DE10256123B4 - Method and device for determining a state variable, in particular of the tread profile, of a rail - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Ermittlung einer ersten Zustandsgröße, insbesondere des Laufflächenprofils,
einer ersten Schiene (1) mittels eines Lichtschnittverfahrens, bei dem
– eine an
einem Schienenfahrzeug befestigte erste Projektionseinrichtung (2)
eine erste Lichtemission erzeugt, die unter einem ersten Winkel
zur Längsrichtung
der ersten Schiene (1) auf die erste Schiene (1) auftrifft und im
Bereich der Lauffläche
(1.1) der ersten Schiene (1.1) eine scharf begrenzte linienförmige erste
Lichtprojektion (4) erzeugt,
– die erste Lichtprojektion
(4) durch eine an dem Schienenfahrzeug befestigte erste Bildaufnahmeeinrichtung
unter einem zweiten Winkel zur Längsrichtung
der ersten Schiene (1) aufgenommen wird und
– die Aufnahme
der ersten Lichtprojektion (4) zur Ermittlung der ersten Zustandsgröße ausgewertet
wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtprojektion
(4) in der Nähe
des Radaufstandspunktes (10.1) eines ersten Rades (10) des Schienenfahrzeugs
positioniert wird, wobei der erste Winkel und der zweite Winkel
zur Längsrichtung der
ersten Schiene (1) gleichsinnige, spitze Winkel sind.Method for determining a first state variable, in particular of the tread profile, of a first rail (1) by means of a light-section method, in which
A first projection device (2) attached to a rail vehicle generates a first light emission which impinges on the first rail (1) at a first angle to the longitudinal direction of the first rail (1) and in the region of the running surface (1.1) of the first rail (1.1 ) produces a sharply delimited line-shaped first light projection (4),
- The first light projection (4) is received by a first image pickup device attached to the rail vehicle at a second angle to the longitudinal direction of the first rail (1) and
- the recording of the first light projection (4) is evaluated to determine the first state variable,
characterized in that the first light projection (4) is positioned in the vicinity of the wheel contact point (10.1) of a first wheel (10) of the rail vehicle, wherein the first angle and the second angle to the longitudinal direction of the first rail (1) are in the same direction, acute angle ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer ersten Zustandsgröße, insbesondere des Laufflächenprofils, einer ersten Schiene mittels eines Lichtschnittverfahrens. Hierbei erzeugt eine an einem Schienenfahrzeug befestigte erste Projektionseinrichtung eine erste Lichtemission, die unter einem ersten Winkel zur Längsrichtung der ersten Schiene auf die erste Schiene auftrifft und im Bereich der Lauffläche der ersten Schiene eine scharf begrenzte linienförmige erste Lichtprojektion erzeugt. Die erste Lichtprojektion wird durch eine an dem Schienenfahrzeug befestigte erste Bildaufnahmeeinrichtung unter einem zweiten Winkel zur Längsrichtung der ersten Schiene aufgenommen. Die Aufnahme der ersten Lichtprojektion wird dann zur Ermittlung der ersten Zustandsgröße ausgewertet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer solchen ersten Zustandsgröße.The The present invention relates to a method for determining a first state variable, in particular the tread pattern, a first rail by means of a light section method. Generated here a fixed to a rail vehicle first projection device a first light emission which is at a first angle to the longitudinal direction of the first rail impinges on the first rail and in the area of tread The first rail generates a sharply delimited line-shaped first light projection. The first light projection is by a on the rail vehicle attached first image pickup device at a second angle to the longitudinal direction the first rail was added. The picture of the first light projection is then evaluated to determine the first state variable. The invention further relates to a corresponding device for detection such a first state variable.
Der
Verschleiß des
Schienenkopfes, welcher die Lauffläche der Schiene ausbildet,
ist neben der damit verbundenen Spurweitenänderung und dem Zustand der
Lauffläche
am jeweiligen Rad des Schienenfahrzeugs eine wichtige Einflussgröße für das Laufverhalten
von Schienenfahrzeugen auf der betreffenden Schiene. Um das Laufverhalten
von Schienenfahrzeugen vorherzusagen bzw. entsprechende stabilisierende
Maßnahmen
zu ergreifen, ist aus der
Um Querverschiebungen sowohl der Belichtungseinheit als auch der Videokamera bezüglich der Längsrichtung der Schiene zu erfassen und bei der Auswertung zu berücksichtigen, sind unter anderem entsprechende Sensoren vorhanden, welche derartige Querverschiebungen erfassen und an die Auswertungseinheit zur Weiterverarbeitung übermitteln.Around Transverse shifts of both the imaging unit and the video camera in terms of the longitudinal direction track and take into account in the evaluation, Among other things, corresponding sensors are present, which are such Record transverse displacements and transmit them to the evaluation unit for further processing.
Nachteilig hierbei ist, dass zum Teil erheblicher Aufwand betrieben werden muss, um die Querverschiebungen in horizontaler Richtung zu erfassen, welche aus der Krümmung der Schiene in der Horizontalebene resultieren. Diese können bei stark gekrümmten Gleisen ein erhebliches Ausmaß annehmen, da der Lichtstreifen weit entfernt von den Rädern auf die Schiene projiziert wird. Um auch für die sen Fall eine zuverlässige Erfassung der Lauffläche, insbesondere des Laufflächenprofils, sicherzustellen, sind zum einen sehr aufwändige Belichtungseinheiten und Videokameras erforderlich, die ein ausreichend breites Arbeitsfeld abdecken. Zum anderen müssen erhebliche Korrekturen in der Auswertungseinheit vorgenommen werden, die sich negativ auf den Auswertungsfehler auswirken.adversely Here is that sometimes considerable effort to be operated must, in order to grasp the transverse displacements in the horizontal direction, which from the curvature the rail in the horizontal plane result. These can be included strongly curved Track to a significant extent, because the light strip projects far away from the wheels onto the rail becomes. In order for too the sen case a reliable one Registration of the tread, in particular the tread pattern, ensure, on the one hand, very complex exposure units and video cameras required a sufficiently broad field of work cover. For another significant corrections are made in the evaluation unit, which have a negative effect on the evaluation error.
