DE19646830C1 - Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen - Google Patents
Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von GegenständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berüh
rungsfreien Erfassen von Gegenständen mit wenig
stens einer Sendeeinheit zum Aussenden intensitäts
modulierter Ausgangsstrahlung, mit wenigstens einer
Detektionseinheit zum Detektieren von rückgeworfe
ner Ausgangsstrahlung und mit wenigstens einer
Auswerteeinheit, mit der aus dem Weg der Ausgangs
strahlung von der Sendeeinheit zu der Detektions
einheit in Abstandswerten der Abstand eines zu er
fassenden Gegenstandes von der Vorrichtung bestimm
bar ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 43 16 348 A1
bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist Ausgangs
strahlung einer durch einen Laser gebildeten Sende
einheit mit einer Schaltungsanordnung intensitäts
moduliert auf einen entfernten Gegenstand gerich
tet. Die von dem Gegenstand rückgeworfene Ausgangs
strahlung ist mit einer Auswerteeinheit detektier
bar, wobei aus der Laufzeit von Strahlungsimpulsen
von der Sendeeinheit zu der Detektionseinheit der
Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der
Vorrichtung bestimmbar ist. Weiterhin ist bei die
ser Vorrichtung ein Lichtleiter mit nachgeschalte
tem optoelektronischen Wandler vorgesehen, dessen
Eintrittsfläche verschiebbar im Bereich einer Ab
bildungsebene eines Empfangsobjektives der Detek
tionseinheit angeordnet ist. Durch das Nachführen
der Lichtleitereintrittsfläche an den Ort maximaler
Intensität von erfaßter Ausgangsstrahlung lassen
sich mit der Detektionseinheit verhältnismäßig in
tensive Ausgangssignale und somit genaue Abstands
werte gewinnen. Allerdings ist mit dieser Vorrich
tung lediglich eine Einzelmessung möglich.
In der Praxis des berührungsfreien Erfassens von
Gegenständen besteht eine Meßaufgabe darin, entlang
eines beispielsweise durch Gleise im Schienenver
kehr gebildeten Fahrweges periodisch die Abstände
von seitlich des Verfahrweges angeordneten Gegen
ständen zu erfassen, um beispielsweise sicherzu
stellen, daß aus betriebstechnischen Gründen erfor
derliche Minimalabstände nicht unterschritten sind.
Aus der DE 43 40 254 A1 ist ein Verfahren zur Er
fassung des Zustandes des Oberbaus, Unterbaus und
Untergrundes von Eisenbahngleisen bekannt, das
durch die Anwendung eines Georadars mit praktisch
beliebigen Geschwindigkeiten Eisenbahnstreckenab
schnitte eingriffsfrei zu untersuchen gestattet.
Aus der DE 295 07 117 U1 ist eine Vorrichtung zur
automatisierten Durchführung von Georadar-Messungen
im Gleiskern von Eisenbahntrassen bekannt, bei der
ein Sensor über Befestigungsschrauben von Schienen
führbar ist, wobei bei jeder Befestigungsschraube
durch den Sensor ein Triggerimpuls erzeugbar ist,
der über eine Triggersteuerung eine Georadar-
Messung auslöst und Georadarantennen relativ zu
einer Sensorposition so plaziert sind, daß Messun
gen jeweils nur in Schotterfächern durchgeführt
werden. Allerdings erfolgt die Triggerung lediglich
zur Vermessung des Gleisuntergrundes, ohne daß eine
geometrische Vermessung stattfindet.
Aus der DE 295 18 358 U1 ist eine Vorrichtung mit
einer Radarsonde und einer Steuereinheit bekannt,
bei der zur Überwachung eines Raumes auf Personen
die Radarsonde sendeseitig einen frequenzmodulier
ten Sender und empfangsseitig einen an einen Mi
scher angeschlossenen Frequenzmesser aufweist, der
mindestens ein Kriteriumssignal liefert, wenn der
Wert der momentanen Distanz zwischen einer sich im
Überwachungsbereich aufhaltenden Person und der
Radarsonde kleiner als ein vorbestimmter Referenz
wert ist. Die Steuereinheit ist dabei so ausgestal
tet, daß ein Nutzsignal in Abhängigkeit von dem
Kriteriumssignal erzeugbar ist. Mit dieser Vorrich
tung ist allerdings keine Messung einer Entfernung
durchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzu
bilden, daß entlang eines Verfahrweges repetitiv
Abstände zu einem Fahrweg benachbarten Gegenständen
erfaßbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß wenigstens ein mit einem Taktgeber angesteuer
ter Abstandswertspeicher vorgesehen ist, mit dem
eine Abfolge von Abstandswerten abspeicherbar ist,
daß der oder jeder Abstandswertspeicher an eine
Bestimmungseinheit angeschlossen ist, mit der aus
den in dem oder jedem Abstandswertspeicher abge
speicherten Abstandswerten ein einem Minimalabstand
entsprechender Minimalabstandswert bestimmbar ist.
