WO2005098352A1 - Method and device for detecting the condition of and machining switches in track systems - Google Patents

Method and device for detecting the condition of and machining switches in track systems Download PDF

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WO2005098352A1
WO2005098352A1 PCT/DE2005/000644 DE2005000644W WO2005098352A1 WO 2005098352 A1 WO2005098352 A1 WO 2005098352A1 DE 2005000644 W DE2005000644 W DE 2005000644W WO 2005098352 A1 WO2005098352 A1 WO 2005098352A1
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Inventor
Thomas Keese
Detlef Senger
Original Assignee
Witt Industrie Elektronik Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/02—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for spacing, for cross levelling; for laying-out curves
    • E01B35/04—Wheeled apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the state and for processing turnouts in track systems, in particular for determining the position and profile and for processing turnout frogs, according to the preamble of claim 1 and a device for performing the method.
  • Various measuring devices are known for measuring the geometry of gapless tracks and turnouts, which, for example, record track gauges, guidance distances, arrow heights and the like, and as a rigid frame that can be placed and moved on the track by means of a roller guide, or as a four-axis track pre-measuring carriage for fully mechanical use Measurement of the actual position of the track by means of laser long chords or the like.
  • switch frogs can be welded on average up to three times and then sanded or completely replaced at considerable expense.
  • Purely mechanical aids such as templates and rulers, are used to determine the position of the revised centerpiece in the switch relative to the rails and to check the profile of the centerpiece.
  • the measurement with the mechanical aids mentioned is imprecise and time-consuming.
  • the track width, groove width, guidance distance and cantilever are also recorded and compared with target specifications.
  • Another major disadvantage of the known measuring devices for measuring the geometry of track systems is that, on the one hand, only partial tasks of monitoring and maintenance are performed, so that they are only conditionally necessary for safe, effective and inexpensive mobile monitoring and processing, in particular of switches in railway networks are suitable and thus help to significantly reduce wear by achieving an optimally designed track profile.
  • the present invention is therefore based on the task of providing a modular system for measuring and processing switches in railway networks, which enables safe, effective and inexpensive maintenance and significantly reduces the wear on track systems by ensuring an optimally designed profile.
  • a measuring and processing system is to be provided, with the help of which the position and profile of switch frogs can be determined with little effort and precisely, and the prerequisites created for processing with cladding and grinding in higher quality and in a shorter time.
  • the solution according to the invention provides a modular system for measuring and processing switches in railway networks, which enables safe, effective and cost-effective maintenance and significantly reduces the wear on track systems by ensuring an optimally designed profile.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the target profile data and the actual profile data recorded for calculating the target profile data are output to a processing unit for positioning processing tools and for controlling tool drives of the processing tools, and then new actual profile data recorded and compared with the target profile data and if a predetermined difference between the new actual profile data and the target profile data is exceeded, the processing unit is reactivated.
  • a device for carrying out the method according to the invention is characterized by a measuring system for geometrically detecting the state of the switch and for generating a three-dimensional profile image of the overflow area of the switch with a scanner unit for detecting the track width, elevation, connection, groove width, longitudinal and directional arrow heights, a measurement signal processing system connected to the output of the scanner unit for processing the measurement data output by the scanner unit and for outputting actual profile data, a communication interface emitting the actual profile data and an internal electronic control for controlling the scanner unit for scanning the cross-profile profile of the switch core and the wing rails of a switch at defined support points, and a data processing unit designed as an expert system for storing the actual profile data, preparing the actual profile data and generating sol l-Profile data including stored data with a communication interface receiving the actual profile data of the measuring system, inspection data, manual corrections and target data, which outputs an actual profile and target profile data, one the actual profile and stored target profile data receiving actual profile analysis unit, which delivers an analysis result taking into account an STA
  • the measuring and processing system enables the position and profile of switch frogs to be determined with little effort and with precision, and thus creates the conditions for optimal processing with cladding and grinding in higher quality and in a shorter time.
  • a partially automatic Generation of an optimal micrograph reduces the need for build-up welding, so that the time and financial expenses are reduced and the material is spared. There is no need for manual measurements during the entire measuring and processing process. Furthermore, with the help of the measurement and processing system according to the invention, the work carried out can be checked quickly and easily.
  • An advantageous embodiment of the device is characterized in that the scanner unit contains a profile sensor and a scanner drive, which are connected to the control of the measuring system, and that the profile sensor emits a sensor signal to the measurement signal processing.
  • a further advantageous embodiment of the device is characterized by a processing unit receiving the target profile data from the expert system and the actual profile data from the measuring system, processing the relevant turnout area in particular with grinding means, which contains a communication tool that receives the target profile data and the actual profile data.
  • a control measuring system that records the current actual state of the relevant turnout area and reference points of the measurement to control the alignment of a tool chassis and to check the deviation of the actual profile data after a processing step with the target profile data, one with the output of the Communication interface connected target profile data preparation for preparing the data for controlling the positioning of the machining tools and for controlling the tool drives and an S connected to the output of the control measuring system and the target profile data preparation has expensive device for initiating a tool positioning and control of the drives for the machining tools and for controlling a frame leveling and positioning system.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a switch in a track system of a railway network. 2 shows a side view and, in relation to this, a top view to explain the geometry of a switch core;
  • FIG. 3 shows a block diagram of the measurement and processing system according to the invention
  • FIG. 5 shows a block diagram of the expert system used in the measurement and processing system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration for describing a switch centerpiece via definition cross sections
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the parameters of the definition cross sections according to FIG. 6;
  • FIG. 11 is a block diagram of the schematic structure of the processing unit of the measuring and processing system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a plan view of a switch for connecting two tracks 21, 22 with the continuous outer rail 22, as a central part of a switch the switch heart piece 1, in which the branching with the continuous rail intersects, and between the tracks 21, 22 and next to the turnout frog 1, bent wing rails 3, 4, the tongues of which each rest on one or the other track 21, 22 and with each other through a tie rod, which also serves to position, are connected.
  • Wheel links 5 are provided for guiding the wheels in the 40 to 50 mm wide track gaps which are formed on the switch frog 1.
  • the switch heart piece 1 is subject to the greatest mechanical stress, since it takes over the wheel load when the wheel leaves the wing rails when driving with a sharp tip or is fed onto the wing rails when driving with blunt traffic.
  • the heart of FIG. 2 is specially shaped and cut into a ramp shape. Characteristic of this ramp are the so-called "L-points".
  • the "L-point” represents the point at which the first contact of the wheel with the switch frog 1 takes place when driving in a pointed manner, while the "L-point” represents the point indicates at which the ramp of the switch frog 1 may have reached the level of the normal track level again.
  • cross-piece frogs wear differently over the course of their lifespan depending on the frequency and speed at which they are run over, they are refurbished as required by cladding and subsequent grinding or, if necessary, only the burrs that are formed are ground off.
  • the aim of the method according to the invention is therefore to create a measuring and processing system with the aid of which the position and profile of switch frogs are determined in a first step with little effort and precisely, in order to create the conditions for the work during cladding and grinding can be completed in higher quality and in a shorter time.
  • the necessity of build-up welding is to be reduced by a partially automatic generation of an optimal grinding pattern, so that both the time and financial expenditure are reduced and the material is spared, manual measurements being omitted during the entire process.
  • the client should be able to use the measuring system according to the invention to check the work carried out quickly and easily.
  • the device according to the invention comprises three independent system components, which are explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 5 and 11.
  • the measuring, expert and processing system according to the invention shown as a block diagram in FIG. 3 is for mobile use and operation by two people certainly.
  • the physical-logical interface for the inputs and outputs enables flexible and error-free data transmission between the measuring system 6, the expert system 7 and the processing system 8.
  • the autonomously operating measuring system 6 is composed of a measuring chassis and referencing satellites and is used for the exact geometric detection of the switch state and also for decision-making as to whether and how the corresponding switch must be refurbished.
  • the apparatus records track width, cant, twist and groove width, as well as longitudinal and directional arrow heights and creates a high-precision, three-dimensional profile image of the overflow area.
  • the measuring chassis is moved over the relevant switch area to record track, guide values and arrow heights.
  • the measured value recording of the measuring system 6 shown in FIGS. 3 and 4 in the block diagram takes place for each work step in accordance with the path guidelines for the turnout measurement.
