WO2023117846A1 - Verfahren und vorrichtung zum vermessen eines gleises - Google Patents

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WO2023117846A1
WO2023117846A1 PCT/EP2022/086562 EP2022086562W WO2023117846A1 WO 2023117846 A1 WO2023117846 A1 WO 2023117846A1 EP 2022086562 W EP2022086562 W EP 2022086562W WO 2023117846 A1 WO2023117846 A1 WO 2023117846A1
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WO
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measuring device
measuring
wheel
track
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PCT/EP2022/086562
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Inventor
David BUCHBAUER
Original Assignee
Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H.
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Publication date
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0072—On-board train data handling
    • 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
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    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • 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
    • E01B35/06—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for measuring irregularities in longitudinal direction

Definitions

  • the invention relates to a method for non-contact detection of a position of a measuring device that can be moved on a track by means of a rail carriage in relation to at least one rail of the track, a projection of a laser beam projected onto the at least one rail being recorded by means of a camera.
  • the invention relates to a device that is set up to carry out the method.
  • Measuring devices are usually used, which are arranged on rail vehicles and can therefore be moved on the track.
  • Special track measuring vehicles have numerous measuring devices whose measurement results are combined to form an overall picture of the condition of the track. It is necessary to precisely record the position of the respective measuring device relative to at least one rail of the track in order to be able to derive an absolute or relative track position or signs of wear.
  • Corresponding measuring devices are also used to record a track width or a track width profile, with the position relative to both rails being evaluated.
  • the invention is based on the object of improving a method of the type mentioned in that the degree of automation is increased. A corresponding device must also be specified.
  • the projection is projected onto the rail and onto the inside of a wheel of the rail undercarriage, with a detected position of the measuring device with respect to the inside of the wheel being evaluated by means of an evaluation device.
  • This method uses the inside of the wheel disk as a reference basis for determining at least one position value of the measuring device.
  • a mounting angle of the measuring device can also be detected, in particular due to the known alignment of the inside of the wheel. Any rate of change of the inner surface of the wheel is extremely small and can, if necessary, also be determined during operation. This self-monitoring of the measuring system avoids erroneous detection of the position in relation to the assigned rail.
  • the position of the measuring device relative to the inside of the wheel is recorded for the automated calibration of the measuring device, with the evaluation device being used to compare a recorded distance and/or angle of the measuring device relative to the inside of the wheel with a stored value.
  • the measuring device itself determines its position in space. This is particularly useful after replacing a sensor or readjusting the measuring device.
  • the position relative to both rails of the track is detected by means of two coupled measuring devices and the track width of the track is determined therefrom.
  • the respective measuring device determines its position in relation to the assigned wheel disc.
  • a resulting offset measure serves as a basis for deriving the total track width.
  • the position of the respective measuring device relative to the inside of the assigned wheel is recorded for the automated calibration of both measuring devices, with the evaluation device being used to compare a recorded distance and/or angle of the respective measuring device relative to the assigned inside of the wheel with a stored value becomes.
  • the alignment of the wheels arranged on a common wheel axle always remains constant. Any deviations over time are negligible, which is why a permanent reference basis is available with the insides of the pair of wheels.
  • the device according to the invention for non-contact detection of a position of a measuring device relative to a rail of a track comprises the measuring device and a rail carriage that can be moved on the track and to which the measuring device is coupled, the measuring device comprising a laser device for projecting a laser beam and a camera for recording of the projection and is aligned with respect to the rail undercarriage in such a way that the laser beam can be projected both onto the rail and onto the inside of a wheel of the rail undercarriage, and an evaluation device for evaluating a detected position of the measuring device with respect to the inside of the wheel is arranged.
  • a known light section sensor laser scanner, mirror scanner
  • the arrangement of the measuring device and the evaluation device, which is set up to determine the position of the measuring device in relation to the inner surface of the wheel, is new.
  • the measuring device comprises a closed housing with at least one viewing window for the laser beam and for a detection area of the camera. This protects the sensors of the measuring device from disruptive environmental influences, in particular from moisture, dust and solar radiation.
