WO2007033702A1

WO2007033702A1 - Verfahren zur berührungslosen dynamischen erfassung des profils eines festkörpers

Info

Publication number: WO2007033702A1
Application number: PCT/EP2005/054664
Authority: WO
Inventors: Michael J. Walter; Dieter Hoffmann; Andreas Brinkmann; Manfred Hoffmann; Christian Nowaczyk
Original assignee: Gutehoffnungshütte Radsatz Gmbh
Priority date: 2005-09-19
Filing date: 2005-09-19
Publication date: 2007-03-29
Also published as: EP1926968A1; CN101283234A; JP2009509131A; US20080204765A1; ES2304909T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Profils eines Festkörpers (1) , wobei mindestens ein von einer Lasereinrichtung (2) erzeugter, zu mindestens einem linienförmigen Lichtband (3) aufgeweiteter Lichtstrahl auf die bewegte Oberfläche des Festkörpers (1) projiziert wird und das von der Oberfläche des Festkörpers (1) reflektierte Licht in einer Abbildungseinrichtung (5) , deren optische Achse in einem festen Triangulationswinkel zur Projektionsrichtung der Lasereinrichtung (2) steht und die in einem festen Basisabstand zur Lasereinrichtung (2) angeordnet ist, fokussiert und mittels eines flächenförmigen Lichtaufnahmeelementes (6) erfasst wird, wonach aus von dem Lichtaufnahmeelement (6) abgegebenen Signalen, in Abhängigkeit von dem Triangulationswinkel und dem Basisabstand in einer Datenverarbeitungseinrichtung durch trigonometrische Beziehungen und unter Verknüpfung mit entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Festkörpers (1) bestimmten Korrekturwerten die Messwerte des Profils gewonnen und als Profilogramm gespeichert werden. Es wird vorgeschlagen, zu einem Anfangszeitpunkt eine Ermittlung von Anfangsbedingungen des Festkörpers (1) , vorzunehmen und danach aus den Anfangsbedingeungen einen Erfassungszeitpunkt zu bestimmen.

Description

Gutehoffnungshütte Radsatz GmbH, Gartenstraße 40, D-46145 Oberhausen

„Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Profils eines Festkörpers"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Profils eines, insbesondere bewegten, Festkörpers, wobei ein zu einem linienförmigen Lichtband aufgeweiteter Laserstrahl aus einer Lasereinrichtung auf einen Bereich der Oberfläche des Festkörpers projiziert wird und das von dort reflektierte Licht in einer Abbildungseinrichtung, deren optische Achse in einem festen Triangulationswinkel zur Projektionsrichtung der Lasereinrichtung steht und die in einem festen Basisabstand zur Lasereinrichtung angeordnet ist, fokussiert und insbesondere mit einer gegenüber einer Bewegungsgeschwindigkeit des Festkörpers hohen Frequenz, mittels eines flächenförmigen Lichtaufnahmeelementes erfasst wird, wonach aus von dem Lichtaufnahmeelement abgegebenen Signalen, in Abhängigkeit von dem Triangulationswinkel und dem Basisabstand in einer Datenverarbeitungseinrichtung durch trigonometrische Beziehungen die Messwerte des Profils gewonnen und als Profilogramm gespeichert werden.

Eine Profilerfassung an Festkörpern, d. h. die Gewinnung von Profilogrammen der Oberfläche, kann bekanntermaßen mittels taktiler Verfahren oder auch berührungslos durchgeführt werden. So sind aus der Monographie von Bernd Breuckmann "Bildverarbeitung und optische Meßtechnik", München: Franzis¹, 1993, Kapitel 6 zur statischen Erfassung von Festkörperprofilen verschiedene optische Verfahren der letzteren Art unter dem Begriff "Topometrische 3D-Meßtechnik" beschrieben.

Eine Erweiterung der Laser-Triangulation stellt ein bekanntes, ebenfalls in der genannten Monographie beschriebenes Verfahren dar, bei dem der Laser-Lichtstrahl zu einem linienförmigen Lichtband, einem sogenannten Lichtschnitt, aufgeweitet wird. In der DE 103 13 191 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, gemäß dem - insbesondere zum Zweck der Verschleißbestimmung an Schienenfahrzeugrädern - derartige Lichtschnitte zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Profils eines, insbesondere bewegten, Festkörpers eingesetzt werden. Zur Erfassung des reflektierten Lichtes kann dabei ein flächenförmiger Detektor eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Videokamera.

Dabei tritt in der Praxis jedoch das Problem auf, dass durch die Bewegung der zu vermessenden Oberfläche und eine gegebenenfalls vorhandene Krümmung Verzerrungen verursacht werden, denen durch eine Messwertkorrektur entgegengewirkt werden muß, da anderenfalls keine der Realität entsprechenden Messwerte gewonnen werden können.

Hierbei spielt auch der Erfassungszeitpunkt der Messwerte eine wesentliche Rolle, weil eine falsche Wahl dieses Zeitpunktes Messwerte liefert, die auch nach einer Korrektur nicht mehr zugänglich sind. So ist gemäß der DE 103 13 191 A1 eine spezielle Art und Weise der Bestimmung dieses Erfassungszeitpunktes vorgesehen. Das Profilogramm eines rollenden Festkörpers wird aus drei von den beiden Deckflächen und auf der Mantelfläche gleichzeitig bestimmten Teilprofilogrammen gewonnen, wobei der Erfassungszeitpunkt der einzelnen Teilprofilogramme derart gewählt wird, dass ein zu diesem Erfassungszeitpunkt ermittelter Messwert aus mindestens drei auf einem Kreisbogen mit einem Radius in einer der Deckflächen liegenden, jeweils zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und unidirektional aus der jeweiligen Länge des linienför- migen Lichtbandes bestimmten Messwerten, die jeweils der halben Länge einer Sehne durch den Kreisbogen entsprechen, ein Maximum annimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berührungsloses Verfahren zur dynamischen Erfassung des Profils eines Festkörpers der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das kurze Messzeiten gestattet und unter rauhen Betriebsbedingungen eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet, sich aber gleichzeitig durch eine vereinfachte Bestimmung eines optimalen Erfassungszeitpunktes der Messwerte und eine erhöhte Leistungsfähigkeit auszeichnet. Erfindungsgemäß wird dies durch ein solches Verfahren erreicht, bei dem zu einem Anfangszeitpunkt eine Ermittlung von Anfangsbedingungen des Festkörpers, insbesondere eines Abstandes zur Lasereinrichtung, einer zeitlichen Veränderung dieses Abstandes und/oder einer Lichtintensitätsverteilung, erfolgt und danach aus den Anfangsbedingungen ein Erfassungszeitpunkt bestimmt wird, für den von dem Lichtaufnahmeelement abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte des Profils ausgewählt werden.