Durch das Vorsehen eines getakteten Abstandswert
speichers lassen sich Abfolgen von ermittelten
Abstandswerten abspeichern und einer Bestimmungs
einheit zum Bestimmen eines Minimalabstandes zu
führen. Es ist daher möglich, aus der Abfolge von
Abstandswerten einen oder mehrere Minimalwerte zu
bestimmen, so daß beispielsweise der Minimalabstand
eines erfaßten Gegenstandes zu dem Fahrweg als
Minimalabstandswert bestimmbar ist. Durch das An
steuern des Abstandswertspeichers durch einen Takt
geber sind die Abstände längs des Fahrweges, an
denen Abstandswerte zu bestimmen sind, in besonders
einfacher Weise auf die jeweiligen Meßaufgaben
einstellbar.
Ist beispielsweise sichergestellt, daß sich die
Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit längs
des Fahrweges bewegt, ist durch eine feste Takt
frequenz eine äquidistante Lage der Meßpunkte er
zielt, wobei durch die Periode des Taktgebers der
Verfahrweg zwischen zwei Abstandswertbestimmungen
festgelegt ist.
Ist jedoch zu erwarten, daß sich während des Erfas
sungsvorganges von Abstandswerten die Geschwindig
keit der Bewegung längs des Fahrweges ändert, ist
es durch das Vorsehen eines von dem Ausgangssignal
eines Geschwindigkeitssensors angesteuerten Takt
gebers möglich, über eine geschwindigkeitspropor
tionale Taktfrequenz auch in diesem Fall eine äqui
distante Lage von Meßpunkten zur Abstandswert
bestimmung zu erhalten.
Insbesondere bei Gegenständen, die in Richtung des
Verfahrweges kleine Abmessungen oder komplexere
Strukturen aufweisen, wie beispielsweise Pfähle von
Verkehrszeichen oder Rahmenflachmasten im Schienen
verkehr, ist es zweckmäßig, zwischen den ermittel
ten Abstandswerten über eine mit einer Inter
polationsvorrichtung durchgeführten Interpolation
zwischen ermittelten Abstandswerten zu interpolie
ren, um sicherzustellen, daß ein bedingt durch die
Geometrie des erfaßten Gegenstandes und die Lage
der Meßpunkte zwischen zwei ermittelten Abstands
werten liegender Minimalabstand aus den gemessenen
Abstandswerten ermittelbar ist. Durch die Inter
polation zwischen Abstandswerten ist es auch mög
lich, verhältnismäßig komplexe Konturen von erfaß
ten Gegenständen einer Klasse von zu erwartenden
Gegenständen zuzuordnen. So ist es beispielsweise
im schienengebundenen Verkehr zweckmäßig, Rahmen
flachmasten von Rundmasten zu unterscheiden.
In einer Weiterbildung ist wenigstens ein Neigungs
geber vorgesehen, mit dem die Neigung der Vorrich
tung gegenüber der Horizontalen ermittelbar ist.