  • At least one measuring device is arranged on a common measuring frame for each rail of the track.
  • the common measuring frame forms a rigid base for the measuring devices, so that the position of the measuring devices in relation to one another remains unchanged.
  • an inertial measurement unit (Inertial Measurement Unit, IMU) for detecting a trajectory is arranged on the measurement frame.
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the course of the rails can be recorded in addition to the position of the rails in relation to the measuring units and the track width.
  • a trajectory for each rail is derived from the trajectory recorded with the inertial measuring unit via the measurement results of the respective measuring device.
  • a further improvement provides that an automated calibration routine is set up in the evaluation device, with which a detected distance and/or angle of the respective measuring device to the assigned inner wheel surface can be compared with a stored value. This auto-calibration enables the device to be operated with sufficiently precise measurement accuracy even after interference.
  • Fig. 1 rail vehicle 2 measurement arrangement in an oblique view
  • FIG. 1 shows as device 1 a rail vehicle with a measuring platform on which four measuring devices 2 are arranged.
  • a measuring frame 4 arranged on a rail chassis 3 serves as the measuring platform.
  • a vehicle frame 5 serves as the measuring platform.
  • the rail vehicle is, for example, a track measuring vehicle that has additional measuring devices (e.g. ultrasonic measuring devices for examining the rail material, rotating lasers, etc.).
  • an inertial measuring unit 6 for detecting a trajectory 7 is arranged on the measuring frame 4 .
  • the device 1 is a hand-held measuring vehicle with a rail chassis 3 and at least one measuring device 2.
  • the measuring device 2 coupled to the rail chassis 3 is moved along a track 8.
  • the measuring device 2 serves to determine the position relative to at least one rail 9 of the track 8.
  • four measuring devices 2 are arranged on the common rigid measuring frame 4. The exact position of all measuring devices 2 relative to the rails 9 of track 8 is thus recorded.
  • the respective measuring device 2 is designed as a light section sensor and comprises a laser device 10, a camera 11 and a control device 12.
  • the laser device 10 comprises a laser source 13 and a deflection mirror 14.
  • the laser device 10 projects a fanned-out laser beam 15 a rail head inner edge 16 of the rail 9.
  • the laser source 13 is designed as a so-called line laser.
  • a special optic produces a line-shaped projection 17 instead of a point, various geometric shapes being possible.
  • linear Projection 17 makes sense, for example, as a simple line, a rectangle or a triangle.
  • the projection 17 is projected not only onto the rail 9 but also onto an inside 18 of a wheel 19 of the rail carriage 3 .
  • the section projected onto the inside of the wheel 18 is captured by the camera 11 .
  • a detection area 20 of the camera 11 is aimed both at the rail 9 and at the inside 18 of the wheel.
  • the position of the measuring device 2 with respect to the inner surface 18 of the wheel is determined in an evaluation device 21 by means of photogrammetry.
  • a combined control and evaluation device 12, 21 with a powerful microprocessor is arranged in the measuring device 2 itself.
  • the evaluation device 21 can also be set up in a separate computer unit 22 in the rail vehicle.
  • the recorded data is stored on a data carrier.
  • the data are then evaluated in a control center in an evaluation device 21 .
  • the data are preferably linked to a respective location coordinate, which is recorded, for example, by means of a GNSS system or a displacement sensor.
  • the measurement data is transmitted to a control center via an air interface and evaluated there.
  • Location data and track width data that have already been evaluated in real time can also be transmitted to a control center and used for maintenance planning.
  • the measuring device 2 can be integrated into a measuring system of a railway construction machine.
  • the measurement data can then be used directly for various maintenance measures, for example for measuring or re-measuring a track when tamping or cleaning the ballast bed.
  • Fig. 2 shows the arrangement of the laser device 10 and the camera 11 of a single measuring device 2 in relation to an associated wheel 19 of the rail chassis 3.
  • the laser source 13 projects via the deflection mirror 14 shows a projection 17 onto the inside edge 16 of the rail head and simultaneously onto the inside surface 18 of the wheel 19.