  • a laser-optical system which consists of a receiver on the measuring chassis and a satellite installed up to 150 m from the centerpiece area. With the help of this system, the longitudinal and directional arrow heights are also determined.
  • a scanner unit 63 To generate the three-dimensional profile image (cross profile profile), a scanner unit 63 must be properly positioned over the soft heart piece 1. The actual scanning process then takes place automatically at the push of a button.
  • the device-internal, electronic control 64 of the measuring system 6 takes over the measuring process in which the scanner unit 64 scans the cross-profile course of the switch heart piece 1 and wing rails 3, 4 at defined support points (“measuring cross-sections”).
  • the scanner unit 63 contains a profile sensor 631 and a scanner drive 632 connected to the on-board electronic controller 64.
  • All data recorded by the scanner unit 63 are output by the profile sensor 631 as a sensor signal to a measurement signal processor 61 which is connected to a communication interface 62 which prepares the communication to the outside.
  • the measurement cross-sections are optimized in accordance with the required measurement accuracy in the data volume.
  • the actual profile data is sent to a data processing unit, the expert system 7, transmitted.
  • the maximum amount of data is, for example, 4 Mbytes per measured turnout.
  • the communication interface 62 data inputs from computer systems available in the locations of the maintenance companies, as well as mobile radio networks available in the open field or data transport via data carriers described by the measuring system 6, for example flash-ROM cards, are suitable. By using the Internet via the closest physical access, the costs for data transfer via the communication interface 62 of the measuring system 6 can be kept low.
  • the expert system 7 takes over the actual profile data, archives it and generates target profile data from it with the integration of all available database resources. It consists of a communication interface 71 receiving the actual profile data of the measuring system 6, inspection data, manual corrections and target data, which outputs an actual profile and target profile data, and an actual profile receiving the actual profile and stored target profile data Analysis unit 72, which outputs an analysis result taking into account a welding job called STA statement and a trend analysis, a database 74 receiving the analysis result and a target profile calculation unit 73 exchanging data with the database 74 for delivering the target Data to the communication interface 71 together.
  • the target profile data may have to be adapted to the changed actual status of a switch), since these may have been replenished by hand, for example. Minor corrections of the target profile data by hand are therefore generally possible to avoid unnecessary multiple measurements.
  • the target profile generation is largely fully automated. To support this, current data of the operator from existing databases are taken into account.
  • the core of the profile data preparation by means of the expert system 7 is a numerical algorithm for the geometric description of the core area, which makes it possible to generate optimal target profile data. This enables profiles to be ground in and the running forces in the centerpiece and wing rail area to be minimized, so that wear is reduced and the remaining service life of the components is extended.
  • the centerpiece model described below with reference to FIGS. 6 to 10 is implemented in the numerical profile optimization algorithm.
  • the spatial shape is determined by a series of "definition cross-sections" at predetermined support points.
  • the transverse profile course at any longitudinal coordinate along the heart can then be determined by interpolation between the support points.
  • Additional modules of the optimization program take over the manipulation of the spatial shape in interaction with the user interface. This includes automatic cross-section approximations for the definition cross-sections from measured profile data.
  • the manual modification of the cross-sectional geometry is possible by manipulating the parameters of the definition cross-sections.
  • another module takes over the modification of the cross-sectional shape taking into account the expected load-bearing components of the centerpiece and wing rail. For this purpose, a suitable contact algorithm between a wheel profile and the rail cross-sectional profile must be developed.
  • the analytical functions are defined by parameters, namely radii Ri to R4, rail heights hi to 1.4, angles ⁇ i and 0.2 and the rail width b.
  • the use of straight lines or arcs is implemented.
  • the use of spline functions is also possible.
  • the parameters of these analytical functions are then, for example: the transition points between neighboring functions transition inclinations radii of arc sections parameters of the splines They can be set up manually for the creation of definition cross-sections and by a higher-level algorithm for profile manipulation.
  • the designer can freely determine the values for the parameters of the analytical functions.
  • the user is then able to manually modify the centerpiece shape by changing fewer influencing variables, such as inclinations, radii of curvature, cross-sectional width, position and height of the apex and position of the cross-section in the longitudinal direction of the rail. This manipulation takes place via a user interface with graphic output.
  • the shape of the definition cross-sections is determined or changed semi-automatically by further program modules. They meet the following requirements:
  • a program module enables this data to be approximated using the definition cross sections. It should be taken into account that the measurement cross sections are generally not coplanar with the levels of the definition cross sections. Furthermore, the number of measurement cross sections can differ from the number of definition cross sections.
  • the profile profile is calculated in the longitudinal direction on selectable cross-sectional planes by interpolation. For reasons of mathematical complexity, simple interpolations are used here if possible.
  • Another program module adjusts the profile data to a given wheel profile positioned over the heart and wing rail.
  • the distribution of the load-bearing component between the centerpiece and wing rail is automatically calculated and included in the profile modification.
  • the grinding processing is carried out by the processing unit 8 shown in FIGS.
  • a communication interface 81 which receives the target profile data and the actual profile data
  • a contact which detects the current actual state of the relevant switch area and reference points of the measurement - Troll measuring system 82 for controlling the alignment of a tool chassis and for checking the deviation of the actual profile data after a processing step with the target profile data
  • a target profile data preparation 84 connected to the output of the communication interface 81 for preparing the data for the control of the positioning of the processing tools and for controlling the tool drives
  • a control device 83 connected to the output of the control measuring system 82 and the target profile data preparation 84 for initiating a tool positioning 86 and controlling the tool drives 87 for the processing tools and for controlling a frame leveling and positioning system 85 contains.
  • the processing unit 8 receives the target profile data to be incorporated into the switch heart piece 1, as well as the actual profile data used for the calculation, via the interface for communication from the expert system 7 for precise position and state detection.
  • the control measuring system 82 detects the current actual state and the reference points and ensures the exact alignment of the tool chassis via the frame leveling and positioning system 85.
  • the data for the control of the tool positioning 86 and the tool drives 87 are prepared in the target profile data preparation.
  • the controller 83 then initiates the tool positioning 86. It also controls the tool drives 87 for the machining.
  • the control measurement system 82 checks the new actual profile data with the target profile data. If there is a sufficient match, the machining process is completed, otherwise the machining is repeated.
  • the processing unit 8 is located in a moving frame with a positioning field of, for example, 3500 x 500 mm.
  • the traversing frame is hydraulically fixed to rail sections that are not to be machined.
  • Two spindles with hydraulic drives are provided for moving the processing unit 8.
  • the spindle nose is designed as a steep taper with automatic tool prestressing.
  • the processing unit 8 can be controlled and swiveled "cardanically" along the rail level and can be raised and lowered to the rail level. gates are linked via the control to the control measurement system 82, which is designed in the same way as the autonomous measurement system 6.

Abstract

Disclosed is a method for detecting the condition of and machining switches in track systems, particularly for determining the position and profile of and reconditioning frog points. According to said method, a three-dimensional image of the profile of the transition area of a frog point is created and is fed to a data processing unit as real profile data. The data processing unit analyzes the real profile data and generates setpoint profile data by means of a numerical algorithm in order to geometrically describe the frog point. The setpoint profile data is fed to a machining unit (8) along with the detected real profile data so as to position machining tools and control drive units of the machining tools. New real profile data is then detected and compared to the setpoint profile data, and the machining unit is reactivated when a given difference between the new real profile data and the setpoint profile data is exceeded.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Zustandes und zur Bearbeitung von Weichen in Gleisanlagen Method and device for recording the condition and for processing turnouts in track systems
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung des Zustandes und zur Bearbeitung von Weichen in Gleisanlagen, insbesondere zur Bestimmung der Lage und des Profils sowie zur Aufarbeitung von Weichen-Herzstücken, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for detecting the state and for processing turnouts in track systems, in particular for determining the position and profile and for processing turnout frogs, according to the preamble of claim 1 and a device for performing the method.
