WO1998021605A1 - Non contact object sensing device - Google Patents

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WO1998021605A1
WO1998021605A1 PCT/DE1997/002415 DE9702415W WO9821605A1 WO 1998021605 A1 WO1998021605 A1 WO 1998021605A1 DE 9702415 W DE9702415 W DE 9702415W WO 9821605 A1 WO9821605 A1 WO 9821605A1
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WO
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distance
intensity
transmitter
unit
value
Prior art date
Application number
PCT/DE1997/002415
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German (de)
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Inventor
Heinrich HÖFLER
René Müller
Harald WÖLFELSCHNEIDER
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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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.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/02—Profile gauges, e.g. loading gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C7/00—Tracing profiles
    • G01C7/06—Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the invention relates to a device for contactless detection of objects with at least one transmitter unit for emitting intensity-modulated output radiation, with at least one detection unit for detecting returned output radiation and with at least one evaluation unit with which the output radiation travels from the transmitter unit to the transmitter Detection unit in distance values the distance of an object to be detected from the device can be determined.
  • Such a device is known from DE 43 16 348 AI.
  • output radiation from a transmitter unit formed by a laser with a circuit arrangement is directed in intensity-modulated fashion at a distant object.
  • the output radiation reflected by the object can be detected by an evaluation unit, the distance of the object to be detected from the device being determinable from the transit time of radiation pulses from the transmitter unit to the detection unit.
  • a light guide with a downstream optoelectronic converter is provided, the entry surface of which is slidably arranged in the region of an imaging plane of a reception lens of the detection unit.
  • one measurement task is to periodically record the distances from objects arranged to the side of the travel path along a route formed, for example, by tracks in rail traffic, in order to ensure, for example, that the minimum distances required for operational reasons are not undercut.
  • DE 43 40 254 AI discloses a method for detecting the condition of the superstructure, substructure and subsurface of railway tracks, which allows the use of a georadar to examine sections of the railway line at practically any speed without any interference.
  • a device for the automated implementation of georadar measurements in the track core of railway lines in which a sensor can be guided by fastening screws of rails, with each fastening screw being able to generate a trigger pulse by the sensor, which is triggered by a trigger control triggers a georadar measurement and georadar antennas are placed relative to a sensor position in such a way that measurements are only carried out in ballast compartments.
  • the triggering only takes place for the measurement of the track subsurface, without a geometrical measurement taking place.
  • a device with a radar probe and a control unit in which the radar probe has a frequency-modulated transmitter on the transmitter side for monitoring a room for people and a frequency meter connected to a mixer on the receiver side, which delivers at least one criterion signal, when the value of the instantaneous distance between a person in the surveillance area and the radar probe is less than a predetermined reference value.
  • the control unit is designed so that a useful signal can be generated as a function of the criterion signal. With this device, however, it is not possible to measure a distance.
  • the invention has for its object to develop a device of the type mentioned in such a way that repetitive distances to objects adjacent to a path can be detected along a travel path.
  • At least one distance value memory controlled by a clock generator is provided, with which a sequence of distance values can be stored, in that the or each distance value memory is connected to a determination unit with which the data is stored in the or each distance value memory - stored distance values, a minimum distance value corresponding to a minimum distance can be determined.
  • sequences of determined distance values can be stored and a determination Feed unit to determine a minimum distance. It is therefore possible to determine one or more minimum values from the sequence of distance values, so that, for example, the minimum distance of a detected object from the route can be determined as the minimum distance value.
  • the distance value memory By controlling the distance value memory by means of a clock generator, the distances along the travel path, on which distance values are to be determined, can be adjusted in a particularly simple manner to the respective measuring tasks.
  • an equidistant position of the measuring points is achieved by a fixed clock frequency, the travel path between two distance value determinations being determined by the period of the clock generator.
  • At least one inclination sensor is provided, with which the inclination of the device with respect to the horizontal can be determined.
  • the distance values obtained can be converted to a horizontal distance using a central processing unit loaded with distance values and determined inclination values.
  • Fig. 1 shows a device for non-contact
  • Detection of objects with four measuring heads each having a transmitter unit and a detection unit, which is attached to a rail-bound measuring vehicle 2 shows a device for the contact-free detection of objects, which is attached to a bogie of a rail-bound measuring vehicle and with which output radiation can be emitted on both sides,
  • FIG. 13 is a block diagram of a device for contactless detection of objects with two measuring heads, each having a transmitter unit and a detection unit,
  • FIG. 14 shows a transmission unit according to FIG. 13, which works on a phase measurement principle
  • FIG. 15 shows the evaluation part of a device according to FIG. 13 in a block diagram.
  • the measuring car 1 shows a schematic view of a device for the contact-free detection of objects, which is attached to a rail-bound measuring carriage 1.
  • the measuring car 1 has a bogie 2 with wheels 3 which can be rolled on rails 4.
  • the rails 4 are laid on a track bed 5 and can, in particular in curve sections, as shown in FIG. 1, be inclined with respect to the horizontal, here the plane to the track surfaces 6 is useful as a reference. Due to the inclination of the tracks 4 with respect to the horizontal, the measuring carriage 1 in the illustration according to FIG. 1 is inclined to the left with respect to the vertical.
  • a carriage attachment 7 is attached to the bogie 2 of the measuring carriage 1. Between the bogie 2 and the carriage attachment 7 measuring heads 8 and 9 are attached to the outside on both sides. On the roof 10 of the carriage attachment 7, measuring heads 11, 12 are also provided on the outside on both sides.
  • the measuring carriage 1 passes through a mast 13, which in the illustration according to FIG. 1 is also inclined with respect to the vertical, specifically in the direction of the measuring carriage 1.
  • the measuring heads 8, 11 of the device arranged on the side of the mast 13 emit intensity-modulated output radiation 14, 15 which is directed in the direction of the mast 13.
  • the output signals of the measuring heads 8, 9, 11, 12 can be fed into an evaluation unit 16.
  • the output beams 14, 15 are intensity-modulated sinusoidally or triangularly in order to carry out a phase measurement. Modifications provide for other modulation functions that also lead to a clear connection between the phase and the distance traveled.
  • the output radiation can also be intensity-modulated to carry out a pulse transit time measurement with, for example, short rectangular pulses.
  • the minimum distance between masts 13 along and with respect to the rails 4 is shown be determined.
  • the path of the output radiation 14, 15 from the measuring heads 8, 11 to masts 13 and back to the measuring heads 8, 11 is to be determined taking into account the inclination of the measuring carriage 1 and the masts 13 .
  • FIG. 2 shows an arrangement of a device for contactless detection of objects, which is attached to a bogie 2, which is modified compared to the embodiment according to FIG. 1.
  • the device has two measuring heads accommodated in a common housing 17, with which output radiation 18, 19 can be emitted on both sides.
  • a measuring head each with a transmitting unit and a receiving unit, is provided at the level of the bogie 2 for each radiation direction.
  • FIG. 3 shows a detail of an embodiment of a mast 13 in shape of a flat frame mast 20 with, as can be seen from the front view according to FIG. 3, two mutually inclined, cross-sectionally U-shaped side struts 21 which are connected to one another via flat cross struts 22.
  • Fig. 4 shows the frame flat mast 20 according to FIG. 3 in a side view of a side strut 21. From Fig. 4 it can be seen that on the inside of the U-shaped side struts 21, transverse struts 22 are attached to each side leg at the same height.
  • FIG. 5 shows the flat frame mast 20 according to FIG. 3 in a plan view cut along the line II according to FIG. 4. 5 that the cross struts 22 are flush with the legs of the side struts 21, so that a smooth outer surface is formed.
  • FIGS. 7 and 8 show in detail a further exemplary embodiment of a flat frame mast 23 with side struts 24 which are L-shaped in cross section and which are connected to one another by connecting struts 25 which cross in an L-shaped cross section. 7 and 8 each show in section the line II-II or along the line III-III the frame flat mast 23 according to FIG. 6. From FIGS. 7 and 8 it can be seen that four are arranged at the corner points of a square Side struts 24 are provided, which are connected in pairs to one another via the outer sides with connecting struts 25.
  • FIGS. 9 and 10 show a round mast 26 in a detail, FIG. 10 being a section along the line IV-IV of FIG. 9.
  • the round mast 26 has a continuously changing cross-section in the longitudinal direction.
  • FIG. 11 and FIG. 12 finally show a further mast shape of a square mast 27, FIG. 12 being a section along the line V-V of FIG. 11.
  • the square mast 27 has a rectangular cross section, which changes continuously in the longitudinal direction.