  • the section projected onto the wheel 19 is a straight line.
  • a zero point 23 and a coordinate system xyz are defined in the measuring device 2 .
  • the inner surface 18 of the wheel 19 is a plane in which the projected straight line lies.
  • a normal distance a between the zero point 23 and the inner surface 18 of the wheel 19 can be determined via this relationship in the evaluation device 21 by means of photogrammetry.
  • an angle a can be determined, which indicates the inclination of the measuring device 2 relative to the inner surface 18 .
  • the angle a includes a coordinate axis z and a normal to the inner surface 18 .
  • a measuring device 2 is assigned to each rail 9 here.
  • a distance ai, 32 from the assigned inner wheel surface 18 is determined for each measuring device 2 using the described measuring method.
  • a distance c of the measuring device 2 from one another results from the known constant inner distance b of the wheel discs 19 .
  • each measuring device 2 can be recalibrated after a sensor exchange or a fastening adjustment.
  • recalibration can be carried out at any time.
  • the track width s of the track 8 can subsequently be determined by evaluating the projections 17 onto the inside edges 16 of the rail head.
  • a method for determining the position of a light section sensor in relation to an inner edge 16 of the rail head is known, for example, from AT 520266 A1.
  • Fig. 4 shows the exemplary device 1 in a plan view.
  • Two measuring devices 2 are assigned to each rail 9 at a fixed distance d from one another.
  • Each measuring device 2 includes its own laser device 10 which projects a projection 17 onto the assigned rail 9 and onto the assigned inner surface 18 of the wheel. The position of each measuring device 2 can thus be calibrated separately.
  • All measuring devices 2 are arranged on the common measuring frame 4 .
  • This measuring frame 4 is coupled directly to the wheel axles 24 of the wheels 19 of the rail undercarriage 3 . As a result, spring deflections of the rail undercarriage 3 have no influence on the position of the measuring frame 4 relative to the rails 9.
  • the measuring frame 4 can therefore be used as a reference plane for the track measurement.
  • the track width s is measured simultaneously with this device 1 at a distance d in two places.
  • the course of the rails 9 can thus be determined from a standstill at a low forward speed without detecting the trajectory 7 .
  • the trajectory 7 recorded by means of the inertial measuring unit 6 can be transmitted to each rail 9 via the measured values recorded by means of the measuring devices 2 .
  • the rail chassis 3 loads the track 8 during a measurement run.
  • the track geometry measurement is thus carried out under realistic loads.
  • a compensation of spring deflections or movements of a car body 25 is not required.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung einer Lage einer mittels eines Schienenfahrwerks (3) auf einem Gleis (8) verfahrbaren Messeinrichtung (2) gegenüber zumindest einer Schiene (1) des Gleises (8), wobei mittels einer Kamera (11) eine Projektion (17) eines auf die zumindest eine Schiene (1) projizierten Laserstrahls (15) erfasst wird. Dabei wird die Projektion (17) auf die Schiene (9) und auf die Innenseite (18) eines Rades (19) des Schienenfahrwerks (3) projiziert, wobei eine erfasste Lage der Messeinrichtung (2) bezüglich der Radinnenseite (18) mittels einer Auswerteeinrichtung (21) ausgewertet wird. Dieses Verfahren nutzt die Innenseite (18) der Radscheibe als Referenzbasis zur Bestimmung zumindest eines Positionswertes der Messeinrichtung (2).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines Gleises
Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung einer Lage einer mittels eines Schienenfahrwerks auf einem Gleis verfahrbaren Messeinrichtung gegenüber zumindest einer Schiene des Gleises, wobei mittels einer Kamera eine Projektion eines auf die zumindest eine Schiene projizierten Laserstrahls erfasst wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.
Stand der Technik
[02] Um den Zustand eines Bahngleises beurteilen zu können, werden in regelmäßigen Abständen Messungen vorgenommen. Dabei erfasste Verschleißerscheinungen und Lageänderungen bilden die Grundlage zur Planung und Durchführung notwendiger Instandhaltungsmaßnahmen.