Während aus
der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere unabhängig vom Krümmungsverlauf der Schiene eine einfache und zuverlässige Ermittlung der Zustandgröße der Schiene, insbesondere des Laufflächenprofils der Schiene, ermöglichen.Of the The present invention is therefore based on the object, a method or to provide a device of the type mentioned above, which or which do not or at least the above-mentioned disadvantages to a lesser extent and in particular, independently from the curvature the rail a simple and reliable determination of the state size of the rail, in particular of the tread pattern the rail, allow.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 angegebenen Merkmale.The present invention solves this task starting from a method according to the preamble of the claim 1 by the specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics. She dissolves this task continues from the device according to the preamble of claim 12 by the characterizing part of claim 12 specified characteristics.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass eine besonders einfache und zuverlässige Ermittlung der betreffenden Zustandgröße der Schiene, beispielsweise des Laufflächenprofils der Schiene, möglich ist, wenn die erste Lichtprojektion in der Nähe des Radaufstandspunktes eines ersten Rades des Schienenfahrzeugs positioniert wird. Durch diese Positionierung der ersten Lichtprojektion in die Nähe des Radaufstandspunktes ist in einfacher Weise gewährleistet, dass die Quer abweichungen, welche infolge der Gleiskrümmung entstehen, auch bei stark gekrümmten Gleisen bzw. Schienen in sehr engen Grenzen bleiben.The present invention is based on the technical teaching that a particularly simple and reliable determination of the relevant state size of the rail, for example, the tread pattern of the rail, is possible when the first Light projection is positioned near the Radaufstandspunktes a first wheel of the rail vehicle. By this positioning of the first light projection in the vicinity of the Radaufstandspunktes is ensured in a simple manner that the transverse deviations that arise as a result of the track curvature, even in heavily curved tracks or rails remain within very narrow limits.
Das Merkmal, dass der erste Winkel ein spitzer Winkel ist, ermöglicht dabei eine ausreichend weite Annäherung der ersten Lichtprojektion an den Radaufstandspunkt und damit eine starke Reduktion der sich maximal im Betrieb ergebenden horizontalen Querabweichungen hinsichtlich der Lage der zu erfassenden Lichtprojektion auf der Schiene. Sowohl die erste Projektionseinrichtung als auch die erste Bildaufnahmeeinrichtung können daher entsprechend einfach aufgebaut sein. Insbesondere kann ihr Arbeitsbereich, also das Feld, in dem die Projektionseinrichtung die Lichtprojektion erzeugt, bzw. das Bildfeld der Bildaufnahmeeinrichtung, in der Horizontalrichtung quer zur Längsrichtung der Schiene entsprechend klein gewählt sein.The Characteristic that the first angle is an acute angle, allows it a sufficiently broad approximation the first light projection to the wheel contact point and thus a strong reduction of maximum transverse deviations resulting in operation with regard to the position of the light projection to be detected on the Rail. Both the first projection device and the first image recording device can therefore be designed according to simple. In particular, her workspace, So the field in which the projection device, the light projection generates, or the image field of the image pickup device, in the horizontal direction transverse to the longitudinal direction be chosen correspondingly small rail.
Es versteht sich, dass bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechende Korrektureinrichtungen vorgesehen sind, die Lageänderungen zwischen der Projektionseinrichtung bzw. der Bildaufnahmeeinrichtung und der Schiene erfassen, und diese Lageänderungen bei der Auswertung der Aufnahme entsprechend berücksichtigt werden.It is understood that in preferred variants of the method according to the invention Corresponding correction devices are also provided, the changes in position between the projection device or the image recording device and track the track, and these changes in location during the evaluation taken into account accordingly become.
Der Abstand der ersten Lichtprojektion vom Radaufstandspunkt des ersten Rades kann grundsätzlich beliebig gering gewählt sein. Es ist lediglich sicherzustellen, dass noch eine ausreichend gute Erfassung der Lichtprojektion durch die Bildaufnahmeeinrichtung möglich ist. Vorzugsweise ist der Abstand der ersten Lichtprojektion vom Radaufstandspunkt des ersten Rades geringer als der Radi us des ersten Rades im Bereich des Radaufstandspunktes. Bevorzugt beträgt der Abstand etwa 40% bis 70% des Radius des ersten Rades, weiter vorzugsweise etwa 50% bis 60% des Radius des ersten Rades, da sich in diesem Bereich ein besonders guter Kompromiss aus Reduktion der Querabweichungen und für die zuverlässige Auswertung ausreichender Abbildungsqualität erzielen lässt.Of the Distance of the first light projection from the wheel contact point of the first Rades can basically chosen arbitrarily low be. It's just to make sure one more thing is enough good detection of the light projection by the image recording device possible is. Preferably, the distance of the first light projection from Radaufstandspunkt the first wheel less than the Radi us the first wheel in the area of the wheel contact point. Preferably, the distance is about 40% to 70% of the radius of the first wheel, more preferably about 50% to 60% of the radius of the first wheel, as reflected in this Range a particularly good compromise from reduction of the transverse deviations and for the reliable one Evaluation of sufficient image quality can be achieved.