  • FIG. 13 shows a block diagram of a device for contactless detection of objects according to FIG. 1 with the measuring head 8 emitting by means of a transmitter unit 14 and the second measuring head 11 emitting by means of a transmitter unit 15.
  • the measuring heads 8, 11 also contain discarded portions of the output radiation 14, 15 can be detected as reception radiation 29, 30 in one detection unit each.
  • the measuring heads 8, 11 are connected to a clock generator 31 which can be acted upon by an output signal of a speed sensor (not shown in FIG. 13) carried in a speed signal line 32.
  • the clock generator 31 can be used to generate clock signals at a frequency proportional to the speed detected by the speed sensor, so that a clock period corresponds to a fixed distance traveled by the measuring vehicle 1.
  • the first measuring head 8 is connected to a first data processing unit 35 via an intensity signal line 33 and a distance signal line 34.
  • the second measuring head 11 is connected to a second data processing unit 38 via an intensity signal line 36 and a distance signal line 37.
  • Both the first data processing unit 35 and the second data processing unit 38 can be acted upon by output signals from the clock generator 31.
  • the data processing units 35, 38 are from the path of the output radiation 14, 15 from the transmitter units of the measuring heads 8, 11 to objects to be detected and as receive stretches 29, 30 back to the detection units of the measuring heads 8, 11 in distance values, the distances to the exposure areas with output radiation 14, 15 and, as explained in more detail below, a minimum distance value can be determined from a number of distance values.
  • the distance values obtained with the data processing units 35, 38 can be fed into a central processing unit 41 via distance value lines 39, 40.
  • a first inclination sensor 42 and a second inclination sensor 43 are also connected to the central processing unit 41, the inclination of the first measuring head 8 being able to be determined with the first inclination sensor 42 and the inclination of the second measuring head 11 relative to the horizontal using the second inclination sensor 43.
  • the distances detected by the measuring heads 8, 11 and the minimum distances determined by the data processing units 35, 38 can be converted to a value related to the tracks 4 in an output line 44, with an inclination of the measuring heads 8, 11 relative to the horizontal and the corresponding inclinations of the measuring radiation 14, 15, or receiving radiation 29, 30 with Changes in the distances covered by conversion to horizontal distances are taken into account.
  • FIG. 14 shows in a block diagram the first measuring head 8 according to FIG. 1 or according to FIG. 13 in a block diagram, the other measuring heads 9, 11, 12 being constructed accordingly.
  • the first measuring head 8 has a transmission unit 45, which is constructed from a modulator 46, a transmitter 47 and a reference switch 48.
  • the modulator 46 which can be controlled externally via a control line 49, an output signal acting on the transmitter 47 can be generated, which causes the transmitter 47, for example a semiconductor laser emitting in the visible or near infrared spectral range, to emit intensity-modulated transmission radiation 50.
  • the transmitted radiation 50 is intensity-modulated sinusoidally with at least one frequency, the at least one modulation frequency being adjustable via a control line 49 connected to the modulator 46.
  • the transmitter 47 is excited to produce a relatively high-frequency emission, the period of the higher-frequency output radiation 14 leading to a clear fine phase value at least within the measurement accuracy of the rough measurement.
  • the reference switch 48 is connected to the clock generator 31 connected.
  • the transmission radiation 50 emitted by the transmitter 47 can be deflected either as output radiation 14 which is intensity-modulated according to the transmission radiation 50 or as reference radiation 51 guided over a precisely known optical distance, either as objects to be detected.
  • the first measuring head 8 also has a detection unit 52 with a radiation detector 53, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 14 is acted upon either by reference radiation 51 or by received radiation 54 reflected by the mast 13.
  • the detection unit 52 also has a phase meter 55 which is connected on the one hand to the radiation detector 53 and on the other hand to the modulator 46.
  • phase meter 55 With the phase meter 55, the phase shift between the modulation signal of the modulator 46 acting on the transmitter 47 and the output signal of the radiation detector 53, which is proportional to the intensity of the received radiation 54 or the reference radiation 51, can be determined, with a phase shift of the path and thus a distance from one to be detected Object corresponds to the starting point of the output radiation 14 and the detection point of the receiving radiation 54 or the optical reference path of known length traversed by the reference radiation 51.
  • the phase shifts measured upon detection of the reference radiation 51 serve to calibrate the device in order to detect electronic phase drifts or Detect or correct optical misalignments.
  • the intensity-proportional output signal of the radiation detector 53 is also fed to the intensity signal line 33.
  • the output signal of the phase meter 55 corresponding to a distance of the object to be detected from the device is fed in as the distance value of the distance signal line 34.
  • the intensity signal line 33 is connected to a data input of a clocked intensity signal buffer 56 and the distance signal line 34 is connected to a data input of a clocked distance signal buffer 57. Both the intensity signal buffer 56 and the distance signal buffer 57 are connected to the clock generator 31, the intensity signals or distance values having a number corresponding to a fixed storage distance along the rails 4 being able to be read in with the clock frequency predetermined by the clock generator 31 and therefore constant in distance.
  • the output signal of the intensity signal buffer 56 is fed to an input of an intensity comparator 58, to which the output signal of an intensity threshold value transmitter 59 as well as a master recognition signal generated in a mast recognition signal line 60 and generated by a device for recognizing masts not shown in FIG. 15 can be fed.
  • the intensity comparator 58 With the intensity comparator 58, the output signal of the intensity read out with the clocked from the clock generator 31 is The intensity signal buffer 56 then normalized to the intensity threshold value or a logical "1" to a determination unit with an interpolation element 63 for interpolation between distance values, if the intensity value read out is greater than the intensity threshold value specified by the intensity threshold value transmitter 59 and in the master detection signal line a mast recognition signal generated by a mast recognition device, not shown in FIG. 15, which is generated when a mast 13 is recognized with a hold time which is sufficiently long to read out the distance signal buffer.
  • the distance values stored in memory elements of the distance signal buffer 57 can be fed to a distance comparator 61, which is further connected to a distance threshold value transmitter 62 and the master detection signal line 60. If the distance value read from a memory element of the distance signal buffer 57 is smaller than the maximum distance value specified by the distance threshold value transmitter 62 and a master detection signal is present, the distance value is given to the interpolation element 63. However, if the distance value from the distance signal buffer 57 is greater than the maximum distance value, the maximum distance value is fed to the interpolation element 63.
  • the interpolation distance values with the distance values from the distance signal buffer 57 as supporting points corresponding output signals of the interpolation element 63 can be fed to a mini distance finder 64 of the determination unit, which also receives correction values from a correction value encoder 65 can be fed.
  • the minimum distance finder 64 With the minimum distance finder 64, the minimum distances are taken from the interpolation distance values calculated by the interpolation element 63, taking into account the correction values fed in by the correction value transmitter 65, such as a lateral offset of the wheels 3 of the measuring carriage 1 or a twisting of the carriage attachment 7 with respect to the latter Tracks 4 are taken into account.
  • the minimum distances determined by the minimum distance finder 64 and each assigned to a mast 13 can then be fed in via the distance value line 39 of the central processing unit 41.
  • Interpolation with so-called cubic spline functions is provided as an expedient algorithm for interpolation, in which interpolation between the distance values as interpolation points with polynomials or exponential functions that can be continuously differentiated at the interpolation points can be interpolated.
  • the minimum distance can be found at the vertex of the cross sections closest to the track.
  • square masts 27 according to FIGS. 11 and 12 which are oriented parallel to the tracks 4 with a side surface, it is expedient to take the center between the edge flanks as the location of the minimum distance for the interpolation.

Abstract

The present invention relates to a non contact object sensing device, provided with a transmitter for sending an intensity-modulated output radiation, a sensor for detecting the output radiation sent back, and an assessing unit of determining, from the path covered by the output radiation from the transmitter to the sensor, the distance, expressed in distance values, of the object relative to the inventive device. Said device comprises a distance value storage (57) for recording a series of such values. This storage is connected to a determining unit (63, 64) intended to determine from the recorded distance values a minimum distance value corresponding to a minimum distance.