Erfindungsgemäß wird so eine Beschleunigung der Messwerterfassung erreicht, weil durch die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes aus den Anfangsbedingungen nicht mehr - wie bekannt - drei grundlegende Schritte, nämlich Aufnahme von drei Messwertsätzen, Vergleich der Messwerte, Auswahl des Maximalwertes, notwendig sind, sondern nur noch zwei Schritte, nämlich die Erfassung der Anfangsbedingungen, wobei nur ein einziger Messwertsatz aufgenommen zu werden braucht, und die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes.

Gerätetechnisch ist damit der Vorteil einer möglichen Reduzierung des apparativen Aufwandes verbunden, weil bei einer translatorischen Bewegungsgeschwindigkeit des Festkörpers von weniger als 3,5 m/s keine Hochgeschwindigkeitskamera eingesetzt werden muß, oder aber bei einem Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera eine Messung bei einer sehr hohen translatorischen Bewegungsgeschwindigkeit des Festkörpers erfolgen kann. So wird es erfindungsgemäß möglich, eine Profilbestimmung an Schienenfahrzeugrädern eines mit Höchstgeschwindigkeit fahrenden ICE vorzunehmen. Außerdem ist für eine genaue Messung bereits nur ein aufgeweitetes Lichtband ausreichend, so dass sich neben dem verringerten gerätetechnischen Aufwand auch die Zeit zur Einrichtung und Kalibrierung der Messvorrichtung wesentlich verringert.

Die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes aus den Anfangsbedingungen kann dabei insbesondere mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) vorgenommen werden, der in die vorhandene Datenverarbeitungseinrichtung integriert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten. Anhand eines durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 in einer schematisierten Seitenansicht, eine Darstellung des grundlegenden Prinzips für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 2 in einer schematisierten perspektivischen Ansicht, eine weitere prinzipielle Darstellung zur Veranschaulichung der Grundlagen für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 3 einen Programmablaufplan zur Anwendung des erfindungsgemäßen

Verfahrens,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Verschleißprüfstandes für Räder eines Schienenfahrzeugs, wie Eisenbahnräder, wobei das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.

Wie zunächst Fig. 1 hinsichtlich des Messobjektes, eines mit der Geschwindigkeit v bewegten Festkörpers 1 , in zweidimensionaler Darstellung zeigt, wird entsprechend dem dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Prinzip ein von einer Lasereinrichtung 2 ausgehender Lichtstrahl mittels einer nicht dargestellten Optik so fokussiert, dass in einem Messbereich Dz, der sich aus der Differenz eines maximal messbaren Wertes z_max und eines minimal messbaren Wertes z_min der Tiefe bzw. der Profilhöhe z ergibt, die Breite b des Strahls in einem vorgegebenen Bereich liegt. Der Lichtstrahl ist dabei zu einem Lichtband 3 aufgeweitet, wie dies in dreidimensionaler Darstellung Fig. 2 zeigt.

Am Auftreffort z_A des Lichtbandes auf die Oberfläche des Festkörpers 1 bildet sich durch diffuse Lichtstreuung (Reflektiertes Licht RL) ein Messfleck, der auch aus Richtungen wahrgenommen werden kann, die von der durch die optische Achse 0-0 der Lasereinrichtung 2 bestimmten Einfallsrichtung abweichen.

Wird nun der Messfleck unter dem Triangulationswinkel φ von einer entsprechenden fokussierenden Linse 4 einer Abbildungseinrichtung 5 auf ein flächenförmiges Lichtaufnahmeelement 6 abgebildet, so stellt sich je nach der Entfernung des Auftreffortes z_A zwischen einem Minimalwert x_mi_n und einem Maximalwert x_maχ eine Lage X_A des Bildflecks auf dem Lichtaufnahmeelement 6 ein.

Die Geometrie des Aufbaus der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Einrichtung wird dabei neben dem fest eingestellten Triangulationswinkel φ durch einen festen Basisabstand B der optischen Achse A-A der fokussierenden Optik 4 der Abbildungseinrichtung 5 zur Position der Lasereinrichtung 2 - festgelegt durch deren optische Achse O-O - bestimmt. Der Basisabstand B kann dabei im Bereich von 30 mm bis 450 mm, insbesondere im Bereich von 60 mm bis 270 mm, liegen.

Unter Anwendung trigonometrischer Beziehungen kann aus der gemessenen Bildfleckposition x_A die Entfernung des Auftreffortes z_A, d.h. der Abstand der Oberfläche des Festkörper 1 von der Lasereinrichtung 2 gemäß der Gleichung

ZA = H / (1 - B / X_A) (1)

bestimmt werden, wobei H ein Abstand der fokussierenden Linse 4 der Abbildungseinrichtung 5 zu deren Lichtaufnahmeelement 6 ist, wie dies Fig. 1 veranschaulicht.

