the embodiment of which corresponds to the contact wire 1 from FIG. 2, has a bevelled grinding mirror 4 which is delimited by the lower left edge A and the lower right edge B. .
  • the light incident on the contact wire 1 from the left is thrown back by the contact wire flank 2 between the upper left edge A and the lower left edge B into the left camera 21, while the light striking the grinding mirror 4 in the direction of right camera 22 is thrown back.
  • a small proportion of the light incident on the grinding mirror 4 from the direction of the left camera is, however, thrown back in the direction of the left camera 21 by grooves or grooves which have been formed by grinding strips of electric locomotives in the grinding mirror 4.
  • the light incident on the contact wire 1 from the right is reflected back from the contact wire flank 2 between the upper right edge C and the lower right edge D in the direction of the right camera 22, while that from the right onto the grinding mirror 4 incident light from the grinding mirror 4 is reflected in the direction of the left camera 21.
  • the contact wire 1 is illuminated with white light.
  • the left and right cameras 21 and 22 each have only a single detector element 33.
  • These detector elements 33 are, for example, fast, sensitive CCD line cameras with, for example, 2048 diode elements with dimensions of 1 3 micrometers by 500 micrometers and 8 or 1 2 bit resolution. CCD cameras with protection against excessive radiation intensity are preferably used.
  • 7 shows in graphs (a) to (f) images of the contact wire 1 recorded by the cameras 21 and 22 under different lighting. In each of the graphs, the line number of the diode elements of the detector elements 33 is plotted on the abscissa, while the ordinate represents the intensity value of the radiation incident on the respective diode element.
  • the graphs (a), (c) and (e) each represent images of the left camera 21 and the graphs (b), (d) and (f) each represent images of the right camera 22.
  • Graph (a) in FIG. 7 represents the incident light incident on the contact wire 1 in the direction of the arrow 35 and reflected back by the contact wire 1 into the left camera 21.
  • the contact wire flank 2 between the edges A and B throws a comparatively large proportion of that in the direction 35 light incident on the contact wire flank 2 back into the left camera 21, which is why the associated diode elements between A and B in the graph (a) in FIG. 7 have large intensity values.
  • the grinding mirror 4 deflects the light in the direction of the right camera 22. Only individual grooves or striations in the grinding mirror 4 produce individual intensity peaks 37 between the edges B and D in graph (a) in FIG. 7.
  • the size h1 which corresponds to the difference between h1 and h2 in FIG. 6, can be seen from the drop in intensity at A and B.
  • the quantity h1 can also be calculated from the graph (a) in FIG. 7.
  • the height distance between the points A and B and and A and D of the contact wire 1 can be calculated from the quantities h1 and hl.
  • the height h of the edge A above the edge B can be determined from the value hl with a known projection angle and image scale. is but the height of the edge A above the edge B is known, assuming that the profile of the contact wire follows a target profile, the position of the edge B with respect to the position A can be determined.
  • the height h1 of the edge A relative to the edge D can be calculated from the size h1, from which the position of the edge D with respect to the edge A can be determined if the profile profile is known.
  • the remaining height of the contact wire 1 on both the left and on the right contact wire flank 2 can already be calculated from graph (a) in FIG. 7.
  • a single camera that records the incident light incident on the contact wire 1 is therefore sufficient in principle to completely record the geometrical dimensions of the contact wire 1 despite the beveled grinding mirror 4.
  • the value h1 can be calculated from the difference between the line number of the intensity edge at A in graph (a) in FIG. 7 and the line number of the intensity edge at B in graph (c) in FIG.
  • the quantities h 1 and hl can thus be obtained with high accuracy.
  • the left camera 21 is only sufficient for determining the position of the edges B and D in FIG. 9 as long as the left one lower edge B and the lower right edge D are not displaced in the lateral direction by the deposits 5 shown in FIGS. 1 and 2 from the target profile of the contact wire 1.
  • the quantities h3 and hr can be calculated from graphs (b) and (d) in an analogous manner to what has been said for graphs (a) and (c) in FIG. 7. There are thus four measured variables available, with which the position of the edges B and D in FIG. 6 with respect to the edges A and C can be clearly defined.
  • the position of the lower left edge B can be determined from the sizes h1 and h3 and the position of the edge D from the sizes hl and hr if the position of the edges A and C is known determine.
  • the illumination and recording of the images of the contact wire 1 on both sides has the advantage that defects in both contact wire flanks 2, which are distinguished by a high reflectivity, by corresponding signatures in the graphs (a) and (b) in FIG. 7 are recognizable.
  • FIG. 8 illustrates a further exemplary embodiment of the contact wire measuring device 6, in which the light incident along the arrows 35 lies in a different wavelength range than the light incident along the arrows 36.
  • the left camera 21 and the right camera 22 are each assigned two detector elements 33 which are light-sensitive in different wavelength ranges.
  • the graphs (a) and (d) in FIG. 9 are thus recorded by those detector elements 33 which are sensitive to the light incident along the arrows 35, and the graphs (b) and (c) are recorded by those detector elements 33, which are sensitive to the light incident on the contact wire 1 along the arrow 36.
  • the value is h1 and from the drop in intensity A in graph (a) and the drop in intensity at D in graph (b) the size h1 can be calculated.
  • the quantities h3 and hr can be determined in an analogous manner from the graphs (b) and (d) in FIG. 9, as a result of which, as explained with reference to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, the geometric position of the edges B and D with respect to the edges A. and B can be determined in FIG. 8.
  • the contact wire 1 Due to the spectral separation, the contact wire 1 can be illuminated on both sides at the same time, as a result of which a significantly higher resolution along the contact wire 1 is possible at the same driving speed compared to the exemplary embodiment shown in FIG. 6.
  • the traveling speed of the rail vehicle is also limited in this exemplary embodiment for measurement reasons, because for safety reasons the radiation power of the laser light sources used for the light sources 23 to 26 must not exceed a certain upper limit value. That is why long exposure times in the range of a few milliseconds are necessary.
  • the traveling speed of the rail vehicle is limited to approximately 100 kilometers per hour.
  • FIG. 10 shows the images of the contact wire 1 which arise when the contact wire 1 moves from point P to point P * in FIG. 9.
  • the points A ⁇ B " , C ' and D * in FIG. 10 correspond to the images of the edges A, B, C, D of the contact wire 1 when the contact wire 1 is at point P".
  • the reflectivity of the contact wire 1 also changes greatly over the distance of a few centimeters, so that the intensity edges often do not run in a straight line. In this respect, it is difficult to determine the geometric position of the edges A, B, C and D from the falling intensity edges of the images shown in FIG. 10.
  • the most reliable way of evaluating the images is to determine the base points of the intensity distribution.
  • a low-order polynomial is adapted to the edges of the intensity distribution and the intersection of the polynomial with the background is calculated. For example, in graph (a) in FIG. 10, a straight line with a positive slope can be attached to the intensity flank between A * and A. to adjust.
  • an intersection 39 of the flank of the intensity distribution with the background can be calculated.
  • B " can be determined in a similar manner from graph (c) in FIG. 10, the size h1 " being obtainable from the difference between the values of A * and B * .
  • the size hr * can be obtained from graphs (b) and (d) in FIG. 10.
  • the position of the edges B and D with respect to the edges A and B can be determined from hl * and hr * with a known projection angle of the contact wire 1 onto the detector elements 33 and a known imaging scale.
  • the contact wire measuring device 7 from FIG. 1 can also be used with two or more contact wires 1.
  • Fig. 1 2 shows in graphs (a) and (b) the associated intensity distribution.
  • the quantities h 1, h2, h3 and h4 can be determined from the graph (a) in FIG. 12, and the quantities h5, h6, h7 and h8 from the graph (b). Since the image position of the intensity maxima between B and C and D and E in graph (a) and graph (b) can be determined in analogy to what has been said in FIG. 5, the distance of the two contact wires 1 from one another, the relative position is Edges A and F known to each other.
  • the position of the edge B can be obtained from the values h4 and h8, the position of the edge C from the values h3 and h7, and the position of the edge D from the values h2 and h6 and determine the position of the edge E from the values h1 and h5.
  • the geometric relationships in FIG. 1 1 can thus be clearly determined from the intensity distributions in FIG. 1 2.
  • 1 3 shows a block diagram of the evaluation unit 27 for an exemplary embodiment of the contact wire measuring device 7, in which only the left camera 21 and the left light sources 23 and 24 and the right light sources 25 and 26 are present.
  • the intensity values from the left camera 21 are read out into a line memory 40.
  • the left camera 21 and the line Memories 40 are each supplied with a clock signal from a clock generator 41.
  • a level determination 42 evaluates the intensity values stored in the line memory 40 using a histogram and applies control commands to the lamp controller 28 so that the intensity values always remain in the dynamic range of the left camera 21.
  • the level determination 42 outputs a value which characterizes the radiation intensity of the light sources 23 to 26 to the monitor 30.
  • An edge determination 43 determines the edges of the recorded intensity distributions.
  • a computing unit 44 calculates the variables h1 and h1 from the location of the intensity edges on the detector element 33.
  • a further arithmetic unit 45 determines the image position of the intensity distributions on the detector element 33. From the image position and the values supplied by a mechanical position sensor 52, according to what has been said about FIG. 5, with the aid of a correction table 46 for the imaging scale and a correction unit 47 for the Mapping scale and a further correction table 48 for the projection angle in a distance computing unit 49, the distances between the edges of the contact wire 1 are calculated.
  • the remaining height of the contact wire 1 can be determined in a residual height computing unit 50.
  • the values from the distance calculation unit 49 and the residual height calculation unit 50 and the level values from the level determination 42 are stored together with the distance values in the data memory 31 and are displayed on the monitor 30.
  • the stored level values are used in particular to detect the defects which are distinguished by a high reflectivity.
  • the exposure times of the left camera 21 are also stored in the data memory 31.
  • 30 control values for the lamp function are displayed on the monitor displayed, which come from a monitoring unit 51 for the lamp control 28.
  • FIG. 14 finally shows a block diagram of the evaluation unit 27 for the embodiment of the contact wire measuring device 7 from FIG. 6, in which both the left camera 21 and the right camera 22 are present.
  • the values recorded by the left camera 21 and the right camera 22 are read out into the line memory 40.
  • the level determinations 42 calculate the intensity values and issue control commands to the lamp controls 28.
  • the edge determinations 43 calculate the edges of the intensity distributions, from which computing units 44 calculate the sizes h1, hr and the remaining difference values and computing units 45 calculate the image position of the intensity distribution on the detector elements 33.
  • the position of the can be determined in a distance computing unit 49 using the correction table 46 for the imaging scale and the correction units 47 for the imaging scales, taking into account the values obtained from the correction table 48 for the viewing angle Determine the edges of the contact wires 1.
  • the residual height can be determined in the residual height computing unit 50 by comparing it with the target profile stored in the route data memory 39. The values obtained in this way are, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 3, displayed on the monitor 30 and stored in the data memory 31.

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Abstract

A contact wire measuring device for determining the remaining height of a contact wire (1) comprises two cameras (21, 22) placed underneath a contact strip (14) of a current collector of a railway vehicle. The cameras collect (21, 22) the light emitted from the luminous sources (23, 24, 25, 26) and reflected in the cameras (21, 22). An evaluation device (27) evaluates the images recorded by cameras (21, 22) and determines the remaining height of the contact wire (1). The contact wire measuring device is characterized by the fact that geometric measurements of the contact wire (1) can be determined in a reliable manner independent of its cross-section profile.

Description

Fahrdrahtmeßvorrichtunα Contact wire measuring device
Die Erfindung betrifft eine Fahrdrahtmeßvorrichtung zur Überwachung von Fahrdrähten für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer Beleuchtungseinrichtung, mit der ein Fahrdraht anstrahlbar ist, und mit wenigstens einem an einem Fahrzeug angebrachten, auf den Fahrdraht ausgerichteten, abbildenden photoelektrischen Sensor.The invention relates to a contact wire measuring device for monitoring contact wires for electrically operated vehicles with a lighting device with which a contact wire can be illuminated and with at least one imaging photoelectric sensor attached to a vehicle and aligned with the contact wire.