[03] Zum Einsatz kommen meist Messeinrichtungen, die auf Schienenfahrzeugen angeordnet und somit am Gleis verfahrbar sind. Spezielle Gleismessfahrzeuge verfügen über zahlreiche Messeinrichtungen, deren Messergebnisse zu einem Gesamtbild des Gleiszustands zusammengeführt werden. Dabei ist es erforderlich, die Lage der jeweiligen Messeinrichtung gegenüber zumindest einer Schiene des Gleises genau zu erfassen, um eine absolute oder relative Gleislage bzw. Verschleißerscheinungen ableiten zu können. Entsprechende Messeinrichtungen dienen auch zur Erfassung einer Spurweite bzw. eines Spurweitenverlaufs, wobei die Lage gegenüber beiden Schienen ausgewertet wird.
[04] Aus der AT 14280 U1 und der DE 1 165 064 B sind entsprechende Messeinrichtungen bekannt, die mit Lasertechnik, Kamerasystemen oder Ultraschall arbeiten. Eine weitere Vorrichtung zur Gleisgeometriemessung beschreibt Oberlechner G. et al.: POS/TG - Innovation auf dem Gebiet der Gleisgeometriemessung, El - Eisenbahningenieur (52) 9/2001 , Seite 6-9. Derartige berührungslose Lösungen unterliegen keinem Verschleiß. Jedoch sind die Anforderungen an Steuerungs- und Auswerteeinrichtungen hoch. Insbesondere erfordern diese Messeinrichtungen einen Kalibriervorgang, damit bei einer Neujustierung die Lage gegenüber einer Referenzbasis festgestellt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Automatisierungsgrad erhöht wird. Zudem ist eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[07] Dabei wird die Projektion auf die Schiene und auf die Innenseite eines Rades des Schienenfahrwerks projiziert, wobei eine erfasste Lage der Messeinrichtung bezüglich der Radinnenseite mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet wird. Dieses Verfahren nutzt die Innenseite der Radscheibe als Referenzbasis zur Bestimmung zumindest eines Positionswertes der Messeinrichtung. Neben einem Abstand zwischen Messeinrichtung und Rad ist insbesondere durch die bekannte Ausrichtung der Radinnenseite auch ein Montagewinkel der Messeinrichtung erfassbar. Eine etwaige Änderungsrate der Radinnenfläche ist extrem klein und kann gegebenenfalls im laufenden Betrieb mitbestimmt werden. Durch diese Selbstüberwachung des Messsystems wird eine fehlerhafte Erfassung der Lage gegenüber zugeordneten Schiene vermieden.
[08] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Lage der Messeinrichtung gegenüber der Innenseite des Rades zur automatisierten Kalibrierung der Messeinrichtung erfasst, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein erfasster Abstand und/oder Winkel der Messeinrichtung gegenüber der Radinnenseite mit einem abgespeicherten Wert abgeglichen wird. Mit diesem Autokalibriervorgang bestimmt die Messeinrichtung selbst ihre Lage im Raum. Das ist insbesondere nach einem Sensortausch oder nach einer Neujustierung der Messeinrichtung sinnvoll. [09] Vorteilhafterweise wird mittels zweier gekoppelter Messeinrichtungen die Lage gegenüber beiden Schienen des Gleises erfasst und daraus die Spurweite des Gleises ermittelt. Dabei bestimmt die jeweilige Messeinrichtung ihre Lage bezüglich der zugeordneten Radscheibe. Ein sich ergebendes Offsetmaß dient als Basis zur Ableitung der Gesamtspurweite.
[10] In einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird zur automatisierten Kalibrierung beider Messeinrichtungen die Lage der jeweiligen Messeinrichtung gegenüber der Innenseite des zugeordneten Rades erfasst, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein erfasster Abstand und/oder Winkel der jeweiligen Messeinrichtung gegenüber der zugeordneten Radinnenseite mit einem abgespeicherten Wert abgeglichen wird. Die Ausrichtung der auf einer gemeinsamen Radachse angeordneten Räder bleibt erfahrungsgemäß immer konstant. Etwaige Abweichungen über die Zeit sind vernachlässigbar gering, weshalb mit den Innenseiten des Räderpaares eine dauerhafte Referenzbasis zur Verfügung steht.