Zur Vermessung der Geometrie von lückenlosen Gleisen und von Weichen sind verschiedene Messmittel bekannt, die beispielsweise die Spurweiten, Leitweite, Pfeilhöhen und dergleichen erfassen und als starrer Rahmen, der mittels einer Laufrollenführung auf das Gleis gesetzt und bewegt werden kann, oder als vierachsiger Gleisvormesswagen zur vollmechanischen Aufmessung der Ist-Lage des Gleises mittels Laser-Langsehnen oder dergleichen ausgebildet sind.Various measuring devices are known for measuring the geometry of gapless tracks and turnouts, which, for example, record track gauges, guidance distances, arrow heights and the like, and as a rigid frame that can be placed and moved on the track by means of a roller guide, or as a four-axis track pre-measuring carriage for fully mechanical use Measurement of the actual position of the track by means of laser long chords or the like.
Da sich im Laufe ihrer Lebensdauer Herzstücke von Weichen entsprechend der Überfahrhäufigkeit und -geschwindigkeit unterschiedlich abnutzen, werden sie bedarfsgemäß aufgearbeitet. Dies erfolgt durch Auftragschweißen und durch anschließendes Abschleifen. Bei Bedarf werden auch nur entstandene Grate abgeschliffen. Zur Instandhaltung können Weichenherzstücke durchschnittlich bis zu dreimal schweißtechnisch bearbeitet und anschließend geschliffen oder mit erheblichem Kostenaufwand vollständig ersetzt werden.As the frogs of turnouts wear differently over the course of their lifespan in accordance with the frequency and speed of crossing, they are refurbished as required. This is done by cladding and then grinding. If necessary, only burrs that have arisen are ground off. For maintenance purposes, switch frogs can be welded on average up to three times and then sanded or completely replaced at considerable expense.
Zur Bestimmung der Lage des überarbeiteten Herzstückes in der Weiche relativ zu den Schienen und zur Überprüfung des Profils des Herzstückes kommen rein mechanische Hilfsmittel, wie Schablonen und Lineale zur Anwendung. Die Vermessung mit den genannten mechanischen Hilfsmitteln ist ungenau und zeitaufwendig. Neben den unmittelbar das Herzstück betreffenden Messgrößen werden auch die Spurweite, Rillenweite, Leitweite und Überhöhung erfasst und mit Sollvorgaben abgeglichen.Purely mechanical aids, such as templates and rulers, are used to determine the position of the revised centerpiece in the switch relative to the rails and to check the profile of the centerpiece. The measurement with the mechanical aids mentioned is imprecise and time-consuming. In addition to the measurement variables directly affecting the heart, the track width, groove width, guidance distance and cantilever are also recorded and compared with target specifications.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Messmittel zur Vermessung der Geometrie von Gleisanlagen besteht darin, dass zum Einen jeweils nur Teilaufgaben einer Überwachung und Instandhaltung erfüllt werden, so dass sie nur bedingt für eine sichere, effektive und kostengünstige mobile Überwachung und Bearbeitung, insbesondere von Weichen in Eisenbahnnetzen geeignet sind und damit dazu beitragen, durch Erreichen eines optimal gestalteten Gleisprofils den Verschleiß deutlich zu reduzieren.Another major disadvantage of the known measuring devices for measuring the geometry of track systems is that, on the one hand, only partial tasks of monitoring and maintenance are performed, so that they are only conditionally necessary for safe, effective and inexpensive mobile monitoring and processing, in particular of switches in Railway networks are suitable and thus help to significantly reduce wear by achieving an optimally designed track profile.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, ein modulares System zur Vermessung und Bearbeitung von Weichen in Eisenbahnnetzen bereitzustel- len, das eine sichere, effektive und kostengünstige Instandhaltung ermöglicht und durch Gewährleistung eines optimal gestalteten Profils den Verschleiß von Gleisanlagen deutlich reduziert.The present invention is therefore based on the task of providing a modular system for measuring and processing switches in railway networks, which enables safe, effective and inexpensive maintenance and significantly reduces the wear on track systems by ensuring an optimally designed profile.
Insbesondere soll ein Mess- und Bearbeitungssystem bereitgestellt werden, mit dessen Hilfe die Lage und das Profil von Weichen-Herzstücken aufwandsarm und genau bestimmt werden und die Voraussetzungen geschaffen werden, die Bearbeitung mit Auftragschweißen und Schleifen in höherer Qualität und kürzerer Zeit zu absolvieren.In particular, a measuring and processing system is to be provided, with the help of which the position and profile of switch frogs can be determined with little effort and precisely, and the prerequisites created for processing with cladding and grinding in higher quality and in a shorter time.
Diese Aufgabenstellung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is solved by a method with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein modulares System zur Vermessung und Bearbeitung von Weichen in Eisenbahnnetzen bereit, das eine sichere, effektive und kostengünstige Instandhaltung ermöglicht und durch Gewährleistung eines optimal gestalteten Profils den Verschleiß von Gleisanlagen deutlich reduziert. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Profildaten und die zur Berechnung der Soll-Profildaten erfassten Ist-Profildaten an eine Bearbeitungseinheit zur Positionierung von Bearbeitungswerkzeugen und zur Steuerung von Werkzeugantrieben der Bearbeitungswerkzeuge abgegeben werden, dass anschließend neue Ist-Profildaten erfasst und mit den Soll-Profildaten verglichen werden und bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen den neuen Ist-Profildaten und den Soll-Profildaten die Bearbeitungseinheit erneut aktiviert wird.The solution according to the invention provides a modular system for measuring and processing switches in railway networks, which enables safe, effective and cost-effective maintenance and significantly reduces the wear on track systems by ensuring an optimally designed profile. An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the target profile data and the actual profile data recorded for calculating the target profile data are output to a processing unit for positioning processing tools and for controlling tool drives of the processing tools, and then new actual profile data recorded and compared with the target profile data and if a predetermined difference between the new actual profile data and the target profile data is exceeded, the processing unit is reactivated.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist gekennzeichnet durch ein Messsystem zur geometrischen Erfassung des Weichenzustandes und zur Erzeugung eines dreidimensionalen Profilbildes des Überlaufbereichs der Weiche mit einer Scanner-Einheit zur Erfassung der Spurweite, Überhöhung, Verbindung, Rillenwei- te, Längs- und Richtpfeilhöhen, einem mit dem Ausgang der Scanner-Einheit verbundenen Messsignalverarbeitungssystem zur Aufbereitung der von Scanner-Einheit abgegebenen Messdaten und zur Abgabe von Ist-Profildaten, einer die Ist-Profildaten abgebenden Kommunikations-Schnittstelle und einer geräteinternen, elektronischen Steuerung zur Ansteuerung der Scanner-Einheit zur Abtastung des Querprofilverlaufs des Wei- chen-Herzstückes und der Flügelschienen einer Weiche an definierten Stützstellen, sowie eine als Expertensystem ausgebildete Datenverarbeitungseinheit zur Speicherung der Ist-Profildaten, Aufbereitung der Ist-Profildaten und Erzeugung von Soll-Profildaten unter Einbeziehung von gespeicherten Daten mit einer die Ist-Profildaten des Messsystems, Inspektionsdaten, manuelle Korrekturen und Soll-Daten empfangenden Kommuni- i kations-Schnittstelle, die ein Ist-Profil sowie Soll-Profildaten abgibt, einer das Ist-Profil und gespeicherte Soll-Profildaten empfangenden Ist-Profil-Analyseeinheit, die ein Analyse-Ergebnis unter Berücksichtigung einer STA-Aussage und eine Trendanalyse abgibt, einer das Analyse-Ergebnis empfangenden Datenbank und einer Daten mit der Datenbank austauschenden Soll-Profil-Berechnungseinheit zur Abgabe der Soll-Daten an die Kommunikationsschnittstelle.A device for carrying out the method according to the invention is characterized by a measuring system for geometrically detecting the state of the switch and for generating a three-dimensional profile image of the overflow area of the switch with a scanner unit for detecting the track width, elevation, connection, groove width, longitudinal and directional arrow heights, a measurement signal processing system connected to the output of the scanner unit for processing the measurement data output by the scanner unit and for outputting actual profile data, a communication interface emitting the actual profile data and an internal electronic control for controlling the scanner unit for scanning the cross-profile profile of the switch core and the wing rails of a switch at defined support points, and a data processing unit designed as an expert system for storing the actual profile data, preparing the actual profile data and generating sol l-Profile data including stored data with a communication interface receiving the actual profile data of the measuring system, inspection data, manual corrections and target data, which outputs an actual profile and target profile data, one the actual profile and stored target profile data receiving actual profile analysis unit, which delivers an analysis result taking into account an STA statement and a trend analysis, a database receiving the analysis result and a data exchanging target database calculation unit with the database for delivering the target -Data to the communication interface.
