DE10357280A1

DE10357280A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen

Info

Publication number: DE10357280A1
Application number: DE2003157280
Authority: DE
Inventors: Ulrich Heedfeld; Heinz Niehus
Original assignee: Noell Crane Systems GmbH
Current assignee: Noell Crane Systems GmbH
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Auzeichnung der Querkontur von Schienen und besteht aus einer Positioniereinheit (1) zum Halten und Positionieren einer Messeinheit (2), wobei die Messeinheit (2) eine Platte (21) umfasst, die von der Positioniereinheit (1) gehalten wird, wobei die Platte (21) mit einer Horizontalführungsschiene (22) und einer vertikal dazu angeordneten Vertikalführungsschiene (23) versehen ist, wobei die Vertikalführungsschiene (23) auf der dem Messobjekt (3) zugewandten Seite ein Abtastmittel (24) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Aufnahme (25) für ein Aufzeichnungsmittel (4) aufweist und die mit dem Abtastmittel (24) erfasste Oberflächengeometrie des abzutastenden Gegenstandes (3) mit dem Aufzeichnungsmittel (4) auf die Platte (21) übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Aufzeichnung der Querkontur von Schienen.
Bei der Herstellung von Schienen können durch Verschleiß der Herstellvorrichtung Wellen auf der Schienenoberfläche auf- bzw. eingeprägt werden. Bei in Gleisen verlegten Eisenbahnschienen oder anderen von Rollen oder Rädern befahrenen Schienen können Unebenheiten als Folge des Rad-Schienen-Verschleißes entstehen. Derartige Deformierungen sind ungleichmäßig und hängen u. a. von den mechanischen Eigenschaften und der Fahrgeschwindigkeit der die Schienen überrollenden Räder ab. Bevor diese Schäden ein kritisches Ausmaß erreichen, werden bei den regelmäßigen Wartungsarbeiten am Schienenweg die Schienenoberflächen mit Hilfe von entsprechenden Werkzeugen plan geschliffen bis die genannten Deformierungen beseitigt sind. Um den geeigneten Zeitpunkt zur Durchführung dieser Arbeiten zu bestimmen, ist es erforderlich, die Oberflächenkontur der Schienen periodisch zu überprüfen. Diese Überprüfung muss während und nach der Durchführung der Schleifarbeiten zur Kontrolle des Fortgangs der Planschleifarbeiten erfolgen.

Es sind kaum Messvorrichtungen bekannt, die mit einfachen Mitteln eine präzise grafische Aufzeichnung einer Oberflächengeometrie und insbesondere eine Querkontur einer Fahrschienenoberfläche ermöglichen und dabei ohne großen Aufwand auch auf Kran- oder Katzbahnen in teilweise kaum oder nur angegurtet begehbaren Arbeitsbereichen einsetzbar sind. Insbesondere sollen auch die Oberflächen-Querkontur einer Fahrschiene für eine Container-Katze aufgezeichnet werden und zwar vor und nach einer Schleifbearbeitung.

Eine in der DE-OS 26 17 192 beschriebene Messvorrichtung ist mit einem Abstandsdetektor ausgerüstet, der zwischen zwei Rollen eines Rollwagens derart angeordnet ist, dass er die Durchbiegung misst, welche die Rolloberfläche der Schiene zwischen den beiden Berührungszonen dieser Rollen aufweist. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere für einspurige Fahrschienen von Kran- oder Katzbahnen nicht geeignet.

Aus der DE 30 08 440 C2 ist eine weitere derartige Messvorrichtung bekannt, die einen Rollwagen umfasst, der sich auf wenigstens einem Schienenstrang über zwei voneinander beabstandete Führungsrollen abstützt und mit einem die Schiene mit gegebener Geschwindigkeit überfahrenden Fahrzeug verbunden sowie mit wenigstens einer Gruppe von Messfühlern ausgestattet ist, die elektrische Signale abgeben, welche die Abstände zwischen einer geradlinigen, durch die räumliche Lage des Rollwagens bestimmten Bezugslinie und dem überfahrenen Schienenstrang darstellen, sowie mit einer Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung dieser Signale und Bestimmung der Tiefe der Deformierungen. Mit derartigen Vorrichtungen lassen sich nur Deformierungen längs des Schienenweges erfassen. Einen Hinweis zum verlauf der Querkontur der Schiene erhält man damit nicht.

