EP1270814A2 - Gleisbaumaschine und Verfahren zur Erfassung einer Gleislage - Google Patents

Gleisbaumaschine und Verfahren zur Erfassung einer Gleislage Download PDF

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EP1270814A2
EP1270814A2 EP02450117A EP02450117A EP1270814A2 EP 1270814 A2 EP1270814 A2 EP 1270814A2 EP 02450117 A EP02450117 A EP 02450117A EP 02450117 A EP02450117 A EP 02450117A EP 1270814 A2 EP1270814 A2 EP 1270814A2
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EP
European Patent Office
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track
machine
scanning unit
antenna
scanning
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EP1270814B1 (de
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Josef Theurer
Herbert Wörgötter
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Franz Plasser Bahnbaumaschinen Industrie GmbH
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Franz Plasser Bahnbaumaschinen Industrie GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/02—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for spacing, for cross levelling; for laying-out curves
    • E01B35/04—Wheeled apparatus

Definitions

  • the invention relates to a track construction machine with a rail running gear on a track movable machine frame and one with this adjustable connected and movable by wheel flange rollers on the track Track scanning unit, and a method for detecting a track position.
  • EP 1 028 325 A2 discloses a method for measuring a track with the aid of of two measuring vehicles movable independently of each other on the track described at the end points of a track section to be measured be set up.
  • the object of the present invention is now to provide a machine or a method of the generic type with which the location a track is quickly and reliably accurately detected.
  • this object is achieved with a machine of the aforementioned Art solved by the fact that the machine frame with an an antenna connected to an antenna center having satellite receiver is, and that a measuring device for detecting the relative position of the antenna center with respect to the track scanning unit with respect to Parameter: Track bank, normal to machine longitudinal direction Transverse shift and vertical distance as well as a computing unit for computational displacement of the antenna center with respect to a reference point the track scanning unit is provided.
  • a track construction machine 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a machine frame 2, which supported on rail chassis 3 on a track 4 and provided with driving or working cabins 5 and with a drive unit 6 is.
  • the machine 1 is independent of this on the track 4th movable satellite vehicle 7 equipped and with its help for Measuring an actual position of the track 4 in a by an arrow. 8 formed working direction. (This is already for example from EP 1 028 325 A2, which is why it will not be discussed in more detail here.)
  • a track scanning unit 9 the wheel flange 10th is stored on the track 4.
  • This track scanning unit 9 is substantially designed as a track-movable measuring axis 11, the machine frame on the second pivoted hinged and with this on the basis of (for reasons of space not shown) drives height adjustable connected by means of which the measuring axis 11 at the beginning of use of the machine 1 on the rails 12 of the Track 4 is lowered or Schemeins.
  • a satellite receiver 13 is attached to the machine frame 2, which an antenna 14 having an antenna center 15 and for receiving satellite-broadcast extraterrestrial position signals (or GPS signals) is used.
  • a laser receiver 28 is used in conjunction with a laser transmitter 29 for generating a measuring line 30th
  • a measuring device 16 is further provided for Detecting the relative position of the antenna center 15 with respect to Track sensing unit 9 is provided.
  • This measuring device 16 is as - with the machine frame 2 on the underside 27 connected - laser scanner 17 with a scanning plane 18 extending in the cross-machine direction formed, which has an origin 19.
  • the origin 19 forms an optical one Center 24 of the measuring device 16, with respect to the machine longitudinal direction is positioned above the track scanning unit 9.
  • On the vertical underneath the measuring axis 11 of the scanning unit 9 is to be scanned arranged by the laser scanner 17 scanning target 20 arranged as centrally located between the flange wheels 10 and in the cross machine direction extending ruler 21 is formed.
  • This one also has one centered between the wheel flange 10 arranged reference point 22, the shape of a projecting from the ruler 21 in the vertical direction pin 23 has.
  • the Detecting the position of the antenna center 15 relative to the track scanning unit 9 referring to the following parameters: track bank ⁇ , normal to the machine longitudinal direction transverse displacement d and vertical distance a.
  • track bank ⁇ normal to the machine longitudinal direction transverse displacement d and vertical distance a.