Das erfindungsgemäße Mess- und Bearbeitungssystem ermöglicht eine aufwandsarme und genaue Bestimmung der Lage und des Profils von Weichen-Herzstücken und schafft damit die Voraussetzung für eine optimale Bearbeitung mit Auftragschweißen und Schlei- fen in höherer Qualität und kürzerer Zeit. Vor allem wird durch eine teilautomatische Er- zeugung eines optimalen Schliffbildes die Erforderlichkeit von Auftragsschweißungen vermindert, so dass auf diese Weise die zeitlichen und finanziellen Aufwände gemindert und das Material geschont wird. Dabei entfallen manuelle Messungen während des gesamten Mess- und Bearbeitungsvorganges. Weiterhin können mit Hilfe des erfindungs- gemäßen Mess- und Bearbeitungssystems die durchgeführten Arbeiten schnell und unkompliziert überprüft werden.The measuring and processing system according to the invention enables the position and profile of switch frogs to be determined with little effort and with precision, and thus creates the conditions for optimal processing with cladding and grinding in higher quality and in a shorter time. Above all, a partially automatic Generation of an optimal micrograph reduces the need for build-up welding, so that the time and financial expenses are reduced and the material is spared. There is no need for manual measurements during the entire measuring and processing process. Furthermore, with the help of the measurement and processing system according to the invention, the work carried out can be checked quickly and easily.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scanner-Einheit einen Profilsensor und einen Scanner-Antrieb enthält, die mit der Steue- rung des Messsystems verbunden sind, und dass der Profilsensor ein Sensorsignal an die Messsignal-Verarbeitung abgibt.An advantageous embodiment of the device is characterized in that the scanner unit contains a profile sensor and a scanner drive, which are connected to the control of the measuring system, and that the profile sensor emits a sensor signal to the measurement signal processing.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist durch eine die Soll-Profildaten vom Expertensystem und die Ist-Profildaten vom Messsystem empfangende Bearbei- tungseinheit Bearbeitung des relevanten Weichenbereichs insbesondere mit schleiftechnischen Mitteln gekennzeichnet, die eine die Soll-Profildaten und die Ist-Profildaten aufnehmende Kommunikations-Schnittstelle, ein den aktuellen Ist-Zustand des relevanten Weichenbereichs und Referenzpunkte der Messung erfassendes Kontroll-Messsystem zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugchassis und zur Überprüfung der Abwei- chung der Ist-Profildaten nach einem Bearbeitungsschritt mit den Soll-Profildaten, eine mit dem Ausgang der Kommunikationsschnittstelle verbundene Soll-Profildaten- Aufbereitung zur Vorbereitung der Daten für die Steuerung der Positionierung der Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung der Werkzeugsantriebe und eine mit dem Ausgang des Kontroll-Messsystems und der Soll-Profildaten-Aufbereitung verbundene Steu- ereinrichtung zur Initiierung einer Werkzeug-Positionierung und Steuerung der Antriebe für die Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung eines Rahmen-Nivellier- und Positio- nier-Systems aufweist.A further advantageous embodiment of the device is characterized by a processing unit receiving the target profile data from the expert system and the actual profile data from the measuring system, processing the relevant turnout area in particular with grinding means, which contains a communication tool that receives the target profile data and the actual profile data. Interface, a control measuring system that records the current actual state of the relevant turnout area and reference points of the measurement to control the alignment of a tool chassis and to check the deviation of the actual profile data after a processing step with the target profile data, one with the output of the Communication interface connected target profile data preparation for preparing the data for controlling the positioning of the machining tools and for controlling the tool drives and an S connected to the output of the control measuring system and the target profile data preparation has expensive device for initiating a tool positioning and control of the drives for the machining tools and for controlling a frame leveling and positioning system.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfin- düng zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:The idea on which the invention is based will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Weiche in einer Gleisanlage eines Eisenbahnnetzes; Fig. 2 eine Seitenansicht sowie in Relation hierzu eine Draufsicht zur Erläuterung der Geometrie eines Weichen-Herzstückes;Figure 1 is a schematic plan view of a switch in a track system of a railway network. 2 shows a side view and, in relation to this, a top view to explain the geometry of a switch core;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Mess- und Bearbeitungssystems;3 shows a block diagram of the measurement and processing system according to the invention;
Fig. 4 ein Blockschaltbild des schematischen Aufbaus des verwendeten Messsystems;4 shows a block diagram of the schematic structure of the measuring system used;
Fig. 5 ein Blockschaltbild des im erfindungsgemäßen Mess- und Bearbeitungssys- tem verwendeten Expertensystems;5 shows a block diagram of the expert system used in the measurement and processing system according to the invention;
Fig. 6 eine schematisch-perspektivische Darstellung zur Beschreibung eines Weichen-Herzstückes über Definitionsquerschnitte;FIG. 6 shows a schematic perspective illustration for describing a switch centerpiece via definition cross sections; FIG.
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Parameter der Definitionsquerschnitte gemäß Fig. 6;FIG. 7 shows a schematic representation of the parameters of the definition cross sections according to FIG. 6;
Fig. 8 eine schematisch-perspektivische Darstellung der Manipulationsmöglichkeiten an den Definitionsquerschnitten;8 shows a schematic perspective representation of the manipulation possibilities on the definition cross sections;
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Herleitung des Definitionsquerschnittes aus gemessenen Querprofildaten;9 shows a schematic illustration for deriving the definition cross section from measured cross profile data;
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Anpassung des Profilverlaufs an ein Rad- profil und10 shows a schematic illustration of the adaptation of the profile profile to a wheel profile and
Fig. 11 ein Blockschaltbild des schematischen Aufbaus der Bearbeitungseinheit des erfindungsgemäßen Mess- und Bearbeitungssystems.11 is a block diagram of the schematic structure of the processing unit of the measuring and processing system according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Weiche zur Verbindung zweier Gleise 21 , 22 mit der durchlaufenden äußeren Schiene 22, als zentrales Teil einer Weiche das Weichenherzstück 1 , in dem sich die abzweigende mit der durchgehenden Schiene schneidet, sowie zwischen den Gleisen 21 , 22 und neben dem Weichenherzstück 1 auslaufende, abgebogene Flügelschienen-3, 4, deren Zungen sich jeweils an das eine oder andere Gleis 21 , 22 anlegen und miteinander durch eine Spurstange, die gleichzeitig zum Stellen dient, verbunden sind. Zur Führung der Räder in den am Weichenherzstück 1 entstehenden 40 bis 50 mm breiten Spurlücken sind Radlenker 5 vorgesehen.Fig. 1 shows a plan view of a switch for connecting two tracks 21, 22 with the continuous outer rail 22, as a central part of a switch the switch heart piece 1, in which the branching with the continuous rail intersects, and between the tracks 21, 22 and next to the turnout frog 1, bent wing rails 3, 4, the tongues of which each rest on one or the other track 21, 22 and with each other through a tie rod, which also serves to position, are connected. Wheel links 5 are provided for guiding the wheels in the 40 to 50 mm wide track gaps which are formed on the switch frog 1.
Das Weichenherzherzstück 1 unterliegt stärkster mechanischer Beanspruchung, da es die Radlast übernimmt, wenn das Rad die Flügelschienen bei spitzer Befahrung verlässt bzw. bei stumpfer Befahrung auf die Flügelschienen zugeführt wird. Um diesen Über- laufprozess mechanisch so sanft wie möglich zu gestalten, ist das Herzstück gemäß Fig. 2 speziell geformt und rampenförmig zugeschnitten. Kennzeichnend für diese Rampe sind die so genannten „L-Punkte". Der „L Punkt" stellt dabei den Punkt dar, an welchem bei spitzer Befahrweise der erste Kontakt des Rades mit dem Weichenherzstück 1 stattfindet, während der „L-Punkt" den Punkt kennzeichnet, an welchem die Rampe des Weichenherzstückes 1 wieder die Höhe der normalen Gleisebene erreicht haben kann.The switch heart piece 1 is subject to the greatest mechanical stress, since it takes over the wheel load when the wheel leaves the wing rails when driving with a sharp tip or is fed onto the wing rails when driving with blunt traffic. In order to make this overflow process mechanically as gentle as possible, the heart of FIG. 2 is specially shaped and cut into a ramp shape. Characteristic of this ramp are the so-called "L-points". The "L-point" represents the point at which the first contact of the wheel with the switch frog 1 takes place when driving in a pointed manner, while the "L-point" represents the point indicates at which the ramp of the switch frog 1 may have reached the level of the normal track level again.