Die erste Projektionseinrichtung kann grundsätzlich in beliebiger bekannter Weise aufgebaut sein, um die erste Lichtprojektion zu erzeugen. So kann es sich bei der ersten Lichtemission um einen einzelnen Lichtstrahl bzw. ein eng begrenztes Strahlenbündel handeln, welches durch entsprechende Einrichtungen mit einer entsprechend hohen Frequenz fächerförmig abgelenkt wird, um die erste Lichtprojektion auf der ersten Schiene zu erzeugen. Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Lichtemission um ein dünnes, beispielsweise fächertörmiges, Strahlenbündel, welches eine entsprechende Querausdehnung aufweist, um die erste Lichtprojektion auf der ersten Schiene zu erzeugen. Bevorzugt handelt es sich um einen durch eine entsprechende Einrichtung, beispielsweise einen entsprechend geformten Spiegel, fächerförmig aufgeweiteten Lichtstrahl bzw. ein fächerförmig aufgeweitetes Lichtstrahlenbündel. Es können weiterhin beliebige Lichtarten für die erste Lichtemission verwendet werden. Bevorzugt kommt jedoch Laserlicht zur Anwendung.The In principle, the first projection device can be in any known Be constructed manner to produce the first light projection. So it may be at the first light emission to a single Light beam or a narrow beam act through which corresponding devices with a correspondingly high frequency fan-shaped distracted is to produce the first light projection on the first rail. Prefers is the first light emission to a thin, for example fan-shaped, bundle of rays, which has a corresponding transverse extent to the first light projection on to produce the first rail. It is preferably a by a corresponding device, for example a corresponding shaped mirror, fan-shaped widened Light beam or a fan-shaped widened Light beam. It can furthermore any types of light for the first light emission can be used. However, laser light preferably comes for use.
Die Bildaufnahmeeinrichtung kann ebenfalls grundsätzlich beliebig angeordnet sein, es ist lediglich sicherzustellen, dass sie die Lichtprojektion mit ausreichender Qualität erfasst. Bevorzugt sind der erste Winkel und der zweite Winkel zur Längsrichtung der ersten Schiene gleichsinnige, spitze Winkel, das heißt die Bildaufnahmeein richtung ist bezüglich des ersten Rades in derselben Richtung wie die Projektionseinrichtung angeordnet.The Image recording device can also basically arranged arbitrarily It's just to make sure they're the light projection with sufficient quality detected. Preferably, the first angle and the second angle to longitudinal direction the first rail in the same direction, acute angle, that is the Bildaufnahmeein direction is regarding the first wheel in the same direction as the projection device arranged.
Um einen guten Kompromiss zwischen Reduktion der Querabweichungen und für die zuverlässige Auswertung ausreichender Abbildungsqualität zu erzielen, liegen der erste Winkel und zusätzlich oder alternativ der zweite Winkel vorzugsweise im Bereich zwischen 15° und 75°, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 25° und 50°.Around a good compromise between reduction of cross deviations and for the reliable Evaluation of sufficient image quality to achieve, are the first Angle and in addition or alternatively, the second angle preferably in the range between 15 ° and 75 °, on preferably in the range between 25 ° and 50 °.
Es versteht sich, das als erste Zustandsgröße grundsätzlich beliebige, durch ein solches Lichtschnittverfahren erfassbare Größen aufgenommen werden können. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Zustandsgröße um das Laufflächenprofil der ersten Schiene, da dieses von besonderer Bedeutung für das Laufverhalten von Schienenfahrzeugen auf dieser Schiene ist.It is understood to be the first state variable basically arbitrary, by a such light-section method detectable sizes can be recorded. Preferably the first state variable is the tread pattern of the first rail, as this is of particular importance for the running behavior of rail vehicles on this rail is.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Ermittlung wenigstens einer zweiten Zustandsgröße des ersten Rades oder einer zweiten Zustandsgröße der Rad-Schiene-Paarung zwischen dem ersten Rad und der ersten Schiene mittels eines Lichtschnittverfahrens eine an dem Schienenfahrzeug befestigte zweite Projektionseinrichtung eine zweite Lichtemission erzeugt, die auf das erste Rad auftrifft und im Bereich der Lauffläche des ersten Rades eine scharf begrenzte linienförmige zweite Lichtprojektion erzeugt. Die zweite Lichtprojektion wird dann durch eine an dem Schienenfahrzeug befestigte zweite Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen. Anschließend wird wenigstens die Aufnahme der zweiten Lichtprojektion zur Ermittlung der zweiten Zustandsgröße ausgewertet.at preferred variants of the method according to the invention are provided, that for determining at least a second state variable of the first Rades or a second state variable of the wheel-rail pairing between the first wheel and the first rail by means of a light-section method a mounted on the rail vehicle second projection device generates a second light emission impinging on the first wheel and in the tread area of the first wheel has a sharply delimited line-shaped second light projection generated. The second light projection is then by a on the Rail vehicle mounted second image pickup device added. Subsequently at least the recording of the second light projection for determination evaluated the second state variable.
Bei der zweiten Zustandsgröße kann es sich beispielsweise um die Profilkontur der Laufflächen des ersten Rades handeln, welche ebenfalls von entscheidender Bedeutung für das Laufverhalten des Schienenfahrzeugs ist. Diese Profilkontur lässt sich alleine aus der Auswertung der zweiten Lichtprojektion ermitteln.The second state variable may be, for example, the profile contour of the treads act of the first wheel, which is also crucial for the running behavior of the rail vehicle. This profile contour can be determined solely from the evaluation of the second light projection.