Description

Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen Device for contactless detection of objects
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen mit wenigstens einer Sendeeinheit zum Aussenden intensitäts- modulierter Ausgangsstrahlung, mit wenigstens einer Detektionseinheit zum Detektieren von rückgeworfe- ner Ausgangsstrahlung und mit wenigstens einer Auswerteeinheit, mit der aus dem Weg der Ausgangsstrahlung von der Sendeeinheit zu der Detektionseinheit in Abstandswerten der Abstand eines zu erfassenden Gegenstandes von der Vorrichtung bestimm- bar ist.The invention relates to a device for contactless detection of objects with at least one transmitter unit for emitting intensity-modulated output radiation, with at least one detection unit for detecting returned output radiation and with at least one evaluation unit with which the output radiation travels from the transmitter unit to the transmitter Detection unit in distance values the distance of an object to be detected from the device can be determined.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 43 16 348 AI bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist Ausgangsstrahlung einer durch einen Laser gebildeten Sende- einheit mit einer Schaltungsanordnung intensitäts- moduliert auf einen entfernten Gegenstand gerichtet. Die von dem Gegenstand rückgeworfene Ausgangsstrahlung ist mit einer Auswerteeinheit detektier- bar, wobei aus der Laufzeit von Strahlungsimpulsen von der Sendeeinheit zu der Detektionseinheit der Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der Vorrichtung bestimmbar ist. Weiterhin ist bei dieser Vorrichtung ein Lichtleiter mit nachgeschaltetem optoelektronischen Wandler vorgesehen, dessen Eintrittsfläche verschiebbar im Bereich einer Abbildungsebene eines Empfangsobjektives der Detektionseinheit angeordnet ist. Durch das Nachführen der Lichtleitereintrittsfläche an den Ort maximaler Intensität von erfaßter Ausgangsstrahlung lassen sich mit der Detektionseinheit verhältnismäßig in- tensive Ausgangssignale und somit genaue Abstands- werte gewinnen. Allerdings ist mit dieser Vorrichtung lediglich eine Einzelmessung möglich.Such a device is known from DE 43 16 348 AI. In this device, output radiation from a transmitter unit formed by a laser with a circuit arrangement is directed in intensity-modulated fashion at a distant object. The output radiation reflected by the object can be detected by an evaluation unit, the distance of the object to be detected from the device being determinable from the transit time of radiation pulses from the transmitter unit to the detection unit. Furthermore, in this device, a light guide with a downstream optoelectronic converter is provided, the entry surface of which is slidably arranged in the region of an imaging plane of a reception lens of the detection unit. By tracking the light guide entry surface to the location of maximum intensity of the detected output radiation, the detection unit allows relatively gain aggressive output signals and thus exact distance values. However, only a single measurement is possible with this device.
In der Praxis des berührungsfreien Erfassens von Gegenständen besteht eine Meßaufgabe darin, entlang eines beispielsweise durch Gleise im Schienenverkehr gebildeten Fahrweges periodisch die Abstände von seitlich des Verfahrweges angeordneten Gegen- ständen zu erfassen, um beispielsweise sicherzustellen, daß aus betriebstechnischen Gründen erforderliche Minimalabstände nicht unterschritten sind.In the practice of non-contact detection of objects, one measurement task is to periodically record the distances from objects arranged to the side of the travel path along a route formed, for example, by tracks in rail traffic, in order to ensure, for example, that the minimum distances required for operational reasons are not undercut.
Aus der DE 43 40 254 AI ist ein Verfahren zur Er- fassung des Zustandes des Oberbaus, Unterbaus und Untergrundes von Eisenbahngleisen bekannt, das durch die Anwendung eines Georadars mit praktisch beliebigen Geschwindigkeiten Eisenbahnstreckenab- schnitte eingriffsfrei zu untersuchen gestattet.DE 43 40 254 AI discloses a method for detecting the condition of the superstructure, substructure and subsurface of railway tracks, which allows the use of a georadar to examine sections of the railway line at practically any speed without any interference.
Aus der DE 295 07 117 Ul ist eine Vorrichtung zur automatisierten Durchführung von Georadar-Messungen im Gleiskern von Eisenbahntrassen bekannt, bei der ein Sensor über Befestigungsschrauben von Schienen führbar ist, wobei bei jeder Befestigungsschraube durch den Sensor ein Triggerimpuls erzeugbar ist, der über eine Triggersteuerung eine Georadar- Messung auslöst und Georadarantennen relativ zu einer Sensorposition so plaziert sind, daß Messun- gen jeweils nur in Schotterfächern durchgeführt werden. Allerdings erfolgt die Triggerung lediglich zur Vermessung des Gleisuntergrundes, ohne daß eine geometrische Vermessung stattfindet. Aus der DE 295 18 358 Ul ist eine Vorrichtung mit einer Radarsonde und einer Steuereinheit bekannt, bei der zur Überwachung eines Raumes auf Personen die Radarsonde sendeseitig einen frequenzmodulier- ten Sender und empfangsseitig einen an einen Mischer angeschlossenen Frequenzmesser aufweist, der mindestens ein Kriteriumssignal liefert, wenn der Wert der momentanen Distanz zwischen einer sich im Überwachungsbereich aufhaltenden Person und der Radarsonde kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert ist. Die Steuereinheit ist dabei so ausgestaltet, daß ein Nutzsignal in Abhängigkeit von dem Kriteriumssignal erzeugbar ist. Mit dieser Vorrichtung ist allerdings keine Messung einer Entfernung durchführbar.From DE 295 07 117 U1 a device for the automated implementation of georadar measurements in the track core of railway lines is known, in which a sensor can be guided by fastening screws of rails, with each fastening screw being able to generate a trigger pulse by the sensor, which is triggered by a trigger control triggers a georadar measurement and georadar antennas are placed relative to a sensor position in such a way that measurements are only carried out in ballast compartments. However, the triggering only takes place for the measurement of the track subsurface, without a geometrical measurement taking place. From DE 295 18 358 U1 a device with a radar probe and a control unit is known, in which the radar probe has a frequency-modulated transmitter on the transmitter side for monitoring a room for people and a frequency meter connected to a mixer on the receiver side, which delivers at least one criterion signal, when the value of the instantaneous distance between a person in the surveillance area and the radar probe is less than a predetermined reference value. The control unit is designed so that a useful signal can be generated as a function of the criterion signal. With this device, however, it is not possible to measure a distance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß entlang eines Verfahrweges repetitiv Abstände zu einem Fahrweg benachbarten Gegenständen erfaßbar sind.The invention has for its object to develop a device of the type mentioned in such a way that repetitive distances to objects adjacent to a path can be detected along a travel path.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein mit einem Taktgeber angesteuer- ter Abstandswertspeicher vorgesehen ist, mit dem eine Abfolge von Abstandswerten abspeicherbar ist, daß der oder jeder Abstandswertspeicher an eine Bestimmungseinheit angeschlossen ist, mit der aus den in dem oder jedem Abstandswertspeicher abge- speicherten Abstandswerten ein einem Minimalabstand entsprechender Minimalabstandswert bestimmbar ist.This object is achieved according to the invention in that at least one distance value memory controlled by a clock generator is provided, with which a sequence of distance values can be stored, in that the or each distance value memory is connected to a determination unit with which the data is stored in the or each distance value memory - stored distance values, a minimum distance value corresponding to a minimum distance can be determined.
Durch das Vorsehen eines getakteten Abstandswert- speichers lassen sich Abfolgen von ermittelten Abstandswerten abspeichern und einer Bestimmungs- einheit zum Bestimmen eines Minimalabstandes zuführen. Es ist daher möglich, aus der Abfolge von Abstandswerten einen oder mehrere Minimalwerte zu bestimmen, so daß beispielsweise der Minimalabstand eines erfaßten Gegenstandes zu dem Fahrweg als Minimalabstandswert bestimmbar ist. Durch das Ansteuern des Abstandswertspeichers durch einen Taktgeber sind die Abstände längs des Fahrweges, an denen Abstandswerte zu bestimmen sind, in besonders einfacher Weise auf die jeweiligen Meßaufgaben einstellbar.By providing a clocked distance value memory, sequences of determined distance values can be stored and a determination Feed unit to determine a minimum distance. It is therefore possible to determine one or more minimum values from the sequence of distance values, so that, for example, the minimum distance of a detected object from the route can be determined as the minimum distance value. By controlling the distance value memory by means of a clock generator, the distances along the travel path, on which distance values are to be determined, can be adjusted in a particularly simple manner to the respective measuring tasks.
Ist beispielsweise sichergestellt, daß sich die Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit längs des Fahrweges bewegt, ist durch eine feste Taktfrequenz eine äquidistante Lage der Meßpunkte erzielt, wobei durch die Periode des Taktgebers der Verfahrweg zwischen zwei Abstandswertbestimraungen festgelegt ist.If, for example, it is ensured that the device moves along the travel path at a constant speed, an equidistant position of the measuring points is achieved by a fixed clock frequency, the travel path between two distance value determinations being determined by the period of the clock generator.