[11 ] Bei den angegebenen Autokalibrierverfahren ist es sinnvoll, wenn in vorgegebenen Zeitintervallen eine automatisierte Nachkalibrierung des erfassten Abstands und/oder Winkels durchgeführt wird. Damit ist sichergestellt, dass aus einer etwaigen Drift keine Ungenauigkeiten resultieren. Die dafür benötigte Rechenleistung bleibt gering, weil die einzelnen Kalibriervorgängen in ausreichend langen Zeitabständen erfolgen.
[12] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen einer Lage einer Messeinrichtung gegenüber einer Schiene eines Gleises umfasst die Messeinrichtung und ein auf dem Gleis verfahrbares Schienenfahrwerk, mit dem die Messeinrichtung gekoppelt ist, wobei die Messeinrichtung eine Laservorrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls sowie eine Kamera zur Erfassung der Projektion umfasst und gegenüber dem Schienenfahrwerk in der Weise ausgerichtet ist, dass der Laserstrahl sowohl auf die Schiene als auch auf die Innenseite eines Rades des Schienenfahrwerks projizierbar ist und wobei eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung einer erfassten Lage der Messeinrichtung bezüglich der Radinnenseite angeordnet ist. Als Messeinrichtung dient vorteilhalfterweise ein bekannter Lichtschnittsensor (Laserscanner, Spiegelscanner) zur optischen Vermessung einer Oberfläche. Neu ist die Anordnung der Messeinrichtung und die Auswerteeinrichtung, die zur Bestimmung der Lage der Messeinrichtung gegenüber der Radinnenfläche eingerichtet ist.
[13] In einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Messeinrichtung ein abgeschlossenes Gehäuse mit zumindest einem Sichtfenster für den Laserstrahl und für einen Erfassungsbereich der Kamera. Damit ist die Sensorik der Messeinrichtung vor störenden Einflüssen der Umgebung abgeschirmt, insbesondere gegen Feuchtigkeit, Staub und Sonneneinstrahlung.
[14] Bei einer weiteren Verbesserung ist auf einem gemeinsamen Messrahmen für jede Schiene des Gleises zumindest eine Messeinrichtung angeordnet. Der gemeinsame Messrahmen bildet eine starre Basis für die Messeinrichtungen, sodass die Lage der Messeinrichtungen zueinander unverändert bleibt.
[15] Vorteilhafterweise ist auf dem Messrahmen eine inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) zur Erfassung einer Trajektorie angeordnet. Mit dieser Erweiterung ist neben der Lage der Schienen gegenüber den Messeinheiten und der Spurweite auch der Verlauf der Schienen erfassbar. Dabei wird aus der mit der inertialen Messeinheit erfassten Trajektorie über die Messergebnisse der jeweiligen Messeinrichtung eine Trajektorie für jede Schiene abgeleitet.
[16] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass in der Auswerteeinrichtung eine automatisierte Kalibrierroutine eingerichtet ist, mit der ein erfasster Abstand und/oder Winkel der jeweiligen Messeinrichtung zur zugeordneten Radinnenfläche mit einem abgespeicherten Wert abgleichbar ist. Diese Autokalibrierung ermöglicht auch nach Störeinflüssen einen Betrieb der Vorrichtung mit ausreichend genauer Messgenauigkeit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[17] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Schienenfahrzeug Fig. 2 Messanordnung in einer Schrägansicht
Fig. 3 Messanordnung in einer Vorderansicht
Fig. 4 Messanordnung in einer Draufsicht
Beschreibung der Ausführungsformen
[18] Fig.1 zeigt als Vorrichtung 1 ein Schienenfahrzeug mit einer Messplattform, auf der vier Messeinrichtungen 2 angeordnet sind. Als Messplattform dient ein an einem Schienenfahrwerk 3 angeordneter Messrahmen 4. In einer anderen Ausprägung dient ein Fahrzeugrahmen 5 als Messplattform. Das Schienenfahrzeug ist beispielsweise ein Gleismessfahrzeug, das über weitere Messeinrichtungen (z.B. Ultraschallmesseinrichtungen zur Untersuchung des Schienenmaterials, Rotationslaser etc.) verfügt. Insbesondere ist am Messrahmen 4 eine inertiale Messeinheit 6 zur Erfassung einer Trajektorie 7 angeordnet.