Bevorzugt handelt es sich bei der zweiten Zustandsgröße um den effektiven Konizitätswinkel der Rad-Schiene-Paarung, das heißt den Neigungswinkel der am Radaufstandspunkt entstehenden Berührungsfläche zwischen dem ersten Rad und der ersten Schiene zu einer vorgegebenen Richtung in einer vorgegebenen Ebene. Hierbei handelt es sich üblicherweise um den Winkel zur y-Richtung in der yz-Ebene eines orthogonalen xyz-Koordinatensystems, bei dem die x-Richtung in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs weist und die xy-Ebene die Schienenoberkanten des Gleises enthält, auf dem das Schienenfahrzeug fährt.Prefers the second state quantity is the effective angle of conicity of the Wheel rail pairing, this means the angle of inclination of the contact surface arising at the wheel contact point between the first wheel and the first rail to a predetermined direction in a given level. These are usually by the angle to the y-direction in the yz plane of an orthogonal xyz coordinate system, in which the x-direction in the direction of travel of the rail vehicle points and the xy plane contains the rail top edges of the track on which the rail vehicle drives.
Der effektive Konizitätswinkel lässt sich durch eine gemeinsame Auswertung der ersten Lichtprojektion, also der Profilkontur der ersten Schiene, und der zweiten Lichtprojektion, also der Profilkontur des ersten Rades, ermitteln.Of the effective conicity angle lets itself through a joint evaluation of the first light projection, ie the Profile contour of the first rail, and the second light projection, So the profile contour of the first wheel, determine.
Der effektive Konizitätswinkel der Rad-Schiene-Paarung hat einen entscheidenden Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrwerks, zu dem das erste Rad gehört, insbesondere auf dessen Wendebewegungen bzw. auf dessen so genannten Sinuslauf. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Ermittlung des effektiven Konizitätswinkels, nunmehr in einfacher Weise sofort online erfolgen kann, sodass ohne weiteres Analysen des Fahrverhaltens des Fahrwerks möglich sind.Of the effective conicity angle the wheel-rail mating has a decisive influence on that Driving behavior of the chassis to which the first wheel belongs, in particular on its turning movements or on its so-called sinusoidal run. A particular advantage of the invention is that the determination the effective angle of conicity, Now in a simple way can be done immediately online, so without further analyzes of the driving behavior of the chassis are possible.
Bei weiteren Varianten der Erfindung handelt es sich bei der zweiten Zustandsgröße um die Position des ersten Rades auf der ersten Schiene, da diese, wie weiter unten noch erläutert wird, zu Ermittlung der aktuellen Spurweite des befahrenen Gleises herangezogen werden kann. Die Position des ersten Rades auf der ersten Schiene lässt sich auch hier durch eine gemeinsame Auswertung der ersten Lichtprojektion und der zweiten Lichtprojektion ermitteln.at Further variants of the invention are the second State variable around the Position of the first wheel on the first rail, as these, like explained below to determine the current gauge of the track being traveled can be used. The position of the first wheel on the first rail leaves Here, too, by a joint evaluation of the first light projection and the second light projection.
Bei besonders vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass neben der zweiten Zustandsgröße zur Ermittlung wenigstens einer weiteren Zustandsgröße eines Fahrwerks mit dem auf der ersten Schiene abrollenden ersten Rad und einem auf einer zweiten Schiene abrollenden zweiten Rad eine dritte Zustandsgröße der zweiten Schiene nach Art der ersten Zustandsgröße ermittelt wird und eine vierte Zustandsgröße nach Art der zweiten Zustandsgröße ermittelt wird.at particularly advantageous variants of the method according to the invention is provided that in addition to the second state variable for determination at least one further state variable of a chassis with the rolling on the first rail first wheel and one on one second rail rolling second wheel a third state variable of the second Rail is determined according to the type of the first state variable and a fourth state variable after Type of second state variable determined becomes.
Für Analysen des Fahrverhaltens des Fahrwerks ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn die zweite Zustandsgröße der effektive Konizitätswinkel der Rad-Schiene-Paarung zwischen dem ersten Rad und der ersten Schiene ist und die vierte Zustandsgröße der effektive Konizitätswinkel der Rad-Schiene-Paarung zwischen dem zweiten Rad und der zweiten Schiene ist.For analysis the driving behavior of the chassis, it is particularly advantageous if the second state quantity is the effective one Conicity angle of Wheel-rail pairing between the first wheel and the first rail and the fourth state variable is the effective one coning angle the wheel-rail pairing between the second wheel and the second Rail is.
Bevorzugt lässt sich hieraus dann als fünfte Zustandsgröße des Fahrwerks die effektive Konizität des Radsatzes aus dem ersten Rad und dem zweiten Rad auf dem Gleis aus der ersten Schiene und der zweiten Schiene ermitteln. Die effektive Konizität ermöglicht es in vorteilhafter Weise, unmittelbare Rückschlüsse auf das Laufverhalten des Fahrwerks zu ziehen.Prefers let yourself from this then as the fifth state variable of the chassis the effective taper of the Wheelset from the first wheel and the second wheel on the track determine the first rail and the second rail. The effective taper allows it advantageously, immediate conclusions about the running behavior of the To pull the landing gear.
Ebenso wie der effektive Konizitätswinkel der jeweiligen Rad-Schiene-Paarung hat auch die aus den beiden Konizitätswinkeln des Radsatzes ermittelte effektive Konizität einen entscheidenden Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrwerks, insbesondere auf dessen Wendebewegungen bzw. auf dessen so genannten Sinuslauf. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Ermittlung der effektiven Konizität nunmehr in einfacher Weise sofort online erfolgen kann, sodass ohne weiteres Analysen des Fahrverhaltens des Fahrwerks möglich sind.As well like the effective taper angle the respective wheel-rail pairing also has the from the two Konizitätswinkeln of the wheel set effective conicity has a decisive influence on the handling of the chassis, in particular on its turning movements or on its so-called sine wave. A special advantage of Invention is that the determination of the effective taper now in a simple way can be done online immediately, so easily Analyzes of the driving behavior of the chassis are possible.