Mit einer von Abstandswerten sowie ermittelten
Neigungswerten beaufschlagten Zentralrecheneinheit
sind die gewonnenen Abstandswerte auf einen Hori
zontalabstand umrechenbar.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der nachfolgenden Beschreibung von Aus
führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf
die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum berührungsfreien
Erfassen von Gegenständen mit vier
jeweils eine Sendeeinheit und eine
Detektionseinheit aufweisenden Meß
köpfen, die an einem schienengebun
denen Meßfahrzeuges angebracht ist,
Fig. 2 eine Vorrichtung zum berührungsfreien
Erfassen von Gegenständen, die an
einem Drehgestell eines schienen
gebundenen Meßfahrzeug angebracht ist
und mit der beidseitig Ausgangs
strahlung aussendbar ist,
Fig. 3 bis 12 verschiedene Ausgestaltungen von im
Schienenverkehr verwendeten Masten in
Seiten- und Schnittansichten,
Fig. 13 in einem Blockschaltbild eine Vor
richtung zum berührungsfreien Er
fassen vom Gegenständen mit zwei Meß
köpfen, die jeweils eine Sendeeinheit
und eine Detektionseinheit aufweisen,
Fig. 14 eine Sendeeinheit gemäß Fig. 13, die
nach einem Phasenmeßprinzip arbeitet
und
Fig. 15 in einem Blockschaltbild den Aus
werteteil einer Vorrichtung gemäß
Fig. 13.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine
Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von
Gegenständen, die an einem schienengebundenen Meß
wagen 1 angebracht ist. Der Meßwagen 1 weist ein
Drehgestell 2 mit Rädern 3 auf, die auf Schienen 4
abrollbar sind. Die Schienen 4 sind auf einem
Gleisbett 5 verlegt und können insbesondere in
Kurvenabschnitten, wie in Fig. 1 dargestellt, ge
genüber der Horizontalen geneigt sein, wobei hier
als Bezug die Ebene auf die Gleisoberflächen 6
zweckdienlich ist. Aufgrund der Neigung der Gleise 4
gegenüber der Horizontalen ist der Meßwagen 1 in
der Darstellung gemäß Fig. 1 gegenüber der Verti
kalen nach links geneigt.
Auf dem Drehgestell 2 des Meßwagens 1 ist ein
Wagenaufsatz 7 angebracht. Zwischen dem Drehgestell
2 und dem Wagenaufsatz 7 sind an der Außenseite
beidseitig Meßköpfe 8 und 9 angebracht. Auf dem
Dach 10 des Wagenaufsatzes 7 sind ebenfalls an der
Außenseite beidseitig Meßköpfe 11, 12 vorgesehen.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 passiert der Meß
wagen 1 einen Mast 13, der in der Darstellung gemäß
Fig. 1 ebenfalls gegenüber der Vertikalen, und zwar
in Richtung des Meßwagens 1 geneigt ist.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
emittieren die auf der Seite des Mastes 13 an
geordneten Meßköpfe 8, 11 der Vorrichtung inten
sitätsmodulierte Ausgangsstrahlung 14, 15, die in
Richtung des Mastes 13 gerichtet ist. Die Ausgangs
signale der Meßköpfe 8, 9, 11, 12 sind einer Aus
werteeinheit 16 einspeisbar.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Ausgangs
strahlungen 14, 15 zum Durchführen einer Phasen
messung sinusartig oder dreiecksartig intensitäts
moduliert. In Abwandlungen sind andere Modulations
funktionen vorgesehen, die ebenfalls zu einem ein
deutigen Zusammenhang zwischen Phase und zurück
gelegtem Weg führen.
In einer anderen Ausführung, die insbesondere bei
großen Meßstrecken zwischen den Meßköpfen und bei
spielsweise einem Mast 13 als zu erfassendem Gegen
stand zweckmäßig ist, können die Ausgangsstrah
lungen auch zum Durchführen einer Pulslaufzeit
messung mit beispielsweise kurzen rechteckförmigen
Impulsen intensitätsmoduliert sein.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung einer
Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von
Gegenständen mit vier jeweils eine Sendeeinheit und
eine Detektionseinheit aufweisenden Meßköpfen 8, 9,
11, 12 auf dem Meßwagen 1 soll der Minimalabstand
von Masten 13 entlang und in bezug auf die Schienen
4 bestimmt werden. Hierzu ist in Abhängigkeit der
Position des Meßwagens 1 mit der angebrachten Vor
richtung der Weg der Ausgangsstrahlung 14, 15 von
den Meßköpfen 8, 11 zu Masten 13 und zurück zu den
Meßköpfen 8, 11 unter Berücksichtigung der Neigung
des Meßwagens 1 und der Masten 13 zu bestimmen.
Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Ausführung gemäß
Fig. 1 abgewandelte Anordnung einer Vorrichtung zum
berührungsfreien Erfassen von Gegenständen, die an
einem Drehgestell 2 angebracht ist. Die Vorrichtung
weist zwei in einem gemeinsamen Gehäuse 17 unterge
brachte Meßköpfe auf, mit denen beidseitig Aus
gangsstrahlung 18, 19 aussendbar ist. Bei dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ledig
lich in Höhe des Drehgestelles 2 für jede Abstrah
lungsrichtung ein Meßkopf mit jeweils einer Sende
einheit und einer Empfangseinheit vorgesehen.
Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen im Ausschnitt ein
Ausführungsbeispiel eines Mastes 13 in Gestalt
eines Rahmenflachmastes 20 mit, wie aus der Vorder
ansicht gemäß Fig. 3 ersichtlich, zwei gegenein
ander geneigten, im Querschnitt U-förmigen Seiten
streben 21, die über flache Querstreben 22 mitein
ander verbunden sind. Fig. 4 zeigt den Rahmenflach
mast 20 gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht auf
eine Seitenstrebe 21. Aus Fig. 4 ist ersichtlich,
daß auf der Innenseite der U-förmigen Seitenstreben
21 an jedem Seitenschenkel in der gleichen Höhe
angeordnete Querstreben 22 befestigt sind. Fig. 5
zeigt den Rahmenflachmast 20 gemäß Fig. 3 in einer
entlang der Linie I-I gemäß Fig. 4 geschnittenen
Draufsicht. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die
Querstreben 22 bündig mit den Schenkeln der Seiten
streben 21 abschließen, so daß eine glatte Außen
fläche gebildet ist.
Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 zeigen im Ausschnitt ein
weiteres Ausführungsbeispiels eines Rahmenflach
mastes 23 mit im Querschnitt L-förmigen Seitenstre
ben 24, die mit sich kreuzenden im Querschnitt L-för
migen Verbindungsstreben 25 miteinander verbun
den sind. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen jeweils im
Schnitt der Linie II-II beziehungsweise entlang der
Linie III-III den Rahmenflachmast 23 gemäß Fig. 6.
Aus Fig. 7 und Fig. 8 ist ersichtlich, daß vier an
den Eckpunkten eines Quadrates angeordnete Seiten
streben 24 vorgesehen sind, die paarweise über die
Außenseiten mit Verbindungsstreben 25 untereinander
verbunden sind.
Fig. 9 und Fig. 10 zeigen einen Rundmasten 26 in
einem Ausschnitt, wobei Fig. 10 ein Schnitt entlang
der Linie IV-IV der Fig. 9 ist. Der Rundmast 26
weist in Längsrichtung einen sich kontinuierlich
ändernden Querschnitt auf.
Fig. 11 und Fig 12 zeigen schließlich als weitere
typische Mastform einen Kantmasten 27, wobei Fig.
12 ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 11
ist. Der Kantmast 27 hat einen rechteckigen Quer
schnitt, der sich in Längsrichtung kontinuierlich
verändert.
Fig. 13 zeigt zu einer Vorrichtung zum berührungs
freien Erfassen von Gegenständen gemäß Fig. 1 ein
Blockschaltbild mit dem mittels einer Sendeeinheit
Ausgangsstrahlung 14 emittierenden Meßkopf 8 und
dem mittels einer Sendeeinheit Ausgangsstrahlung 15
emittierenden zweiten Meßkopf 11. Mit den Meßköpfen
8, 11 sind weiterhin rückgeworfene Anteile der Aus
gangsstrahlungen 14, 15 als Empfangsstrahlungen
29, 30 in jeweils einer Detektionseinheit
detektierbar.
Die Meßköpfe 8, 11 sind an einen Taktgeber 31 an
geschlossen, der von einem in einer Geschwindig
keitssignalleitung 32 geführten Ausgangssignal
eines in Fig. 13 nicht dargestellten Geschwindig
keitssensors beaufschlagbar ist. Mit dem Taktgeber
31 sind Taktsignale mit einer zu der von dem Ge
schwindigkeitssensor erfaßten Geschwindigkeit pro
portionalen Frequenz erzeugbar, so daß eine Takt
periode einer festen zurückgelegten Weglänge des
Meßwagens 1 entspricht.