Eine derartige Fahrdrahtmeßvorrichtung ist aus der DE-OS 24 40 085 sowie der zugehörigen Zusatzanmeldung DE-OS 25 21 229 bekannt. Die bekannte Fahrdrahtmeßvorrichtung ist am Wagendach eines Schienenfahrzeugs angebracht und umfaßt eine Schlit- tenvorrichtung, mit der ein Distanzstück quer zur Fahrtrichtung auf dem Wagendach des Schienenfahrzeugs verfahrbar ist. An beiden Enden des langgestreckten, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Distanzstückes befinden sich photoelektrische Sensoren, mit deren Hilfe sich der Schattenwurf des sich mittig über dem Distanzstück befindenden Fahrdrahtes erfassen läßt. Da die Fahrdrähte von elektrisch betriebenen Eisenbahnstrecken im allgemeinen in einem Zickzackmuster verlegt sind, ist es notwendig, das Distanzstück mit Hilfe des auf dem Wagendach angeordneten Schlittens dem Fahrdraht nachzuführen.Such contact wire measuring device is known from DE-OS 24 40 085 and the associated additional application DE-OS 25 21 229. The known contact wire measuring device is attached to the car roof of a rail vehicle and comprises a slide device with which a spacer can be moved transversely to the direction of travel on the car roof of the rail vehicle. At both ends of the elongated spacer, which runs transversely to the direction of travel, there are photoelectric sensors with the aid of which the shadow cast by the contact wire located centrally above the spacer can be detected. Since the contact wires of electrically operated railway lines are generally laid in a zigzag pattern, it is necessary to track the spacer with the help of the carriage arranged on the carriage roof.
Ein Nachteil der bekannten Fahrdrahtmeßvorrichtung ist, daß die photoelektrischen Sensoren dem Fahrdraht sowohl in der Höhe als auch in seitliche Richtung nachgeführt werden müssen. Infolgedessen läßt sich die bekannte Fahrdrahtmeßvorrichtung nur bei geringen Geschwindigkeiten einsetzen.A disadvantage of the known contact wire measuring device is that the photoelectric sensors have to track the contact wire both in height and in the lateral direction. As a result, the known contact wire measuring device can only be used at low speeds.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Fahrdrahtmeßvorrichtung ist, daß die Meßvorrichtung lediglich den Schattenwurf des Fahrdrahtes und damit die Umrisse des Fahrdrahtes erfaßt. Folglich läßt sich bei Fahrdrähten mit rundem Querschnitt im allgemeinen lediglich der Durchmesser des Fahrdrahtes bestimmen. Durch die Schleifbügel von Stromabnehmern elektrischer Lokomotiven wird der Fahrdraht jedoch auf seiner Unterseite im Laufe der Zeit abgeschliffen, was zur Ausbildung eines Schleifspiegels auf der Unterseite des Fahrdrahtes führt. Gleichzeitig verringert sich dadurch auch die Dicke des Fahrdrahtes. Zur Überwachung der Betriebssicherheit des Fahrdrahtes ist es nötig,, die verbleibende Resthöhe des Fahrdrahtes zu bestimmen. Mit der bekannten Fahrdrahtmeßvorrichtung ist aber die Resthöhe erst dann erfaßbar, wenn die Abnutzung des Fahrdrahtes so weit fortgeschritten ist, daß Änderungen des Umrisses des Fahrdrahtes feststellbar sind.Another disadvantage of the known contact wire measuring device is that the measuring device only detects the shadow cast by the contact wire and thus the contours of the contact wire. Consequently, in the case of contact wires with a round cross section in general only determine the diameter of the contact wire. However, the contact wire is ground down on its underside over time due to the grinding bracket of pantographs of electric locomotives, which leads to the formation of a grinding mirror on the underside of the contact wire. At the same time, this also reduces the thickness of the contact wire. To monitor the operational safety of the contact wire, it is necessary to determine the remaining height of the contact wire. With the known contact wire measuring device, however, the remaining height can only be determined when the wear of the contact wire has progressed to such an extent that changes in the outline of the contact wire can be determined.
Aus dem in der Zeitschrift "Rail International", April 1 991 , erschienen Aufsatz "The Contact Wire Thickness-Measuring System (ATON) of the Netherland Railways" ist eine weitere Fahrdrahtmeßvorrichtung bekannt, mit der sich die Dicke des bei der niederländischen Eisenbahn verwendeten Fahrdrahtes bestimmen läßt. Bei dieser Fahrdrahtmeßvorrichtung wird der Schleifspiegel des Fahrdrahtes mit Hilfe eines Lasers senkrecht von unten beleuchtet und das vom Schleifspiegel zurückreflektierte Licht auf eine CCD- Kamera abgebildet. Da die Geometrie des Fahrdrahtes bekannt und so beschaffen ist, daß mit zunehmender Abnutzung des Fahrdrahtes die Breite des Schleifspiegels zunimmt, läßt sich aus der Breite des Schleifspiegels die Resthöhe des Fahrdrahtes berech- nen.Another contact wire measuring device is known from the article "The Contact Wire Thickness-Measuring System (ATON) of the Netherland Railways", published in the journal "Rail International", April 1 991, with which the thickness of the contact wire used in the Dutch railway is known lets determine. In this contact wire measuring device, the grinding mirror of the contact wire is illuminated vertically from below with the aid of a laser and the light reflected back from the grinding mirror is imaged on a CCD camera. Since the geometry of the contact wire is known and such that the width of the grinding mirror increases with increasing wear of the contact wire, the remaining height of the contact wire can be calculated from the width of the grinding mirror.
Nachteilig bei dieser Fahrdrahtmeßvorrichtung ist jedoch, daß in Abhängigkeit von der Höhe des Fahrdrahtes über dem Schienenfahrzeug die Abbildungsoptik während der Fahrt ständig nach- justiert werden muß, um eine scharfe Abbildung des Fahrdrahtes auf dem CCD-Detektor zu gewährleisten. Außerdem läßt sich diese Fahrdrahtmeßvorrichtung nur auf Fahrdrähte anwenden, bei denen die Breite des Schleifspiegels mit zunehmender Abnutzung des Fahrdrahtes zunimmt. Bei einigen nationalen Eisenbahngesell- Schäften werden jedoch Fahrdrähte mit abschnittsweise recht- eckförmigem Querschnitt verwendet, bei denen sich die Breite des Schleifspiegels mit zunehmender Abnutzung nicht ändert. Ferner können mit dieser Meßvorrichtung Fehlstellen, die sich auf der Oberseite des Fahrdrahtes befinden, nicht erfaßt werden, da diese Meßvorrichtung den Draht lediglich senkrecht von unten beleuchtet.A disadvantage of this contact wire measuring device, however, is that, depending on the height of the contact wire above the rail vehicle, the imaging optics have to be constantly readjusted during travel in order to ensure a sharp image of the contact wire on the CCD detector. In addition, this contact wire measuring device can only be used on contact wires in which the width of the grinding mirror increases with increasing wear of the contact wire. Some national railway companies, however, use contact wires with sections that are corner-shaped cross-section used, in which the width of the grinding mirror does not change with increasing wear. Furthermore, defects that are located on the top of the contact wire cannot be detected with this measuring device, since this measuring device only illuminates the wire vertically from below.
Aus der DE 295 09 202 U 1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Fahrdrahtstärke bekannt, die über eine an einem Stromabnehmer angeordnete Meßeinrichtung mit einer den Fahrdraht seitlich beleuchtenden Beleuchtungsvorrichtung und mit einem den Schattenwurf des Fahrdrahtes erfassenden Sensor verfügt. Dadurch ist zwar eine Höhenänderung des Fahrdrahtes kompensiert, allerdings ist für eine exakte Messung ein in der Praxis in diesem Anwen- dungsgebiet nur schwer zu realisierender Beleuchtungsstrahl über eine Länge von wenigstens 1 Meter erforderlich.From DE 295 09 202 U 1 a device for measuring the contact wire strength is known, which has a measuring device arranged on a pantograph with a lighting device illuminating the contact wire laterally and with a sensor detecting the shadow of the contact wire. Although this compensates for a change in the height of the contact wire, an illumination beam over a length of at least 1 meter, which is difficult to implement in practice in this application area, is required for an exact measurement.
Aus der DE 31 50 954 C2 ist eine Vorrichtung zur Vermessung von Leiterbahnen auf gedruckten Leiterplatten bekannt, bei der zwei beidseitig eines Sensors angeordnete Beleuchtungsvorrichtungen vorgesehen sind, um die Höhe einer Leiterbahn zu erfassen.DE 31 50 954 C2 discloses a device for measuring conductor tracks on printed circuit boards, in which two lighting devices are provided on both sides of a sensor in order to detect the height of a conductor track.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fahrdrahtmeßvorrichtung zu schaffen, mit der sich die Abmessungen und der Zustand eines Fahrdrahtes mit hoher Geschwindigkeit auch bei aus baulichen Gründen einen Abstand von dem Fahrdraht bei einer nahe eines Sensors angeordneten Beleuchtungseinrichtung mit hoher Signalamplitude um- fassend überwachen läßt.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a contact wire measuring device with which the dimensions and the condition of a contact wire at high speed even with a distance from the contact wire for structural reasons with a lighting device arranged close to a sensor with high Can monitor the signal amplitude comprehensively.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sensor auf demThis object is achieved in that the sensor on the
Fahrzeug in der Nähe des Fahrdrahtes an einer mit dem Fahrdraht in Berührung stehenden und sich der Fahrdrahthöhe über dem Fahrzeug anpassenden Vorrichtung angebracht ist, daß wenig- stens ein seitlich unterhalb des Fahrdrahtes angeordneter Sensor sowie jeweils eine zu einem Sensor benachbarte, den Fahrdraht mit Auflicht beleuchtende erste Beleuchtungsvorrichtung und eine weitere gegenüberliegende, den Fahrdraht mit Gegenlicht be- leuchtende zweite Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei mit Hilfe des Sensors das vom Fahrdraht zurückgeworfene Auflicht und das vom Schleifspiegel des Fahrdrahtes zurückgeworfene Gegenlicht erfaßbar ist, so daß mit dem von den Beleuchtungsvorrichtungen ausgehenden und sowohl vom Schleifspiegel als auch einer Fahrdrahtflanke eines Fahrdrahtes zurückgeworfenen Licht auf Detektorelementen des Sensors ein Bild des Schleifspiegels und einer Fahrdrahtflanke erzeugbar ist.Vehicle in the vicinity of the contact wire is attached to a device which is in contact with the contact wire and adjusts itself to the contact wire height above the vehicle so that little At least one sensor arranged laterally below the contact wire as well as a first illumination device adjacent to a sensor and illuminating the contact wire with incident light and a further opposing second illumination device which illuminates the contact wire with backlight are provided, with the aid of the sensor reflecting the reflected light reflected from the contact wire and the back light reflected by the grinding mirror of the contact wire can be detected, so that an image of the grinding mirror and a contact wire flank can be generated with the light emitted by the lighting devices and reflected both by the grinding mirror and by a contact wire flank of a contact wire on detector elements of the sensor.
Dadurch, daß der Sensor in der Nähe des Fahrdrahtes an einer sich der Fahrdrahthöhe über der Schienenoberkante anpassenden Vorrichtung angebracht ist, entfällt das aufwendige Nachführen bezüglich der Höhe des Fahrdrahtes. Da der Fahrdraht von der Beleuchtungsvorrichtung schräg von unten beleuchtet wird, empfängt der Sensor Licht sowohl von der Flanke des Fahrdrahtes als auch Licht, das vom Schleifspiegel in den Sensor zurückgestrahlt wurde. Aus der Lage des Bildes auf dem Detektorelement des abbildenden Sensors läßt sich die Lage des Fahrdrahtes bezüglich des Sensors bestimmen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung braucht deshalb nicht in seitlicher Richtung dem Fahr- draht nachgeführt werden. Die seitliche Bewegung des Fahrdrahtes läßt sich vielmehr bei der Auswertung durch entsprechende Korrekturfaktoren für den Abbildungsmaßstab und den Projektionswinkel berücksichtigen. Da sowohl von den Flanken als auch vom Schleifspiegel des Fahrdrahtes Licht in den Sensor zurückgeworfen wird, lassen sich aus dem Bild des Fahrdrahtes die wesentlichen geometrischen Abmessungen einschließlich der Resthöhe des Fahrdrahtes bestimmen. Da die Fahrdrahtmeßvorrichtung nicht aktiv dem Fahrdraht nachgeführt werden muß, eignet sich die Fahrdrahtmeßvorrichtung naturgemäß auch für hohe Geschwindigkeiten.Due to the fact that the sensor is attached in the vicinity of the contact wire to a device which adapts to the contact wire height above the top edge of the rail, there is no need for complex tracking of the contact wire height. Since the contact wire is illuminated obliquely from below by the lighting device, the sensor receives light both from the flank of the contact wire and light that was reflected back into the sensor by the grinding mirror. The position of the contact wire with respect to the sensor can be determined from the position of the image on the detector element of the imaging sensor. The device according to the invention therefore does not need to track the contact wire in a lateral direction. The lateral movement of the contact wire can rather be taken into account in the evaluation by appropriate correction factors for the imaging scale and the projection angle. Since light is thrown back into the sensor by both the flanks and the grinding mirror of the contact wire, the essential geometric dimensions including the remaining height of the contact wire can be determined from the picture of the contact wire. Since the contact wire measuring device does not have to actively track the contact wire, the contact wire measuring device is naturally also suitable for high speeds.