  • Track scanning unit 9 determines what, through the determination of the coordinate position of the antenna center 15 using the position signals (GPS signals) - automatically the absolute track position coordinates in the area the track scanning unit 9 are registered.
  • Fig. 3 shows the measurement of the inclination of the machine frame 2 relative to Measuring axis 11.
  • the machine frame 2 due to the suspension 3 rail bogies have a different bank than the ones Measuring axis 11, which corresponds to the track bank ⁇ .
  • These different Bank is determined with the laser scanner 17 by an XY coordinate system which is based on its origin 19 the scanning plane 18 of the laser scanner 17 has.
  • the coordinates x1, y1 and x2, y2 of the two in the cross-machine direction outer, impinging on the ruler 21st Laser beams or their target points can now be in the coordinate system be calculated. This will (also mathematically) the frame inclination ⁇ determined.
  • the laser scanner 17 whose angular resolution is about 0.05 °, provides at each step a measure of the angle and distance to the scanned ruler 21.
  • the reference point 22 forming, projecting in the center of the ruler 21 Pin 23 uniquely identified by the laser scanner 17 or can its horizontal and vertical position relative to the origin 19 determined become.
  • both horizontal and vertical can result Distance between machine frame 2 and measuring axis 11 can be determined.
  • To find the reference point 22 becomes the distance measurements of the laser scanner 17 that scan selected the minimum distance in the center area having.
  • This scan is characterized by the distance a and the angle ⁇ in an XY coordinate system in which the machine frame the X-axis forms and the zero point in the origin 19 of the laser scanner 17 lies.
  • the reference point 22 is now based on these values a and ⁇ coordinates.

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Abstract

Eine Gleisbaumaschine (1) weist einen auf einem Gleis (4) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und eine mit diesem verstellbar verbundene und durch Spurkranzrollen (10) am Gleis verfahrbare Gleisabtasteinheit (9) auf. Der Maschinenrahmen (2) ist mit einem Satellitenempfänger (13) verbunden, der eine Antenne (14) mit einem Antennenzentrum (15) aufweist. Eine Meßvorrichtung (16) ist zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums (15) in bezug auf die Gleisabtasteinheit (9) bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung und Vertikaldistanz vorgesehen. Eine Recheneinheit (25) dient zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums (15) in Bezug auf einen Referenzpunkt (22) der Gleisabtasteinheit (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen und einer mit diesem verstellbar verbundenen und durch Spurkranzrollen am Gleis verfahrbaren Gleisabtasteinheit, sowie ein Verfahren zur Erfassung einer Gleislage.
Aus der EP 0 806 523 A1 ist bereits eine derartige Gleisbaumaschine bzw. ein Verfahren zur Erfassung einer Soll-Gleislage bekannt. Mit einem Lasersender wird die Lage des die Gleislage abtastenden Gleishebeaggregates in Bezug auf den Maschinenrahmen der Maschine gemessen, dessen eigene Lage wiederum anhand geodätisch vermessener, die absolute Gleislage definierender Fixpunkte bestimmt worden ist.
Gemäß DE 41 02 871 C2 ist es ebenfalls bekannt, bei einer Gleisbaumaschine die Verschiebung einer auf dem Gleis abrollenden Meßachse bzw. Gleisabtasteinheit relativ zum Maschinenrahmen der über Schienenfahrwerke auf dem Gleis gelagerten Maschine zu messen.
In EP 1 028 325 A2 ist ein Verfahren zum Aufmessen eines Gleises mit Hilfe von zwei unabhängig voneinander auf dem Gleis verfahrbaren Meßfahrzeugen beschrieben, die an den Endpunkten eines zu vermessenden Gleisabschnittes aufgestellt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung einer Maschine bzw. eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art, mit dem die Lage eines Gleises rasch und zuverlässig genau erfaßbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Maschinenrahmen mit einem eine Antenne mit einem Antennenzentrum aufweisenden Satellitenempfänger verbunden ist, und daß eine Meßvorrichtung zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums in bezug auf die Gleisabtasteinheit bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung und Vertikaldistanz sowie eine Recheneinheit zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums in Bezug auf einen Referenzpunkt der Gleisabtasteinheit vorgesehen ist.