Die relative Messgenauigkeit dz_A / z_A ergibt sich dabei zu

dz_A/ zA = 1 / (1 - XA / B) ^* dx_A / xA (2),

wobei die relative Auflösung dxA / X_A der Bildfleckposition von der Geschwindigkeit v des Festkörpers in Relation zu einer Frequenz f, mit der das reflektierte Licht RL vom Bildaufnahmeelement 6 aufgenommen wird, sowie vom Signalrauschen und der Art des Lichtaufnahmeelementes 6 abhängt. Die Größe dz_A in Gleichung (2) stellt dabei einen Absolutwert der Messgenauigkeit dar. Zur Erhöhung der Auflösung können die endgültigen Messwerte z_B des Profils (in Fig. 1 und 2 mit P bezeichnet) unter Verknüpfung der Werte z_A mit entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit v des Festkörpers 1 bestimmten Korrekturwerten Kv gewonnen werden, bei denen es sich insbesondere um vektorielle, der Bewegungsgeschwindigkeit v proportionale Faktoren und/oder Summanden handelt. Dabei erfolgt zur Bestimmung der entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit v ermittelten Korrekturwerte Kv eine korrelative Verknüpfung der Bewegungsgeschwindigkeit v mit der Frequenz f der Erfassung des reflektierten Lichtes RL.

Durch eine Veränderung der vorstehend beschriebenen Geometrie, insbesondere des Basisabstands B, des Triangulationswinkels φ und/oder eines mittleren Arbeitsabstands (in Fig. 1 durch die Länge L veranschaulicht) der Abbildungseinrichtung 5 bzw. der Lasereinrichtung 2 von dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers 1 , auf die das Lichtband 3 projiziert wird, kann vorteilhafterweise der Messbereich Dz und damit zusammenhängend die Messgenauigkeit dz_A / z_A einfach durch die passende Wahl der geometrischen Größen des Aufbaus frei eingestellt werden. Die einzelnen Einrichtungen brauchen dabei nicht notwendigerweise, wie in Fig. 1 dargestellt, durch ein gemeinsames Gehäuse 7 umfasst sein. Eine Vergrößerung des Messbereichs Dz bewirkt dabei eine Verringerung der Messgenauigkeit und umgekehrt. Der mittlere Arbeitsabstand L kann dabei im Bereich von 20 mm bis 650 mm, insbesondere im Bereich von 150 mm bis 350 mm, liegen.

Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, in der dargestellten Ausführung als Lichtaufnahmeelement 6 eine Hochgeschwindigkeitskamera einzusetzen, sondern für Bewegungsgeschwindigkeiten von bis zu etwa 4 m/s genügt eine Kamera mit einer Bildaufnahmefrequenz von sehr viel weniger als etwa 60 Bildern/s. Da die Auflösung von der Größe des Messbereiches, also vom Messbereich Dz, abhängig ist, bedeutet dies für die Dimensionierung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Anzahl der erfassenden Kameraköpfe unmittelbar von der erforderlichen oder gewählten Auflösung abhängig ist.

Zur Aufnahme der Topographie eines dreidimensionalen Festkörpers 1 wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das bislang nur zweidimensional betrachtete System in drei Dimensionen betrachtet. Das heißt, es wird mit einem zu einem Lichtband 3 aufgeweiteten Laserstrahl gearbeitet. Man spricht von einem Lichtschnittverfahren. Nachdem das reflektierte Licht RL von dem flächenförmigen Lichtaufnahmeelement 6 erfasst wurde und aus von dem Lichtaufnahmeelement 6 abgegebenen Signalen unter Berücksichtigung des Triangulationswinkels φ und des Basisabstands B in einer nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung, wie einem PC, die Messwerte des Profils P bestimmt und in der Datenverarbeitungsanlage als Profilogramm PG gespeichert werden. Stellvertretend für ein solches Profilogramm PG steht in der schematisierten Darstellung von Fig. 2 der entsprechend bezeichnete Linienzug auf dem Lichtaufnahmeelement 6.

Als auf die Oberfläche des Festkörpers 1 Lichtbänder 3 projizierende Lasereinrichtung 2 kann ein handelsüblicher Linienlaser, beispielsweise mit der Bezeichnung L200 mit einer Linienlänge LB (Fig. 2) von 300 mm und einer Linienbreite b (Fig. 1) von 1 ,5 mm, eingesetzt werden.

Der in Fig. 3 dargestellte Programmablaufplan zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere auf die berührungslose Erfassung des Profils von Rädern eines Schienenfahrzeugs, wie Eisenbahnrädern, zugeschnitten. Ein solches Rad ist - mit dem Bezugszeichen 1a versehen - an einem Schienenfahrzeug 10 in Fig. 4 exemplarisch dargestellt.

Der Programmablaufplan umfasst insbesondere eine Aufnahmeschleife 100 zur dynamischen Erfassung des Profils P des Festkörpers 1 bzw. 1a, die nach einer Anforderung 90 von einem Server nach den Systemstart-Vorgängen in Gang gesetzt wird, die in Fig. 3 durch den mit dem Bezugszeichen 95 gekennzeichneten Kasten symbolisiert sind und die die Ansteuerung einer Ampel für das Schienenfahrzeug 10, die Aktivierung eines Triggers zur Bildauslösung in dem Lichtaufnahmeelement 6 sowie ein Einschalten der Lasereinrichtung 2 umfassen.

In der Aufnahmeschleife 100 wird dabei durch einen Laserdistanzsensor 101 , bei dem es sich insbesondere um das Lichtaufnahmeelement 6 handelt, nach einer Signal- konditionierung 102 insbesondere ein Abstandssignal 103 bereitgestellt, d. h. es erfolgt zu einem Anfangszeitpunkt to eine Ermittlung von Anfangsbedingungen des Festkör pers 1 , 1a, wie des Abstandes zur Lasereinrichtung 2, einer Lichtintensitätsverteilung und gegebenenfalls einer zeitlichen Veränderung dieses Abstandes als erste und - bei beschleunigter Bewegung - auch zweite Ableitung des Weges nach der Zeit.