Üblicherweise müsste dafür die Schiene quer geschnitten werden, dann eine Schablone auf den Sägeschnitt aufgebracht werden und mittels eines Schreibgerätes die Laufflächenquerkontur aufgezeichnet werden. Es ist auch möglich einen Negativ-Abdruck zu gießen, der nach dem Aushärten aufgeschnitten und vermessen werden kann. Alternativ dazu sind sicher auch komplizierte elektronische Messsysteme denkbar, die allerdings witterungsanfällig und teuer sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, womit die Querkontur eines flächigen Gegenstandes, insbesondere einer Schiene bestimmt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils zugehörigen Ansprüchen enthalten.

Gefunden wurden demnach eine Vorrichtung und ein Verfahren, womit die Querkontur bzw. die Oberflächengeometrie eines Gegenstandes, insbesondere einer Schiene in einfacher Weise abgetastet und vertikal nach oben versetzt aufgezeichnet werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vor Ort verwendet werden.

Demgemäß besteht die Vorrichtung aus einer Positioniereinheit zum Halten und Positionieren einer Messeinheit, wobei die Messeinheit eine Platte umfasst, die von der Positioniereinheit gehalten wird und die Platte mit einer Horizontalführungsschiene und einer vertikal dazu angeordneten Vertikalführungsschiene versehen ist.

Die Vertikalführungsschiene weist auf der dem Messobjekt zugewandten Seite ein Abtastmittel und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Aufnahme für ein Aufzeichnungsmittel auf. Die mit dem Abtastmittel erfasste Oberflächengeometrie des abzutastenden Gegenstandes ist dabei mit dem Aufzeichnungsmittel auf die Platte übertragbar. Die Positioniereinheit umfasst vorteilhaft mindestens zwei Haltebügel, die zur Aufnahme der Messeinheit dienen.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die Horizontalführungsschiene und die Vertikalführungsschiene mit Präzisionsgleitstücken versehen, wodurch diese vorteilhaft horizontal bzw. vertikal an der Platte führbar sind.

Als Aufnahme ist vorzugsweise eine Schreiberaufnahmehülse vorgesehen, welche als Präzisions-Schreiberhalterung dient. Bevorzugt ist die Schreiberaufnahmehülse auswechselbar gestaltet und ist somit zur Aufnahme verschiedenster Schreibgeräte geeignet.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung sind als Horizontalführungsschiene eine Schiebelehre und als Vertikalführungsschiene eine Schweißnahtlehre vorgesehen. Damit lässt sich mit sehr einfachen Mitteln eine besonders kostengünstige und präzise arbeitende Vorrichtung erstellen.

Vorteilhaft ist die Platte zwischen den Haltebügeln auswechselbar angeordnet und dient als Aufzeichnungsfläche oder als Befestigungsfläche zur Aufnahme von Aufzeichnungsmaterial für die Übertragung der Oberflächengeometrie vorgesehen ist.

Für einen sicheren Stand der Vorrichtung ist die Positioniereinheit mit Gewindestangen über dem Messobjekt positionierbar. Entsprechend der Messaufgabe können die Teile der Vorrichtung unterschiedlich dimensioniert werden.

Zum Umfang der Erfindung gehört auch ein Verfahren, dessen Merkmale sich aber bereits aus der Handhabung der beschriebenen Vorrichtung ergeben und weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung bereits dargestellter Merkmale verzichtet wird.