Dadurch, daß zwei getrennte Beleuchtungsvorrichtungen jeweils für den Schleifspiegel des Fahrdrahtes und die Fahrdrahtflanken vorhanden sind, läßt sich die Stärke der Beleuchtung so einstellen, daß Schleifspiegel und Fahrdrahtflanke jeweils mit scharfem Kontrast auf den Detektorelementen abgebildet werden. Aus den aufgenommenen Bildern lassen sich die geometrischen Abmessungen des Fahrdrahtes bestimmen.The fact that there are two separate lighting devices for the grinding mirror of the contact wire and the contact wire flanks, the strength of the lighting can be adjusted so that the grinding mirror and contact wire flank are each shown with a sharp contrast on the detector elements. The geometrical dimensions of the contact wire can be determined from the images taken.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Meßvorrichtung umfaßt zwei jeweils seitlich unterhalb des Fahrdrahtes angeordnete Sensoren sowie zu den Sensoren benachbarte Beleuchtungsvorrichtungen, wobei mit Hilfe jedes Sensors sowohl das vom der benachbarten Beleuchtungsvorrichtung ausgesandte und vom Fahrdraht zurückgeworfene Auflicht als auch das von der gegenüberliegenden Beleuchtungsvorrichtung ausgesandte und vom Schleifspiegel des Fahrdrahtes zurückgeworfene Gegenlicht erfaßbar ist.Another embodiment of the measuring device comprises two sensors arranged laterally below the contact wire as well as lighting devices adjacent to the sensors, with each sensor using both the incident light emitted by the adjacent lighting device and reflected by the contact wire as well as the light emitted by the opposite lighting device and by the grinding mirror of the Contact wire reflected back light is detectable.
Dadurch, daß von beiden Seiten des Fahrdrahtes jeweils ein Bild erzeugt wird, ist es zum einen möglich, die Lage des Fahrdrahtes bezüglich der Sensoren ohne weitere Ortsbestimmungsmittel allein aus den von den Sensoren aufgenommenen Bildern des Fahrdrahtes zu bestimmen. Außerdem ermöglicht eine derartige Anordnung, den Fahrdraht auch dann zu vermessen, wenn die Abnutzung des Fahrdrahtes nicht gleichmäßig erfolgt und ein schräg verlaufender Schleifspiegel ausgebildet worden ist oder wenn der Schleifspiegel durch seitliche Ablagerungen vergrößert ist.Because an image is generated from both sides of the contact wire, it is possible, on the one hand, to determine the position of the contact wire with respect to the sensors without further location determination solely from the images of the contact wire recorded by the sensors. In addition, such an arrangement enables the contact wire to be measured even if the contact wire is not worn uniformly and an oblique grinding mirror has been formed or if the grinding mirror is enlarged by lateral deposits.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Fahrdrahtes;Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it: 1 shows a cross section through a first embodiment of a contact wire.
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Fahrdrahtes;2 shows a cross section through a second embodiment of a contact wire;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf einen mit einer Fahrdrahtmeßvorrichtung ausgestatteten Stromabnehmer;3 shows a perspective view of a pantograph equipped with a contact wire measuring device;
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Fahrdrahtmeßvorrichtung aus Fig. 3;FIG. 4 shows a block diagram of the contact wire measuring device from FIG. 3; FIG.
Fig. 5 die grundsätzliche optische Anordnung der optischen Komponenten der Fahrdrahtmeßvorrichtung aus Fig. 3;FIG. 5 shows the basic optical arrangement of the optical components of the contact wire measuring device from FIG. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;6 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of the invention;
Fig. 7 jeweils die vom linken und rechten Sensor der Fahr- drahtmeßvorrichtung aus Fig. 6 aufgezeichneten Bilder des Fahrdrahtes;7 shows the images of the contact wire recorded by the left and right sensors of the contact wire measuring device from FIG. 6;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;8 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of the invention;
Fig. 9 die jeweils vom linken und rechten Sensor der Fahrdrahtmeßvorrichtung aus Fig. 8 aufgenommenen Bilder des Fahrdrahtes;9 shows the images of the contact wire taken by the left and right sensors of the contact wire measuring device from FIG. 8;
Fig. 1 0 die jeweils vom linken und rechten Sensor der Fahrdrahtmeßvorrichtung aus Fig. 8 aufgenommenen Bilder des Fahrdrahtes bei bewegtem Fahrdraht und langen Belichtungszeiten; Fig. 1 1 die Fahrdrahtmeßvorrichtung aus Fig. 6 bei der Vermessung eines Doppelfahrdrahtes;10 the images of the contact wire recorded by the left and right sensor of the contact wire measuring device from FIG. 8 with the contact wire moved and long exposure times; Fig. 1 1, the contact wire measuring device of Figure 6 when measuring a double contact wire.
Fig. 1 2 die jeweils vom linken und rechten Sensor der Fahr- drahtmeßvorrichtung aus Fig. 1 1 aufgenommenen Bilder des Doppelfahrdrahtes in Fig. 1 1 ;1 2 the images of the double contact wire in FIG. 11 taken by the left and right sensor of the contact wire measuring device from FIG. 1 1;
Fig. 1 3 ein Blockschaltbild der Auswertevorrichtung für ein Ausführungsbeispiel der Fahrdrahtmeßvorrichtung mit einer einzelnen Kamera;Figure 1 3 is a block diagram of the evaluation device for an embodiment of the contact wire measuring device with a single camera.
Fig. 14 ein Blockschaltbild für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6.14 is a block diagram for the embodiment of FIG. 6.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Fahrdraht 1 mit einem runden Querschnitt. Im oberen Bereich von Fahrdrahtflanken 2 des Fahrdrahtes 1 sind Haltenuten 3 ausgebildet, in die in der Zeichnung nicht dargestellte Klemmen zur Aufhängung des Fahrdrahtes 1 einbringbar sind. Durch die Abnutzung des Fahrdrahtes 1 bildet sich auf der Unterseite des Fahrdrahtes 1 ein Schleifspiegel 4 aus, der häufig durch seitliche Ablagerungen 5 verbreitert ist. Um einen sicheren Fahrbetrieb zu gewährleisten, ist es notwendig, den Zustand der Fahrdrähte 1 zu überwachen. Unterschreitet die Resthöhe h einen bestimmten Wert, müssen die Fahrdrähte 1 aus- getauscht werden. Das gleiche gilt, wenn sich am Fahrdraht 1 Risse ausbilden. Derartige Risse können auch im Bereich der Haltenuten 3 auf der Oberseite des Fahrdrahtes 1 auftreten.Fig. 1 shows a cross section through a contact wire 1 with a round cross section. In the upper area of contact wire flanks 2 of contact wire 1, retaining grooves 3 are formed, into which clamps (not shown in the drawing) for suspending contact wire 1 can be inserted. Due to the wear of the contact wire 1, a grinding mirror 4 is formed on the underside of the contact wire 1, which is often widened by lateral deposits 5. In order to ensure safe driving operation, it is necessary to monitor the condition of the contact wires 1. If the residual height h falls below a certain value, the contact wires 1 must be replaced. The same applies if 1 cracks form on the contact wire. Such cracks can also occur in the area of the holding grooves 3 on the top of the contact wire 1.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fahrdrahtes 1 . Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Fahrdrahtes 1 weist die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Fahrdrahtes 1 im unteren Bereich ein kastenförmiges Profil auf. Dies hat zur Folge, daß die Breite des Schleifspiegels 4 unabhängig von der Abnutzung des in Fig. 2 dargestellten Fahrdrahtes 1 abgesehen von den Ablagerungen 5 stets den gleichen Wert aufweist. Aus der Breite des Schleifspiegels 4 kann also nicht auf die Abnutzung des in Fig. 2 dargestellten Fahrdrahtes 1 geschlossen werden.2 shows a further embodiment of the contact wire 1. In contrast to the embodiment of the contact wire 1 shown in FIG. 1, the embodiment of the contact wire 1 shown in FIG. 2 has a box-shaped profile in the lower region. This has the consequence that the width of the grinding mirror 4 is always the same value regardless of the wear of the contact wire 1 shown in Fig. 2 apart from the deposits 5 having. The wear of the contact wire 1 shown in FIG. 2 cannot therefore be concluded from the width of the grinding mirror 4.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stromabnehmers 6, der auf dem Dach eines in der Zeichnung nicht dargestellten Schienenfahrzeugs angebracht ist und der mit einer Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 versehen ist. Der Stromabnehmer 6 umfaßt einen an dem Dach des Schienenfahrzeugs angebrachten Unterarm 8, an dem ein Oberarm 9 gelenkig befestigt ist. Der Oberarm 9 trägt ein Scheitelrohr 1 0, das quer zu einer Fahrtrichtung 1 1 verläuft. Am Scheitelrohr 1 0 sind Querstreben 1 2 befestigt, die über Federelemente 1 3 am Fahrdraht 1 anliegende Schleifleisten 14 halten. Unmittelbar unterhalb der in Fahrtrichtung 1 1 hinteren Schleifleiste 1 4 sind an den Querstreben 12 eine bezüglich der Fahrtrichtung 1 1 linke Meßeinheit 1 5 und rechte Meßeinheit 1 6 angebracht. Da das Scheitelrohr 10 verhindert, daß der Fahrdraht 1 in Weichenabschnitten oder gekrümmten Streckenabschnitten unter die Schleifleisten 14 gerät, darf aus Sicherheitsgründen kein Bau- element der Meßvorrichtung 7 über das Profil des Scheitelrohres 10 hinausragen. Demnach weist die linke Meßeinheit 1 5 und die rechte Meßeinheit 1 6 jeweils ein unterhalb des Scheitelrohres 10 angeordnetes Gehäuse 1 7 auf. In den Gehäusen 1 7 sind Kameraöffnungen 1 8 ausgebildet. Unmittelbar über und unter den Kameraöffnungen 1 8 sind im Gehäuse Beleuchtungsöffnungen 19 vorgesehen, durch die der Fahrdraht 1 beleuchtbar ist. Die Beleuchtungsöffnungen 1 9 sind so angeordnet, daß durch die oberen Beleuchtungsöffnungen 1 9 hindurch die Fahrdrahtflanken 2 beleuchtbar sind, während durch die unteren Beleuchtungsöffnungen 1 9 der Schleifspiegel 4 des Fahrdrahtes 1 beleuchtbar ist.3 shows a perspective view of a pantograph 6, which is attached to the roof of a rail vehicle, not shown in the drawing, and which is provided with a contact wire measuring device 7. The current collector 6 comprises a forearm 8 attached to the roof of the rail vehicle, to which an upper arm 9 is articulated. The upper arm 9 carries an apex tube 1 0, which extends transversely to a direction of travel 1 1. On the crown tube 1 0 cross struts 1 2 are attached, which hold contact strips 1 on the contact wire 1 via spring elements 1 3. Immediately below the rear contact strip 1 4 in the direction of travel 1 1, a measuring unit 1 5 on the left and right measuring unit 1 6 on the transverse struts 12 are attached to the direction of travel 11 Since the vertex tube 10 prevents the contact wire 1 from getting under the contact strips 14 in switch sections or curved route sections, for safety reasons no component of the measuring device 7 may protrude beyond the profile of the vertex tube 10. Accordingly, the left measuring unit 1 5 and the right measuring unit 1 6 each have a housing 1 7 arranged below the apex tube 10. Camera openings 1 8 are formed in the housings 1 7. Immediately above and below the camera openings 18, lighting openings 19 are provided in the housing, through which the contact wire 1 can be illuminated. The lighting openings 1 9 are arranged such that the contact wire flanks 2 can be illuminated through the upper lighting openings 1 9, while the grinding mirror 4 of the contact wire 1 can be illuminated through the lower lighting openings 1 9.