[19] In einer nicht dargestellten reduzierten Ausprägung ist die Vorrichtung 1 ein Handmesswagen mit einem Schienenfahrwerk 3 und zumindest einer Messeinrichtung 2. Während eines Messvorgangs wird die mit dem Schienenfahrwerk 3 gekoppelte Messeinrichtung 2 entlang eines Gleises 8 bewegt. Die Messeinrichtung 2 dient dabei zur Bestimmung der Lage gegenüber zumindest einer Schiene 9 des Gleises 8. Im dargestellten Beispiel sind vier Messeinrichtungen 2 auf dem gemeinsamen starren Messrahmen 4 angeordnet. Damit wird die exakte Lage aller Messeinrichtungen 2 gegenüber den Schienen 9 des Gleises 8 erfasst.
[20] Die jeweilige Messeinrichtung 2 ist als Lichtschnittsensor ausgebildet und umfasst eine Laservorrichtung 10, eine Kamera 11 sowie eine Steuerungseinrichtung 12. Die Laservorrichtung 10 umfasst in der dargestellten Variante eine Laserquelle 13 und einen Umlenkspiegel 14. Die Laservorrichtung 10 projiziert einen gefächerten Laserstrahl 15 auf eine Schienenkopfinnenkante 16 der Schiene 9. Konkret ist die Laserquelle 13 als sogenannter Linienlaser ausgebildet. Eine spezielle Optik erzeugt dabei statt eines Punktes eine linienförmige Projektion 17, wobei diverse geometrische Formen möglich sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist als linienförmige Projektion 17 beispielsweise eine einfache Strecke, ein Rechteck oder ein Dreieck sinnvoll.
[21] Erfindungsgemäß wird die Projektion 17 nicht nur auf die Schiene 9, sondern auch auf eine Innenseite 18 eines Rades 19 des Schienenfahrwerks 3 projiziert. Der auf die Radinnenseite 18 projizierte Abschnitt wird mittels der Kamera 11 erfasst. Dazu ist ein Erfassungsbereich 20 der Kamera 11 sowohl auf die Schiene 9 als auch auf die Radinnenseite 18 gerichtet. Auf Basis der erfassten Bilddaten wird in einer Auswerteeinrichtung 21 mittels Photogrammetrie die Lage der Messeinrichtung 2 bezüglich der Radinnenfläche 18 bestimmt.
[22] Beispielsweise ist in der Messeinrichtung 2 selbst eine kombinierte Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 12, 21 mit einem leistungsstarken Mikroprozessor angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 21 kann aber auch in einer separaten Rechnereinheit 22 im Schienenfahrzeug eingerichtet sein. In einer Offline-Variante erfolgt eine Speicherung der aufgenommenen Daten auf einem Datenträger. Die Daten werden im Anschluss in einer Zentrale in einer Auswerteeinrichtung 21 ausgewertet. Dabei sind die Daten vorzugsweise mit einer jeweiligen Ortskoordinate verknüpft, die beispielsweise mittels eines GNSS-Systems oder einem Wegsensor erfasst werden.
[23] In einer weiteren Variante werden die Messdaten über eine Luftschnittstelle an eine Zentrale übertragen und dort ausgewertet. Auch bereits in Echtzeit ausgewertete Lagedaten bzw. Spurweitendaten können an eine Zentrale übermittelt und für die Instandhaltungsplanung genutzt werden.