Nach dem Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen wird die Messeinheit mit Hilfe der Positioniereinheit über einem Messobjekt positioniert. Durch Bewegung der Vertikalführungsschiene entlang der Horizontalführungsschiene tastet das Abtastmittel die Oberflächengeometrie des Messobjektes ab, wobei mit dem Aufzeichnungsmittel die Oberflächengeometrie auf die Platte oder auf einem auf der Platte befestigtem Aufzeichnungsmaterial übertragen wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die folgende Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Bevorzugten Ausführungsbeispiele, wobei gleiche Bezugsziffern durchgehend gleiche Teile und Komponenten bezeichnen.
In den Zeichnungen zeigen
1: eine perspektivische Ansicht, der auf einem Messobjekt positionierten Vorrichtung;
2: eine weitere perspektivische Ansicht, der auf einem Messobjekt positionierten Vorrichtung;
3: eine Detailansicht der Messeinheit;
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Haltebügeln 11, 11' und mindestens zwei Halteschrauben 14 zum Festklemmen der Messeinheit 2. In der 1 wird nur die Vorrichtung mit den zwei Haltebügeln 11, 11' und der rechtwinkligen Verbindungsplatte 21 gezeigt. Die Messeinheit 2 besteht wie in 2 dargestellt aus einer Schiebelehre als Horizontalführungsschiene 22 mit Präzisionsgleitstück und einer vertikal dazu angeordneten Schweißnahtlehre als Vertikalführungsschiene 23 mit Präzisionsgleitstück und mit Aufnahme 25 für eine Aufzeichnungsmittel 4, welches auswechselbar gestaltet ist zur Aufnahme verschiedenster Schreibgeräte. Die Spitze der Schweißnahtlehre bzw. der Vertikalführungsschiene 23 dient als Oberflächenabtaster. Die Schiebelehre und die Schweißnahtlehre können auch durch andere Führungselemente mit exakt geführten Schiebern (horizontal und vertikal) ersetzt werden. Die Teile der Messeinheit sind aus den Detailansichten der 3 und 4 erkennbar.
Die rechtwinklige Platte 21 dient als Verbindungsplatte zwischen den Haltebügeln 11, 11' (verschraubt mittels 4 Schrauben) und als Befestigungsfläche für das Aufzeichnungsmaterial (Schreibpapier, Schreibplatte oder Digitalisierungstablett bei Verwendung eines Digitalisierstiftes), Vier Gewindestangen 12 incl. U-Scheibe und Feststellmutter sind zum sicheren Stand der Vorrichtung vorgesehen.
Die zwei Haltebügel 11, 11' werden mit der eingesetzten Platte 21 über eine als Messobjekt 3 dienende Schiene gestellt, wobei die Platte 21 in der Draufsicht rechtwinklig zur Schiene ausgerichtet wird. Dann werden die Haltebügel 11, 11' mit ihren oberen Flächen in eine für die Aufzeichnung geeignete Horizontalebenen-Höhe ausgerichtet.
Die Höhenverstellung und Ausrichtung wird mit den Gewindestangen 12 vorgenommen, die Muttern 13 dienen zur Konterung bzw. Kippspieleliminierung nach der Ausrichtung.
Das Aufzeichnungspapier wird im vorliegenden Beispiel der Messaufgabe entsprechend und passend zur Größe der Platte 21 exakt mit 90° Winkeln geschnitten und anschließend auf die Platte 21 gespannt. Anschließend wird die Messeinheit 2 mit Schreiberaufnahme 25 in einen oberen Schlitz der Haltebügel 11, 11' eingesetzt und beispielsweise mittels Spannschrauben befestigt. Nach dieser Spannbefestigung der Haltebügel 11, 11' über die Horizontalführungsschiene 22 kann die Platte 21 gelöst und nach Erforderlichkeit z.B. mittels Langlochverstellung exakt auf die Messeinheit 2 mit eingesetztem Aufzeichnungsmittel 4 (hier ein Schreibstift) ausgerichtet werden. Die Befestigungslöcher in den Haltebügeln 11, 11' sind hier als Langlöcher ausgeführt um für das Schreiben auf der Platte 21 unterschiedliche Schreibstifte 4 mit unterschiedlichen Stiftköpfen und Stiftkopflängen anpassen zu können.
Die Messeinheit 2 wird mit Hilfe der Positioniereinheit 1 über das Messobjekt 3 (hier eine Schiene einer Kranbahn) positioniert, wobei die Platte 21 von der Positioniereinheit 1 gehalten wird. Durch Bewegung der Vertikalführungsschiene 23 entlang der Horizontalführungsschiene 22 tastet das Abtastmittel 24 bzw. die auf dem Messobjekt 3 aufliegenden Spitze der Vertikalführungsschiene 23 die Oberflächengeometrie des Messobjektes ab, wobei mit dem Aufzeichnungsmittel 4 die Oberflächengeometrie der Schiene auf die Platte 21 übertragen wird.