Der erste Meßkopf 8 ist über eine Intensitäts
signalleitung 33 und eine Abstandssignalleitung 34
mit einer ersten Datenverarbeitungseinheit 35 ver
bunden. Entsprechend ist der zweite Meßkopf 11 über
eine Intensitätssignalleitung 36 und eine Abstands
signalleitung 37 mit einer zweiten Daten
verarbeitungseinheit 38 verbunden. Sowohl die erste
Datenverarbeitungseinheit 35 als auch die zweite
Datenverarbeitungseinheit 38 sind mit Ausgangssig
nalen von dem Taktgeber 31 beaufschlagbar. Mit den
Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 sind aus dem Weg
der Ausgangsstrahlung 14, 15 von den Sendeeinheiten
der Meßköpfe 8, 11 zu zu erfassenden Gegenständen
und als Empfangsstrahlungen 29, 30 zurück auf die
Detektionseinheiten der Meßköpfe 8, 11 in Abstands
werten die Abstände zu den Beaufschlagungsbereichen
mit Ausgangsstrahlungen 14, 15 und, wie weiter
unten näher erläutert, aus einer Anzahl von Ab
standswerten ein Minimalabstandswert bestimmbar.
Die mit den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38
gewonnen Abstandswerte sind über Abstandswertelei
tungen 39, 40 einer Zentralrecheneinheit 41 ein
speisbar. An die Zentralrecheneinheit 41 sind wei
terhin ein erster Neigungsgeber 42 und ein zweiter
Neigungsgeber 43 angeschlossen, wobei mit dem er
sten Neigungsgeber 42 die Neigung des ersten Meß
kopfes 8 und mit dem zweiten Neigungsgeber 43 die
Neigung des zweiten Meßkopfes 11 jeweils gegenüber
der Horizontalen bestimmbar sind. Mit der Zentral
recheneinheit 41 sind in einer Ausgabeleitung 44
die von den Meßköpfen 8, 11 erfaßten Abstände und
von den Datenverarbeitungseinheiten 35, 38 ermit
telten Minimalabstände auf einen zu den Gleisen 4
bezogenen Wert umrechenbar, wobei eine Neigung der
Meßköpfe 8, 11 gegenüber der Horizontalen und die
dementsprechenden Neigungen der Meßstrahlungen 14,
15, beziehungsweise Empfangsstrahlungen 29, 30 mit
Veränderung der zurückgelegten Wege durch Umrech
nung auf Horizontalabstände berücksichtigt sind.
Fig. 14 zeigt in einem Blockschaltbild den ersten
Meßkopf 8 gemäß Fig. 1 beziehungsweise gemäß Fig. 13
in einem Blockschaltbild, wobei die übrigen
Meßköpfe 9, 11, 12 entsprechend aufgebaut sind. Der
erste Meßkopf 8 verfügt über eine Sendeeinheit 45,
die aus einem Modulator 46, einem Sender 47 und
einem Referenzschalter 48 aufgebaut ist. Mit dem
über eine Steuerleitung 49 extern ansteuerbaren
Modulator 46 ist ein den Sender 47 beaufschlagendes
Ausgangssignal erzeugbar, der den Sender 47, bei
spielsweise einen im sichtbaren oder nahen infra
roten Spektralbereich emittierenden Halbleiter
laser, zur Emission von intensitätsmodulierter
Sendestrahlung 50 veranlaßt. Für ein vorzugsweise
angewendetes Phasenmeßverfahren ist die Sendestrah
lung 50 mit wenigstens einer Frequenz sinusartig
intensitätsmoduliert, wobei über eine an den Modu
lator 46 angeschlossene Steuerleitung 49 die wenig
stens eine Modulationsfrequenz einstellbar ist.
Es ist zweckmäßig, für eine Grobmessung eine ver
hältnismäßig niederfrequente Modulation vorzusehen,
die für typische Abstände von zu erfassenden Gegen
ständen zu einem eindeutigen Grobphasenwert führt.
Zur Feinmessung ist der Sender 47 zu einer relativ
hochfrequenten Emission angeregt, wobei die Periode
der höherfrequenten Ausgangsstrahlung 14 wenigstens
innerhalb der Meßgenauigkeit der Grobmessung zu
einem eindeutigen Feinphasenwert führt.
In dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Referenzschalter 48 an den Taktgeber 31
angeschlossen. Mit dem geschwindigkeitspropor
tionalen Taktsignal des Taktgebers 31 ist die von
dem Sender 47 emittierte Sendestrahlung 50 entweder
als auf zu erfassende Gegenstände gerichtete ent
sprechend der Sendestrahlung 50 intensitätsmodu
lierte Ausgangsstrahlung 14 oder als über eine
genau bekannte optische Distanz geleitete Referenz
strahlung 51 umlenkbar.