[24] Zur Nutzung weiterer Aspekte der vorliegenden Erfindung kann die Messeinrichtung 2 in ein Messsystem einer Bahnbaumaschine eingebunden sein. Dann sind die Messdaten unmittelbar für diverse Instandhaltungsmaßnahmen verwendbar, beispielsweise zum Aufmessen oder zum Nachmessen eines Gleises bei Gleisstopfarbeiten oder bei Schotterbett-Reinigungsarbeiten.
[25] Fig. 2 zeigt die Anordnung der Laservorrichtung 10 und der Kamera 11 einer einzelnen Messeinrichtung 2 in Bezug zu einem zugeordneten Rad 19 des Schienenfahrwerks 3. Die Laserquelle 13 projiziert über den Umlenkspiegel 14 eine Projektion 17 auf die Schienenkopfinnenkante 16 und gleichzeitig auf die Innenfläche 18 des Rades 19. Im Bespiel ist der auf das Rad 19 projizierte Abschnitt eine Gerade. In der Messeinrichtung 2 ist ein Nullpunkt 23 und ein Koordinatensystem xyz festgelegt. Zudem ist die Innenfläche 18 des Rades 19 eine Ebene, in der die projizierte Gerade liegt. Über diesen Zusammenhang ist in der Auswerteeinrichtung 21 mittels Photogrammetrie ein Normalabstand a zwischen dem Nullpunkt 23 und der Innenfläche 18 des Rades 19 ermittelbar. Des Weiteren ist ein Winkel a ermittelbar, der die Neigung der Messeinrichtung 2 gegenüber der Innenfläche 18 angibt.
Beispielsweise schließt der Winkel a eine Koordinatenachse z und eine Normale auf die Innenfläche 18 ein.
[26] Ein beispielhaftes Kalibrierverfahren wird mit Bezug auf Fig. 3 erläutert. Hier ist jeder Schiene 9 eine Messeinrichtung 2 zugeordnet. Über das beschriebene Messverfahren wird für jede Messeinrichtung 2 ein Abstand ai, 32 zur zugeordneten Radinnenfläche 18 bestimmt. Über den bekannten konstanten Innenabstand b der Radscheiben 19 ergibt sich ein Abstand c der Messeinrichtung 2 zueinander. Auf diese Weise ist jede Messeinrichtung 2 nach einem Sensortausch oder einer Befestigungsanpassung neu kalibrierbar. Zudem kann jederzeit eine Nachkalibrierung erfolgen.
[27] Mit dem Abstand c der Messeinrichtungen 2 zueinander ist in weiterer Folge die Spurweite s des Gleises 8 bestimmbar, indem die Projektionen 17 auf die Schienenkopfinnenkanten 16 ausgewertet werden. Ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Lichtschnittsensors in Bezug auf eine Schienenkopfinnenkante 16 ist beispielsweise aus der AT 520266 A1 bekannt.
[28] Fig. 4 zeigt die bespielhafte Vorrichtung 1 in einer Draufsicht. Jeder Schiene 9 sind zwei Messeinrichtungen 2 in einem fixen Abstand d zueinander zugeordnet. Jede Messeinrichtung 2 umfasst eine eigene Laservorrichtung 10, die eine Projektion 17 auf die zugeordnet Schiene 9 und auf die zugeordnete Radinnenfläche 18 projiziert. Damit ist die Lage jeder Messeinrichtung 2 separat kalibrierbar. Alle Messeinrichtungen 2 sind an dem gemeinsamen Messrahmen 4 angeordnet. Dieser Messrahmen 4 ist direkt mit Radachsen 24 der Räder 19 des Schienenfahrwerks 3 gekoppelt. Dadurch haben Federwege des Schienenfahrwerks 3 keinen Einfluss auf die Lage des Messrahmen 4 gegenüber den Schienen 9. Der Messrahmen 4 ist somit als Referenzebene für die Gleismessung heranziehbar.
[29] Die Spurweite s wird mit dieser Vorrichtung 1 im Abstand d an zwei Stellen gleichzeitig gemessen. Damit ist der Verlauf der Schienen 9 vom Stillstand weg mit geringer Vorwärtsgeschwindigkeit ohne Erfassung der Trajektorie 7 ermittelbar. Ab einer Mindestgeschwindigkeit ist die mittels der inertialen Messeinheit 6 erfasste Trajektorie 7 über die mittels der Messeinrichtungen 2 erfassten Messwerte auf jede Schiene 9 übertragbar.