In dem Verfahrensschritt "Signalauswertung" 104 erfolgt dann aus den Anfangsbedingungen - insbesondere aus dem Abstandssignal 103 - die Bestimmung eines Erfassungszeitpunktes tfi_ash, für den aus dem Lichtaufnahmeelement 6 abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte z_B des Profils P ausgewählt werden. Im Detail bedeutet dies, dass ein Auslöseimpuls 105 an das Lichtaufnahmeelement 6, z.B. an eine Kamera, abgegeben wird, wodurch zum Erfassungszeitpunkt tfi_aSh eine Bildauslösung 106 erfolgt. Der aus den Anfangsbedingungen bestimmte Erfassungszeitpunkt tfl_aSh sollte dabei mit dem Kriterium möglichst größter Zeitnähe zu dem Anfangszeitpunkt to ermittelt werden, da sich für diesen Fall die zum Anfangszeitpunkt to und zum Erfassungszeitpunkt tfi_ash vorliegenden Signale in für die Signalauswertung vorteilhafter Weise nur wenig unterscheiden.

Die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes tfi_aSh aus den Anfangsbedingungen (Abstandssignal 103) kann dabei insbesondere mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) vorgenommen werden, der vorzugsweise in eine vorhandene Datenverarbeitungseinrichtung integriert werden kann. Dies bedingt unter Umständen die Vorschaltung eines Analog-Digital-Wandlers, falls der Laserdistanzsensor 101 ein digitales Signal nicht liefert.

Ein digitaler Signalprozessors (DSP) ist wegen seiner genauen Voraussagbarkeit und äußerst kurzen notwendigen Zeit zur Ausführung der gewünschten Operationen insbesondere für eine Real-Time-, d. h. kontinuierliche, Verarbeitung der Signale prädestiniert. Seine Verwendung für die Signalauswertung 104 gestattet es vorteilhafterweise, die in Form von digitalen Signalen vorliegenden Daten sowohl hinsichtlich einer Datenmanipulation, wie Datenbewegung, Speicherung und/oder Wertprüfung, als auch hinsichtlich mathematischer Berechnungen, wie Additionen und Multiplikationen optimal zu verarbeiten. So können, was die mathematischen Berechnungen betrifft, bei der Signalauswertung 104 Filterungen, Faltungen sowie Fourier-, Laplace- und/oder z- Transfomationen im Millisekundenbereich vorgenommen werden. Was die Datenmanipulation betrifft, so ist mittels eines DSP vor einer Datenspeicherung oder - fernübertragung - ebenso im Millisekundenbereich - eine hocheffiziente Datenkompression möglich.

Unter Einsatz eines DSP ist auch möglich, die zeitliche Veränderung des Abstandes des Festkörpers 1 , 1a zur Lasereinrichtung 2, d. h. beispielsweise die Geschwindigkeit von einzelnen für die dynamische Profilerfassung besonders relevanten Teilbereichen des Festkörpers 1 , 1a, die bevorzugt für die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes tfi_ash herangezogen werden kann, aus den Anfangsbedingungen zu ermitteln, falls diese Geschwindigkeit nicht als zu den Anfangsbedingungen gehörig durch direkte Bestimmung erfasst oder fest vorgegeben bzw. eingestellt ist.

Im Sinne einer schnellen Signalverarbeitung - und damit Zeitnähe zwischen Anfangszeitpunkt to und zum Erfassungszeitpunkt tfl_aSh - ist es günstig, wenn zur Ermittlung der Anfangsbedingungen des Festkörpers 1 , 1a zum Anfangszeitpunkt to die vom Lichtaufnahmeelement 6 abgegebenen Signale zur Gewinnung eines Musters, insbesondere einer binär codierten Maske, eingesetzt werden und der Erfassungszeitpunkt tfi_ash vorzugsweise mit dem Kriterium des Vorhandenseins, d. h. einer Wiedererkennung, dieses Musters festgelegt wird.

Zur Gewinnung und Wiedererkennung des Musters kann dabei mit Vorteil eine zum Anfangszeitpunkt to und/oder zum Erfassungszeitpunkt tfi_aSh auf dem Festkörper 1 , 1a vorliegende Lichtintensitätsverteilung, insbesondere in Form einer Transparenzverteilung, in einem Histogramm erfasst und, vorzugsweise unter Verwendung einer Look- up-Tabelle (LUT), einer Bildtransformation, insbesondere einer Schwellenwertoperation, wie einer, vorzugsweise mittels Laplace-Umformung vorgenommenen Hochpassfilterung, unterzogen werden. Unter Look-up-Tabelle (LUT) wird dabei - wie in der Bildverarbeitung üblich - eine assoziativ verbundene Struktur von Index-Nummern eines Feldes mit Ausgabewerten verstanden. Eine bekannte LUT ist beispielsweise die sogenannte Colormap oder Palette. Mit ihr werden einer begrenzten Anzahl Farbindizes - üblicherweise 256 - Färb- und Intensitätswerte zugeordnet. Im Rahmen der Erfindung können insbesondere erfasste und/oder dann transformierte Look-up-Tabellen dynamisch an die Anfangsbedingungen zum entsprechenden Zeitpunkt to angepasst werden. Eine derartige Signalverarbeitung wird somit in optimaler Weise zufällig wechselnden oder regelmäßig vorhandenen Umweltbedingungen, wie z. B. der Veränderung von Beleuchtungsverhältnissen durch Hallenlicht, Sonnenstand oder jahreszeitlichen Einflüssen, wie Schnee, bei Outdoor-Erfassungen, gerecht.

Zur Gewinnung und Wiedererkennung des Musters, insbesondere der binär codierten Maske, kann insbesondere ein Alphakanal, vorzugsweise ein binärer Alphakanal, eingesetzt werden. Unter Alphakanal (α-Kanal) ist dabei ein - in digitalen Bildern bei Bildaufnahme und Verarbeitung - zu den üblicherweise verwendeten drei Farbkanälen zusätzlich vorhandener Kanal zu verstehen, der über die in einem Farbraum codierten Farbinformationen hinaus auch die Transparenz („Durchsichtigkeit") der einzelnen Bildpunkte speichert. Hierzu kann beispielsweise ein Byte pro Bildpunkt bereitgestellt werden, womit sich - wie erwähnt - 2⁸ = 256 mögliche Abstufungen für die Lichtintensität ergeben. Ein binärer Alphakanal ist ein minimalisierter Alphakanal, der auf der Verwendung von nur einem Bit zur Codierung der Transparenz beruht und daher nur angeben kann, ob ein Bildpunkt entweder vollständig transparent (schwarz) oder vollständig opak (weiß) ist.