Der erste Meßkopf 8 verfügt weiterhin über eine
Detektionseinheit 52 mit einem Strahlungsdetektor
53, der in dem in Fig. 14 dargestellten Aus
führungsbeispiel entweder durch Referenzstrahlung
51 oder durch von dem Mast 13 rückgeworfene Emp
fangsstrahlung 54 beaufschlagt ist. Die Detektions
einheit 52 verfügt weiterhin über einen Phasen
messer 55, der zum einen mit dem Strahlungsdetektor
53 und zum anderen mit dem Modulator 46 verbunden
ist. Mit dem Phasenmesser 55 ist die Phasenver
schiebung zwischen dem den Sender 47 beaufschlagen
den Modulationssignal des Modulators 46 und dem zu
der Intensität der Empfangsstrahlung 54 beziehungs
weise der Referenzstrahlung 51 proportionalen Aus
gangssignal des Strahlungsdetektors 53 bestimmbar,
wobei eine Phasenverschiebung dem Weg und damit
einem Abstand eines zu erfassenden Objektes von dem
Ausgangspunkt der Ausgangsstrahlung 14 und dem
Detektionspunkt der Empfangsstrahlung 54 bezie
hungsweise dem von der Referenzstrahlung 51 durch
laufenen optischen Referenzweg bekannter Länge
entspricht.
Die bei Detektion der Referenzstrahlung 51 gemesse
nen Phasenverschiebungen dienen der Kalibrierung
der Vorrichtung, um elektronische Phasendrifts oder
optische Dejustagen zu erkennen beziehungsweise zu
korrigieren. Das intensitätsproportionale Ausgangs
signal des Strahlungsdetektors 53 ist weiterhin der
Intensitätssignalleitung 33 eingespeist. Das einem
Abstand des zu erfassenden Gegenstandes von der
Vorrichtung entsprechende Ausgangssignal des
Phasenmessers 55 ist als Abstandswert der Abstands
signalleitung 34 eingespeist.
Fig. 15 zeigt in einem Blockschaltbild die dem
ersten Meßkopf 8 zugeordnete erste Datenver
arbeitungseinheit 35 gemäß Fig. 1. Die Intensitäts
signalleitung 33 ist an einen Dateneingang eines
getakteten Intensitätssignalpuffers 56 und die
Abstandssignalleitung 34 an einen Dateneingang
eines getakteten Abstandssignalpuffers 57 ange
schlossen. Sowohl der Intensitätssignalpuffer 56
als auch der Abstandssignalpuffer 57 sind an den
Taktgeber 31 angeschlossen, wobei mit der durch den
Taktgeber 31 vorgegebenen geschwindigkeitspropor
tionalen und damit wegkonstanten Taktfrequenz die
Intensitätssignale beziehungsweise Abstandswerte
mit einer einer festen Speicherdistanz längs der
Schienen 4 entsprechenden Anzahl einlesbar sind.
Das Ausgangssignal des Intensitätssignalpuffers 56
ist einem Eingang eines Intensitätskomparators 58
eingespeist, dem ebenfalls das Ausgangssignal eines
Intensitätsschwellwertgebers 59 sowie ein in einer
Masterkennungssignalleitung 60 vorhandenes, von
einer in Fig. 15 nicht dargestellten Einrichtung
zur Erkennung von Masten generiertes Masterken
nungssignal einspeisbar ist. Mit dem Intensitäts
komparator 58 ist das mit dem aus dem Taktgeber 31
getaktet ausgelesene Ausgangssignal des Intensi
tätssignalpuffers 56 dann normiert auf den Intensi
tätsschwellwert oder eine logische "1" auf eine
Bestimmungseinheit mit einem Interpolationsglied 63
zur Interpolation zwischen Abstandswerten weiter
schaltbar, wenn der ausgelesene Intensitätswert
größer als der durch den Intensitätsschwellwert
geber 59 vorgegebene Intensitätsschwellwert ist und
in der Masterkennungssignalleitung ein durch eine
in Fig. 15 nicht dargestellte Masterkennungsvor
richtung erzeugtes Masterkennungssignal, welches
bei Erkennen eines Mastes 13 mit einer zum Auslesen
des Abstandssignalpuffers ausreichend langen Halte
zeit erzeugt ist, anliegt.