Da sich im Laufe ihrer Lebensdauer Weichenherzherzstücke entsprechend der Über- fahrhäufigkeit und -geschwindigkeit unterschiedlich abnutzen, werden sie bedarfsgemäß durch Auftragschweißen und durch anschließendes Abschleifen aufgearbeitet oder bei Bedarf auch nur entstandene Grate abgeschliffen.Since cross-piece frogs wear differently over the course of their lifespan depending on the frequency and speed at which they are run over, they are refurbished as required by cladding and subsequent grinding or, if necessary, only the burrs that are formed are ground off.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher, ein Mess- und Bearbeitungssystem zu schaffen, mit dessen Hilfe in einem ersten Schritt die Lage und das Profil von Weichenherzstücken aufwandsarm und genau bestimmt wird, um die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass die Arbeit beim Auftragschweißen und Schleifen in höherer Qualität und kürzerer Zeit absolviert werden kann. Zusätzlich soll durch eine teilautomatische Erzeugung eines optimalen Schliffbildes die Erforderlichkeit von Auftragsschweißungen vermindert werden, so dass sowohl die zeitlichen und finanziellen Aufwände gemindert, als auch das Material geschont wird, wobei manuelle Messungen während des gesamten Vorganges entfallen. Weiterhin soll der Auftraggeber mit Hilfe des erfindungsgemäßen Messsystems die durchgeführten Arbeiten schnell und unkompliziert überprüfen können.The aim of the method according to the invention is therefore to create a measuring and processing system with the aid of which the position and profile of switch frogs are determined in a first step with little effort and precisely, in order to create the conditions for the work during cladding and grinding can be completed in higher quality and in a shorter time. In addition, the necessity of build-up welding is to be reduced by a partially automatic generation of an optimal grinding pattern, so that both the time and financial expenditure are reduced and the material is spared, manual measurements being omitted during the entire process. Furthermore, the client should be able to use the measuring system according to the invention to check the work carried out quickly and easily.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mit der Vernetzung eines Mess-, Experten- und Bearbeitungssystems drei unabhängige Systemkomponenten, die nachfolgend an Hand der Fig. 3 bis 5 und 11 näher erläutert werden.With the networking of a measurement, expert and processing system, the device according to the invention comprises three independent system components, which are explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 5 and 11.
Das in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellte erfindungsgemäße Mess-, Experten- und Bearbeitungssystem ist für den mobilen Einsatz und die Bedienung durch zwei Personen bestimmt. Die physikalisch-logischen Schnittstelle für die Ein- und Ausgaben ermöglichen dabei eine flexible und fehlerfreie Datenübertragung zwischen dem Messsystem 6, dem Expertensystem 7 und dem Bearbeitungssystem 8.The measuring, expert and processing system according to the invention shown as a block diagram in FIG. 3 is for mobile use and operation by two people certainly. The physical-logical interface for the inputs and outputs enables flexible and error-free data transmission between the measuring system 6, the expert system 7 and the processing system 8.
Das autark arbeitende Messsystem 6 setzt sich aus einem Messchassis und Referenzie- rungssatelliten zusammen und dient der exakten geometrischen Erfassung des Wei- chenzustandes und weiterführend der Entscheidungsfindung, ob und wie die entsprechende Weiche aufgearbeitet werden muss.The autonomously operating measuring system 6 is composed of a measuring chassis and referencing satellites and is used for the exact geometric detection of the switch state and also for decision-making as to whether and how the corresponding switch must be refurbished.
Die Apparatur erfasst Spurweite, Überhöhung, Verwindung und Rillenweite, sowie Längsund Richtungspfeilhöhen und erzeugt ein hochpräzises, dreidimensionales Profil-Bild des Überlaufbereiches. Zur Erfassung von Spur-, Leitwerten und Pfeilhöhen wird das Messchassis über den relevanten Weichenbereich bewegt. Die Messwertaufnahme des in den Fig. 3 und 4 im Blockschaltbild dargestellten Messsystems 6 erfolgt für jeden Arbeits- schritt entsprechend den Bahnrichtlinien für die Weichenvermessung.The apparatus records track width, cant, twist and groove width, as well as longitudinal and directional arrow heights and creates a high-precision, three-dimensional profile image of the overflow area. The measuring chassis is moved over the relevant switch area to record track, guide values and arrow heights. The measured value recording of the measuring system 6 shown in FIGS. 3 and 4 in the block diagram takes place for each work step in accordance with the path guidelines for the turnout measurement.
Für die Referenzierung der Messpunkte wird ein laseroptisches System verwendet, welches aus einem Empfänger am Messchassis und einem bis zu 150 m vom Herzstückbereich entfernt installierten Satelliten besteht. Mit Hilfe dieses Systems werden auch die Längs- und Richtungspfeilhöhen bestimmt.For the referencing of the measuring points, a laser-optical system is used, which consists of a receiver on the measuring chassis and a satellite installed up to 150 m from the centerpiece area. With the help of this system, the longitudinal and directional arrow heights are also determined.
Zur Erzeugung des dreidimensionalen Profil-Bildes (Querprofilverlauf) muss eine Scannereinheit 63 ordnungsgemäß über dem Weichen herzherzstück 1 positioniert werden. Der eigentliche Scannvorgang erfolgt anschließend automatisch auf Knopfdruck. Die geräteinterne, elektronische Steuerung 64 des Messsystems 6 übernimmt dabei den Messvorgang, bei welchem die Scannereinheit 64 den Querprofilverlauf von Weichen- herzherzstück 1 und Flügelschienen 3, 4 an definierten Stützstellen („Messquerschnitte") abtastet. Die Scanner-Einheit 63 enthält einen Profilsensor 631 und einen Scanner- Antrieb 632, die mit der geräteinternen, elektronischen Steuerung 64 verbunden sind.To generate the three-dimensional profile image (cross profile profile), a scanner unit 63 must be properly positioned over the soft heart piece 1. The actual scanning process then takes place automatically at the push of a button. The device-internal, electronic control 64 of the measuring system 6 takes over the measuring process in which the scanner unit 64 scans the cross-profile course of the switch heart piece 1 and wing rails 3, 4 at defined support points (“measuring cross-sections”). The scanner unit 63 contains a profile sensor 631 and a scanner drive 632 connected to the on-board electronic controller 64.
Alle von der Scannereinheit 63 erfassten Daten werden vom Profilsensor 631 als Sensorsignal an eine Messsignalverarbeitung 61 abgegeben, die mit einer Kommunikationsschnittstelle 62 verbunden ist, die die Kommunikation nach außen vorbereitet. Dabei werden die Messquerschnitte gemäß der erforderlichen Messgenauigkeit in der Daten- menge optimiert. Abschließend werden die Ist-Profildaten an eine Datenverarbeitungs- einheit, dem Expertensystem 7, übermittelt. Die maximale Datenmenge beträgt dabei beispielsweise 4 MByte pro vermessener Weiche. Als Kommunikationsschnittstelle 62 kommen sowohl in den Standorten der Instandhaltungsbetriebe vorhandene Dateneingänge von Computersystemen, als auch im Freifeld verfügbare Mobilfunknetze oder ein Datentransport über vom Messsystem 6 beschriebene Datenträger, z.B. Flash-ROM- Karten, in Frage. Durch die Nutzung des Internets über räumlich am nächsten liegende Zugänge können die Kosten für den Datentransfer über die Kommunikationsschnittstelle 62 des Messsystems 6 gering gehalten werden.All data recorded by the scanner unit 63 are output by the profile sensor 631 as a sensor signal to a measurement signal processor 61 which is connected to a communication interface 62 which prepares the communication to the outside. The measurement cross-sections are optimized in accordance with the required measurement accuracy in the data volume. Finally, the actual profile data is sent to a data processing unit, the expert system 7, transmitted. The maximum amount of data is, for example, 4 Mbytes per measured turnout. As the communication interface 62, data inputs from computer systems available in the locations of the maintenance companies, as well as mobile radio networks available in the open field or data transport via data carriers described by the measuring system 6, for example flash-ROM cards, are suitable. By using the Internet via the closest physical access, the costs for data transfer via the communication interface 62 of the measuring system 6 can be kept low.