Ist jedoch zu erwarten, daß sich während des Erfassungsvorganges von Abstandswerten die Geschwindigkeit der Bewegung längs des Fahrweges ändert, ist es durch das Vorsehen eines von dem Ausgangssignal eines Geschwindigkeitssensors angesteuerten Taktgebers möglich, über eine geschwindigkeitspropor- tionale Taktfrequenz auch in diesem Fall eine äquidistante Lage von Meßpunkten zur Abstandswert- besti mung zu erhalten.If, however, it is to be expected that the speed of the movement along the travel path changes during the detection process of distance values, it is possible, in this case, to provide an equidistant position of a speed-proportional clock frequency by providing a clock generator controlled by the output signal of a speed sensor To obtain measuring points for determining the distance value.
Insbesondere bei Gegenständen, die in Richtung des Verfahrweges kleine Abmessungen oder komplexere Strukturen aufweisen, wie beispielsweise Pfähle von Verkehrszeichen oder Rahmenflachmasten im Schienen- verkehr, ist es zweckmäßig, zwischen den ermittel- ten Abstandswerten über eine mit einer Interpolationsvorrichtung durchgeführten Interpolation zwischen ermittelten Abstandswerten zu interpolieren, um sicherzustellen, daß ein bedingt durch die Geometrie des erfaßten Gegenstandes und die Lage der Meßpunkte zwischen zwei ermittelten Abstands- werten liegender Minimalabstand aus den gemessenen Abstandswerten ermittelbar ist. Durch die Interpolation zwischen Abstandswerten ist es auch ög- lieh, verhältnismäßig komplexe Konturen von erfaßten Gegenständen einer Klasse von zu erwartenden Gegenständen zuzuordnen. So ist es beispielsweise im schienengebundenen Verkehr zweckmäßig, Rahmenflachmasten von Rundmasten zu unterscheiden.Particularly in the case of objects which have small dimensions or more complex structures in the direction of the travel path, such as, for example, piles of traffic signs or flat frame masts in rail traffic, it is expedient to distinguish between the determined interpolate th distance values via an interpolation carried out with an interpolation device between determined distance values in order to ensure that a minimum distance lying between two determined distance values due to the geometry of the detected object and the position of the measuring points can be determined from the measured distance values. Through the interpolation between distance values, it is also possible to assign relatively complex contours of detected objects to a class of expected objects. For example, in rail-bound traffic it is advisable to distinguish between flat frame masts and round masts.
In einer Weiterbildung ist wenigstens ein Neigungsgeber vorgesehen, mit dem die Neigung der Vorrichtung gegenüber der Horizontalen ermittelbar ist. Mit einer von Abstandswerten sowie ermittelten Neigungswerten beaufschlagten Zentralrecheneinheit sind die gewonnenen Abstandswerte auf einen Horizontalabstand umrechenbar.In a further development, at least one inclination sensor is provided, with which the inclination of the device with respect to the horizontal can be determined. The distance values obtained can be converted to a horizontal distance using a central processing unit loaded with distance values and determined inclination values.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject of the subclaims and the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum berührungsfreienFig. 1 shows a device for non-contact
Erfassen von Gegenständen mit vier jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisenden Meßköpfen, die an einem schienengebun- denen Meßfahrzeuges angebracht ist, Fig. 2 eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem Drehgestell eines schienengebundenen Meßfahrzeug angebracht ist und mit der beidseitig Ausgangs- strahlung aussendbar ist,Detection of objects with four measuring heads each having a transmitter unit and a detection unit, which is attached to a rail-bound measuring vehicle, 2 shows a device for the contact-free detection of objects, which is attached to a bogie of a rail-bound measuring vehicle and with which output radiation can be emitted on both sides,
Fig. 3 bis 12 verschiedene Ausgestaltungen von im Schienenverkehr verwendeten Masten in Seiten- und Schnittansichten,3 to 12 different configurations of masts used in rail transport in side and sectional views,
Fig. 13 in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen vom Gegenständen mit zwei Meß- köpfen, die jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisen,13 is a block diagram of a device for contactless detection of objects with two measuring heads, each having a transmitter unit and a detection unit,
Fig. 14 eine Sendeeinheit gemäß Fig. 13, die nach einem Phasenmeßprinzip arbeitet undFIG. 14 shows a transmission unit according to FIG. 13, which works on a phase measurement principle and
Fig. 15 in einem Blockschaltbild den Auswerteteil einer Vorrichtung gemäß Fig. 13.15 shows the evaluation part of a device according to FIG. 13 in a block diagram.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem schienengebundenen Meß- wagen 1 angebracht ist. Der Meßwagen 1 weist ein Drehgestell 2 mit Rädern 3 auf, die auf Schienen 4 abrollbar sind. Die Schienen 4 sind auf einem Gleisbett 5 verlegt und können insbesondere in Kurvenabschnitten, wie in Fig. 1 dargestellt, ge- genüber der Horizontalen geneigt sein, wobei hier als Bezug die Ebene auf die Gleisoberflächen 6 zweckdienlich ist. Aufgrund der Neigung der Gleise 4 gegenüber der Horizontalen ist der Meßwagen 1 in der Darstellung gemäß Fig. 1 gegenüber der Verti- kalen nach links geneigt.1 shows a schematic view of a device for the contact-free detection of objects, which is attached to a rail-bound measuring carriage 1. The measuring car 1 has a bogie 2 with wheels 3 which can be rolled on rails 4. The rails 4 are laid on a track bed 5 and can, in particular in curve sections, as shown in FIG. 1, be inclined with respect to the horizontal, here the plane to the track surfaces 6 is useful as a reference. Due to the inclination of the tracks 4 with respect to the horizontal, the measuring carriage 1 in the illustration according to FIG. 1 is inclined to the left with respect to the vertical.
Auf dem Drehgestell 2 des Meßwagens 1 ist ein Wagenaufsatz 7 angebracht. Zwischen dem Drehgestell 2 und dem Wagenaufsatz 7 sind an der Außenseite beidseitig Meßköpfe 8 und 9 angebracht. Auf dem Dach 10 des Wagenaufsatzes 7 sind ebenfalls an der Außenseite beidseitig Meßköpfe 11, 12 vorgesehen.A carriage attachment 7 is attached to the bogie 2 of the measuring carriage 1. Between the bogie 2 and the carriage attachment 7 measuring heads 8 and 9 are attached to the outside on both sides. On the roof 10 of the carriage attachment 7, measuring heads 11, 12 are also provided on the outside on both sides.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 passiert der Meß- wagen 1 einen Mast 13, der in der Darstellung gemäß Fig. 1 ebenfalls gegenüber der Vertikalen, und zwar in Richtung des Meßwagens 1 geneigt ist.In the illustration according to FIG. 1, the measuring carriage 1 passes through a mast 13, which in the illustration according to FIG. 1 is also inclined with respect to the vertical, specifically in the direction of the measuring carriage 1.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel emittieren die auf der Seite des Mastes 13 angeordneten Meßköpfe 8, 11 der Vorrichtung inten- sitätsmodulierte Ausgangsstrahlung 14, 15, die in Richtung des Mastes 13 gerichtet ist. Die Ausgangssignale der Meßköpfe 8, 9, 11, 12 sind einer Aus- werteeinheit 16 einspeisbar.In the embodiment shown in FIG. 1, the measuring heads 8, 11 of the device arranged on the side of the mast 13 emit intensity-modulated output radiation 14, 15 which is directed in the direction of the mast 13. The output signals of the measuring heads 8, 9, 11, 12 can be fed into an evaluation unit 16.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Ausgangs- strahluhgen 14, 15 zum Durchführen einer Phasenmessung sinusartig oder dreiecksartig intensitäts- moduliert. In Abwandlungen sind andere Modulationsfunktionen vorgesehen, die ebenfalls zu einem eindeutigen Zusammenhang zwischen Phase und zurückgelegtem Weg führen. In einer anderen Ausführung, die insbesondere bei großen Meßstrecken zwischen den Meßköpfen und beispielsweise einem Mast 13 als zu erfassendem Gegenstand zweckmäßig ist, können die Ausgangsstrah- lungen auch zum Durchführen einer Pulslaufzeitmessung mit beispielsweise kurzen rechteckförmigen Impulsen intensitätsmoduliert sein.In a preferred embodiment, the output beams 14, 15 are intensity-modulated sinusoidally or triangularly in order to carry out a phase measurement. Modifications provide for other modulation functions that also lead to a clear connection between the phase and the distance traveled. In another embodiment, which is expedient in particular in the case of large measuring sections between the measuring heads and, for example, a mast 13 as the object to be detected, the output radiation can also be intensity-modulated to carry out a pulse transit time measurement with, for example, short rectangular pulses.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen mit vier jeweils eine Sendeeinheit und eine Detektionseinheit aufweisenden Meßköpfen 8, 9, 11, 12 auf dem Meßwagen 1 soll der Minimalabstand von Masten 13 entlang und in bezug auf die Schienen 4 bestimmt werden. Hierzu ist in Abhängigkeit der Position des Meßwagens 1 mit der angebrachten Vorrichtung der Weg der Ausgangsstrahlung 14, 15 von den Meßköpfen 8, 11 zu Masten 13 und zurück zu den Meßköpfen 8, 11 unter Berücksichtigung der Neigung des Meßwagens 1 und der Masten 13 zu bestimmen.With the arrangement of a device for contactless detection of objects with four measuring heads 8, 9, 11, 12 each having a transmitter unit and a detection unit on the measuring carriage 1, the minimum distance between masts 13 along and with respect to the rails 4 is shown be determined. For this purpose, depending on the position of the measuring carriage 1 with the attached device, the path of the output radiation 14, 15 from the measuring heads 8, 11 to masts 13 and back to the measuring heads 8, 11 is to be determined taking into account the inclination of the measuring carriage 1 and the masts 13 .
Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 abgewandelte Anordnung einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an einem Drehgestell 2 angebracht ist. Die Vorrichtung weist zwei in einem gemeinsamen Gehäuse 17 untergebrachte Meßköpfe auf, mit denen beidseitig Ausgangsstrahlung 18, 19 aussendbar ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ledig- lieh in Höhe des Drehgestelles 2 für jede Abstrah- lungsrichtung ein Meßkopf mit jeweils einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit vorgesehen.FIG. 2 shows an arrangement of a device for contactless detection of objects, which is attached to a bogie 2, which is modified compared to the embodiment according to FIG. 1. The device has two measuring heads accommodated in a common housing 17, with which output radiation 18, 19 can be emitted on both sides. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a measuring head, each with a transmitting unit and a receiving unit, is provided at the level of the bogie 2 for each radiation direction.
Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen im Ausschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Mastes 13 in Gestalt eines Rahmenflachmastes 20 mit, wie aus der Vorderansicht gemäß Fig. 3 ersichtlich, zwei gegeneinander geneigten, im Querschnitt U-förmigen Seitenstreben 21, die über flache Querstreben 22 mitein- ander verbunden sind. Fig. 4 zeigt den Rahmenflachmast 20 gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht auf eine Seitenstrebe 21. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß auf der Innenseite der U-förmigen Seitenstreben 21 an jedem Seitenschenkel in der gleichen Höhe angeordnete Querstreben 22 befestigt sind. Fig. 5 zeigt den Rahmenflachmast 20 gemäß Fig. 3 in einer entlang der Linie I-I gemäß Fig. 4 geschnittenen Draufsicht. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Querstreben 22 bündig mit den Schenkeln der Seiten- streben 21 abschließen, so daß eine glatte Außenfläche gebildet ist.3, 4 and 5 show a detail of an embodiment of a mast 13 in shape of a flat frame mast 20 with, as can be seen from the front view according to FIG. 3, two mutually inclined, cross-sectionally U-shaped side struts 21 which are connected to one another via flat cross struts 22. Fig. 4 shows the frame flat mast 20 according to FIG. 3 in a side view of a side strut 21. From Fig. 4 it can be seen that on the inside of the U-shaped side struts 21, transverse struts 22 are attached to each side leg at the same height. FIG. 5 shows the flat frame mast 20 according to FIG. 3 in a plan view cut along the line II according to FIG. 4. 5 that the cross struts 22 are flush with the legs of the side struts 21, so that a smooth outer surface is formed.
Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 zeigen im Ausschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Rahmenflach- mastes 23 mit im Querschnitt L-förmigen Seitenstreben 24, die mit sich kreuzenden im Querschnitt L- förmigen Verbindungsstreben 25 miteinander verbunden sind. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen jeweils im Schnitt der Linie II-II beziehungsweise entlang der Linie III-III den Rahmenflachmast 23 gemäß Fig. 6. Aus Fig. 7 und Fig. 8 ist ersichtlich, daß vier an den Eckpunkten eines Quadrates angeordnete Seitenstreben 24 vorgesehen sind, die paarweise über die Außenseiten mit Verbindungsstreben 25 untereinander verbunden sind.6, 7 and 8 show in detail a further exemplary embodiment of a flat frame mast 23 with side struts 24 which are L-shaped in cross section and which are connected to one another by connecting struts 25 which cross in an L-shaped cross section. 7 and 8 each show in section the line II-II or along the line III-III the frame flat mast 23 according to FIG. 6. From FIGS. 7 and 8 it can be seen that four are arranged at the corner points of a square Side struts 24 are provided, which are connected in pairs to one another via the outer sides with connecting struts 25.
Fig. 9 und Fig. 10 zeigen einen Rundmasten 26 in einem Ausschnitt, wobei Fig. 10 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 9 ist. Der Rundmast 26 weist in Längsrichtung einen sich kontinuierlich ändernden Querschnitt auf.FIGS. 9 and 10 show a round mast 26 in a detail, FIG. 10 being a section along the line IV-IV of FIG. 9. The round mast 26 has a continuously changing cross-section in the longitudinal direction.
Fig. 11 und Fig 12 zeigen schließlich als weitere typische Mastform einen Kantmasten 27, wobei Fig. 12 ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 11 ist. Der Kantmast 27 hat einen rechteckigen Querschnitt, der sich in Längsrichtung kontinuierlich verändert.11 and FIG. 12 finally show a further mast shape of a square mast 27, FIG. 12 being a section along the line V-V of FIG. 11. The square mast 27 has a rectangular cross section, which changes continuously in the longitudinal direction.
Fig. 13 zeigt zu einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen gemäß Fig. 1 ein Blockschaltbild mit dem mittels einer Sendeeinheit Ausgangsstrahlung 14 emittierenden Meßkopf 8 und dem mittels einer Sendeeinheit Ausgangsstrahlung 15 emittierenden zweiten Meßkopf 11. Mit den Meßköpfen 8, 11 sind weiterhin rückgeworfene Anteile der Ausgangsstrahlungen 14, 15 als Empfangsstrahlungen 29, 30 in jeweils einer Detektionseinheit detektierbar.FIG. 13 shows a block diagram of a device for contactless detection of objects according to FIG. 1 with the measuring head 8 emitting by means of a transmitter unit 14 and the second measuring head 11 emitting by means of a transmitter unit 15. The measuring heads 8, 11 also contain discarded portions of the output radiation 14, 15 can be detected as reception radiation 29, 30 in one detection unit each.
Die Meßköpfe 8, 11 sind an einen Taktgeber 31 angeschlossen, der von einem in einer Geschwindigkeitssignalleitung 32 geführten Ausgangssignal eines in Fig. 13 nicht dargestellten Geschwindigkeitssensors beaufschlagbar ist. Mit dem Taktgeber 31 sind Taktsignale mit einer zu der von dem Ge- schwindigkeitssensor erfaßten Geschwindigkeit proportionalen Frequenz erzeugbar, so daß eine Takt- periode einer festen zurückgelegten Weglänge des Meßwagens 1 entspricht.The measuring heads 8, 11 are connected to a clock generator 31 which can be acted upon by an output signal of a speed sensor (not shown in FIG. 13) carried in a speed signal line 32. The clock generator 31 can be used to generate clock signals at a frequency proportional to the speed detected by the speed sensor, so that a clock period corresponds to a fixed distance traveled by the measuring vehicle 1.