Als Gegengewicht zu der linken Meßeinheit 1 5 und der rechten Meßeinheit 1 6 sind an den der linken Meßeinheit 1 5 und rechten Meßeinheit 1 6 entgegengesetzten Enden der Querstreben 1 2 Ausgleichsgewichte 20 angebracht. Üblicherweise ist der Fahrdraht 1 im Zickzackmuster verlegt, so daß sich der Fahrdraht 1 während der Fahrt des Schienenfahrzeuges auf den Schleifleisten 14 in seitlicher Richtung hin- und herbewegt. Außerdem ist der Fahrdraht 1 unter Brücken oder in Tunneln abgesenkt. Die Anpassung des Stromabnehmers 6 an die Höhenlage des Fahrdrahtes 1 erfolgt über eine Bewegung von Oberarm 9 und Unterarm 8. Kleinere Unebenheiten mit geringer Ausdehnung werden jedoch durch die Federelemente 13 unter den Schleifleisten 14 ausgeglichen, was dazu führt, daß sich die Lage des Fahrdrahtes 1 bezüglich der linken Meßeinheit 1 5 und der rechten Meßeinheit 1 6 nicht nur in seitlicher Richtung sondern auch bezüglich der Höhe ändert.As a counterweight to the left measuring unit 1 5 and the right measuring unit 1 6, counterweights 20 are attached to the opposite ends of the cross struts 1 6 to the left measuring unit 1 5 and right measuring unit 1 6. Usually, the contact wire 1 is laid in a zigzag pattern, so that the contact wire 1 moves back and forth in the lateral direction on the contact strips 14 while the rail vehicle is traveling. In addition, the contact wire 1 is lowered under bridges or in tunnels. The adaptation of the pantograph 6 to the height of the contact wire 1 takes place via a movement of the upper arm 9 and forearm 8. However, minor bumps with little expansion are compensated for by the spring elements 13 under the contact strips 14, which leads to the position of the contact wire 1 changes with respect to the left measuring unit 1 5 and the right measuring unit 1 6 not only in the lateral direction but also with respect to the height.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7. Man erkennt den auf der Schleifleiste 14 aufliegenden Fahrdraht 1 , dessen Bild jeweils von einer linken Kamera 21 und einer rechten Kamera 22 aufgezeichnet ist. Oberhalb der linken Kamera 21 befindet sich eine linke obere Lichtquelle 23 und unterhalb der linken Kamera eine untere linke Lichtquelle 24. Dementsprechend ist über der rechten Kamera 22 eine obere rechte Lichtquelle 25 und unterhalb der rechten Kamera 22 eine untere rechte Lichtquelle 26 angeordnet.4 shows a block diagram of the contact wire measuring device 7. The contact wire 1 resting on the contact strip 14 can be seen, the image of which is recorded by a left camera 21 and a right camera 22, respectively. There is a left upper light source 23 above the left camera 21 and a lower left light source 24 below the left camera. Accordingly, an upper right light source 25 is arranged above the right camera 22 and a lower right light source 26 below the right camera 22.
Die obere linke Lichtquelle 23 und die obere rechte Lichtquelle 25 beleuchten insbesondere die Fahrdrahtflanken 2, während die untere linke Lichtquelle 24 und die untere rechte Lichtquelle 26 jeweils den Schleifspiegel 4 des Fahrdrahtes 1 beleuchten.The upper left light source 23 and the upper right light source 25 in particular illuminate the contact wire flanks 2, while the lower left light source 24 and the lower right light source 26 each illuminate the grinding mirror 4 of the contact wire 1.
Bei den Lichtquellen 21 bis 26 kann es sich sowohl um Weißlicht- quellen, wie beispielsweise Halogenstrahler, als auch Laserlichtquellen handeln. Als Lichtquellen eignen sich auch Halbleiterlichtquellen, wie beispielsweise Licht im optischen oder infraroten Wellenlängenbereich emittierende Dioden. Die Beleuchtung des Fahrdrahtes 1 mit Hilfe von Laserlichtquellen ist aufwendig, hat aber den Vorteil, daß wegen der hohen Lichtintensität des Laser- lichts in einem schmalen Frequenzband das nicht von den Lichtquellen 23 bis 26 stammende Licht mittels vor der linken Kamera 21 und rechten Kamera 22 angebrachten, schmalbandigen, optischen Filtern unterdrückbar ist. Außerdem ist die Lichtleistung von Laserlichtquellen auf verhältnismäßig einfache Weise einstellbar und damit an die stark schwankende Reflektivität des Fahrdrahtes 1 anpaßbar.The light sources 21 to 26 can be both white light sources, such as halogen spotlights, and laser light sources. Semiconductor light sources are also suitable as light sources, such as, for example, diodes emitting light in the optical or infrared wavelength range. The illumination of the contact wire 1 with the aid of laser light sources is complex, but has the advantage that because of the high light intensity of the laser lights in a narrow frequency band, the light not originating from the light sources 23 to 26 can be suppressed by means of narrow-band optical filters attached in front of the left camera 21 and right camera 22. In addition, the light output of laser light sources can be set in a relatively simple manner and can thus be adapted to the strongly fluctuating reflectivity of the contact wire 1.
Die von der linken Kamera 21 und rechten Kamera 22 erzeugten Bilder des Fahrdrahtes 1 sind einer Auswerteeinheit 27 zugeführt, die aus den Bildern neben der Resthöhe h des Fahrdrahtes 1 Korrekturfaktoren berechnet und Steuerbefehle sowohl an Lampensteuerungen 28 als auch an die linke Kamera 21 und rechte Kamera 22 abgibt. Die von der Auswerteeinheit 27 be- rechnete Resthöhe h wird zusammen mit den von einem Streckendatenspeicher 29 ausgelesenen Werten an einem Monitor 30 angezeigt und in einem Datenspeicher 31 abgelegt.The images of the contact wire 1 generated by the left camera 21 and the right camera 22 are fed to an evaluation unit 27, which calculates correction factors from the images in addition to the remaining height h of the contact wire 1 and control commands to lamp controls 28 as well as to the left camera 21 and right camera 22 issues. The residual height h calculated by the evaluation unit 27 is displayed on a monitor 30 together with the values read from a route data memory 29 and is stored in a data memory 31.
Fig. 5 zeigt den optischen Aufbau der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7. In Fig. 5 ist der Fahrdraht 1 in zwei Stellungen A und B dargestellt. Gegenüber der Stellung A hat sich der Fahrdraht 1 in der Stellung B auf der Schleifleiste 14 seitlich nach rechts und die Schleifleiste 14 zusammen mit dem Fahrdraht 1 durch die Wirkung der Federelemente 1 3 etwas nach oben bewegt. Damit eine jeweils zur linken Kamera 21 und rechten Kamera 22 gehörende Sammellinse 32, die ein jeweils der linken Kamera 21 und rechten Kamera 22 zugeordnetes Objektiv veranschaulicht, unabhängig von der Lage des Fahrdrahtes 1 auf der Schleifleiste 14 ein scharfes Bild des Fahrdrahtes 1 auf Detektorelementen 33 ab- bildet, ist die Sammellinse 32 und das Detektorelement 33 sowohl der linken Kamera 21 als auch der rechten Kamera 22 nach der Scheimpflugregel angeordnet. Das bedeutet, daß sich die Detektorebene des Detektorelements 33, die Linsenebene der Sammellinse 32 und eine in etwa der Oberseite der Schleifleiste 14 fol- gende Ebene in einer gemeinsamen Schnittlinie 34 schneiden, wodurch die Schärfe des von den Detektorelementen 33 aufgenommenen Bildes des Fahrdrahtes 1 weitgehend unabhängig von der Lage des Fahrdrahtes 1 auf der Schleifleiste 14 ist. Um die Scheimpflugbedingung zu erfüllen, werden zweckmäßiger- weise Schleifleisten 14 mit großem Krümmungsradius eingesetzt.Fig. 5 shows the optical structure of the contact wire measuring device 7. In Fig. 5, the contact wire 1 is shown in two positions A and B. Compared to position A, contact wire 1 has moved laterally to the right in position B on contact strip 14, and contact strip 14 together with contact wire 1 has moved somewhat upward due to the action of spring elements 1 3. So that a collecting lens 32 belonging to the left camera 21 and right camera 22, which illustrates a lens assigned to the left camera 21 and right camera 22, regardless of the position of the contact wire 1 on the contact strip 14, provides a sharp image of the contact wire 1 on detector elements 33 images, the converging lens 32 and the detector element 33 of both the left camera 21 and the right camera 22 are arranged according to the Scheimpflug rule. This means that the detector plane of the detector element 33, the lens plane of the converging lens 32 and a plane approximately following the upper side of the contact strip 14 intersect in a common cutting line 34. whereby the sharpness of the image of the contact wire 1 recorded by the detector elements 33 is largely independent of the position of the contact wire 1 on the contact strip 14. In order to meet the Scheimpflug condition, contact strips 14 with a large radius of curvature are expediently used.
Ein besonderer Vorteil der Anordnung gemäß der Scheimpflugregel ist, daß die Notwendigkeit einer motorischen Nachführung von optischen Bauelementen entfällt. Dadurch wird der Aufbau der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 wesentlich erleichtert, die Fehleranfälligkeit herabgesetzt und die von Motoren in der Nähe der Kameraelektronik ausgehenden Störfelder vermieden. Da aufgrund der Anordnung nach der Scheimpflugregel keine mechanischen Teile zu bewegen sind, eignet sich die Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 außerdem auch für hohe Fahrgeschwindigkeiten.A particular advantage of the arrangement according to the Scheimpflug rule is that there is no need for motorized tracking of optical components. This considerably simplifies the construction of the contact wire measuring device 7, reduces the susceptibility to errors and avoids the interference fields emanating from motors in the vicinity of the camera electronics. Since no mechanical parts can be moved due to the arrangement according to the Scheimpflug rule, the contact wire measuring device 7 is also suitable for high driving speeds.
Die Brennweite der Sammellinsen 32 ist so gewählt, daß unabhängig von dem Ort des Fahrdrahtes 1 auf der Schleifleiste 14 die gewünschte Auflösung erzielbar ist. Mit einer Brennweite von 50 mm lassen sich bei einer Meßgenauigkeit für die Resthöhe des Fahrdrahtes von etwa 0,25 mm etwa 75 cm der seitlichen Fahrdrahtbewegung erfassen.The focal length of the converging lenses 32 is selected such that the desired resolution can be achieved regardless of the location of the contact wire 1 on the contact strip 14. With a focal length of 50 mm and a measuring accuracy for the remaining height of the contact wire of approximately 0.25 mm, approximately 75 cm of the lateral contact wire movement can be recorded.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind auf jeder Seite des Fahrdrahtes 1 mehrere längs des Fahrdrahtes 1 nebeneinander angeordnete Kameras mit unterschiedlichem Abbildungsmaßstab vorgesehen, die unterschiedliche Abschnitte der Schleifleiste 14 scharf auf die zugehörigen Detektorelemente abbilden.In a modified exemplary embodiment, a plurality of cameras with different imaging scales arranged alongside one another along the contact wire 1 are provided on each side of the contact wire 1 and depict different sections of the contact strip 14 sharply on the associated detector elements.