[30] Das Schienenfahrwerk 3 belastet das Gleis 8 während einer Messfahrt. Die Gleisgeometriemessung erfolgt somit unter realistischen Belastungen. Eine Kompensation von Federwegen oder Bewegungen eines Wagenkastens 25 ist nicht erforderlich.

Claims

9 Patentansprüche
1 . Verfahren zur berührungslosen Erfassung einer Lage einer mittels eines Schienenfahrwerks (3) auf einem Gleis (8) verfahrbaren Messeinrichtung (2) gegenüber zumindest einer Schiene (1 ) des Gleises (8), wobei mittels einer Kamera (11 ) eine Projektion (17) eines auf die zumindest eine Schiene (1 ) projizierten Laserstrahls (15) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion (17) auf die Schiene (9) und auf die Innenseite (18) eines Rades (19) des Schienenfahrwerks (3) projiziert wird und dass eine erfasste Lage der Messeinrichtung (2) bezüglich der Radinnenseite (18) mittels einer Auswerteeinrichtung (21 ) ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Messeinrichtung (2) gegenüber der Innenseite (18) des Rades (19) zur automatisierten Kalibrierung der Messeinrichtung (2) erfasst wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung (21 ) ein erfasster Abstand (a) und/oder Winkel (a) der Messeinrichtung (2) gegenüber der Radinnenseite (18) mit einem abgespeicherten Wert (b) abgeglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zweier gekoppelter Messeinrichtungen (2) die Lage gegenüber beiden Schienen (9) des Gleises (8) erfasst wird und dass daraus die Spurweite (s) des Gleises (8) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatisierten Kalibrierung beider Messeinrichtungen (2) die Lage der jeweiligen Messeinrichtung (2) gegenüber der Innenseite (18) des zugeordneten Rades (19) erfasst wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung (21 ) ein erfasster Abstand (a) und/oder Winkel (a) der jeweiligen Messeinrichtung (2) gegenüber der zugeordneten Radinnenseite (18) mit einem abgespeicherten Wert (b) abgeglichen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in vorgegebenen Zeitintervallen eine automatisierte Nachkalibrierung des erfassten Abstands (a) und/oder Winkels (a) durchgeführt wird.
6. Vorrichtung (1) zum berührungslosen Erfassen einer Lage einer Messeinrichtung (2) gegenüber einer Schiene (9) eines Gleises (8), wobei die Messeinrichtung (2) mit einem auf dem Gleis (8) verfahrbaren Schienenfahrwerk (3) gekoppelt ist und eine Laservorrichtung (10) zum Projizieren eines Laserstrahls (15) sowie eine Kamera (11 ) zur Erfassung der Projektion (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) gegenüber dem Schienenfahrwerk (3) in der Weise ausgerichtet ist, dass der Laserstrahl (15) sowohl auf die Schiene (9) als auch auf die Innenseite (18) eines Rades (19) des Schienenfahrwerks (3) projizierbar ist und dass eine Auswerteeinrichtung (21 ) zur Auswertung einer erfassten Lage der Messeinrichtung (2) bezüglich der Radinnenseite (18) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) ein abgeschlossenes Gehäuse mit zumindest einem Sichtfenster für den Laserstrahl (15) und für einen Erfassungsbereich (20) der Kamera (11 ) umfasst.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem gemeinsamen Messrahmen (4) für jede Schiene (9) des Gleises (8) zumindest eine Messeinrichtung (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Messrahmen eine inertiale Messeinheit zur Erfassung einer Trajektorie angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung (21) eine automatisierte Kalibrierroutine eingerichtet ist, mit der ein erfasster Abstand (a) und/oder Winkel (a) 11 der jeweiligen Messeinrichtung (2) zur zugeordneten Radinnenfläche (18) mit einem abgespeicherten Wert (b) abgleichbar ist.
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