Der erste Meßkopf 8 ist über eine Intensitätssignalleitung 33 und eine Abstandssignalleitung 34 mit einer ersten Datenverarbeitungseinheit 35 ver- bunden.. Entsprechend ist der zweite Meßkopf 11 über eine Intensitätssignalleitung 36 und eine Abstands- signalleitung 37 mit einer zweiten Datenverarbeitungseinheit 38 verbunden. Sowohl die erste Datenverarbeitungseinheit 35 als auch die zweite Datenverarbeitungseinheit 38 sind mit Ausgangssig- nalen von dem Taktgeber 31 beaufschlagbar. Mit den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 sind aus dem Weg der Ausgangsstrahlung 14, 15 von den Sendeeinheiten der Meßköpfe 8, 11 zu zu erfassenden Gegenständen und als Empfangsstra lungen 29, 30 zurück auf die Detektionseinheiten der Meßköpfe 8, 11 in Abstandswerten die Abstände zu den Beaufschlagungsbereichen mit Ausgangsstrahlungen 14, 15 und, wie weiter unten näher erläutert, aus einer Anzahl von Abstandswerten ein Minimalabstandswert bestimmbar.The first measuring head 8 is connected to a first data processing unit 35 via an intensity signal line 33 and a distance signal line 34. Accordingly, the second measuring head 11 is connected to a second data processing unit 38 via an intensity signal line 36 and a distance signal line 37. Both the first data processing unit 35 and the second data processing unit 38 can be acted upon by output signals from the clock generator 31. With the data processing units 35, 38 are from the path of the output radiation 14, 15 from the transmitter units of the measuring heads 8, 11 to objects to be detected and as receive stretches 29, 30 back to the detection units of the measuring heads 8, 11 in distance values, the distances to the exposure areas with output radiation 14, 15 and, as explained in more detail below, a minimum distance value can be determined from a number of distance values.
Die mit den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 gewonnen Abstandswerte sind über Abstandswertelei- tungen 39, 40 einer Zentralrecheneinheit 41 einspeisbar. An die Zentralrecheneinheit 41 sind weiterhin ein erster Neigungsgeber 42 und ein zweiter Neigungsgeber 43 angeschlossen, wobei mit dem ersten Neigungsgeber 42 die Neigung des ersten Meß- kopfes 8 und mit dem zweiten Neigungsgeber 43 die Neigung des zweiten Meßkopfes 11 jeweils gegenüber der Horizontalen bestimmbar sind. Mit der Zentralrecheneinheit 41 sind in einer Ausgabeleitung 44 die von den Meßköpfen 8, 11 erfaßten Abstände und von den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 ermittelten Minimalabstände auf einen zu den Gleisen 4 bezogenen Wert umrechenbar, wobei eine Neigung der Meßköpfe 8, 11 gegenüber der Horizontalen und die dementsprechenden Neigungen der Meßstrahlungen 14, 15, beziehungsweise Empfangsstrahlungen 29, 30 mit Veränderung der zurückgelegten Wege durch Umrechnung auf Horizontalabstände berücksichtigt sind.The distance values obtained with the data processing units 35, 38 can be fed into a central processing unit 41 via distance value lines 39, 40. A first inclination sensor 42 and a second inclination sensor 43 are also connected to the central processing unit 41, the inclination of the first measuring head 8 being able to be determined with the first inclination sensor 42 and the inclination of the second measuring head 11 relative to the horizontal using the second inclination sensor 43. With the central processing unit 41, the distances detected by the measuring heads 8, 11 and the minimum distances determined by the data processing units 35, 38 can be converted to a value related to the tracks 4 in an output line 44, with an inclination of the measuring heads 8, 11 relative to the horizontal and the corresponding inclinations of the measuring radiation 14, 15, or receiving radiation 29, 30 with Changes in the distances covered by conversion to horizontal distances are taken into account.
Fig. 14 zeigt in einem Blockschaltbild den ersten Meßkopf 8 gemäß Fig. 1 beziehungsweise gemäß Fig. 13 in einem Blockschaltbild, wobei die übrigen Meßköpfe 9, 11, 12 entsprechend aufgebaut sind. Der erste Meßkopf 8 verfügt über eine Sendeeinheit 45 , die aus einem Modulator 46, einem Sender 47 und einem Referenzschalter 48 aufgebaut ist. Mit dem über eine Steuerleitung 49 extern ansteuerbaren Modulator 46 ist ein den Sender 47 beaufschlagendes Ausgangssignal erzeugbar, der den Sender 47, beispielsweise einen im sichtbaren oder nahen infra- roten Spektralbereich emittierenden Halbleiterlaser, zur Emission von intensitätsmodulierter Sendestrahlung 50 veranlaßt. Für ein vorzugsweise angewendetes Phasenmeßverfahren ist die Sendestrahlung 50 mit wenigstens einer Frequenz sinusartig intensitätsmoduliert, wobei über eine an den Modulator 46 angeschlossene Steuerleitung 49 die wenigstens eine Modulationsfrequenz einstellbar ist.FIG. 14 shows in a block diagram the first measuring head 8 according to FIG. 1 or according to FIG. 13 in a block diagram, the other measuring heads 9, 11, 12 being constructed accordingly. The first measuring head 8 has a transmission unit 45, which is constructed from a modulator 46, a transmitter 47 and a reference switch 48. With the modulator 46, which can be controlled externally via a control line 49, an output signal acting on the transmitter 47 can be generated, which causes the transmitter 47, for example a semiconductor laser emitting in the visible or near infrared spectral range, to emit intensity-modulated transmission radiation 50. For a preferably used phase measurement method, the transmitted radiation 50 is intensity-modulated sinusoidally with at least one frequency, the at least one modulation frequency being adjustable via a control line 49 connected to the modulator 46.
Es ist zweckmäßig, für eine Grobmessung eine ver- hältnismäßig niederfrequente Modulation vorzusehen, die für typische Abstände von zu erfassenden Gegenständen zu einem eindeutigen Grobphasenwert führt. Zur Feinmessung ist der Sender 47 zu einer relativ hochfrequenten Emission angeregt, wobei die Periode der höherfrequenten Ausgangsstrahlung 14 wenigstens innerhalb der Meßgenauigkeit der Grobmessung zu einem eindeutigen Feinphasenwert führt.It is expedient to provide a relatively low-frequency modulation for a rough measurement, which leads to a clear rough phase value for typical distances from objects to be detected. For fine measurement, the transmitter 47 is excited to produce a relatively high-frequency emission, the period of the higher-frequency output radiation 14 leading to a clear fine phase value at least within the measurement accuracy of the rough measurement.
In dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Referenzschalter 48 an den Taktgeber 31 angeschlossen. Mit dem geschwindigkeitsproportionalen Taktsignal des Taktgebers 31 ist die von dem Sender 47 emittierte Sendestrahlung 50 entweder als auf zu erfassende Gegenstände gerichtete ent- sprechend der Sendestrahlung 50 intensitätsmodu- lierte Ausgangsstrahlung 14 oder als über eine genau bekannte optische Distanz geleitete Referenzstrahlung 51 umlenkbar.In the exemplary embodiment shown in FIG. 14, the reference switch 48 is connected to the clock generator 31 connected. With the speed-proportional clock signal of the clock generator 31, the transmission radiation 50 emitted by the transmitter 47 can be deflected either as output radiation 14 which is intensity-modulated according to the transmission radiation 50 or as reference radiation 51 guided over a precisely known optical distance, either as objects to be detected.
Der erste Meßkopf 8 verfügt weiterhin über eine Detektionseinheit 52 mit einem Strahlungsdetektor 53, der in dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel entweder durch Referenzstrahlung 51 oder durch von dem Mast 13 rückgeworfene Emp- fangsstrahlung 54 beaufschlagt ist. Die Detektionseinheit 52 verfügt weiterhin über einen Phasenmesser 55, der zum einen mit dem Strahlungsdetektor 53 und zum anderen mit dem Modulator 46 verbunden ist. Mit dem Phasenmesser 55 ist die Phasenver- Schiebung zwischen dem den Sender 47 beaufschlagenden Modulationssignal des Modulators 46 und dem zu der Intensität der Empfangsstrahlung 54 beziehungsweise der Referenzstrahlung 51 proportionalen Ausgangssignal des Strahlungsdetektors 53 bestimmbar, wobei eine Phasenverschiebung dem Weg und damit einem Abstand eines zu erfassenden Objektes von dem Ausgangspunkt der Ausgangsstrahlung 14 und dem Detektionspunkt der Empfangsstrahlung 54 beziehungsweise dem von der Referenzstrahlung 51 durch- laufenen optischen Referenzweg bekannter Länge entspricht.The first measuring head 8 also has a detection unit 52 with a radiation detector 53, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 14 is acted upon either by reference radiation 51 or by received radiation 54 reflected by the mast 13. The detection unit 52 also has a phase meter 55 which is connected on the one hand to the radiation detector 53 and on the other hand to the modulator 46. With the phase meter 55, the phase shift between the modulation signal of the modulator 46 acting on the transmitter 47 and the output signal of the radiation detector 53, which is proportional to the intensity of the received radiation 54 or the reference radiation 51, can be determined, with a phase shift of the path and thus a distance from one to be detected Object corresponds to the starting point of the output radiation 14 and the detection point of the receiving radiation 54 or the optical reference path of known length traversed by the reference radiation 51.