Bei weiteren besonders vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Ermittlung einer Gleiszustandsgröße eines die erste Schiene und eine zweite Schiene umfassenden Gleises sowohl eine dritte Zustandsgröße der zweiten Schiene nach Art der ersten Zustandsgröße ermittelt als auch eine vierte Zustandsgröße eines auf der zweiten Schiene abrollenden zweiten Rades nach Art der zweiten Zustandsgröße ermittelt. Die Gleiszustandsgröße wird dann wenigstens aus der zweiten Zustandsgröße und der vierten Zustandsgröße ermittelt.at further particularly advantageous variants of the method according to the invention is to determine a track state size of the first rail and a second rail comprising track both a third state quantity of the second rail determined as the type of the first state variable also a fourth state variable of a on the second rail rolling second wheel in the manner of the second State variable determined. The track state size is then determined at least from the second state variable and the fourth state variable.
Bei der Gleiszustandsgröße handelt es sich bevorzugt um die Spurweite, welche ebenfalls einen entscheidenden Einfluss auf das Laufverhalten des Schienenfahrzeugs hat. Diese kann bei bekannter gegenseitiger Anordnung des ersten und zweiten Rades in einfacher Weise aus der Position des ersten Rades auf der ersten Schiene und der Position des zweiten Rades auf der zweiten Schiene ermittelt werden. Gehören das erste und das zweite Rad beispielsweise zu einem gemeinsamen Radsatz, so ist ihr Abstand vorgegeben und die Spurweite lässt sich einfach aus diesem Abstand und der Position des jeweiligen Rades auf der jeweiligen Schiene ermitteln.at the track state size is it is preferably the track, which is also a crucial Has an influence on the running behavior of the rail vehicle. These can with known mutual arrangement of the first and second Rades in a simple way from the position of the first wheel on the first rail and the position of the second wheel on the second Rail are determined. Belong the first and the second wheel, for example, to a common Wheel set, so their distance is given and the gauge is easy from this distance and the position of the respective wheel on the determine each rail.
Die zweite Zustandsgröße ist daher bevorzugt die Position des ersten Rades auf der ersten Schiene und die vierte Zustandsgröße ist die Position des zweiten Rades auf der zweiten Schiene. Diese zweite und vierte Zustandgröße werden, wie oben angedeutet, jeweils durch die Auswertung der beiden Lichtprojektionen auf die jeweilige Schiene bzw. das jeweilige Rad ermittelt.The second state quantity is therefore preferably the position of the first wheel on the first rail and the fourth state variable is the position of the second wheel on the second rail. These second and fourth state variables are, as indicated above, in each case determined by the evaluation of the two light projections on the respective rail or the respective wheel.
Es versteht sich jedoch, dass die Spurweite bei anderen Varianten der Erfindung, bei denen die räumliche Beziehung zwischen den Bildaufnahmeeinrichtungen bekannt ist, welche die jeweilige Lichtprojektion auf der ersten und zweiten Schiene aufnehmen, auch durch Auswertung der Aufnahmen der beiden Lichtprojektionen erfolgen kann.It is understood, however, that the track in other variants of Invention in which the spatial Relationship between the image pickup devices is known which the respective light projection on the first and second rail also by evaluating the images of the two light projections can be done.
Weiterhin versteht es sich, dass bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig unterschiedliche Arten zweiter bzw. vierter Zustandsgrößen ermittelt werden können. So können beispielsweise für einen bestimmten Zeitpunkt jeweils sowohl der effektive Konizitätswinkel einer bestimmten Rad-Schiene-Paarung als auch die Position des jeweiligen Rades auf der gehörigen Schiene ermittelt werden.Farther it is understood that in advantageous variants of the method according to the invention simultaneously different types of second or fourth state variables determined can be. So can for example each time, both the effective Konizitätswinkel a specific wheel-rail pairing as well as the position of the respective one Rades on the appropriate rail be determined.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung einer ersten Zustandsgröße, insbesondere des Laufflächenprofils, einer ersten Schiene mittels eines Lichtschnittverfahrens. Diese weist eine an einem Schienenfahrzeug befestigte erste Projektionseinrichtung zum Erzeugen einer ersten Lichtemission auf, die unter einem ersten Winkel zur Längsrichtung der ersten Schiene auf die erste Schiene auftrifft und im Bereich der Lauffläche der ersten Schiene eine scharf begrenzte linienförmige erste Lichtprojektion erzeugt. Weiterhin ist eine an dem Schienenfahrzeug befestigte erste Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der ersten Lichtprojektion unter einem zweiten Winkel zur Längsrichtung der ersten Schiene vorgesehen. Schließlich ist eine mit der ersten Bildaufnahmeeinrichtung verbundene Auswertungseinrichtung vorgesehen, die zur Ermittlung der ersten Zustandsgröße durch Auswertung der Aufnahme der ersten Lichtprojektion dient. Erfindungsgemäß ist die erste Projektionseinrichtung zum Positionieren der ersten Lichtprojektion in der Nähe des Radaufstandspunktes eines ersten Rades des Schienenfahrzeugs ausgebildet ist, wobei der erste Winkel ein spitzer Winkel ist.The The invention further relates to a corresponding device for Determination of a first state variable, in particular of the tread pattern, a first rail by means of a light-section method. This points a fixed to a rail vehicle first projection device for generating a first light emission, which under a first Angle to the longitudinal direction the first rail hits the first rail and in the area the tread The first rail has a sharply delimited line-shaped first light projection generated. Furthermore, a first image pickup device attached to the rail vehicle is for receiving the first light projection at a second angle to the longitudinal direction the first rail provided. Finally, one is with the first Image acquisition device connected evaluation device provided to determine the first state variable by evaluating the recording the first light projection is used. According to the invention, the first projection device for positioning the first light projection near the wheel contact point a first wheel of the rail vehicle is formed, wherein the first angle is an acute angle.