Mit diesen erfindungsgemäßen Merkmalen ist es nun möglich, trotz einer für einen optimalen Empfang vorrangigen Anordnung des Satellitenempfängers auf der Maschine eine exakte Parallelführung des Antennenzentrums in Bezug auf die Gleisachse sicherzustellen.
Weitere Vorteile und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gleisbaumaschine mit einer Gleisabtasteinheit,
  • Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht der Maschine in Gleislängsrichtung gemäß Schnittlinie II in Fig. 1, und
  • Fig. 3, 4 und 5 jeweils diagrammatische Darstellungen von verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • Eine in Fig. 1 und 2 ersichtliche Gleisbaumaschine 1 weist einen Maschinenrahmen 2 auf, der über Schienenfahrwerke 3 auf einem Gleis 4 abgestützt und mit Fahr- bzw. Arbeitskabinen 5 sowie mit einer Antriebseinheit 6 versehen ist. Die Maschine 1 ist mit einem unabhängig von dieser auf dem Gleis 4 verfahrbaren Satellitenfahrzeug 7 ausgestattet und mit dessen Hilfe zum Aufmessen einer Ist-Lage des Gleises 4 in einer durch einen Pfeil 8 dargestellten Arbeitsrichtung ausgebildet. (Dies ist bereits z.B. aus EP 1 028 325 A2 bekannt, weshalb hier nicht mehr näher darauf eingegangen wird.)
    Bezüglich der Arbeitsrichtung vor dem vorderen Schienenfahrwerk 3 der Maschine 1 befindet sich eine Gleisabtasteinheit 9, die über Spurkranzrollen 10 auf dem Gleis 4 gelagert ist. Diese Gleisabtasteinheit 9 ist im wesentlichen als gleisverfahrbare Meßachse 11 ausgebildet, die am Maschinenrahmen 2 verschwenkbar angelenkt und mit diesem anhand von (aus Platzgründen nicht dargestellten) Antrieben höhenverstellbar verbunden ist, mittels derer die Meßachse 11 zu Einsatzbeginn der Maschine 1 auf die Schienen 12 des Gleises 4 abgesenkt bzw. eingegleist wird. Direkt oberhalb der Gleisabtasteinheit 9 ist ein Satellitenempfänger 13 am Maschinenrahmen 2 befestigt, der eine Antenne 14 mit einem Antennenzentrum 15 aufweist und zum Empfang von über Satelliten ausgestrahlten, extraterrestrischen Positionssignalen (oder GPS-Signalen) dient. Ein Laserempfänger 28 dient in Verbindung mit einem Lasersender 29 zur Erzeugung einer Meßlinie 30.
    Auf der Maschine 1 ist weiters eine Meßvorrichtung 16 vorgesehen, die zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums 15 in Bezug auf die Gleisabtasteinheit 9 vorgesehen ist. Diese Meßvorrichtung 16 ist als - mit dem Maschinenrahmen 2 an dessen Unterseite 27 verbundener - Laserscanner 17 mit einer in Maschinenquerrichtung verlaufenden Abtastebene 18 ausgebildet, der einen Ursprung 19 aufweist. Der Ursprung 19 bildet ein optisches Zentrum 24 der Meßvorrichtung 16, die bezüglich der Maschinenlängsrichtung oberhalb der Gleisabtasteinheit 9 positioniert ist. Auf der senkrecht darunter befindlichen Meßachse 11 der Abtasteinheit 9 ist ein zur Abtastung durch den Laserscanner 17 vorgesehenes Abtastziel 20 angeordnet, das als mittig zwischen den Spurkranzrollen 10 befindliches und in Maschinenquerrichtung verlaufendes Lineal 21 ausgebildet ist. Dieses weist einen ebenfalls mittig zwischen den Spurkranzrollen 10 angeordneten Referenzpunkt 22 auf, der die Form eines vom Lineal 21 in vertikaler Richtung abstehenden Stiftes 23 hat.