Das Expertensystem 7 übernimmt gemäß den Fig. 3 und 5 die Ist-Profildaten, archiviert diese und generiert daraus Soll-Profildaten unter Einbindung aller zur Verfügung stehenden Datenbankressourcen. Es setzt sich aus einer die Ist-Profildaten des Messsystems 6, Inspektionsdaten, manuelle Korrekturen und Soll-Daten empfangenden Kommunikationsschnittstelle 71 , die ein Ist-Profil sowie Soll-Profildaten abgibt, einer das Ist-Profil und gespeicherte Soll-Profildaten empfangenden Ist-Profil-Analyseeinheit 72, die ein Analyse-Ergebnis unter Berücksichtigung einer STA-Aussage genannten schweißtechnischen Arbeitsaufnahme und eine Trendanalyse abgibt, einer das Analyse-Ergebnis empfangenden Datenbank 74 und einer Daten mit der Datenbank 74 austauschenden Soll- Profil-Berechnungseinheit 73 zur Abgabe der Soll-Daten an die Kommunikationsschnitt- stelle 71 zusammen.According to FIGS. 3 and 5, the expert system 7 takes over the actual profile data, archives it and generates target profile data from it with the integration of all available database resources. It consists of a communication interface 71 receiving the actual profile data of the measuring system 6, inspection data, manual corrections and target data, which outputs an actual profile and target profile data, and an actual profile receiving the actual profile and stored target profile data Analysis unit 72, which outputs an analysis result taking into account a welding job called STA statement and a trend analysis, a database 74 receiving the analysis result and a target profile calculation unit 73 exchanging data with the database 74 for delivering the target Data to the communication interface 71 together.
Da zwischen Profilmessung und -bearbeitung aus organisatorischen Gründen einige Zeit vergehen kann, müssen die Soll-Profildaten evtl. dem veränderten Ist-Zustand einer Weiche) angepasst werden, da diese beispielsweise zwischendurch von Hand nachge- stopft worden sein können. Geringfügige Korrekturen der Soll-Profildaten von Hand sind daher zur Vermeidung unnötiger Mehrfachmessungen generell möglich. Die Sollprofilge- nerierung läuft weitestgehend vollautomatisiert ab. Um dies zu unterstützen, werden systemextern erfasste aktuelle Daten des Betreiber aus bereits vorhandenen Datenbanken berücksichtigt.Since some time may pass between profile measurement and processing for organizational reasons, the target profile data may have to be adapted to the changed actual status of a switch), since these may have been replenished by hand, for example. Minor corrections of the target profile data by hand are therefore generally possible to avoid unnecessary multiple measurements. The target profile generation is largely fully automated. To support this, current data of the operator from existing databases are taken into account.
Kern der Profildatenaufbereitung mittels des Expertensystems 7 ist ein numerischer Algorithmus zur geometrischen Beschreibung des Herzstückbereiches, der es ermöglicht, optimale Soll-Profildaten zu erzeugen. Damit ist es möglich, Profile einzuschleifen und die Laufkräfte im Herzstück- und Flügelschienenbereich zu minimieren, so dass der Ver- schleiß verringert und die verbleibende Lebensdauer der Bauteile verlängert wird. Im numerischen Profil-Optimierungs-Algorithmus wird das im Folgenden an Hand der Fig. 6 bis 10 beschriebene Herzstückmodell implementiert. Dabei ist die räumliche Gestalt durch eine Reihe von „Definitionsquerschnitten" an vorgegebenen Stützstellen fest- gelegt. Der Querprofilverlauf an einer beliebigen Längskoordinate entlang des Herzstückes ist dann durch Interpolation zwischen den Stützstellen bestimmbar.The core of the profile data preparation by means of the expert system 7 is a numerical algorithm for the geometric description of the core area, which makes it possible to generate optimal target profile data. This enables profiles to be ground in and the running forces in the centerpiece and wing rail area to be minimized, so that wear is reduced and the remaining service life of the components is extended. The centerpiece model described below with reference to FIGS. 6 to 10 is implemented in the numerical profile optimization algorithm. The spatial shape is determined by a series of "definition cross-sections" at predetermined support points. The transverse profile course at any longitudinal coordinate along the heart can then be determined by interpolation between the support points.
Zusatzmodule des Optimierungsprogramms übernehmen die Manipulation der räumlichen Gestalt in Interaktion mit der Benutzeroberfläche. Hierzu zählen automatische Querschnittsapproximationen für die Definitionsquerschnitte aus gemessenen Profildaten. Für die Erprobungsphase ist die manuelle Veränderung der Querschnittsgeometrie durch Manipulation der Parameter der Definitionsquerschnitte möglich. Aufbauend auf diesen Grundfunktionen des Programmmoduls übernimmt ein weiteres Modul die Modifikation der Querschnittsgestalt unter Berücksichtigung der zu erwartenden Traganteile von Herzstück und Flügelschiene. Hierzu ist ein geeigneter Kontaktalgorithmus zwischen einem Radprofil und dem Schienenquerschnittsverlauf zu entwickeln.Additional modules of the optimization program take over the manipulation of the spatial shape in interaction with the user interface. This includes automatic cross-section approximations for the definition cross-sections from measured profile data. For the test phase, the manual modification of the cross-sectional geometry is possible by manipulating the parameters of the definition cross-sections. Based on these basic functions of the program module, another module takes over the modification of the cross-sectional shape taking into account the expected load-bearing components of the centerpiece and wing rail. For this purpose, a suitable contact algorithm between a wheel profile and the rail cross-sectional profile must be developed.
Anhand einer für jede Flügelschiene 3, 4 und die Spitze eines Weichenherzherzstückes 1 selbst festzulegenden Anzahl von Querschnittsebenen, den „Definitionsquerschnitten" gemäß Fig. 6, entlang der Gleislängsachse wird die räumliche Geometrie von Weichen- herzherzstück 1 und Flügelschienen 3, 4 mathematisch beschrieben. In jedem dieser Querschnitte wird das Querprofil der Flügelschienen 3, 4 und des Weichenherzherz- stücks 1 durch eine festgelegte Anzahl analytischer Funktionen definiert.Using a number of cross-sectional planes to be determined for each wing rail 3, 4 and the tip of a switch heart piece 1, the “definition cross sections” according to FIG. 6, along the longitudinal axis of the track, the spatial geometry of the switch heart piece 1 and wing rails 3, 4 is described mathematically each of these cross sections, the cross profile of the wing rails 3, 4 and the switch heart piece 1 is defined by a fixed number of analytical functions.
Die analytischen Funktionen werden gemäß Fig. 7 durch Parameter, nämlich Radien Ri bis R4, Schienenhöhen hi bis 1.4, Winkel αi und 0.2 sowie die Schienenbreite b definiert. In einem ersten Ansatz wird die Verwendung von Geraden oder Kreisbögen implementiert. Die Verwendung von Splinefunktionen ist ebenfalls möglich. Die Parameter dieser analytischen Funktionen sind dann z.B.: die Übergangspunkte zwischen benachbarten Funktionen Übergangsneigungen Radien von Bogenabschnitten Parameter der Splines Sie sind für Erstellung von Definitionsquerschnitten manuell und durch einen übergeordneten Algorithmus zur Profilmanipulation einstellbar.According to FIG. 7, the analytical functions are defined by parameters, namely radii Ri to R4, rail heights hi to 1.4, angles αi and 0.2 and the rail width b. In a first approach, the use of straight lines or arcs is implemented. The use of spline functions is also possible. The parameters of these analytical functions are then, for example: the transition points between neighboring functions transition inclinations radii of arc sections parameters of the splines They can be set up manually for the creation of definition cross-sections and by a higher-level algorithm for profile manipulation.