Entsprechend sind die in Speicherelementen des Ab
standssignalpuffers 57 abgelegten Abstandswerte
einem Abstandskomparator 61 einspeisbar, der wei
terhin an einen Abstandsschwellwertgeber 62 und die
Masterkennungssignalleitung 60 angeschlossen ist.
Ist der von einem Speicherelement des Abstandssig
nalpuffers 57 ausgelesene Abstandswert kleiner als
der von dem Abstandsschwellwertgeber 62 vorgegebene
Maximalabstandswert und liegt ein Masterken
nungssignal an, ist der Abstandswert auf das Inter
polationsglied 63 gegeben. Ist hingegen der Ab
standswert aus dem Abstandssignalpuffer 57 größer
als der Maximalabstandswert, ist der Maximalab
standswert dem Interpolationsglied 63 eingespeist.
Die Interpolationsabstandswerten mit den Abstands
werten aus dem Abstandssignalpuffer 57 als Stütz
stellen entsprechenden Ausgangssignale des Inter
polationsgliedes 63 sind einem Minimalabstands
sucher 64 der Bestimmungseinheit einspeisbar, dem
weiterhin Korrekturwerte aus einem Korrekturwert
geber 65 zuführbar sind. Mit dem Minimalabstands
sucher 64 sind aus den durch das Interpolations
glied 63 berechneten Interpolationsabstandswerten
die Minimalabstände unter Berücksichtigung der
durch den Korrekturwertgeber 65 eingespeisten Kor
rekturwerte, wie beispielsweise einem seitlichen
Versatz der Räder 3 des Meßwagens 1 oder eine Ver
windung des Wagenaufsatzes 7 in bezug auf die
Gleise 4 berücksichtigt sind. Die durch den Mini
malabstandssucher 64 bestimmten, jeweils einem Mast
13 zugeordneten Minimalabstände sind dann über die
Abstandswertleitung 39 der Zentralrecheneinheit 41
einspeisbar.
Als zweckmäßiger Algorithmus zur Interpolation ist
die Interpolation mit sogenannten kubischen Spline-
Funktionen vorgesehen, bei der zwischen den Ab
standswerten als Stütz stellen mit auch an den
Stützstellen zweifach stetig differenzierbaren
Polynomen oder Exponentialfunktionen interpolierbar
sind. Bei Rundmasten gemäß Fig. 9 und Fig. 10 kann
hierbei der Minimalabstand im gleisnächsten Schei
telpunkt der Querschnitte gefunden werden. Bei mit
einer Seitenfläche parallel zu den Gleisen 4 ausge
richteten Kantmasten 27 gemäß Fig. 11 und Fig. 12
ist es zweckmäßig, bei der Interpolation als Ort
des Minimalabstandes die Mitte zwischen den Rand
flanken zu nehmen.
Bei Rahmenflachmasten 20, 23 gemäß Fig. 3 bis Fig. 8
ergeben sich je nach Höhenlage der Ausgangsstrah
lungen 14, 15 verhältnismäßig komplexe und stark
voneinander abweichende Weg-Abstands-Muster auf
grund der in Längsrichtung bis maximal über die
Tiefe der Rahmenflachmasten variierenden Abstands
werte bei Rückwerfen von Ausgangsstrahlungen an den
tiefenversetzten Seitenstreben 21, 24 und Ver
bindungsstreben 25. Bei der Interpolation sind die
Seitenstreben 21 sowie gleisnahe und gleisferne
Querstreben 22 beziehungsweise Seitenstreben 24
insbesondere auch bei schräggestellten Rahmenflach
masten 20, 23 durch Interpolationsfunktionen in
einer Abstandsfunktion erfaßbar, aus denen zu
verlässig ein Minimalabstandswert bestimmbar ist,
ohne daß es auf genaue Kenntnis der Ausrichtung der
Rahmenflachmasten 20, 23 ankommt.