1: Positioniereinheit
2: Messeinheit
3: Messobjekt (Schiene)
4: Aufzeichnungsmittel
11, 11': Haltebügel
12: Gewindestangen
13: Kontermuttern
14: Halteschrauben
21: Platte
22: Horizontalführungsschiene
23: Vertikalführungsschiene
24: Abtastmittel
25: Aufzeichnungsmittelaufnahme

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen bestehend aus einer Positioniereinheit (1) zum Halten und Positionieren einer Messeinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (2) eine Platte (21) umfasst, die von der Positioniereinheit (1) gehalten wird, wobei die Platte (21) mit einer Horizontalführungsschiene (22) und einer vertikal dazu angeordneten Vertikalführungsschiene (23) versehen ist, wobei die Vertikalführungsschiene (23) auf der dem Messobjekt (3) zugewandten Seite ein Abtastmittel (24) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Aufnahme (25) für ein Aufzeichnungsmittel (4) aufweist und die mit dem Abtastmittel (24) erfasste Oberflächengeometrie des abzutastenden Gegenstandes (3) mit dem Aufzeichnungsmittel (4) auf die Platte (21) übertragbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (1) mindestens zwei Haltebügel (11, 11') umfasst, die zur Aufnahme der Messeinheit (2) dienen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalführungsschiene (22) und die Vertikalführungsschiene (23) Präzisionsgleitstücke aufweisen und horizontal bzw. vertikal an der Platte (21) führbar sind.
Vorrichtung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (25) eine Schreiberaufnahmehülse ist, welche als Präzisions-Schreiberhalterung dient.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreiberaufnahmehülse auswechselbar ist.
Vorrichtung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalführungsschiene (22) eine Schiebelehre und die Vertikalführungsschiene (23) eine Schweißnahtlehre ist.
Vorrichtung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (21) auswechselbar zwischen den Haltebügeln (11, 11') angeordnet ist und als Aufzeichnungsfläche oder als Befestigungsfläche zur Aufnahme von Aufzeichnungsmaterial für die Übertragung der Oberflächengeometrie vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (1) mit Gewindestangen (12) über dem Messobjekt (3) positionierbar ist.
Verfahren zur Bestimmung der Oberflächengeometrie von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (2) mit Hilfe einer Positioniereinheit (1) über einem Messobjekt (3) positioniert wird, wobei die Messeinheit (2) eine Platte (21) umfasst, die von der Positioniereinheit (1) gehalten wird und die Platte (21) eine Horizontalführungsschiene (22) und eine vertikal dazu angeordneten Vertikalführungsschiene (23) aufweist, wobei die Vertikalführungsschiene (23) auf der dem Messobjekt (3) zugewandten Seite mit einem Abtastmittel (24) und auf der dazu gegenüberliegenden Seite eine Aufnahme (25) mit einem Aufzeichnungsmittel (4) versehen ist und durch Bewegung der Vertikalführungsschiene (23) entlang der Horizontalführungsschiene (22) das Abtastmittel (24) die Oberflächengeometrie des Messobjektes (3) abtastet, wobei mit dem Aufzeichnungsmittel (4) die Oberflächengeometrie auf die Platte (21) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dass die Horizontalführungsschiene (22) und die Vertikalführungsschiene (23) über Präzisionsgleitstücke horizontal bzw. vertikal an der Platte (21) geführt werden.
Verfahren nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufnahme (25) eine Schreiberaufnahmehülse vorgesehen ist, welche als Präzisions-Schreiberhalterung dient und die Schreiberaufnahmehülse auswechselbar ist.
Verfahren nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Horizontalführungsschiene (22) eine Schiebelehre und als Vertikalführungsschiene (23) eine Schweißnahtlehre verwendet wird.
Verfahren nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (21) zwischen den Haltebügeln (11, 11') eingespannt wird und als Aufzeichnungsfläche oder als Befestigungsfläche zur Aufnahme von Aufzeichnungsmaterial für die Übertragung der Oberflächengeometrie verwendet wird.
Verfahren nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (1) mit Gewindestangen (12) über dem Messobjekt (3) positioniert wird.