Bei und neben der bzw. in Ergänzung oder alternativ zu der vorstehend exemplarisch beschriebenen Vorgehensweise können zur Extraktion und Wiedererkennung eines Erkennungsmusters auch andere der üblicherweise unter dem Namen „Intelligente Bildverarbeitung" subsumierten Methoden, insbesondere Filteroperationen, wie das sogenannte Schärfen eines Bildes oder die Erzeugung eines Chromeffektes, eingesetzt werden.

Wenn zum Erfassungszeitpunkt tfi_aSh die Bildauslösung 106 erfolgt, wird insbesondere eine Bildmatrix 107 - insbesondere als erstes vollständiges Bild nach dem Trigger- Auslöseimpuls 105 - erfasst und das erfasste Bild einer Speicherung 108 zugeführt. Gleichzeitig erfolgt dabei die Zurücksetzung 109 eines Timers. Die beschriebenen Vorgänge laufen, wie durch die Aufnahmeschleife 100 veranschaulicht wird, wiederholt ab.

Als Abbruchkriterien für die Prozesse in der Aufnahmeschleife 100 dienen die durch die mit den Bezugszeichen 110 und 111 bezeichneten Kästen veranschaulichten Bedingungsüberprüfungen. Es wird dabei einerseits überprüft (Kasten 110), ob der Timer bereits mehr 10 s läuft, und andererseits, ob alle Achsen des Schienenfahrzeugs 10 aufgenommen sind (Kasten 111). Trifft eine dieser Bedingungen zu, wird die Bildaufnahme gestoppt (Kasten 112). Die Frage, ob der Timer bereits mehr 10 s läuft, zielt dabei darauf ab, festzustellen, ob der Festkörper 1 bzw. 1a eventuell zu einem Stillstand gekommen ist. Nach dem Stoppen 112 der Bildaufnahme können die gespeicherten Bilddaten 108 an den Server gesendet werden (Kasten 113). Gleichzeitig können die Systemstopp-Vorgänge "Trigger ausschalten", "Lasereinrichtung 2 ausschalten" und "Ampelansteuerung für das Schienenfahrzeug 10" erfolgen, die durch den mit dem Bezugszeichen 195 gekennzeichneten Kasten symbolisiert sind.

Fig. 4 zeigt eine typische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar zur Verschleißbestimmung. Die Darstellung gibt eine perspektivische Ansicht eines Verschleißprüfstandes 8 wieder, der für auf Schienen 9 rollende, mit einer translatorischen Geschwindigkeit v und einer Winkelgeschwindigkeit ω vorbei bewegte, Räder 1a als zu vermessende Festkörper 1 , konzipiert ist. Zur Realisierung der in dem Programmablauf nach Fig. 3 dargestellten Vorgänge, insbesondere der Aufnahmeschleife 100 kann dabei in den Prüfstand 8 die entsprechende Hardware inkorporiert sein, wodurch vorteilhafterweise eine Client-Server-Schaltung realisiert werden kann, bei der sich der Client am Gleis 9 und der Server an einem räumlich entfernten Standort befindet.

Aus der zeichnerischen Darstellung in Fig. 4 ist ersichtlich, dass es bei diesem Verschleißprüfstand 8 vorgesehen ist, zwei Profilogramme PG als Teilprofilogramme von auf der Oberfläche des Festkörpers 1 liegenden Bereichen zu erfassen. Dazu werden zwei Lichtbänder 3a, 3b projiziert und mittels den diesen zugeordneten Abbildungseinrichtungen 5 die jeweiligen Profile P erfindungsgemäß bestimmt.

Es muß allerdings hervorgehoben werden, dass - wie bereits erwähnt - für eine genaue Messung bereits nur ein aufgeweitetes Lichtband - beispielsweise das mit dem Bezugszeichen 3a bezeichnete Lichtband, oder auch das Lichtband 3b - ausreichend ist.

Das Rad 1a des Schienenfahrzeugs 10 stellt einen rotationssymmetrischen, in der Grundgestalt im wesentlichen zylindrischen bzw. ringförmigen Festkörper 1 , dar, wobei die Bereiche, auf die die Lichtbänder 3a, 3b projiziert werden, auf den beiden Deckflächen Di, D₂ und auf der Mantelfläche M des Zylinders bzw. des Ringes liegen.

Das jeweilige Lichtband 3a, 3b kann dabei unter Einsatz einer Zylinderoptik derart aufgeweitet sein, dass - wie dargestellt - bei entsprechender Positionierung - Abstand B - der Lasereinrichtung 2 jeweils mehr als nur eine der verschiedenen Seiten D-i, D₂, M der Oberfläche des Festkörpers 1 durch ein Lichtband 3a, 3b bestrahlt wird.

So bestrahlt das Lichtband 3a im dargestellten Fall insbesondere die vordere Deckfläche Di und die Mantelfläche M des Rades 1a und das Lichtband 3b insbesondere die hintere Deckfläche D₂ und die Mantelfläche M des Rades 1a. Durch eine hohe Bildauflösung, z. B. Pixeldichte, im Lichtaufnahmeelement 6 wird dabei der starken Strahlaufweitung im Sinne der oben angegebenen Gleichung (2) Rechnung getragen und damit die erforderliche Messgenauigkeit auch bei einem großen Divergenzwinkel des Lichtbandes 3a, 3b, z. B. einem Divergenzwinkel δ von mehr als 45°, vorzugsweise von mehr als 60°, für das jeweils ermittelte Profil P gewährleistet.