Die bei Detektion der Referenzstrahlung 51 gemessenen Phasenverschiebungen dienen der Kalibrierung der Vorrichtung, um elektronische Phasendrifts oder optische Dejustagen zu erkennen beziehungsweise zu korrigieren. Das intensitätsproportionale Ausgangssignal des Strahlungsdetektors 53 ist weiterhin der Intensitätssignalleitung 33 eingespeist. Das einem Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der Vorrichtung entsprechende Ausgangssignal des Phasenmessers 55 ist als Abstandswert der Abstandssignalleitung 34 eingespeist.The phase shifts measured upon detection of the reference radiation 51 serve to calibrate the device in order to detect electronic phase drifts or Detect or correct optical misalignments. The intensity-proportional output signal of the radiation detector 53 is also fed to the intensity signal line 33. The output signal of the phase meter 55 corresponding to a distance of the object to be detected from the device is fed in as the distance value of the distance signal line 34.
Fig. 15 zeigt in einem Blockschaltbild die dem ersten Meßkopf 8 zugeordnete erste Datenverarbeitungseinheit 35 gemäß Fig. 1. Die Intensitätssignalleitung 33 ist an einen Dateneingang eines getakteten Intensitätssignalpuffers 56 und die Abstandssignalleitung 34 an einen Dateneingang eines getakteten Abstandssignalpuffers 57 angeschlossen. Sowohl der Intensitätssignalpuffer 56 als auch der Abstandssignalpuffer 57 sind an den Taktgeber 31 angeschlossen, wobei mit der durch den Taktgeber 31 vorgegebenen geschwindigkeitsproportionalen und damit wegkonstanten Taktfrequenz die Intensitätssignale beziehungsweise Abstandswerte mit einer einer festen Speicherdistanz längs der Schienen 4 entsprechenden Anzahl einlesbar sind.15 shows in a block diagram the first data processing unit 35 assigned to the first measuring head 8 according to FIG. 1. The intensity signal line 33 is connected to a data input of a clocked intensity signal buffer 56 and the distance signal line 34 is connected to a data input of a clocked distance signal buffer 57. Both the intensity signal buffer 56 and the distance signal buffer 57 are connected to the clock generator 31, the intensity signals or distance values having a number corresponding to a fixed storage distance along the rails 4 being able to be read in with the clock frequency predetermined by the clock generator 31 and therefore constant in distance.
Das Ausgangssignal des Intensitätssignalpuffers 56 ist einem Eingang eines Intensitätskomparators 58 eingespeist, dem ebenfalls das Ausgangssignal eines Intensitätsschwellwertgebers 59 sowie ein in einer Masterkennungssignalleitung 60 vorhandenes, von einer in Fig. 15 nicht dargestellten Einrichtung zur Erkennung von Masten generiertes Masterkennungssignal einspeisbar ist. Mit dem Intensitäts- komparator 58 ist das mit dem aus dem Taktgeber 31 getaktet ausgelesene Ausgangssignal des Intensi- tätssignalpuffers 56 dann normiert auf den Intensi- tätsschwellwert oder eine logische "1" auf eine Bestimmungseinheit mit einem Interpolationsglied 63 zur Interpolation zwischen Abstandswerten weiter- schaltbar, wenn der ausgelesene Intensitätswert größer als der durch den Intensitätsschwellwert- geber 59 vorgegebene Intensitätsschwellwert ist und in der Masterkennungssignalleitung ein durch eine in Fig. 15 nicht dargestellte Masterkennungsvor- richtung erzeugtes Masterkennungssignal, welches bei Erkennen eines Mastes 13 mit einer zum Auslesen des Abstandssignalpuffers ausreichend langen Haltezeit erzeugt ist, anliegt.The output signal of the intensity signal buffer 56 is fed to an input of an intensity comparator 58, to which the output signal of an intensity threshold value transmitter 59 as well as a master recognition signal generated in a mast recognition signal line 60 and generated by a device for recognizing masts not shown in FIG. 15 can be fed. With the intensity comparator 58, the output signal of the intensity read out with the clocked from the clock generator 31 is The intensity signal buffer 56 then normalized to the intensity threshold value or a logical "1" to a determination unit with an interpolation element 63 for interpolation between distance values, if the intensity value read out is greater than the intensity threshold value specified by the intensity threshold value transmitter 59 and in the master detection signal line a mast recognition signal generated by a mast recognition device, not shown in FIG. 15, which is generated when a mast 13 is recognized with a hold time which is sufficiently long to read out the distance signal buffer.
Entsprechend sind die in Speicherelementen des Abstandssignalpuffers 57 abgelegten Abstandswerte einem Abstandskomparator 61 einspeisbar, der weiterhin an einen Abstandsschwellwertgeber 62 und die Masterkennungssignalleitung 60 angeschlossen ist. Ist der von einem Speicherelement des Abstandssignalpuffers 57 ausgelesene Abstandswert kleiner als der von dem Abstandsschwellwertgeber 62 vorgegebene Maximalabstandswert und liegt ein Masterkennungssignal an, ist der Abstandswert auf das Inter- polationsglied 63 gegeben. Ist hingegen der Ab- standswert aus dem Abstandssignalpuffer 57 größer als der Maximalabstandswert, ist der Maximalabstandswert dem Interpolationsglied 63 eingespeist.Correspondingly, the distance values stored in memory elements of the distance signal buffer 57 can be fed to a distance comparator 61, which is further connected to a distance threshold value transmitter 62 and the master detection signal line 60. If the distance value read from a memory element of the distance signal buffer 57 is smaller than the maximum distance value specified by the distance threshold value transmitter 62 and a master detection signal is present, the distance value is given to the interpolation element 63. However, if the distance value from the distance signal buffer 57 is greater than the maximum distance value, the maximum distance value is fed to the interpolation element 63.
Die Interpolationsabstandswerten mit den Abstandswerten aus dem Abstandssignalpuffer 57 als Stützstellen entsprechenden Ausgangssignale des Interpolationsgliedes 63 sind einem Mini alabstands- sucher 64 der Bestimmungseinheit einspeisbar, dem weiterhin Korrekturwerte aus einem Korrekturwert- geber 65 zuführbar sind. Mit dem Minimalabstands- sucher 64 sind aus den durch das Interpolationsglied 63 berechneten Interpolationsabstandswerten die Minimalabstände unter Berücksichtigung der durch den Korrekturwertgeber 65 eingespeisten Korrekturwerte, wie beispielsweise einem seitlichen Versatz der Räder 3 des Meßwagens 1 oder eine Ver- windung des Wagenaufsatzes 7 in bezug auf die Gleise 4 berücksichtigt sind. Die durch den Mini- malabstandssucher 64 bestimmten, jeweils einem Mast 13 zugeordneten Minimalabstände sind dann über die Abstandswertleitung 39 der Zentralrecheneinheit 41 einspeisbar.The interpolation distance values with the distance values from the distance signal buffer 57 as supporting points corresponding output signals of the interpolation element 63 can be fed to a mini distance finder 64 of the determination unit, which also receives correction values from a correction value encoder 65 can be fed. With the minimum distance finder 64, the minimum distances are taken from the interpolation distance values calculated by the interpolation element 63, taking into account the correction values fed in by the correction value transmitter 65, such as a lateral offset of the wheels 3 of the measuring carriage 1 or a twisting of the carriage attachment 7 with respect to the latter Tracks 4 are taken into account. The minimum distances determined by the minimum distance finder 64 and each assigned to a mast 13 can then be fed in via the distance value line 39 of the central processing unit 41.
Als zweckmäßiger Algorithmus zur Interpolation ist die Interpolation mit sogenannten kubischen Spline- Funktionen vorgesehen, bei der zwischen den Abstandswerten als Stützstellen mit auch an den Stützstellen zweifach stetig differenzierbaren Polynomen oder Exponentialfunktionen interpolierbar sind. Bei Rundmasten gemäß Fig. 9 und Fig. 10 kann hierbei der Minimalabstand im gleisnächsten Scheitelpunkt der Querschnitte gefunden werden. Bei mit einer Seitenfläche parallel zu den Gleisen 4 ausge- richteten Kantmasten 27 gemäß Fig. 11 und Fig. 12 ist es zweckmäßig, bei der Interpolation als Ort des Minimalabstandes die Mitte zwischen den Randflanken zu nehmen.Interpolation with so-called cubic spline functions is provided as an expedient algorithm for interpolation, in which interpolation between the distance values as interpolation points with polynomials or exponential functions that can be continuously differentiated at the interpolation points can be interpolated. In the case of round masts according to FIGS. 9 and 10, the minimum distance can be found at the vertex of the cross sections closest to the track. In the case of square masts 27 according to FIGS. 11 and 12, which are oriented parallel to the tracks 4 with a side surface, it is expedient to take the center between the edge flanks as the location of the minimum distance for the interpolation.