Ferner ist Fig. 5 zu entnehmen, daß durch ein Auslesen der Bildlage des Fahrdrahtes 1 auf den Detektorelementen 33 die Lage des Fahrdrahtes 1 bezüglich der linken und rechten Kamera 21 und 22 eindeutig bestimmbar ist, da sich der Ort des Fahrdrahtes 1 jeweils aus dem Schnittpunkt der von der Bildlage durch den Mittelpunkt der Sammellinsen 32 zum Fahrdraht 1 gehenden optischen Hauptstrahlen ergibt. So ergibt sich beispielsweise der Ort A des Fahrdrahtes 1 aus dem Schnittpunkt der Hauptstrahlen A'A und A'A. In gleicher Weise ergibt sich der Ort B des Fahrdrahtes 1 aus dem Schnittpunkt der Hauptstrahlen B'B und B"B. Folglich ist auf diese Weise nicht nur die seitliche Lage des Fahrdrahtes 1 auf der Schleifleiste 14 sondern auch die Höhenlage des Fahrdrahtes 1 bezüglich der linken Kamera 21 und der rechten Kamera 22 bestimmbar.5 that the position of the contact wire 1 with respect to the left and right cameras 21 and 22 can be clearly determined by reading the image position of the contact wire 1 on the detector elements 33, since the location of the contact wire 1 is in each case from the point of intersection that going from the image position through the center of the converging lenses 32 to the contact wire 1 main optical rays. For example, the location A of the contact wire 1 results from the intersection of the main rays A'A and A ' A. In the same way, the location B of the contact wire 1 results from the intersection of the main rays B'B and B " B. In this way, not only the lateral position of the contact wire 1 on the contact strip 14 but also the height of the contact wire 1 with respect to the left camera 21 and the right camera 22 can be determined.
Ist die Lage des Fahrdrahtes 1 bezüglich der linken Kamera 21 und der rechten Kamera 22 bekannt, lassen sich für die Auswertung der Bilder wesentliche Korrekturfaktoren für den Projektionswinkel des Fahrdrahtes 1 auf die Detektorelemente 33 sowie für den Abbildungsmaßstab der Abbildung des Fahrdrahtes 1 auf den Detektorelementen 33 berechnen.If the position of the contact wire 1 with respect to the left camera 21 and the right camera 22 is known, essential correction factors for the projection angle of the contact wire 1 onto the detector elements 33 and for the imaging scale of the image of the contact wire 1 onto the detector elements 33 can be used for evaluating the images to calculate.
Wie nachfolgend näher erläutert wird, weisen abgewandelte Ausführungsbeispiele der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 lediglich eine einzelne seitlich unterhalb des Fahrdrahtes 1 angeordnete Kamera auf. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist jedoch wenigstens ein zusätzlicher Ortsmeßwertgeber notwendig, der die Höhenlage und die Neigung der Schleifleiste 14 bezüglich der linken Kamera 21 und der rechten Kamera 22 erfaßt. Als derartiger Ortsmeßwertgeber kommt beispielsweise eine mechanische Einrichtung mit einem Potentiometer in Frage.As will be explained in more detail below, modified exemplary embodiments of the contact wire measuring device 7 have only a single camera arranged laterally below the contact wire 1. In these exemplary embodiments, however, at least one additional position sensor is necessary, which detects the height and the inclination of the contact strip 14 with respect to the left camera 21 and the right camera 22. A mechanical device with a potentiometer, for example, can be used as such a position sensor.
Anstelle eines Ortsmeßwertgebers für die Höhe der Schleifleiste 1 4 über der linken Kamera 21 und rechten Kamera 22 kann auch ein Kalibrierstab an der Schleifleiste 14 angebracht werden. Ändert sich die Höhenlage der Schleifleiste 14, so ändert sich auch die Höhenlage des Kalibrierstabes und es ergibt sich ein verändertes Bild des Kalibrierstabes auf dem Detektorelement 33. Aus dem Bild des Kalibrierstabes auf dem Detektorelement 33 kann dann auf die Höhenlage der Schleif leiste 14 geschlossen werden. Fig. 6 enthält eine Übersichtsskizze über ein Ausführungsbeispiel der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7. Der Fahrdraht 1 , dessen Ausführungsform dem Fahrdraht 1 aus Fig. 2 entspricht, weist einen abgeschrägten Schleifspiegel 4 auf, der von der linken unteren Kante A und der rechten unteren Kante B begrenzt ist. Das von links auf den Fahrdraht 1 einfallende, von durchgezogenen Pfeilen 35 angedeutete Licht wird von der Fahrdrahtflanke 2 zwischen der oberen linken Kante A und der unteren linken Kante B in die linke Kamera 21 zurückgeworfen, während das auf den Schleifspiegel 4 treffende Licht in Richtung der rechten Kamera 22 zurückgeworfen wird. Ein geringer Anteil des auf den Schleifspiegel 4 einfallenden Lichts aus Richtung der linken Kamera wird allerdings von Rillen oder Riefen, die von Schleifleisten elektrischer Lokomotiven im Schleifspiegel 4 ausgebildet worden sind, in Richtung der linken Kamera 21 zurückgeworfen.Instead of a position sensor for the height of the contact strip 14 above the left camera 21 and the right camera 22, a calibration rod can also be attached to the contact strip 14. If the height of the contact strip 14 changes, then the height of the calibration stick also changes and the result is a changed image of the calibration stick on the detector element 33. The picture of the calibration stick on the detector element 33 can then be used to deduce the height of the contact strip 14 . 6 contains an overview sketch of an exemplary embodiment of the contact wire measuring device 7. The contact wire 1, the embodiment of which corresponds to the contact wire 1 from FIG. 2, has a bevelled grinding mirror 4 which is delimited by the lower left edge A and the lower right edge B. . The light incident on the contact wire 1 from the left, indicated by solid arrows 35, is thrown back by the contact wire flank 2 between the upper left edge A and the lower left edge B into the left camera 21, while the light striking the grinding mirror 4 in the direction of right camera 22 is thrown back. A small proportion of the light incident on the grinding mirror 4 from the direction of the left camera is, however, thrown back in the direction of the left camera 21 by grooves or grooves which have been formed by grinding strips of electric locomotives in the grinding mirror 4.
In gleicher Weise wird das von rechts auf den Fahrdraht 1 einfallende, von gestrichelten Pfeilen 36 angedeutete Licht von der Fahrdrahtflanke 2 zwischen der oberen rechten Kante C und der unteren rechten Kante D in Richtung der rechten Kamera 22 zurückgeworfen, während das von rechts auf den Schleifspiegel 4 einfallende Licht vom Schleifspiegel 4 in Richtung der linken Kamera 21 zurückgeworfen wird.In the same way, the light incident on the contact wire 1 from the right, indicated by dashed arrows 36, is reflected back from the contact wire flank 2 between the upper right edge C and the lower right edge D in the direction of the right camera 22, while that from the right onto the grinding mirror 4 incident light from the grinding mirror 4 is reflected in the direction of the left camera 21.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Fahrdraht 1 mit Weißlicht beleuchtet. Dementsprechend weisen die linke und rechte Kamera 21 und 22 jeweils nur ein einzelnes Detektorelement 33 auf. Bei diesen Detektorelementen 33 handelt es sich beispielsweise um schnelle, empfindliche CCD-Zeilenkameras mit beispielsweise 2048 Diodenelementen mit Abmessungen von 1 3 Mikrometern mal 500 Mikrometern und 8 oder 1 2 Bit Auflösung. Vorzugsweise werden CCD-Kameras mit einem Schutz gegen zu hohe Strahlungsintensität verwendet. Fig. 7 zeigt in den Graphen (a) bis (f) von den Kameras 21 und 22 aufgezeichnete Bilder des Fahrdrahtes 1 bei unterschiedlicher Beleuchtung. Bei jedem der Graphen ist auf der Abszisse die Zeilennummer der Diodenelemente der Detektorelemente 33 aufgetragen, während die Ordinate den Intensitätswert der auf das jeweilige Diodenelement einfallenden Strahlung darstellt. Die Graphen (a), (c) und (e) stellen jeweils Bilder der linken Kamera 21 und die Graphen (b), (d) und (f) stellen jeweils Bilder der rechten Kamera 22 dar.In this embodiment, the contact wire 1 is illuminated with white light. Accordingly, the left and right cameras 21 and 22 each have only a single detector element 33. These detector elements 33 are, for example, fast, sensitive CCD line cameras with, for example, 2048 diode elements with dimensions of 1 3 micrometers by 500 micrometers and 8 or 1 2 bit resolution. CCD cameras with protection against excessive radiation intensity are preferably used. 7 shows in graphs (a) to (f) images of the contact wire 1 recorded by the cameras 21 and 22 under different lighting. In each of the graphs, the line number of the diode elements of the detector elements 33 is plotted on the abscissa, while the ordinate represents the intensity value of the radiation incident on the respective diode element. The graphs (a), (c) and (e) each represent images of the left camera 21 and the graphs (b), (d) and (f) each represent images of the right camera 22.
Graph (a) in Fig. 7 stellt das in Richtung des Pfeils 35 auf den Fahrdraht 1 einfallende und vom Fahrdraht 1 in die linke Kamera 21 zurückgeworfene Auflicht dar. Die Fahrdrahtflanke 2 zwischen den Kanten A und B wirft einen vergleichsweise großen Anteil des in Richtung 35 auf die Fahrdrahtflanke 2 einfallenden Lichtes in die linke Kamera 21 zurück, weshalb die zugehörigen Diodenelemente zwischen A und B im Graphen (a) in Fig. 7 große Intensitätswerte aufweisen. Der Schleifspiegel 4 lenkt das Licht dagegen in Richtung der rechten Kamera 22 ab. Lediglich einzelne Rillen oder Riefen im Schleifspiegel 4 erzeugen im Graph (a) in Fig. 7 zwischen den Kanten B und D einzelne Intensitätsspitzen 37.Graph (a) in FIG. 7 represents the incident light incident on the contact wire 1 in the direction of the arrow 35 and reflected back by the contact wire 1 into the left camera 21. The contact wire flank 2 between the edges A and B throws a comparatively large proportion of that in the direction 35 light incident on the contact wire flank 2 back into the left camera 21, which is why the associated diode elements between A and B in the graph (a) in FIG. 7 have large intensity values. In contrast, the grinding mirror 4 deflects the light in the direction of the right camera 22. Only individual grooves or striations in the grinding mirror 4 produce individual intensity peaks 37 between the edges B and D in graph (a) in FIG. 7.
Aus dem vom Graph (a) in Fig. 7 dargestellten Bild des Fahrdrahtes 1 lassen sich zum einen die Größe hl, die der Differenz zwischen h1 und h2 in Fig. 6 entspricht, durch den Intensitätsabfall bei A und B entnehmen. Einen ausreichend deutlichen Intensitätsanstieg bei D vorausgesetzt, läßt sich auch die Größe hl aus dem Graphen (a) in Fig. 7 berechnen. Aus den Größen h1 und hl läßt sich bei bekanntem Projektionswinkel des Fahrdrahtes 1 auf das Detektorelement 33 der linken Kamera 21 sowie bekanntem Abbildungsmaßstab und bekanntem Profil des Fahrdrahtes 1 der Höhenabstand zwischen den Punkten A und B sowie und A und D des Fahrdrahtes 1 berechnen. Und zwar läßt sich aus dem Wert hl bei bekanntem Projektionswinkel und Abbildungs- maßstab die Höhe der Kante A über der Kante B bestimmen. Ist aber die Höhe der Kante A über der Kante B bekannt, läßt sich unter der Annahme, daß der Profilverlauf des Fahrdrahtes einem Sollprofil folgt, die Lage der Kante B bezüglich der Lage A bestimmen. In gleicher Weise läßt sich aus der Größe h1 die Höhen- läge der Kante A gegenüber der Kante D berechnen, woraus sich bei bekanntem Profilverlauf die Lage der Kante D bezüglich der Kante A bestimmen läßt. Auf diese Weise ist also bereits aus dem Graphen (a) in Fig. 7 die Resthöhe des Fahrdrahtes 1 sowohl auf der linken als auch auf der rechten Fahrdrahtflanke 2 berechenbar. Es genügt somit grundsätzlich bereits eine einzelne Kamera, die das auf den Fahrdraht 1 einfallende Auflicht aufzeichnet, um den Fahrdraht 1 trotz des abgeschrägten Schleifspiegels 4 in seinen geometrischen Abmessungen vollständig zu erfassen.From the image of the contact wire 1 represented by the graph (a) in FIG. 7, on the one hand, the size h1, which corresponds to the difference between h1 and h2 in FIG. 6, can be seen from the drop in intensity at A and B. Assuming a sufficiently significant increase in intensity at D, the quantity h1 can also be calculated from the graph (a) in FIG. 7. With a known projection angle of the contact wire 1 onto the detector element 33 of the left camera 21 and a known imaging scale and known profile of the contact wire 1, the height distance between the points A and B and and A and D of the contact wire 1 can be calculated from the quantities h1 and hl. Namely, the height h of the edge A above the edge B can be determined from the value hl with a known projection angle and image scale. is but the height of the edge A above the edge B is known, assuming that the profile of the contact wire follows a target profile, the position of the edge B with respect to the position A can be determined. In the same way, the height h1 of the edge A relative to the edge D can be calculated from the size h1, from which the position of the edge D with respect to the edge A can be determined if the profile profile is known. In this way, the remaining height of the contact wire 1 on both the left and on the right contact wire flank 2 can already be calculated from graph (a) in FIG. 7. A single camera that records the incident light incident on the contact wire 1 is therefore sufficient in principle to completely record the geometrical dimensions of the contact wire 1 despite the beveled grinding mirror 4.