Die Vorteilhaftigkeit des Einsatzes zweier Lichtbänder 3a, 3b besteht dabei in Folgendem: Dadurch, dass erfindungsgemäß zu einem Anfangszeitpunkt to eine Ermittlung der Anfangsbedingungen 103 des Festkörpers 1 , 1a erfolgt und danach aus den Anfangsbedingungen 103 der Erfassungszeitpunkt tfl_aSh bestimmt wird, für den die aus dem Lichtaufnahmeelement 6 abgegebenen Signale zur Gewinnung der Messwerte z_B des Profils P ausgewählt werden, besteht die Möglichkeit, die Lichtbänder 3a, 3b durch die Lasereinrichtung(en) 2 - gleichzeitig oder auch zeitversetzt - auf ein und denselben Messort in Bezug auf eine Position auf der Mantelfläche M zu projizieren. Dies wiederum ermöglicht es, dass Bereiche der verschiedenen Seiten D-i, D₂, M der Oberfläche des Festkörpers 1 , die durch Abschattung infolge einer vorzugsweise seitlichen Einstrahlung der Lichtbänder 3a, 3b wegen einer Abschattung durch ein Lichtband 3a, 3b nicht erfasst werden, bei entsprechender Positionierung der Lasereinrichtungen 2 relativ zueinander einer Erfassung durch das jeweils andere Lichtband 3b, 3a zugänglich sind. Die derart ermittelten Teilprofilogramme PG können dann in der Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert und daraus durch Überlagerung ein Gesamtprofilo- gramm gewonnen werden. Wie Fig. 4 zeigt, brauchen die beiden Lichtbänder 3a, 3b für die Ermittlung des Ge- samtprofilogramm nicht in einer Projektionsebene zu liegen. Es ist auch nicht notwendig, dass die Lichtbänder 3a, 3b parallel zur Achse des Rades 1a verlaufen. Eine entsprechende Abweichung von der Achsparallelität, wie der dargestellte sekantenartige Verlauf der Lichtbänder 3a, 3b in Bezug auf die Deckflächen D-i, D₂ des Rades 1a, kann dadurch ausgeglichen werden, dass die Messwerte z_B des Profils P unter Verknüpfung mit entsprechend dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers 1 , 1a bestimmten Korrekturwerten Ko gewonnen werden. Bei diesen Korrekturwerten Ko kann es sich insbesondere um entsprechend dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers 1 , 1a bestimmte bzw. festgelegte Faktoren und/oder Summanden handeln.

Ein ermitteltes Profilogramm PG, wie die im vorstehenden Fall ermittelten Teilprofilogramme und das Gesamtprofilogramm, sowie auch gegebenenfalls ein jeweiliges Bezugsprofilogramm und/oder die jeweiligen - insbesondere Verschleißwerte repräsentierenden - Abweichungen zwischen dem ermittelten Profilogramm PG und dem Bezugsprofilogramm können mit Vorteil auf eine feste, langzeitlich unveränderliche geometrische Basisgröße, wie einen nichtverschleißenden Radkranzinnendurchmesser D_flx, bezogen werden. Der nichtverschleißende Radkranzinnendurchmesser Dflx kann einerseits als Grundlinie für die Messwerte z_B der Profilhöhe dienen, die auf der Mantelfläche M des Rades 1a ermittelt werden, andererseits ist es möglich, ihn zur Bestimmung von Korrekturwerten Ko, die entsprechend dem vom Lichtband 3 bzw. 3a, 3b beleuchteten Bereich der Oberfläche des Festkörpers 1 berücksichtigt werden, heranzuziehen.

Zur Ermittlung eines solchen Radkranzinnendurchmessers Dn_x gibt es verschiedene, an sich bekannte Möglichkeiten. So kann der Radkranzinnendurchmesser Dn_x beispielsweise aus drei Messwerten ermittelt werden, die durch berührungslose dynamische Messungen am bewegten Rad 1a in der gleichen Art, insbesondere aber uni- direktional, d.h. bei gleicher Ausrichtung der jeweiligen Lichtbänder 3a, 3b, vorgenommen werden wie die Erfassung des Profilogramms PG. Bei den Messwerten kann es sich dabei um drei auf einem Kreisbogen mit dem gesuchten Radkranzinnendurchmesser D_fj_x liegende Messwerte handeln, die als Ordinatenwerte in einem kartesischen Koordinatensystems ermittelt werden und die derart transformiert werden, dass sie jeweils die halbe Länge einer Sehne durch den Kreisbogen repräsentieren. Der nichtver schleißende Radkranzinnendurchmesser D_fi_X des rollenden Rades 1a kann dann durch Lösung eines Gleichungssystems ermittelt werden, das die jeweiligen transformierten Ordinatenwerte, die zugehörigen Abszissenwerte und den Radkranzinnendurchmesser Dflx enthält.

Vorteilhafterweise ist aber auch möglich, als langzeitlich unveränderliche geometrische Basisgröße einen nichtverschleißenden Radkranzinnendurchmesser D_fi_X zu verwenden, der - soweit vorhanden - aus einer technischen Zeichnung des Festkörpers 1 oder aus einer früheren, z. B. gespeicherten, Messung stammt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise die Erfassung eines Profils P in einer außerodentlich kurzen Bestimmungszeit. So kann mit Hilfe der beidseitig der Schienen 9, auf denen das Schienenfahrzeug 10 vorbeirollt, angeordneten Lasereinrichtungen 2 und Abbildungseinrichtungen 5 beispielsweise für fünf Drehgestelle, d.h. zehn Radsätze, im Echtzeit-Betrieb jeweils ein dreidimensionales Profilo- gramm erstellt werden, das unmittelbar einer Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. Für ein ermitteltes Profilogramm PG kann dabei eine Auflösung dz_A von weniger als 2,0 mm, insbesondere eine Auflösung von weniger als 0,2 mm, erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, insbesondere nicht auf den Einsatz eines DSP zur Signalauswertung 104 bzw. -Verarbeitung, beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel und Maßnahmen. Des weiteren kann der Fachmann die Erfindung durch zusätzliche vorteilhafte Maßnahmen - beispielsweise die Anbindung von Bearbeitungsprozessen für den Festkörper 1 , die sich auf die ermittelten Profilogramme PG stützen - ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Mit Bezug auf Fig. 4, der in etwa die Größenverhältnisse des vorstehend genannten Prüfstandes 8 in Relation zu einem Schienenfahrzeugrad 1a zu entnehmen sind, ist festzustellen, dass ein Prüfstand 8, der für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens konzipiert ist, eine sehr viel kleinere und kompaktere Baugröße als die dargestellte - beispielsweise etwa die doppelte Größe eines Schuhkartons - aufweisen kann. Daher kann in den meisten Fällen vorteilhafterweise bei der Implementierung des Prüfstands 8 in eine Gleisanlage auf aufwändige Betonarbeiten verzichtet werden. Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Bezugszeichen