Bei Rahmenflachmasten 20, 23 gemäß Fig. 3 bis Fig. 8 ergeben sich je nach Höhenlage der Ausgangsstrahlungen 14, 15 verhältnismäßig komplexe und stark voneinander abweichende Weg-Abstands-Muster aufgrund der in Längsrichtung bis maximal über die Tiefe der Rahmenflachmasten variierenden Abstands- werte bei Rückwerfen von Ausgangsstrahlungen an den tiefenversetzten Seitenstreben 21, 24 und Verbindungsstreben 25. Bei der Interpolation sind die Seitenstreben 21 sowie gleisnahe und gleisferne Querstreben 22 beziehungsweise Seitenstreben 24 insbesondere auch bei schräggestellten Rahmenflachmasten 20, 23 durch Interpolationsfunktionen in einer Abstandsfunktion erfaßbar, aus denen zuverlässig ein Minimalabstandswert bestimmbar ist, ohne daß es auf genaue Kenntnis der Ausrichtung der Rahmenflachmasten 20, 23 ankommt.In the case of flat frame masts 20, 23 according to FIGS. 3 to 8, depending on the height of the output radiations 14, 15, relatively complex and widely differing path-distance patterns result due to the distance variations in the longitudinal direction up to a maximum of the depth of the flat frame masts. values when the output radiation is thrown back at the depth-offset side struts 21, 24 and connecting struts 25. In the interpolation, the side struts 21 and cross-struts 22 or side struts 24 close to the track and away from the track, in particular also with inclined frame flat masts 20, 23, can be determined by interpolation functions in a distance function, from which reliable a minimum distance value can be determined without it being important to have precise knowledge of the orientation of the frame flat masts 20, 23.
Mit Hilfe der Neigungswertgeber 42, 43 ist weiterhin erkennbar, ob ein Mast 13 gegenüber der Verti- kalen geneigt ist, da die Neigung der Meßköpfe 8, 9, 11, 12 selbst bekannt ist. Dadurch sind bereits geringfügige Neigungen von Masten 13 beispielsweise infolge von Unterspülungen der Fundamente oder Erdbewegungen erkennbar, bevor es zu weitreichenden Schäden kommen kann. With the aid of the inclination value transmitters 42, 43 it can also be seen whether a mast 13 is inclined with respect to the vertical, since the inclination of the measuring heads 8, 9, 11, 12 itself is known. As a result, slight inclinations of masts 13 can already be recognized, for example as a result of underwashing of the foundations or earth movements, before extensive damage can occur.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen (13, 20, 23, 26, 27) mit wenigstens einer Sendeeinheit zum Aussenden inten- sitätsmodulierter Ausgangsstrahlung, mit wenigstens einer Detektionseinheit zum Detektieren von rückgeworfener Ausgangsstrahlung und mit wenigstens einer Auswerteeinheit, mit der aus dem Weg der Ausgangsstrahlung von einer Sendeeinheit zu einer Detektionseinheit in Abstandswerten der Abstand eines zu erfassenden Gegenstandes (13, 20, 23, 26, 27) von der Vorrich- tung bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein mit einem Taktgeber (31) angesteuerter Abstandswertspeicher (57) vorgesehen ist, mit dem eine Abfolge von Abstandswerten abspeicherbar ist, daß der oder jeder Abstandswertspeicher (57) an eine Bestimmungseinheit (63, 64) angeschlossen ist, mit der aus den in dem oder jedem Abstandswertspeicher (57) abgespeicherten Abstandswerten ein einem Minimalabstand entsprechender Minimalabstandswert bestimmbar ist.1. Device for contactless detection of objects (13, 20, 23, 26, 27) with at least one transmitter unit for transmitting intensity-modulated output radiation, with at least one detection unit for detecting reflected output radiation and with at least one evaluation unit with which to get out of the way the output radiation from a transmitter unit to a detection unit can be determined in distance values, the distance of an object (13, 20, 23, 26, 27) from the device can be determined, characterized in that at least one distance value memory (3) controlled by a clock generator (31) 57) is provided with which a sequence of distance values can be stored, that the or each distance value memory (57) is connected to a determination unit (63, 64) with which a minimum distance is obtained from the distance values stored in the or each distance value memory (57) corresponding minimum distance value can be determined.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignales des Taktgebers (31) über ein geschwindigkeits- proportionales Ausgangssignal eines Geschwindigkeitsgebers so steuerbar ist, daß eine Taktperiode einer gleichbleibenden zurückgelegten Weglänge entspricht. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the frequency of the output signal of the clock generator (31) can be controlled via a speed-proportional output signal of a speed generator so that a clock period corresponds to a constant distance traveled.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Abstandswerten und dem Ausgangssignal eines Abstandsschwellwert- gebers (62) beaufschlagbarer Abstandskomparator (61) vorgesehen ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a distance comparator (61) is provided with distance values and the output signal of a distance threshold value transmitter (62).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Neigungsgeber (42, 43) vorgesehen ist, mit dem die Neigung der Ausgangsstrahlung (14, 15) gegen die Horizontale bestimmbar ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one inclination sensor (42, 43) is provided with which the inclination of the output radiation (14, 15) against the horizontal can be determined.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsein- heit ein Interpolationsglied (63) aufweist, mit dem zwischen den in dem Abstandswertspeicher (57) abgespeicherten Abstandswerten interpolierbar und Interpolationsabstandswerte berechenbar sind.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the determination unit has an interpolation element (63) with which interpolation and interpolation distance values can be calculated between the distance values stored in the distance value memory (57).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Minimalabstandssucher (64) der Bestimmungseinheit aus den Interpolationsabstandswerten ein Minimalabstandswert bestimmbar ist.6. The device according to claim 5, characterized in that a minimum distance value can be determined with a minimum distance finder (64) of the determination unit from the interpolation distance values.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der wenigstens einen Detektionseinheit (52) in einem Intensi- tätswert die Intensität der rückgeworfenen Ausgangsstrahlung (14) bestimmbar ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intensity of the reflected output radiation (14) can be determined with the at least one detection unit (52) in an intensity value.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Intensitätskomparator (58) vorgesehen ist, dem ein Ausgangssignal eines Intensitätsschwellwertgebers (59) und ein In- tensitätswert einspeisbar ist, wobei bei Intensitätswerten unterhalb des durch den Intensitätsschwellwertgeber (59) vorgegebenen Intensitätsschwellwertes die Auswertung eines Ab- standswertes unterbunden ist.8. The device according to claim 7, characterized in that an intensity comparator (58) is provided, which an output signal of an intensity threshold value transmitter (59) and an in- Intensity value can be fed in, the evaluation of a distance value being prevented at intensity values below the intensity threshold value specified by the intensity threshold value transmitter (59).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrahlung (14) mit einem durch einen Modulator (46) ansteuerbaren Sender (47) mit einer Frequenz intensitätsmodulierbar ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the output radiation (14) with a modulator (46) controllable transmitter (47) can be intensity modulated with a frequency.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrah- lung (14) über einen von einem Modulator (46) angesteuerten Sender (47) mit zwei zwei Ab- standswertbereichen zugeordneten Frequenzen intensitätsmodulierbar ist.10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the output radiation (14) can be intensity-modulated via a transmitter (47) controlled by a modulator (46) with two frequencies assigned to two distance value ranges.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Meßköpfe (8, 11) mit jeweils einer Sendeeinheit (45) und einer Detektionseinheit (52) vorgesehen sind, wobei die Ausgangsstrahlungen (14, 15) der Sendeeinheiten (45) in Längsrichtung von zu erfassenden Gegenständen versetzt zueinander ausgerichtet sind.11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least two measuring heads (8, 11) are provided, each with a transmitter unit (45) and a detection unit (52), the output radiation (14, 15) of the transmitter units ( 45) are aligned offset to one another in the longitudinal direction of objects to be detected.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung (50) der wenigstens einen Sendeeinheit (45) in einer12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that radiation (50) of the at least one transmitter unit (45) in one
Referenzmeßstrecke (51) zur Kalibrierung derReference measuring section (51) for calibrating the
Abstandswertebestimmung einkoppelbar ist. Distance value determination can be coupled.
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