In der Praxis ist jedoch wegen der Intensitätsspitzen 37 der Intensitätsabfall bei B und D im Graphen (a) in Fig. 7 nicht deutlich genug ausgeprägt, als daß die Werte h1 und hl mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden könnten. Aus diesem Grunde ist im Graphen (c) in Fig. 7 zusätzlich das in Richtung des Pfeiles 36 auf den Fahrdraht 1 einfallende und vom Schleifspiegel 4 in die linke Kamera 21 zurückreflektierte Licht aufgezeichnet. Die Intensität des am Schleifspiegel 4 zurückreflektierten Lichts ist wesentlich größer als das ebenfalls in die linke Kamera 21 einfallende an der Fahrdrahtflanke 2 zwischen den Kanten A und B von Rillen oder Riefen zurückgeworfene Auflicht. Dadurch ergibt sich ein Intensitätsmaximum 38 mit steil abfallenden Intensitätsflanken, woraus sich die Größe h2 bestimmen läßt. Außerdem läßt sich aus der Differenz der Zeilennummer der Intensitätsflanke bei A in Graph (a) in Fig. 7 und der Zeilennummer der Intensitätsflanke bei B in Graph (c) in Fig. 7 der Wert hl berechnen. Durch gemeinsame Auswertung der Graphen (a) und (c) in Fig. 7 sind somit die Größen h 1 und hl mit hoher Genauigkeit erhältlich.In practice, however, because of the intensity peaks 37, the decrease in intensity at B and D in graph (a) in FIG. 7 is not pronounced enough that the values h1 and hl could be determined with sufficient accuracy. For this reason, the light incident in the direction of arrow 36 on the contact wire 1 and reflected back by the grinding mirror 4 into the left camera 21 is additionally recorded in graph (c) in FIG. 7. The intensity of the light reflected back at the grinding mirror 4 is significantly greater than the incident light reflected on the contact wire flank 2 between the edges A and B of grooves or striations, which likewise falls into the left camera 21. This results in an intensity maximum 38 with steeply falling intensity edges, from which the variable h2 can be determined. In addition, the value h1 can be calculated from the difference between the line number of the intensity edge at A in graph (a) in FIG. 7 and the line number of the intensity edge at B in graph (c) in FIG. By evaluating the graphs (a) and (c) in FIG. 7 together, the quantities h 1 and hl can thus be obtained with high accuracy.
Die linke Kamera 21 ist jedoch für die Bestimmung der Lage der Kanten B und D in Fig. 9 nur so lange ausreichend, als die linke untere Kante B und die rechte untere Kante D nicht durch die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ablagerungen 5 vom Sollprofil des Fahrdrahtes 1 abweichend in seitliche Richtung verschoben sind. In diesem Fall ist es notwendig, zusätzlich die von der rechten Kamera 22 aufgezeichneten Bilder, die in den Graphen (b) und (d) in Fig. 7 dargestellt sind, auszuwerten. In analoger Weise zu dem zu den Graphen (a) und (c) in Fig. 7 Gesagten lassen sich aus den Graphen (b) und (d) die Größen h3 und hr berechnen. Damit stehen vier Meßgrößen zur Verfügung, mit denen sich die Lage der Kanten B und D in Fig. 6 bezüglich der Kanten A und C eindeutig festlegen läßt. So läßt sich bei bekannter Lage der Kanten A und C und bekanntem Projektionswinkel und Abbildungsmaßstab aus den Größen hl und h3 die Lage der unteren linken Kante B bestimmen und aus den Größen hl und hr bei bekannter Lage der Kanten A und C die Lage der Kante D bestimmen.However, the left camera 21 is only sufficient for determining the position of the edges B and D in FIG. 9 as long as the left one lower edge B and the lower right edge D are not displaced in the lateral direction by the deposits 5 shown in FIGS. 1 and 2 from the target profile of the contact wire 1. In this case, it is necessary to additionally evaluate the images recorded by the right camera 22, which are shown in the graphs (b) and (d) in FIG. 7. The quantities h3 and hr can be calculated from graphs (b) and (d) in an analogous manner to what has been said for graphs (a) and (c) in FIG. 7. There are thus four measured variables available, with which the position of the edges B and D in FIG. 6 with respect to the edges A and C can be clearly defined. Thus, given the known position of the edges A and C and the known projection angle and magnification, the position of the lower left edge B can be determined from the sizes h1 and h3 and the position of the edge D from the sizes hl and hr if the position of the edges A and C is known determine.
Darüber hinaus hat die beidseitige Beleuchtung und Aufzeichnung der Bilder des Fahrdrahtes 1 den Vorteil, daß Fehlstellen in beiden Fahrdrahtflanken 2, die sich durch eine hohe Reflektivität aus- zeichnen, durch entsprechende Signaturen in den Graphen (a) und (b) in Fig. 7 erkennbar sind.In addition, the illumination and recording of the images of the contact wire 1 on both sides has the advantage that defects in both contact wire flanks 2, which are distinguished by a high reflectivity, by corresponding signatures in the graphs (a) and (b) in FIG. 7 are recognizable.
Um jedoch die Graphen (a) bis (d) in Fig. 7 aufzunehmen, ist es notwendig, den Fahrdraht 1 abwechselnd von links und rechts zu beleuchten. Diese Art des Abtastens führt dazu, daß für eine hohe Auflösung entlang dem Fahrdraht 1 eine entsprechend geringe Fahrgeschwindigkeit notwendig ist. Für Grobmessungen mit hoher Geschwindigkeit ist es deshalb ausreichend, den Fahrdraht 1 gleichzeitig von beiden Seiten zu beleuchten, wodurch sich die in den Graphen (e) und (f) dargestellten Bilder ergeben. Die Intensität der unteren linken Lichtquelle 24 und unteren rechten Lichtquelle 26, deren Licht auf den Schleifspiegel 4 des Fahrdrahtes 1 einfällt, ist dabei gegenüber der Intensität der oberen linken Lichtquelle 23 und oberen rechten Lichtquelle 25, die die Fahrdrahtflanken 2 des Fahrdrahtes 1 beleuchten, verringert, so daß sich ein in etwa gleichmäßiger Intensitätsverlauf dieser Bilder ergibt. Damit lassen sich zwar aus den Graphen (e) und (f) lediglich die Größen h1 und h3 ableiten, aber dafür sind Fehlstellen, wie beispielsweise Aushöhlungen im Schleifspiegel, die durch eine besonders hohe Reflektivität erkennbar sind, durch plötzliche Intensitätsschwankungen nachweisbar.However, in order to include the graphs (a) to (d) in FIG. 7, it is necessary to illuminate the contact wire 1 alternately from the left and the right. This type of scanning means that a correspondingly low driving speed is necessary for a high resolution along the contact wire 1. For coarse measurements at high speed, it is therefore sufficient to simultaneously illuminate the contact wire 1 from both sides, resulting in the images shown in graphs (e) and (f). The intensity of the lower left light source 24 and lower right light source 26, the light of which falls on the grinding mirror 4 of the contact wire 1, is reduced compared to the intensity of the upper left light source 23 and the upper right light source 25, which illuminate the contact wire flanks 2 of the contact wire 1 , so that there is approximately uniform intensity course of these images results. Although the quantities h1 and h3 can only be derived from the graphs (e) and (f), defects, such as hollows in the grinding mirror, which can be recognized by a particularly high reflectivity, can be detected by sudden fluctuations in intensity.
Fig. 8 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fahrdrahtmeßvorrichtung 6, bei dem das entlang den Pfeilen 35 einfallende Licht in einem anderen Wellenlängenbereich als das entlang den Pfeilen 36 einfallende Licht liegt. Dementsprechend sind der linken Kamera 21 und der rechten Kamera 22 jeweils zwei in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen lichtempfindliche Detektorelemente 33 zugeordnet. Die Graphen (a) und (d) in Fig. 9 sind folglich von denjenigen Detektorelementen 33 aufgenommen, die auf das entlang den Pfeilen 35 einfallende Licht empfindlich sind, und die Graphen (b) und (c) sind von denjenigen Detektorelementen 33 aufgenommen, die auf das entlang dem Pfeil 36 auf den Fahrdraht 1 einfallende Licht empfindlich sind.FIG. 8 illustrates a further exemplary embodiment of the contact wire measuring device 6, in which the light incident along the arrows 35 lies in a different wavelength range than the light incident along the arrows 36. Accordingly, the left camera 21 and the right camera 22 are each assigned two detector elements 33 which are light-sensitive in different wavelength ranges. The graphs (a) and (d) in FIG. 9 are thus recorded by those detector elements 33 which are sensitive to the light incident along the arrows 35, and the graphs (b) and (c) are recorded by those detector elements 33, which are sensitive to the light incident on the contact wire 1 along the arrow 36.
Durch die Auswertung des Intensitätsabfalls bei A in Graph (a) und des Intensitätsabfalls B in Graph (c) in Fig. 9 ist der Wert hl und aus dem Intensitätsabfall A in Graph (a) und dem Intensitätsabfall bei D in Graph (b) ist die Größe h1 berechenbar. In analoger Weise sind aus den Graphen (b) und (d) in Fig. 9 die Größen h3 und hr bestimmbar, wodurch, wie anhand des in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, die geometrische Lage der Kanten B und D bezüglich der Kanten A und B in Fig. 8 ermittelbar ist.By evaluating the drop in intensity at A in graph (a) and the drop in intensity B in graph (c) in FIG. 9, the value is h1 and from the drop in intensity A in graph (a) and the drop in intensity at D in graph (b) the size h1 can be calculated. The quantities h3 and hr can be determined in an analogous manner from the graphs (b) and (d) in FIG. 9, as a result of which, as explained with reference to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, the geometric position of the edges B and D with respect to the edges A. and B can be determined in FIG. 8.
Durch die spektrale Trennung ist der Fahrdraht 1 zur gleichen Zeit beidseitig beleuchtbar, wodurch gegenüber dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel bei gleicher Fahrgeschwindigkeit eine deutlich höhere Auflösung längs des Fahrdrahtes 1 möglich ist. Die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ist aber auch bei diesem Ausführungsbeispiel aus meßtechnischen Gründen begrenzt, denn aus Sicherheitsgründen darf die Strahlungsleistung der für die Lichtquellen 23 bis 26 verwendeten Laserlichtquellen einen bestimmten oberen Grenzwert nicht überschreiten. Darum sind lange Belichtungszeiten im Bereich weniger Millisekunden notwendig. Da aber andererseits die Auflösung längs dem Fahrdraht 1 nicht unter zwei Zentimetern liegen soll, ist die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf etwa 100 Stunden- kilometer beschränkt.Due to the spectral separation, the contact wire 1 can be illuminated on both sides at the same time, as a result of which a significantly higher resolution along the contact wire 1 is possible at the same driving speed compared to the exemplary embodiment shown in FIG. 6. However, the traveling speed of the rail vehicle is also limited in this exemplary embodiment for measurement reasons, because for safety reasons the radiation power of the laser light sources used for the light sources 23 to 26 must not exceed a certain upper limit value. That is why long exposure times in the range of a few milliseconds are necessary. On the other hand, since the resolution along the contact wire 1 should not be less than two centimeters, the traveling speed of the rail vehicle is limited to approximately 100 kilometers per hour.