1 Festkörper

1a Rad

2 Lasereinrichtung

3, 3a, 3b Lichtbänder aus 2

4 Linse von 5

5 Abbildungseinrichtung

6 Lichtaufnahmeelement

7 Gehäuse

8 Verschleißprüfstand

9 Schiene

10 Schienenfahrzeug

90 Anforderung vom Server

95 Systemstart

100 Aufnahmeschleife

101 Laserdistanzsensor

102 Signalkonditionierung

103 Abstandssignal

104 Signalauswertung

105 Auslöseimpuls (Trigger)

106 Bildauslösung

107 Bildmatrix

108 Bildspeicherung

109 Timer-Zurücksetzung

110, 111 Prüfung von Abbruchbedingungen für 100

112 Bildaufnahmestopp

113 Datensendung an Server 195 Systemstopp

A-A optische Achse von 6

B Basisabstand b Breite von 3, 3a, 3b

Dflx Radkranzinnendurchmesser

Dz Messbereich von z dz_A Auflösung von z_A

Di₁ D₂ Deckfläche von 1 , 1a

H Abstand 4/6 (Fig. 1)

L Arbeitsabstand

LB Linienlänge von 3, 3a, 3b

M Mantelfläche von 1 , 1a

0-0 optische Achse von 2

P Profil

PG Profilogramm

RL reflektiertes Licht

V translatorische Geschwindigkeit von 1 , 1a

X Längenkoordinate

XA Bildflecklage von RL auf 6

Xmax Maximalwert von x

Xmin Minimalwert von x

ZA Messwert, Auftreffort von 3, 3a, 3b

ZB korrigierter Messwert aus z_A

Zmax Maximalwert von z

Zmin Minimalwert von z

φ Triangulationswinkel δ Diverαenzwinkel von 3. 3a. 3b

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Profils (P) eines, insbesondere bewegten, Festkörpers (1, 1a), wobei ein zu einem linienförmigen Lichtband (3, 3a, 3b, 3c, 3c1, 3c2, 3c3) aufgeweiteter Laserstrahl aus einer Lasereinrichtung (2) auf einen Bereich der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) projiziert wird und das von dort reflektierte Licht (RL) in einer Abbildungseinrichtung (5), deren optische Achse (A-A) in einem festen Triangulationswinkel (φ) zur Projektionsrichtung (O-O) der Lasereinrichtung (2) steht und die in einem festen Basisabstand (B) zur Lasereinrichtung (2) angeordnet ist, fokussiert und mittels eines flächenförmigen Lichtaufnahmeelementes (6) erfasst wird, wonach aus von dem Lichtaufnahmeelement (6) abgegebenen Signalen, in Abhängigkeit von dem Triangulationswinkel (φ) und dem Basisabstand (B) in einer Datenverarbeitungseinrichtung durch trigonometrische Beziehungen die Messwerte (z_B) des Profils (P) gewonnen und als Profilogramm (PG) gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Anfangszeitpunkt (to) eine Ermittlung von Anfangsbedingungen des Festkörpers (1, 1a), insbesondere eines Abstandes zur Lasereinrichtung (2), einer zeitlichen Veränderung dieses Abstandes und/oder einer Lichtintensitätsverteilung, erfolgt und danach aus den Anfangsbedingungen ein Erfassungszeitpunkt (tfl_aSh) bestimmt wird, für den von dem Lichtaufnahmeelement (6) abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte (z_B) des Profils (P) ausgewählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Bestimmung des Erfassungszeitpunktes (tfi_aSh), für den aus dem Lichtaufnahmeelement (6) abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte (z_B) des Profils (P) ausgewählt werden, ein digitaler Signalprozessor (DSP) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Anfangsbedingungen bestimmte Erfassungszeitpunkt (tfi_aSh) mit dem Kriterium möglichst größter Zeitnähe zu dem Anfangszeitpunkt (to) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad u rch ge ke n nze ich net, dass zur Ermittlung der Anfangsbedingungen des Festkörpers (1, 1a) zum Anfangszeitpunkt (to) die vom Lichtaufnahmeelement (6) abgegebenen Signale zur Gewinnung eines Musters, insbesondere einer binär codierten Maske, eingesetzt werden und der Erfassungszeitpunkt (tfi_ash) vorzugsweise mit dem Kriterium des Vorhandenseins, d. h. einer Wiedererkennung, dieses Musters festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Gewinnung und Wiedererkennung des Musters eine zum Anfangszeitpunkt (to) und/oder zum Erfassungszeitpunkt (tfi_aSh) auf dem Festkörper (1, 1a) vorliegende Lichtintensitätsverteilung, insbesondere in Form einer Transparenzverteilung, in einem Histogramm erfasst und, vorzugsweise unter Verwendung einer Look-up-Ta- belle (LUT), einer Bildtransformation, insbesondere einer Schwellenwertoperation, wie einer, vorzugsweise mittels Laplace-Umformung vorgenommenen Hochpassfilterung, unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Gewinnung und Wiedererkennung des Musters, insbesondere der binär codierten Maske, ein Alphakanal, vorzugsweise ein binärer Alphakanal, eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Gewinnung und Wiedererkennung des Musters Methoden, insbesondere Filteroperationen, der intelligenten Bildverarbeitung, wie ein Schärfen eines Bildes oder die Erzeugung eines Chromeffektes, eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dad u rch gekennzeich net, dass der Festkörper (1 , 1a) ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper, insbesondere ein Fahrzeugrad (1a), ist und eine rollende, d. h. eine translatorische und gleichzeitig rotierende, Bewegung ausführt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (z_B) des Profils (P) unter Verknüpfung mit entsprechend dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) bestimmten Korrekturwerten (Ko) gewonnen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechend dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) bestimmten Korrekturwerte (Ko) vektorielle, in Abhängigkeit von einem nichtverschleißenden Radkranzinnendurchmesser (D_flx) des