Mit dieser Vorrichtung lassen sich die oben beschriebenen Funktionen und Vorteile in derselben Weise wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen. Diese wurden vorstehend bereits ausführlich beschrieben, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen verwiesen werden soll.With This device can be the functions described above and advantages in the same manner as in the method according to the invention achieve. These have already been described in detail above, so that Reference should be made here only to the above statements.
Um eine möglichst einfach aufgebaute Konfiguration zu erzielen, welche zudem den Einsatz einer möglichst einfach gestalteten Projektionseinrichtung bzw. einer möglichst einfach gestalteten Bildaufnahmeeinrichtung ermöglicht, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Projektionseinrichtung und zusätzlich oder alternativ die erste Bildaufnahmeeinrichtung in unmittelbarer Nähe des ersten Rades angeordnet ist. Die Anordnung kann dabei sowohl in Fahrtrichtung vor dem ersten Rad als auch in Fahrtrichtung hinter dem ersten Rad erfolgen. Ein besonders stö rungsfreier Betrieb ist bei Anordnung vor dem ersten Rad gewährleistet, da die unmittelbarer der Umgebung ausgesetzten optischen Bauteile, wie beispielsweise Linsen etc., der Projektionseinrichtung bzw. der Bildaufnahmeeinrichtung der Fahrtrichtung abgewandt sind und daher einer geringeren Verschmutzung ausgesetzt sind.Around one possible simple to achieve configuration, which also use one possible simply designed projection device or a possible simply designed image recording device, is preferably provided that the first projection device and additionally or alternatively the first image pickup device arranged in the immediate vicinity of the first wheel is. The arrangement can be both in the direction of travel before the first Wheel as well as in the direction of travel behind the first wheel done. One especially trouble-free Operation is guaranteed when arranged in front of the first wheel, since the immediate exposed to the environment optical components, such as Lenses etc., the projection device or the image pickup device The direction of travel are turned away and therefore less pollution are exposed.
Eine besonders einfach gestaltete und zu montierende Konfiguration ergibt sich bei bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen die erste Projektionseinrichtung und die erste Bildaufnahmeeinrichtung in einer gemeinsamen ersten Messeinheit integriert sind.A particularly simple designed and assembled configuration results in preferred embodiments of the device according to the invention, in which the first projection device and the first image recording device integrated in a common first measuring unit.
Bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass zur Ermittlung wenigstens einer zweiten Zustandsgröße des ersten Rades oder der Rad-Schiene-Paarung zwischen dem ersten Rad und der ersten Schiene mittels eines Lichtschnittverfahrens eine an dem Schienenfahrzeug befestigte zweite Projektionseinrichtung und eine mit der Auswertungseinrichtung verbundene zweite Bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen ist. Die zweite Projektionseinrichtung ist dabei zum Erzeugen einer zweiten Lichtemission ausgebildet, die auf das erste Rad auftrifft und im Bereich der Lauffläche des ersten Rades eine scharf begrenzte linienförmige zweite Lichtprojektion erzeugt. Die zweite Bildaufnahmeeinrichtung ist zum Aufnehmen der zweiten Lichtprojektion ausgebildet. Schließlich ist die Auswertungseinrichtung zur Auswertung wenigstens der Aufnahme der zweiten Lichtprojektion ausgebildet, um so die zweite Zustandsgröße zu ermitteln, wie dies oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits ausführlich beschrieben wurde.preferred Variants of the device according to the invention are characterized by the fact that for the determination of at least one second state quantity of the first Rades or the wheel-rail pairing between the first wheel and the first rail by means of a light section method one on the rail vehicle fixed second projection device and connected to the evaluation device second image pickup device is provided. The second projection device is designed to generate a second light emission, which impinges on the first wheel and in the area of the tread of the first wheel a sharply delimited line-shaped second light projection generated. The second image pickup device is for picking up the second one Light projection trained. Finally, the evaluation device for evaluating at least the recording of the second light projection designed to determine the second state quantity, as above already described in detail in connection with the method according to the invention has been.
Die zweite Projektionseinrichtung bzw. die zweite Bildaufnahmeeinrichtung kann in beliebiger geeigneter Weise angeordnet sein. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die zweite Lichtprojektion mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden kann. Bevorzugt ist die zweite Projektionseinrichtung und zusätzlich oder alternativ die zweite Bildaufnahmeeinrichtung in unmittelbarer Nähe des ersten Rades angeordnet. Durch den geringen Abstand ergeben sich auch hier wieder Vorteile hinsichtlich möglicher Querabweichungen zwischen der jeweiligen Einrichtung und dem Rad und hinsichtlich des einfach Aufbaus der jeweiligen Einrichtung. Auch hier ist eine Anordnung in Fahrtrichtung vor dem ersten Rad aus den obengenannten Gründen von Vorteil.The second projection device or the second image recording device can be arranged in any suitable manner. It's just ensure that the second light projection with sufficient Accuracy can be detected. The second projection device is preferred and additionally or alternatively the second image recording device in the immediate Near the first wheel arranged. Due to the small distance also arise Here again advantages regarding possible cross deviations between the particular device and the wheel and in terms of easy Construction of the respective facility. Again, this is an arrangement in the direction of travel before the first wheel for the above reasons of Advantage.