Aber auch bei Belichtungszeiten von wenigen Millisekunden macht sich der Einfluß der seitlichen Bewegung des Fahrdrahtes 1 bemerkbar, denn durch die seitliche Bewegung des Fahrdrahtes 1 entstehen, wie in Fig. 10 dargestellt, Bilder mit abgeschrägten Intensitätsflanken.But even with exposure times of a few milliseconds, the influence of the lateral movement of the contact wire 1 is noticeable, since the pictures of the contact wire 1, as shown in FIG. 10, are caused by the lateral movement of the intensity edges.
Fig. 10 stellt die Bilder des Fahrdrahtes 1 dar, die entstehen, wenn sich der Fahrdraht 1 vom Punkt P zum Punkt P* in Fig. 9 bewegt. Die Punkte A\ B", C' und D* in Fig. 10 entsprechen dabei den Bildern der Kanten A, B, C, D des Fahrdrahtes 1 , wenn sich der Fahrdraht 1 am Punkt P" befindet.FIG. 10 shows the images of the contact wire 1 which arise when the contact wire 1 moves from point P to point P * in FIG. 9. The points A \ B " , C ' and D * in FIG. 10 correspond to the images of the edges A, B, C, D of the contact wire 1 when the contact wire 1 is at point P".
Hinzu kommt, daß sich die Reflektivität des Fahrdrahtes 1 auch über die Strecke von wenigen Zentimetern stark ändert, so daß die Intensitätsflanken häufig nicht geradlinig verlaufen. Insofern ist es schwierig, aus den abfallenden Intensitätsflanken der in Fig. 10 dargestellten Bilder die geometrische Lage der Kanten A, B, C und D zu ermitteln. Am zuverlässigsten lassen sich jedoch die Bilder durch Ermittlung der Fußpunkte der Intensitätsverteilung auswerten. Zu diesem Zweck wird an die Flanken der Intensitätsverteilung ein Polynom niedriger Ordnung angepaßt und der Schnittpunkt des Polynoms mit dem Untergrund berechnet. So läßt sich beispielsweise in Graph (a) in Fig. 10 an die Intensitäts- flanke zwischen A* und A eine Gerade mit positiver Steigung anpassen. Mit Hilfe der angepaßten Gerade läßt sich ein Schnittpunkt 39 der Flanke der Intensitätsverteilung mit dem Untergrund berechnen. Auf ähnliche Weise läßt sich B" aus Graph (c) in Fig. 10 bestimmen, wobei aus der Differenz der Werte von A* und B* die Größe hl" erhältlich ist. Auf analoge Weise ist aus den Graphen (b) und (d) in Fig. 10 die Größe hr* erhältlich. Aus hl* und hr* lassen sich schließlich, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert, bei bekanntem Projektionswinkel des Fahrdrahtes 1 auf die Detektorelemente 33 und bekanntem Abbildungsmaßstab die Lage der Kanten B und D bezüglich der Kanten A und B ermitteln.In addition, the reflectivity of the contact wire 1 also changes greatly over the distance of a few centimeters, so that the intensity edges often do not run in a straight line. In this respect, it is difficult to determine the geometric position of the edges A, B, C and D from the falling intensity edges of the images shown in FIG. 10. However, the most reliable way of evaluating the images is to determine the base points of the intensity distribution. For this purpose, a low-order polynomial is adapted to the edges of the intensity distribution and the intersection of the polynomial with the background is calculated. For example, in graph (a) in FIG. 10, a straight line with a positive slope can be attached to the intensity flank between A * and A. to adjust. With the help of the adapted straight line, an intersection 39 of the flank of the intensity distribution with the background can be calculated. B " can be determined in a similar manner from graph (c) in FIG. 10, the size h1 " being obtainable from the difference between the values of A * and B * . Analogously, the size hr * can be obtained from graphs (b) and (d) in FIG. 10. Finally, as already explained in connection with FIG. 6, the position of the edges B and D with respect to the edges A and B can be determined from hl * and hr * with a known projection angle of the contact wire 1 onto the detector elements 33 and a known imaging scale.
Wie in Fig. 1 1 dargestellt, läßt sich die Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 aus Fig. 1 auch bei zwei oder mehr Fahrdrähten 1 anwenden.As shown in FIG. 1 1, the contact wire measuring device 7 from FIG. 1 can also be used with two or more contact wires 1.
Fig. 1 2 zeigt in den Graphen (a) und (b) die zugehörigen Intensitätsverteilung. Aus dem Graphen (a) in Fig. 12 lassen sich die Größen h 1 , h2, h3 und h4 bestimmen, und aus dem Graphen (b) die Größen h5, h6, h7 und h8. Da aus der Bildlage der Intensitäts- maxima zwischen B und C sowie D und E in Graph (a) und Graph (b) in Analogie zu dem in Fig. 5 Gesagten der Abstand der beiden Fahrdrähte 1 zueinander bestimmbar ist, ist die relative Lage der Kanten A und F zueinander bekannt. Wenn aber die Lage der Kanten A und F zueinander bekannt ist, läßt sich aus den Werten h4 und h8 die Lage der Kante B, aus den Werten h3 und h7 die Lage der Kante C, aus den Werten h2 und h6 die Lage der Kante D und aus den Werten h1 und h5 die Lage der Kante E bestimmen. Somit lassen sich aus den Intensitätsverteilungen in Fig. 1 2 die geometrischen Verhältnisse in Fig. 1 1 eindeutig bestimmen.Fig. 1 2 shows in graphs (a) and (b) the associated intensity distribution. The quantities h 1, h2, h3 and h4 can be determined from the graph (a) in FIG. 12, and the quantities h5, h6, h7 and h8 from the graph (b). Since the image position of the intensity maxima between B and C and D and E in graph (a) and graph (b) can be determined in analogy to what has been said in FIG. 5, the distance of the two contact wires 1 from one another, the relative position is Edges A and F known to each other. If, however, the position of the edges A and F is known to one another, the position of the edge B can be obtained from the values h4 and h8, the position of the edge C from the values h3 and h7, and the position of the edge D from the values h2 and h6 and determine the position of the edge E from the values h1 and h5. The geometric relationships in FIG. 1 1 can thus be clearly determined from the intensity distributions in FIG. 1 2.
Fig. 1 3 zeigt ein Blockschaltbild der Auswerteeinheit 27 für ein Ausführungsbeispiel der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7, bei der lediglich die linke Kamera 21 und die linken Lichtquellen 23 und 24 und die rechten Lichtquellen 25 und 26 vorhanden sind. Die Intensitätswerte aus der linken Kamera 21 werden in einen Zeilen- Speicher 40 ausgelesen. Die linke Kamera 21 und der Zeilen- Speicher 40 werden jeweils mit einem Taktsignal aus einem Taktgenerator 41 versorgt. Eine Pegelbestimmung 42 wertet die im Zeilenspeicher 40 abgelegten Intensitätswerte anhand eines Histogrammes aus und beaufschlagt die Lampensteuerung 28 mit Steuerbefehlen, so daß die Intensitätswerte stets im dynamischen Bereich der linken Kamera 21 bleiben. Außerdem gibt die Pegelbestimmung 42 einen für die Strahlungsintensität der Lichtquellen 23 bis 26 kennzeichnenden Wert an den Monitor 30 aus.1 3 shows a block diagram of the evaluation unit 27 for an exemplary embodiment of the contact wire measuring device 7, in which only the left camera 21 and the left light sources 23 and 24 and the right light sources 25 and 26 are present. The intensity values from the left camera 21 are read out into a line memory 40. The left camera 21 and the line Memories 40 are each supplied with a clock signal from a clock generator 41. A level determination 42 evaluates the intensity values stored in the line memory 40 using a histogram and applies control commands to the lamp controller 28 so that the intensity values always remain in the dynamic range of the left camera 21. In addition, the level determination 42 outputs a value which characterizes the radiation intensity of the light sources 23 to 26 to the monitor 30.
Eine Kantenbestimmung 43 bestimmt die Flanken der aufgenommenen Intensitätsverteilungen. Einen Recheneinheit 44 berechnet aus dem Ort der Intensitätsflanken auf dem Detektorelement 33 die Größen hl und h1 . Eine weitere Recheneinheit 45 bestimmt die Bildlage der Intensitätsverteilungen auf dem Detek- torelement 33. Aus der Bildlage und den von einem mechanischen Ortsmeßwertgeber 52 gelieferten Werten können gemäß dem zu Fig. 5 Gesagten mit Hilfe einer Korrekturtabelle 46 für den Abbildungsmaßstab und einer Korrektureinheit 47 für den Abbildungsmaßstab sowie einer weiteren Korrekturtabelle 48 für den Projek- tionswinkel in einer Abstandsrecheneinheit 49 jeweils die Abstände zwischen den Kanten des Fahrdrahtes 1 berechnet werden. Mit Hilfe des bekannten Sollprofils des Fahrdrahtes 1 , das im Streckendatenspeicher 29 abgelegt ist, läßt sich in einer Resthöhenrecheneinheit 50 die Resthöhe des Fahrdrahtes 1 be- stimmen. Die Werte aus der Abstandsrecheneinheit 49 sowie der Resthöhenrecheneinheit 50 und die Pegelwerte aus der Pegelbestimmung 42 sind zusammen mit den Streckenwerten im Datenspeicher 31 abgelegt und werden am Monitor 30 angezeigt. Die abgespeicherten Pegelwerte werden insbesondere dazu ver- wendet, die sich durch eine hohe Reflektivität auszeichnenden Fehlstellen zu detektieren. Für eine Bestimmung der Auflösung längs des Fahrdrahtes 1 werden auch die Belichtungszeiten der linken Kamera 21 im Datenspeicher 31 abgelegt. Zusätzlich werden am Monitor 30 Kontrollwerte für die Lampenfunktion angezeigt, die aus einer Überwachungseinheit 51 für die Lampensteuerung 28 stammen.An edge determination 43 determines the edges of the recorded intensity distributions. A computing unit 44 calculates the variables h1 and h1 from the location of the intensity edges on the detector element 33. A further arithmetic unit 45 determines the image position of the intensity distributions on the detector element 33. From the image position and the values supplied by a mechanical position sensor 52, according to what has been said about FIG. 5, with the aid of a correction table 46 for the imaging scale and a correction unit 47 for the Mapping scale and a further correction table 48 for the projection angle in a distance computing unit 49, the distances between the edges of the contact wire 1 are calculated. With the help of the known target profile of the contact wire 1, which is stored in the route data memory 29, the remaining height of the contact wire 1 can be determined in a residual height computing unit 50. The values from the distance calculation unit 49 and the residual height calculation unit 50 and the level values from the level determination 42 are stored together with the distance values in the data memory 31 and are displayed on the monitor 30. The stored level values are used in particular to detect the defects which are distinguished by a high reflectivity. To determine the resolution along the contact wire 1, the exposure times of the left camera 21 are also stored in the data memory 31. In addition, 30 control values for the lamp function are displayed on the monitor displayed, which come from a monitoring unit 51 for the lamp control 28.