Mit Hilfe der Neigungswertgeber 42, 43 ist weiter
hin erkennbar, ob ein Mast 13 gegenüber der Verti
kalen geneigt ist, da die Neigung der Meßköpfe 8,
9, 11, 12 selbst bekannt ist. Dadurch sind bereits
geringfügige Neigungen von Masten 13 beispielsweise
infolge von Unterspülungen der Fundamente oder
Erdbewegungen erkennbar, bevor es zu weitreichenden
Schäden kommen kann.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von
Gegenständen (13, 20, 23, 26, 27) mit wenig
stens einer Sendeeinheit zum Aussenden inten
sitätsmodulierter Ausgangsstrahlung, mit wenig
stens einer Detektionseinheit zum Detektieren
von rückgeworfener Ausgangsstrahlung und mit
wenigstens einer Auswerteeinheit, mit der aus
dem Weg der Ausgangsstrahlung von einer Sende
einheit zu einer Detektionseinheit in Abstands
werten der Abstand eines zu erfassenden Gegen
standes (13, 20, 23, 26, 27) von der Vorrich
tung bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein mit einem Taktgeber (31) an
gesteuerter Abstandswertspeicher (57) vorge
sehen ist, mit dem eine Abfolge von Abstands
werten abspeicherbar ist, daß der oder jeder
Abstandswertspeicher (57) an eine Bestimmungs
einheit (63, 64) angeschlossen ist, mit der aus
den in dem oder jedem Abstandswertspeicher (57)
abgespeicherten Abstandswerten ein einem Mini
malabstand entsprechender Minimalabstandswert
bestimmbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignales
des Taktgebers (31) über ein geschwindigkeits
proportionales Ausgangssignal eines Geschwin
digkeitsgebers so steuerbar ist, daß eine Takt
periode einer gleichbleibenden zurückgelegten
Weglänge entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mit Abstandswerten und
dem Ausgangssignal eines Abstandsschwellwert
gebers (62) beaufschlagbarer Abstandskomparator
(61) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Nei
gungsgeber (42, 43) vorgesehen ist, mit dem die
Neigung der Ausgangsstrahlung (14, 15) gegen
die Horizontale bestimmbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsein
heit ein Interpolationsglied (63) aufweist, mit
dem zwischen den in dem Abstandswertspeicher
(57) abgespeicherten Abstandswerten interpo
lierbar und Interpolationsabstandswerte be
rechenbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit einem Minimalabstandssucher
(64) der Bestimmungseinheit aus den Inter
polationsabstandswerten ein Minimalabstandswert
bestimmbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der wenigstens
einen Detektionseinheit (52) in einem Intensi
tätswert die Intensität der rückgeworfenen Aus
gangsstrahlung (14) bestimmbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Intensitätskomparator (58)
vorgesehen ist, dem ein Ausgangssignal eines
Intensitätsschwellwertgebers (59) und ein In
tensitätswert einspeisbar ist, wobei bei Inten
sitätswerten unterhalb des durch den Intensi
tätsschwellwertgeber (59) vorgegebenen Inten
sitätsschwellwertes die Auswertung eines Ab
standswertes unterbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrah
lung (14) mit einem durch einen Modulator (46)
ansteuerbaren Sender (47) mit einer Frequenz
intensitätsmodulierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstrah
lung (14) über einen von einem Modulator (46)
angesteuerten Sender (47) mit zwei zwei Ab
standswertbereichen zugeordneten Frequenzen
intensitätsmodulierbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei
Meßköpfe (8, 11) mit jeweils einer Sendeeinheit
(45) und einer Detektionseinheit (52) vorge
sehen sind, wobei die Ausgangsstrahlungen (14,
15) der Sendeeinheiten (45) in Längsrichtung
von zu erfassenden Gegenständen versetzt zuein
ander ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung (50) der
wenigstens einen Sendeeinheit (45) in einer
Referenzmeßstrecke (51) zur Kalibrierung der
Abstandswertebestimmung einkoppelbar ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996146830 DE19646830C1 (de) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen |
PCT/DE1997/002415 WO1998021605A1 (de) | 1996-11-13 | 1997-10-17 | Vorrichtung zum berührungsfreien erfassen von gegenständen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996146830 DE19646830C1 (de) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19646830C1 true DE19646830C1 (de) | 1998-03-26 |
Family
ID=7811503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1996146830 Expired - Lifetime DE19646830C1 (de) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Gegenständen |
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Country | Link |
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DE (1) | DE19646830C1 (de) |
WO (1) | WO1998021605A1 (de) |
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