Auch hier ist bevorzugt wieder vorgesehen, dass die zweite Projektionseinrichtung und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung in einer gemeinsamen zweiten Messeinheit integriert sind.Also Here, it is preferably again provided that the second projection device and the second image pickup device in a common second Measuring unit are integrated.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zur Ermittlung wenigstens einer weiteren Zustandsgröße eines Fahrwerks mit dem auf der ersten Schiene abrollenden ersten Rad und einem auf einer zweiten Schiene abrollenden zweiten Rad eine dritte Messeinheit und eine vierte Messeinheit vorgesehen. Diese dritte Messeinheit und vierte Messeinheit sind mit der Auswertungseinrichtung verbunden. Die dritte Messeinheit ist der zweiten Schiene zugeordnet und nach Art der ersten Messeinheit ausgebildet, wobei sie in der oben beschriebenen Weise zu Ermittlung einer dritten Zustandsgröße dient. Die vierte Messeinheit ist einem auf der zweiten Schiene abrollenden zweiten Rad zugeordnet und nach Art der zweiten Messeinheit ausgebildet, wobei sie in der oben beschriebenen Weise zu Ermittlung einer vierten Zustandsgröße dient. Einzelne oder sämtliche Zustandsgrößen können dann in der Auswertungseinrichtung berechnet werden.at Further preferred variants of the device according to the invention are for determining at least another state variable of a chassis with the rolling on the first rail first wheel and a on a second rail rolling second wheel a third measuring unit and a fourth measuring unit is provided. This third measuring unit and fourth measuring unit are connected to the evaluation device. The third measuring unit is assigned to the second rail and after Type of first measuring unit formed, wherein in the above described Way to determine a third state variable is used. The fourth measuring unit is assigned to a second wheel rolling on the second rail and formed in the manner of the second measuring unit, wherein in the above described manner for determining a fourth state variable is used. Single or all State variables can then be calculated in the evaluation device.
Bei der zweiten Zustandsgröße handelt es sich, wie bereits oben beschrieben wurde, bevorzugt um den effektiven Konizitätswinkel der ersten Rad-Schiene-Paarung, während es sich bei der vierten Zustandsgröße bevorzugt um den effektiven Konizitätswinkel der zweiten Rad-Schiene-Paarung handelt, die aus dem zweiten Rad und der zweiten Schiene besteht. Aus diesen effektiven Konizitätswinkeln kann dann bevorzugt als fünfte Zustandsgröße die effektive Konizität der betreffenden Radsatz-Gleis-Paarung bestimmt werden. Einzelne oder sämtliche Zustandsgrößen können dabei in der Auswertungseinrichtung berechnet werden.at the second state variable is it is, as already described above, preferably to the effective coning angle the first wheel-rail pairing, while it is at the fourth State variable preferred around the effective taper angle the second wheel-rail pairing, which consists of the second wheel and the second rail. From these effective conicity angles can then be preferred as fifth State variable the effective taper the relevant wheelset track pairing. Separate or all State variables can thereby be calculated in the evaluation device.
Bei weiteren bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zur Ermittlung einer Gleiszustandsgröße eines die erste Schiene und eine zweite Schiene umfassenden Gleises eine dritte Messeinheit und eine vierte Messeinheit vorgesehen. Diese dritte Messeinheit und vierte Messeinheit sind mit der Auswertungseinrichtung verbunden. Die dritte Messeinheit ist der zweiten Schiene zugeordnet und nach Art der ersten Messeinheit ausgebildet. Die vierte Messeinheit ist einem auf der zweiten Schiene abrollenden zweiten Rad zugeordnet und nach Art der zweiten Messeinheit ausgebildet. Schließlich ist die Auswertungseinrichtung zur Ermittlung der Gleiszustandsgröße aus den Messwerten der ersten, zweiten, dritten und vierten Messeinheit ausgebildet. Bei der Gleiszustandsgröße handelt es sich, wie bereits oben beschrieben, bevorzugt um die Spurweite des Gleises.at Further preferred variants of the device according to the invention are for the determination a track state size of a the first rail and a second rail comprising a track third measuring unit and a fourth measuring unit provided. These third measuring unit and fourth measuring unit are with the evaluation device connected. The third measuring unit is assigned to the second rail and formed according to the type of the first measuring unit. The fourth measuring unit is assigned to a second wheel rolling on the second rail and formed in the manner of the second measuring unit. Finally, that is Evaluation device for determining the track state variable from the Measured values of the first, second, third and fourth measuring unit educated. The track state size is, as already described above, preferably by the track width of the track.
Es versteht sich, dass die dritte Messeinheit ebenso wie die vierte Messeinheit jeweils eine Projektionseinrichtung und eine Bildaufnahmeeinrichtung umfassen, wie sie oben im Zusammenhang mit der ersten bzw. zweiten Messeinheit beschrieben wurden. Es versteht sich weiterhin, dass bei anderen Varianten vorgesehen sein kann, dass die Komponenten der dritten bzw. vierten Messeinheit nicht unbedingt körperlich in einem gemeinsamen Gehäuse oder dergleichen angeordnet sein müssen.It It is understood that the third measuring unit as well as the fourth Measuring unit each have a projection device and an image pickup device include as above related to the first and second, respectively Measuring unit have been described. It is further understood that may be provided in other variants that the components the third or fourth measuring unit is not necessarily physical in a common housing or the like must be arranged.