Fig. 14 zeigt schließlich ein Blockschaltbild der Auswerteeinheit 27 für das Ausführungsbeispiel der Fahrdrahtmeßvorrichtung 7 aus Fig. 6, bei dem sowohl die linke Kamera 21 als auch die rechte Kamera 22 vorhanden sind. Die von der linken Kamera 21 und der rechten Kamera 22 aufgenommenen Werte werden in die Zeilenspeicher 40 ausgelesen. Die Pegelbestimmungen 42 be- rechnen die Intensitätswerte und geben Steuerbefehle an die Lampensteuerungen 28 aus. Die Kantenbestimmungen 43 berechnen die Flanken der Intensitätsverteilungen, woraus Recheneinheiten 44 die Größen hl, hr sowie die übrigen Differenzwerte und Recheneinheiten 45 die Bildlage der Intensitätsverteilung auf den Detektorelementen 33 berechnen. Mit Hilfe der von den Recheneinheiten 45 berechneten Bildlage auf den Detektorelementen 33 läßt sich anhand der Korrekturtabelle 46 für den Abbildungsmaßstab und der Korrektureinheiten 47 für die Abbildungsmaßstäbe unter Berücksichtigung der aus der Korrektur- tabelle 48 für die Betrachtungswinkel erhaltenen Werte in einer Abstandsrecheneinheit 49 die Lage der Kanten der Fahrdrähte 1 bestimmen. Durch einen Vergleich mit dem im Streckendatenspeicher 39 abgelegten Sollprofil läßt sich daraus in der Resthöhenrecheneinheit 50 die Resthöhe bestimmen. Die so erhaltenen Werte werden wie bei dem in Fig. 1 3 dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Monitor 30 dargestellt und im Datenspeicher 31 abgelegt. FIG. 14 finally shows a block diagram of the evaluation unit 27 for the embodiment of the contact wire measuring device 7 from FIG. 6, in which both the left camera 21 and the right camera 22 are present. The values recorded by the left camera 21 and the right camera 22 are read out into the line memory 40. The level determinations 42 calculate the intensity values and issue control commands to the lamp controls 28. The edge determinations 43 calculate the edges of the intensity distributions, from which computing units 44 calculate the sizes h1, hr and the remaining difference values and computing units 45 calculate the image position of the intensity distribution on the detector elements 33. With the aid of the image position on the detector elements 33 calculated by the computing units 45, the position of the can be determined in a distance computing unit 49 using the correction table 46 for the imaging scale and the correction units 47 for the imaging scales, taking into account the values obtained from the correction table 48 for the viewing angle Determine the edges of the contact wires 1. The residual height can be determined in the residual height computing unit 50 by comparing it with the target profile stored in the route data memory 39. The values obtained in this way are, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 3, displayed on the monitor 30 and stored in the data memory 31.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1 . Fahrdrahtmeßvorrichtung zur Überwachung von Fahrdrähten ( 1 ) für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer Beleuchtungseinrichtung, mit der ein Fahrdraht ( 1 ) anstrahlbar ist, und mit wenigstens einem an einem Fahrzeug angebrachten, auf den Fahrdraht (1 ) ausgerichteten, abbildenden photoelektrischen Sensor (21 , 22), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21 , 22) auf dem Fahrzeug in der Nähe des Fahrdrahtes ( 1 ) an einer mit dem Fahrdraht ( 1 ) in Berührung stehenden und sich der Fahrdrahthöhe über dem Fahrzeug anpassenden Vorrichtung angebracht ist, daß wenigstens ein seitlich unterhalb des Fahrdrahtes ( 1 ) angeordneter Sensor (21 , 22) sowie und jeweils eine zu einem Sensor (21 , 22) benachbarte, den Fahrdraht (1 ) mit Auflicht beleuchtende erste Beleuchtungsvorrichtung (23, 24) und eine weitere gegenüberliegende, den Fahrdraht ( 1 ) mit Gegenlicht beleuchtende zweite Beleuchtungsvorrichtung (25, 26) vorgesehen sind, wobei mit Hilfe des Sensors (21 , 22) das vom Fahrdraht (1 ) zurückgeworfene Auflicht und das vom Schleifspiegel (4) des Fahrdrahtes ( 1 ) zurückgeworfene Gegenlicht erfaßbar ist, so daß mit dem von den Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) ausgehenden und sowohl vom Schleifspiegel (4) als auch einer Fahrdrahtflanke (2) eines Fahrdrahtes (1 ) zurückgeworfenen Licht auf Detektorelementen (33) des Sensors (21 , 22) ein Bild des Schleifspiegels (4) und einer Fahrdrahtflanke (2) erzeugbar ist.1 . Contact wire measuring device for monitoring contact wires (1) for electrically operated vehicles with a lighting device with which a contact wire (1) can be illuminated and with at least one imaging photoelectric sensor (21, 22) attached to a vehicle and aligned with the contact wire (1) ), characterized in that the sensor (21, 22) on the vehicle in the vicinity of the contact wire (1) is attached to a device which is in contact with the contact wire (1) and which adapts to the contact wire height above the vehicle, that at least one Sensor (21, 22) arranged laterally below the contact wire (1) and a first lighting device (23, 24) adjacent to a sensor (21, 22) and illuminating the contact wire (1) with incident light, and a further opposite one, the contact wire (1) with backlight illuminating second lighting device (25, 26) are provided, with the help of the sensor (21, 22) that the Fah reflected wire (1) reflected back light and the back light reflected by the grinding mirror (4) of the contact wire (1) can be detected, so that with the emanating from the lighting devices (23, 24, 25, 26) and both from the grinding mirror (4) and one Contact wire flank (2) of a contact wire (1) reflected light on detector elements (33) of the sensor (21, 22) an image of the grinding mirror (4) and a contact wire flank (2) can be generated.
2. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrdrahtmeßvorrichtung zwei jeweils seitlich unterhalb des Fahrdrahtes angeordnete Sensoren (21 , 22) sowie zu den Sensoren (21 , 22) benachbarte erste und zweite Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) umfaßt, wobei mit Hilfe jedes Sensors (21 , 22) sowohl das von den benachbarten Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) ausgesandte und vom Fahrdraht (1 ) zurückgeworfene Auflicht als auch das von den gegenüberliegenden Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) ausgesandte und vom Schleif- spiegel (4) des Fahrdrahtes ( 1 ) zurückgeworfene Gegenlicht erfaßbar ist.2. Contact wire measuring device according to claim 1, characterized in that the contact wire measuring device comprises two sensors (21, 22) arranged laterally below the contact wire as well as to the sensors (21, 22) adjacent first and second lighting devices (23, 24, 25, 26) , with the help of each sensor (21, 22) both that of the Adjacent lighting devices (23, 24, 25, 26) and reflected light emitted by the contact wire (1) as well as the incident light emitted by the opposite lighting devices (23, 24, 25, 26) and emitted by the grinding mirror (4) of the contact wire (1) reflected back light is detectable.
3. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aussenden und daß jeweils den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zugeordnete Detektorelemente (33) das Licht im jeweiligen Wellenlängenbereich aufzeichnen.3. Contact wire measuring device according to claim 2, characterized in that the lighting devices (23, 24, 25, 26) emit light in different wavelength ranges and that each of the different wavelength ranges associated detector elements (33) record the light in the respective wavelength range.
4. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (21 , 22) und Beleuchtungsvorrichtungen (23, 24, 25, 26) an einem Stromabnehmer (6) eines Schienenfahrzeugs unterhalb einer Schleifleiste ( 14) des Stromabnehmers (6) angebracht sind.4. Contact wire measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors (21, 22) and lighting devices (23, 24, 25, 26) on a pantograph (6) of a rail vehicle below a contact strip (14) of the pantograph (6) are attached.
5. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine CCD-Kamera (21 , 22) ist, die als Detektorelement wenig- stens eine Diodenzeile (33) aufweist und die eine Linsenanordnung (32) umfaßt, die den Fahrdraht ( 1 ) auf die Diodenzeile (33) abbildet.5. Contact wire measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is a CCD camera (21, 22), which has at least one diode row (33) as a detector element and which comprises a lens arrangement (32) which comprises the contact wire (1) on the diode array (33).
6. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Sensor eine Vielzahl von auf unterschiedliche Bereiche der Schleifleiste (14) gerichtete CCD-Kameras mit unterschiedlichem Abbildungsmaßstab umfaßt.6. Contact wire measuring device according to claim 5, characterized in that the sensor comprises a plurality of different areas of the contact strip (14) directed CCD cameras with different imaging scale.
7. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung (32) sowie die Diodenzeilen (33) bezüglich der Schleifleiste ( 14) des Stromabnehmers (6) gemäß der Scheimpflugregel angeordnet sind.7. contact wire measuring device according to claim 5 or 6, characterized in that the lens arrangement (32) and the Diode rows (33) are arranged in relation to the contact strip (14) of the pantograph (6) according to the Scheimpflug rule.
8. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtungen eine unmittelbar über dem Sensor (21 , 22) angeordnete Lichtquelle (23, 25) und eine weitere unmittelbar unter dem Sensor (21 , 22) angeordnete Lichtquelle (24, 26) aufweisen.8. contact wire measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting devices a directly above the sensor (21, 22) arranged light source (23, 25) and another directly below the sensor (21, 22) arranged light source (24, 26 ) exhibit.
9. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Halogenscheinwerfer sind.9. contact wire measuring device according to claim 8, characterized in that the light sources are halogen headlights.
1 0. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Lichtquellen Laserlichtquellen sind.1 0. Contact wire measuring device according to claim 8, characterized in that the light sources are laser light sources.
1 1 . Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Laserlichtquellen regelbar ist.1 1. Contact wire measuring device according to claim 10, characterized in that the power of the laser light sources can be regulated.
1 2. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren (21 , 22) aufgenommenen Bilder des Fahrdrahtes (1 ) mit Hilfe einer Auswertevorrichtung (27) auswertbar sind.1 2. Contact wire measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the images of the contact wire (1) recorded by the sensors (21, 22) can be evaluated with the aid of an evaluation device (27).
1 3. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 1 1 und 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Pegelbestimmung (42) der aus den Sensoren (21 , 22) ausgelesenen Intensitätswerte die Leistung der Laserlichtquellen einstellbar ist.1 3. Contact wire measuring device according to claim 1 1 and 1 2, characterized in that the power of the laser light sources is adjustable with the aid of a level determination (42) of the intensity values read from the sensors (21, 22).
14. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (27) anhand der Intensitätsflanken des Bildes des Fahrdrahtes (1 ) die Lage und Breite der Bereiche hoher Intensität auf dem Detektor- element (33) bestimmbar sind. 14. Contact wire measuring device according to claim 1 3, characterized in that with the evaluation unit (27) on the basis of the intensity edges of the image of the contact wire (1) the position and width of the areas of high intensity on the detector element (33) can be determined.
1 5. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe wenigstens eines die Höhe und Neigung der Schleifleiste ( 14) über dem Sensor (20, 21 ) bestimmenden Höhensensors und der Bildlage auf dem Detek- torelement (33) die Lage des Fahrdrahtes ( 1 ) bezüglich der1 5. contact wire measuring device according to claim 14, characterized in that with the aid of at least one of the height and inclination of the contact strip (14) above the sensor (20, 21) determining the height sensor and the image position on the detector element (33), the position of the contact wire (1) regarding the
Sensoren (20, 21 ) bestimmbar ist.Sensors (20, 21) can be determined.
1 6. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (27) aus der Bildlage der Bilder des Fahrdrahtes ( 1 ) auf den Detektorelementen (33) zweier gegenüberliegender Sensoren (20, 21 ) die Lage des Fahrdrahtes ( 1 ) bezüglich der Sensoren (20, 21 ) bestimmbar sind.1 6. Contact wire measuring device according to claim 14, characterized in that with the evaluation unit (27) from the image position of the images of the contact wire (1) on the detector elements (33) of two opposite sensors (20, 21) the position of the contact wire (1) with respect the sensors (20, 21) can be determined.
1 7. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 1 5 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (27) aus der Lage des Fahrdrahtes (1 ) bezüglich der Sensoren (20, 21 ) Korrekturwerte für den Abbildungsmaßstab und den Betrachtungswinkel bestimmbar sind.1 7. contact wire measuring device according to claim 1 5 or 16, characterized in that with the evaluation unit (27) from the position of the contact wire (1) with respect to the sensors (20, 21) correction values for the imaging scale and the viewing angle can be determined.
1 8. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (27) aus der Breite der Bereiche hoher Intensität des Bildes des Fahrdrahtes ( 1 ) unter Berücksichtigung der Korrekturwerte für den Abbildungsmaßstab und den Betrachtungswinkel sowie der1 8. contact wire measuring device according to claim 17, characterized in that with the evaluation unit (27) from the width of the areas of high intensity of the image of the contact wire (1) taking into account the correction values for the imaging scale and the viewing angle and the
Sollgeometrie die Resthöhe des abgebildeten Fahrdrahtes ( 1 ) bestimmbar sind.Target geometry, the remaining height of the contact wire (1) shown can be determined.
1 9. Fahrdrahtmeßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Werte für die Resthöhe zusammen mit einem zugeordneten aus einem Streckendatenspeicher (29) stammenden Streckenwert auf Monitoreinrichtungen (30) anzeigbar und in einem Datenspeicher (31 ) ablegbar sind. 1 9. Contact wire measuring device according to claim 18, characterized in that the values for the residual height together with an associated route value originating from a route data memory (29) can be displayed on monitor devices (30) and stored in a data memory (31).
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