rotationssymmetrischen Körpers bestimmte, Faktoren und/oder Summanden sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Profilogramme (PG) als Teilprofilogramme unter Einsatz zweier, auf verschiedenen Seiten (D-i, D₂, M) der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) liegende Bereiche (D-i/M, D₂/M) projizierter Lichtbänder (3, 3a, 3b) bestimmt werden und daraus ein Gesamt- profilogramm (GPG) gewonnen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbänder (3, 3a, 3b), gleichzeitig oder zeitversetzt, auf ein und denselben Messort, insbesondere in Bezug auf eine Position auf einer Mantelfläche (M) des Festkörpers (1, 1a), projiziert werden, wobei für beide Lichtbänder (3, 3a, 3b) aus den Anfangsbedingungen der Erfassungszeitpunkt (tfl_aSh) bestimmt wird, für den aus dem Lichtaufnahmeelement (6) abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte (z_B) des Profils (P) ausgewählt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in der Grundgestalt im wesentlichen zylindrischen oder ringförmigen Festkörper (1, 1a), wie einem Fahrzeugrad (1a), die Bereiche, auf die die Lichtbänder (3, 3a, 3b) projiziert werden, auf den beiden Deckflächen (D-i, D₂) und auf der Mantelfläche (M) des Zylinders oder Ringes liegen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein ermitteltes Profilogramm (PG) und gegebenenfalls ein Bezugs-Profilogramm (PG) auf eine feste, langzeitlich unveränderliche geometrische Basisgröße, wie einen nichtverschleißenden Radkranzinnendurchmesser (D_fi_X), bezogen werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtaufnahmeelement (6) eine digitalisierte Signale liefernde Vorrichtung, wie eine trigger-gesteuerte CCD-Kamera, eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband (3, 3a, 3b) eine Breite (b) im Bereich von 0,3 mm bis 6,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,8 mm bis 2,2 mm, aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband (3, 3a, 3b) eine Länge (LB) im Bereich von 50 mm bis 750 mm, insbesondere im Bereich von 200 mm bis 400 mm, aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband (3, 3a, 3b) einen Divergenzwinkel (δ) aufweist, der größer als 45°, vorzugsweise größer als 60° ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dad u rch geken nze ich net, dass der Triangulationswinkel (φ) Werte im Bereich von 15° bis 40°, insbesondere im Bereich von 20° bis 30°, aufweist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f), mit der das von der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) reflektierte Licht (RL) mittels des Lichtaufnahmeelementes (6) erfasst wird, im Bereich von 25 Hz bis 100 kHz, vorzugsweise im Bereich von 1 kHz bis 10 kHz, liegt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d ad u rch g e ke n nze i ch n et , dass eine translatorische Bewegungsgeschwindigkeit (v) des Festkörpers größer als 4,0 m/s ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Arbeitsabstand (L) der Lasereinrichtung (2) und/oder der Abbildungseinrichtung (5) von dem Bereich der Oberfläche des Festkörpers (1, 1a) auf die das Lichtband (3, 3a, 3b) projiziert wird, im Bereich von 20 mm bis 650 mm, insbesondere im Bereich von 150 mm bis 350 mm, liegt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabstand (B) zwischen der Abbildungseinrichtung (5) insbesondere dem Mittelpunkt einer fokussieren- den Linse (4) der Abbildungseinrichtung (5), und der optischen Achse (O-O) der Lasereinrichtung im Bereich von 30 mm bis 450 mm, insbesondere im Bereich von 60 mm bis 270 mm, liegt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bestimmung des Erfassungszeitpunktes (tfi_aSh), für den vom Lichtaufnahmeelement (6) abgegebene Signale zur Gewinnung der Messwerte (z_B) des Profils (P) ausgewählt werden, in einer Aufnahmeschleife (100) erfolgt, zu deren Realisierung eine Hardwarekomponente in einen an einem Gleis (9) befindlichen Prüfstand (8) inkorporiert ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschleife (100) in einem Client einer Client-Server-Schaltung mit räumlich entfernten Server realisiert wird, wobei Systemstart-Vorgänge (95), wie eine Ansteuerung einer Ampel für ein Schienenfahrzeug (10), die Aktivierung eines Triggers zur Bildauslösung (106) und/oder ein Einschalten der Lasereinrichtung (2), durch Anforderung (90) vom Server in Gang gesetzt werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Gewinnung der Messwerte (Z_B) des Profils (P), insbesondere nach einem Stoppen (112) der Bildaufnahme, die Messwerte (z_B), insbesondere gespeicherte Bilddaten (108), an den Server gesendet werden (113).

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmeschleife (100) durch einen Laserdistanzsensor (101, 6) nach einer Signalkonditionierung (102) - gegebenenfalls einschließlich einer Analog-Digital-Wandlung - ein Signal (103) für die Anfangsbedingungen bereitgestellt wird, aus dem durch eine Signalauswertung (104) die Bestimmung eines Erfassungszeitpunktes (tfl_aSh) erfolgt, an dem ein Auslöseimpuls (105) an das Lichtaufnahmeelement (6) abgegeben wird, wodurch eine Bildauslösung (106) erfolgt, wobei eine Bildmatrix (107) erfasst und das erfasste Bild einer Speicherung (108) zugeführt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschleife (100) an einen Timer und/oder an eine Anzahl vorbestimmter Messungen gebundene Bedingungsüberprüfungen (110, 111) als Abbruchkriterien enthält.