Um nicht nur die Bereiche der Schiene erfassen zu können, welche der Lauffläche des Rades zugeordnet sind, sondern auch den Flankenbereich der Schiene zu erfassen, welcher dem Spurkranz des Rades zugewandt ist, ist die jeweilige Bildaufnahmeeinrichtung bevorzugt derart in Richtung der Fahrzeugmitte des Schienenfahrzeugs versetzt angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie ein ausreichend kontrastreiches Bild des Teils der Lichtprojektion liefert, der in diesem Flankenbereich liegt. Um in diesem Flankenbereich eine ausreichend hohe Lichtintensität der Lichtprojektion zu erzielen, kann gegebenenfalls auch die Projektionseinrichtung entsprechend in Richtung der Fahrzeugmitte des Schienenfahrzeugs versetzt angeordnet und entsprechend ausgerichtet sein. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn anhand von Aufnahmen dieser Flankenbereiche die Spurweite eines Gleises bestimmt werden soll.Around not only to be able to grasp the areas of the rail which the tread of the Rades are assigned, but also the flank area of the rail to detect, which faces the wheel flange of the wheel is the respective image recording device preferably in the direction the vehicle center of the rail vehicle offset and arranged aligned so that they have a sufficiently high-contrast image of the part of the light projection that is in that flank area lies. In this flank area, a sufficiently high light intensity of the light projection Optionally, the projection device can also be achieved corresponding to the vehicle center of the rail vehicle staggered and aligned accordingly. This is especially important if based on recordings of these flank areas the track gauge of a track should be determined.
Weiterhin versteht es sich, dass für Anwendungen, bei denen stark unterschiedlich ausgerichtete Flächen der jeweiligen Schiene erfasst werden sollen, auch mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen pro Schiene vorgesehen sein können. So kann beispielsweise für häufig bei Straßenbahnen eingesetzte Schienen mit so genannten Spurrillen, in denen der Spurkranz des Rades läuft, vorgesehen sein, dass für beide dem Spurkranz zugewandten Flanken der Schiene jeweils eine gesonderte Bildaufnahmeeinrichtung vorhanden ist, welche die Lichtprojektion in dem zugehörigen Flankenbereich aufnimmt. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch mehrere Projektionseinrichtungen pro Schiene vorgesehen sein können.Farther it is understood that for Applications where heavily differently oriented surfaces of the each track to be detected, even several image recording devices can be provided per rail. For example, for often at trams used rails with so-called ruts, in which the flange the wheel is running, be provided for that both the flange facing the rail of the rail one each separate image pickup device is present, which the light projection in the associated Flank area receives. It is understood that if necessary also several projection devices per rail can be provided.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigenFurther preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims or the following description of a preferred embodiment, which to the attached drawings Refers. Show it
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine an einem – in
Die
Vorrichtung weist weiterhin eine an dem Schienenfahrzeug befestigte
erste Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer ersten Kamera
Als Bezugssystem wird hierbei im Übrigen ein orthogonales xyz-Koordinatensystem verwendet, bei dem die x-Richtung in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs weist und die xy-Ebene die Schienenoberkanten des Gleises enthält, auf dem das Schienenfahrzeug fährt.When Reference system is hereby incidentally used orthogonal xyz coordinate system, where the x-direction points in the direction of travel of the rail vehicle and the xy plane, the rail upper edges of the track contains on which the rail vehicle drives.
Bei
der ersten Kamera
Weiterhin
ist eine mit der ersten Kamera
Die
erste Projektionseinrichtung
Der
erste Winkel α1 ist dabei ein spitzer Winkel von etwa 25°. Der zweite
Winkel α2 ist ein zum ersten Winkel α1 gleichsinniger
spitzer Winkel von etwa 45°.
Durch die Wahl dieser Winkel kann die erste Lichtprojektion
Wie
anhand von
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist folglich, sofern überhaupt,
nur für
eine vergleichsweise einfache und geringe Korrektur des ermittelten Laufflächenprofils
infolge solcher Querabweichungen vorzusehen. Es versteht sich, dass – in den
Die
Der
Unterschied besteht darin, dass zusätzlich zu der ersten Messeinheit
Während die
erste Messeinheit
Hierzu
erzeugt die zweite Projektionseinrichtung
Wie
Die
dritte Messeinheit
Diese
zeitgleichen Aufnahmen werden der Auswertungseinrichtung
Zusätzlich lässt sich
in der Auswertungseinrichtung
Aus
der durch die dritte Messeinheit
Aus
dem effektiven Konizitätswinkel
der ersten Rad-Schiene-Paarung
und dem effektiven Konizitätswinkel
der zweiten Rad-Schiene-Paarung lässt sich als fünfte Zustandsgröße dann
online auch die effektive Konizität ermitteln, welche unmittelbare Rückschlüsse auf
das Laufverhalten des Radsatzes
Aus
der Querposition des ersten Rades
Bei
einer alternativen Ausführungsform,
bei der die räumliche
Beziehung zwischen der ersten Messeinheit
Um
den Verlauf des Laufflächenprofils
und der Spurweite über
die Länge
der Schienen
Um
nicht nur die Bereiche der ersten Schiene
Es
versteht sich dabei, dass die dritte Messeinheit
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen eine einzige gesonderte Auswertungseinrichtung vorhanden ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass einzelne oder alle Zustandsgrößen in gesonderten Auswertungseinheiten ermittelt werden. Diese Auswertungseinheiten können dann beispielsweise schon in der betreffenden Bildaufnahmeeinrichtung integriert sein. Die so ermittelten Zustandsgrößen können dann zur Weiterverarbeitung wiederum einer zentralen Auswertungseinheit zugeführt werden. Bei dieser zentralen Auswertungseinheit kann es sich natürlich auch um eine der zuvor genannten gesonderten Auswertungseinheiten handeln.The The present invention has been described above by means of examples, in which a single separate evaluation device available is. It is understood, however, that in other variants of the invention can also be provided that individual or all state variables in separate Evaluation units are determined. These evaluation units can then, for example, already integrated in the relevant image recording device be. The state variables determined in this way can then be used for further processing in turn be fed to a central evaluation unit. Of course, this central evaluation unit can also be used to act one of the aforementioned separate evaluation units.
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