Die Wahl der Werte für die Parameter der analytischen Funktionen kann frei vom Konstrukteur festgelegt werden. Je nach Gestaltung der Oberfläche ist der Anwender dann in die Lage versetzt, durch Veränderung weniger in Fig. 8 schematisch dargestellter Einflussgrößen wie Neigungen, Krümmungsradien, Querschnittsbreite, Lage und Höhe des Scheitels und Lage des Querschnitts in Schienenlängsrichtung die Herzstückgestalt ma- nuell zu modifizieren. Diese Manipulation erfolgt über eine Bedienoberfläche mit grafischer Ausgabe.The designer can freely determine the values for the parameters of the analytical functions. Depending on the design of the surface, the user is then able to manually modify the centerpiece shape by changing fewer influencing variables, such as inclinations, radii of curvature, cross-sectional width, position and height of the apex and position of the cross-section in the longitudinal direction of the rail. This manipulation takes place via a user interface with graphic output.
Durch weitere Programmmodule wird die Gestalt der Definitionsquerschnitte teilautomatisch bestimmt bzw. verändert. Sie erfüllen folgende Anforderungen:The shape of the definition cross-sections is determined or changed semi-automatically by further program modules. They meet the following requirements:
Wahl der Parameter der die Querschnitte beschreibenden Funktionen; Approximation gemessener Profildaten gemäß Fig. 9; Anpassung an einen in der Querschnittsebene beliebig positionierten Radprofilverlauf gemäß Fig. 10.Selection of the parameters of the functions describing the cross sections; Approximation of measured profile data according to FIG. 9; Adaptation to a wheel profile course positioned as desired in the cross-sectional plane according to FIG. 10.
Sofern gemessene Querprofildaten vorliegen, ermöglicht ein Programmbaustein die Approximation dieser Daten durch die Definitionsquerschnitte. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Messquerschnitte im Allgemeinen nicht koplanar zu den Ebenen der Definitionsquerschnitte liegen. Des Weiteren kann sich die Anzahl der Messquerschnitte von der Anzahl der Definitionsquerschnitte unterscheiden.If measured cross profile data is available, a program module enables this data to be approximated using the definition cross sections. It should be taken into account that the measurement cross sections are generally not coplanar with the levels of the definition cross sections. Furthermore, the number of measurement cross sections can differ from the number of definition cross sections.
Zwischen den Definitionsquerschnitten wird in Längsrichtung an wählbaren Querschnittsebenen der Profilverlauf durch Interpolation berechnet. Hierbei werden aus Gründen des mathematischen Aufwandes nach Möglichkeit einfache Interpolationen verwendet.Between the definition cross-sections, the profile profile is calculated in the longitudinal direction on selectable cross-sectional planes by interpolation. For reasons of mathematical complexity, simple interpolations are used here if possible.
Ein weiteres Programmmodul passt die Profildaten an ein vorgegebenes und über Herzstück und Flügelschiene positioniertes Radprofil an. Hierbei wird die Aufteilung des Traganteils zwischen Herzstück und Flügelschiene automatisch berechnet und in die Profilmodifikation einbezogen. Die schleiftechnische Bearbeitung wird von der in den Fig. 3 und 11 im Blockschaltbild dargestellten Bearbeitungseinheit 8 vollzogen, die eine die Soll-Profildaten und die Ist- Profildaten aufnehmende Kommunikationsschnittstelle 81, ein den aktuellen Ist-Zustand des relevanten Weichenbereichs und Referenzpunkte der Messung erfassendes Kon- troll-Messsystem 82 zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugchassis und zur Ü- berprüfung der Abweichung der Ist-Profilddaten nach einem Bearbeitungsschritt mit den Soll-Profildaten, eine mit dem Ausgang der Kommunikationsschnittstelle 81 verbundene Soll-Profildaten-Aufbereitung 84 zur Vorbereitung der Daten für die Steuerung der Positionierung der Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung der Werkzeugsantriebe und eine mit dem Ausgang des Kontroll-Messsystems 82 und der Soll-Profildaten- Aufbereitung 84 verbundene Steuereinrichtung 83 zur Initiierung einer Werkzeug- Positionierung 86 und Steuerung der Werkzeugantriebe 87 für die Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung eines Rahmen-Nivellier- und Positionier-Systems 85 enthält.Another program module adjusts the profile data to a given wheel profile positioned over the heart and wing rail. The distribution of the load-bearing component between the centerpiece and wing rail is automatically calculated and included in the profile modification. The grinding processing is carried out by the processing unit 8 shown in FIGS. 3 and 11 in the block diagram, which has a communication interface 81 which receives the target profile data and the actual profile data, a contact which detects the current actual state of the relevant switch area and reference points of the measurement - Troll measuring system 82 for controlling the alignment of a tool chassis and for checking the deviation of the actual profile data after a processing step with the target profile data, a target profile data preparation 84 connected to the output of the communication interface 81 for preparing the data for the control of the positioning of the processing tools and for controlling the tool drives and a control device 83 connected to the output of the control measuring system 82 and the target profile data preparation 84 for initiating a tool positioning 86 and controlling the tool drives 87 for the processing tools and for controlling a frame leveling and positioning system 85 contains.
Die Bearbeitungseinheit 8 erhält die in das Weichenherzherzstück 1 einzuarbeitenden Soll-Profildaten, sowie die zur Berechnung verwendeten Ist-Profildaten über die Schnittstelle zur Kommunikation vom Expertensystem 7 zur genauen Lage- und Zustandser- kennung. Das Kontroll-Mess-System 82 erfasst den aktuellen Ist-Zustand, sowie die Referenzpunkte und sorgt über das Rahmen-Nivellier- und Positioniersystem 85 für die ge- naue Ausrichtung des Werkzeugchassis.The processing unit 8 receives the target profile data to be incorporated into the switch heart piece 1, as well as the actual profile data used for the calculation, via the interface for communication from the expert system 7 for precise position and state detection. The control measuring system 82 detects the current actual state and the reference points and ensures the exact alignment of the tool chassis via the frame leveling and positioning system 85.
In der Sollprofildaten-Aufbereitung werden die Daten für die Steuerung der Werkzeug- Positionierung 86 und der Werkzeugantriebe 87 vorbereitet. Im Anschluss veranlasst die Steuerung 83 die Werkzeug-Positionierung 86. Sie steuert auch die Werkzeugantriebe 87 für die Bearbeitung. Abschließend überprüft das Kontroll-Mess-System 82 die neuen Ist-Profildaten mit den Soll-Profildaten. Bei genügender Übereinstimmung ist der Bearbeitungsvorgang abgeschlossen, andernfalls wird die Bearbeitung wiederholt.The data for the control of the tool positioning 86 and the tool drives 87 are prepared in the target profile data preparation. The controller 83 then initiates the tool positioning 86. It also controls the tool drives 87 for the machining. Finally, the control measurement system 82 checks the new actual profile data with the target profile data. If there is a sufficient match, the machining process is completed, otherwise the machining is repeated.
Die Bearbeitungseinheit 8 befindet sich in einem Verfahrrahmen mit einem Positionierfeld von beispielsweise 3500 x 500 mm. Der Verfahrrahmen wird hydraulisch an nicht zu bearbeitenden Schienenbereichen fixiert. Zum Bewegen der Bearbeitungseinheit 8 sind zwei Spindeln mit hydraulischen Antrieben vorgesehen. Die Spindelnase ist als Steilkegel mit automatischer Werkzeugvorspannung ausgeführt. Zusätzlich ist die Bearbeitungseinheit 8 längs zur Schienenebene „kardanisch" Steuer- und schwenkbar und kann zur Schienenebene gehoben und gesenkt werden. Die zur Positionierung erforderlichen Ak- toren sind über die Steuerung mit dem Kontroll-Mess-System 82 verknüpft, welches funktionell wie das autarke Messsystem 6 ausgeführt ist. The processing unit 8 is located in a moving frame with a positioning field of, for example, 3500 x 500 mm. The traversing frame is hydraulically fixed to rail sections that are not to be machined. Two spindles with hydraulic drives are provided for moving the processing unit 8. The spindle nose is designed as a steep taper with automatic tool prestressing. In addition, the processing unit 8 can be controlled and swiveled "cardanically" along the rail level and can be raised and lowered to the rail level. gates are linked via the control to the control measurement system 82, which is designed in the same way as the autonomous measurement system 6.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Weichenherzherzstück1 crossover heart piece
3, 4 Flügelschienen3, 4 wing rails
5 Radlenker5 wheel handlebars
6 Messsystem6 measuring system
7 Expertensystem7 expert system
8 Bearbeitungseinheit8 processing unit
61 Messsignalverarbeitung61 Measurement signal processing
62 Kommunikationsschnittstelle62 Communication interface
63 Scannereinheit63 scanner unit
64 elektronische Steuerung64 electronic controls
71 Kommunikationsschnittstelle71 Communication interface
72 Ist-Profil-Analyseeinheit72 Actual profile analysis unit
73 Soll-Profil-Berechnungseinheit73 Target profile calculation unit
74 Datenbank74 database
81 Kommunikationsschnittstelle81 Communication interface
82 Kontroll-Messsystem82 Control measuring system
83 Steuereinrichtung83 control device
84 Soll-Profildaten-Aufbereitung84 Target profile data preparation
85 Rahmen-Nivellier- und Positionier-System85 frame leveling and positioning system
86 Werkzeug-Positionierung86 Tool positioning
87 Werkzeugantriebe87 tool drives
631 Profilsensor631 profile sensor
632 Scanner-Antrieb 632 scanner drive

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erfassung des Zustandes und zum Bearbeiten von Gleisanlagen, insbesondere zur Bestimmung der Lage und des Profils sowie zur Aufarbeitung von Weichen-Herzstücken, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreidimensionales Profilbild des Überlaufbereiches eines Weichen- Herzstückes (2) erstellt und die Ist-Profildaten an eine Datenverarbeitungseinheit (7) abgegeben werden, die die Ist-Profildaten analysiert und mittels eines numerischen Algorithmus zur geometrischen Beschreibung des Weichen-Herzstückes (2) Soll-Profildaten generiert.1. A method for recording the condition and processing of track systems, in particular for determining the position and profile as well as for processing turnout frogs, characterized in that a three-dimensional profile picture of the overflow area of a turnout frog (2) is created and the actual Profile data are output to a data processing unit (7) which analyzes the actual profile data and generates target profile data by means of a numerical algorithm for the geometric description of the switch core (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Profildaten und die zur Berechnung der Soll-Profildaten erfassten Ist-Profildaten an eine Bear- beitungseinheit (8) zur Positionierung von Bearbeitungswerkzeugen und zur Steuerung von Werkzeugantrieben der Bearbeitungswerkzeuge abgegeben werden, dass anschließend neue Ist-Profildaten erfasst und mit den Soll-Profildaten verglichen werden und bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen den neuen Ist-Profildaten und den Soll-Profildaten die Bearbeitungseinheit (8) erneut aktiviert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the target profile data and the actual profile data recorded for calculating the target profile data are delivered to a processing unit (8) for positioning processing tools and for controlling tool drives of the processing tools that Subsequently, new actual profile data are recorded and compared with the target profile data and if a predetermined difference between the new actual profile data and the target profile data is exceeded, the processing unit (8) is reactivated.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Messsystem zur geometrischen Erfassung des Weichenzustandes und zur Erzeugung eines dreidimensionalen Profilbildes des Überlaufbereichs der Weiche mit einer Scanner-Einheit (63) zur Erfassung der Spurweite, Überhöhung, Verbindung, Rillenweite, Längs- und Richtpfeilhöhen, einem mit dem Ausgang der Scanner-Einheit (63) verbundenen Mess- Signalverarbeitungssystem (61 ) zur Aufbereitung der von Scanner- Einheit (61) abgegebenen Messdaten und zur Abgabe von Ist- Profildaten, einer die Ist-Profildaten abgebenden Kommunikations-Schnittstelle (62) und einer geräteinternen, elektronischen Steuerung (64) zur Ansteuerung der Scanner-Einheit (63) zur Abtastung des Querprofilverlaufs des Weichen-Herzstückes (2) und der Flügelschienen (3, 3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a measuring system for geometrically detecting the state of the switch and for generating a three-dimensional profile image of the overflow area of the switch with a scanner unit (63) for recording the track width, cant, connection, groove width, longitudinal and directional arrow heights, a measurement signal processing system (61) connected to the output of the scanner unit (63) for processing the scanner unit (61 ) measured data and for the delivery of actual profile data, a communication interface (62) delivering the actual profile data and a device-internal electronic control (64) for controlling the scanner unit (63) for scanning the cross profile profile of the switch core ( 2) and the wing rails (3,
4) einer Weiche an definierten Stützstellen,4) a switch at defined support points,
und eine als Expertensystem (7) ausgebildete Datenverarbeitungseinheit zur Speicherung der Ist-Profildaten, Aufbereitung der Ist-Profildaten und Erzeugung von Soll-Profildaten unter Einbeziehung von gespeicherten Daten mit einer die Ist-Profildaten des Messsystems (6), Inspektionsdaten, manuelle Korrekturen und Soll-Daten empfangenden Kommunikations- Schnittstelle (71), die ein Ist-Profil sowie Soll-Profildaten abgibt, einer das Ist-Profil und gespeicherte Soll-Profildaten empfangenden Ist- Profil-Analyseeinheit (72), die ein Analyse-Ergebnis unter Berücksichtigung einer STA-Aussage und eine Trendanalyse abgibt, einer das Analyse-Ergebnis empfangenden Datenbank (74) und einer Daten mit der Datenbank (74) austauschenden Soll-Profil- Berechnungseinheit (73) zur Abgabe der Soll-Daten an die Kommunika- tionsschnittstelle (71 ). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanner-Einheit (63) einen Profilsensor (631) und einen Scanner-Antrieb (632) enthält, die mit der Steuerung (64) des Messsystems (6) verbunden sind, und dass der Profilsensor (631) ein Sensorsignal an die Messsignal-Verarbeitung (61) abgibt.and a data processing unit designed as an expert system (7) for storing the actual profile data, processing the actual profile data and generating target profile data, including stored data, with the actual profile data of the measuring system (6), inspection data, manual corrections and target -Data receiving communication interface (71), which outputs an actual profile and target profile data, an actual profile analysis unit (72) receiving the actual profile and stored target profile data, which receives an analysis result taking into account an STA - Statement and a trend analysis, a database (74) receiving the analysis result and a target-profile calculation unit (73) exchanging data with the database (74) for delivering the target data to the communication interface (71). Device according to claim 3, characterized in that the scanner unit (63) contains a profile sensor (631) and a scanner drive (632), which are connected to the controller (64) of the measuring system (6), and that the profile sensor (631) outputs a sensor signal to the measurement signal processing (61).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine die Soll- Profildaten vom Expertensystem (7) und die Ist-Profildaten vom Messsystem (6) empfangende Bearbeitungseinheit (8) zur Bearbeitung des relevanten Weichenbereichs insbesondere mit schleiftechnischen Mitteln, mit einer die Soll-Profildaten und die Ist-Profildaten aufnehmenden Kommunikati- ons-Schnittstelle (81), einem den aktuellen Ist-Zustand des relevanten Weichenbereichs und Referenzpunkte der Messung erfassenden Kontroll-Messsystem (82) zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugchassis und zur Überprüfung der Ab- weichung der Ist-Profildaten nach einem Bearbeitungsschritt mit den Soll- Profildaten, einer mit dem Ausgang der Kommunikationsschnittstelle (81) verbundene Soll-Profildaten-Aufbereitung (84) zur Vorbereitung der Daten für die Steue- rung der Positionierung der Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung der Werkzeugsantriebe und einer mit dem Ausgang des Kontroll-Messsystems (82) und der Soll- Profildaten-Aufbereitung (84) verbundenen Steuereinrichtung (83) zur Initiie- rung einer Werkzeug-Positionierung und Steuerung der Antriebe (87) für die Bearbeitungswerkzeuge und zur Steuerung eines Rahmen-Nivellier- und Po- sitionier-Systems (83). 5. The device according to claim 3 or 4, characterized by a the target profile data from the expert system (7) and the actual profile data from the measuring system (6) receiving processing unit (8) for processing the relevant switch area, in particular with grinding technology, with a the target Profile data and the communication profile (81) which receives the actual profile data, a control measuring system (82) which detects the current actual state of the relevant switch area and reference points of the measurement for controlling the alignment of a tool chassis and for checking the deviation the actual profile data after a processing step with the target profile data, a target profile data preparation (84) connected to the output of the communication interface (81) for preparing the data for controlling the positioning of the processing tools and for controlling the tool drives and one with the output of the control measuring system (82) and the target profile Data preparation (84) connected control device (83) for initiating a tool positioning and control of the drives (87) for the machining tools and for controlling a frame leveling and positioning system (83).
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