    Wie nun auch anhand der Figuren 3, 4 und 5 näher erläutert wird, erfolgt die Erfassung der Lage des Antennenzentrums 15 relativ zur Gleisabtasteinheit 9 unter Bezugnahme auf die folgenden Parameter: Gleisquerneigung β, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung d und Vertikaldistanz a. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung einer Gleislage durch Abtasten des Gleises 4 erfolgt - unter Einbeziehung der genannten Parameter - eine rechnerische Verlagerung des Antennenzentrums 15 in Bezug auf den Referenzpunkt 22 der Gleisabtasteinheit 9 durch eine auf der Maschine 1 vorgesehene Recheneinheit 25. In anderen Worten, es wird die Position des auf dem Maschinenrahmen 2 der Maschine 1 befindlichen Antennenzentrums 15 des Satellitenempfängers 13 relativ zum Referenzpunkt 22 der auf dem Gleis 4 abrollbaren und mit der Maschine 1 verbundenen Gleisabtasteinheit 9 ermittelt, womit - über die Bestimmung der Koordinatenposition des Antennenzentrums 15 mit Hilfe der Positionssignale (GPS-Signale) - automatisch auch die absoluten Gleislagekoordinaten im Bereich der Gleisabtasteinheit 9 registriert werden.
    Fig. 3 zeigt das Messen der Neigung des Maschinenrahmens 2 relativ zur Meßachse 11. In der Regel wird der Maschinenrahmen 2 auf Grund der Federung der Schienenfahrwerke 3 eine andere Querneigung haben als die Meßachse 11, die ja der Gleisquerneigung β entspricht. Diese unterschiedliche Querneigung wird mit dem Laserscanner 17 ermittelt, indem ein XY-Koordinatensystem aufgespannt wird, das seinen Nullpunkt im Ursprung 19 der Abtastebene 18 des Laserscanners 17 hat. Die Koordinaten x1,y1 und x2,y2 der beiden in Maschinenquerrichtung äußeren, auf das Lineal 21 auftreffenden Laserstrahlen bzw. deren Zielpunkte können nun in dem Koordinatensystem berechnet werden. Daraus wird (ebenfalls rechnerisch) die Rahmenneigung α eruiert. Da dieses Winkelmaß α nur den relativen Winkel zwischen Maschinenrahmen 2 und Meßachse 11 angibt, ist es erforderlich, die absolute Rahmenneigung (bezogen auf die Horizontale) zu ermitteln. Dazu wird die der Gleisquerneigung β entsprechende Querneigung der Meßachse 11 durch ein auf dieser angebrachtes Inklinometer 26 gemessen. Von diesem Wert β wird nun die Rahmenneigung α subtrahiert, um die absolute Rahmenneigung zu erhalten.
    Anhand der Fig. 4 wird das Berechnen des Abstandes und der Höhe zwischen der Meßachse 11 und dem Maschinenrahmen 2 erläutert. Der Laserscanner 17, dessen Winkelauflösung ca. 0,05° beträgt, liefert zu jedem Schritt ein Maß für den Winkel und den Abstand zum abgetasteten Lineal 21. Damit kann der den Referenzpunkt 22 bildende, in der Mitte des Lineals 21 abstehende Stift 23 durch den Laserscanner 17 eindeutig identifiziert bzw. kann dessen horizontale und vertikale Lage relativ zum Ursprung 19 bestimmt werden. In der Folge kann daraus sowohl der horizontale als auch der vertikale Abstand zwischen Maschinenrahmen 2 und Meßachse 11 ermittelt werden. Um den Referenzpunkt 22 zu finden, wird aus den Distanzmessungen des Laserscanners 17 jener Scan gewählt, der die minimale Distanz im Mittenbereich aufweist. Dieser Scan ist gekennzeichnet durch den Abstand a und den Winkel δ in einem XY-Koordinatensystem, in dem der Maschinenrahmen die X-Achse bildet und der Nullpunkt im Ursprung 19 des Laserscanners 17 liegt. Damit wird nun der Referenzpunkt 22 anhand dieser Werte a und δ koordinatenmäßig festgelegt.
    Da das genannte Koordinatensystem vorerst um die Rahmenneigung aus der Horizontalen gedreht ist, muß - zur Berechnung der vertikalen Höhe und des horizontalen Abstandes zum Nullpunkt - das ganze Koordinatensystem noch rechnerisch um die Rahmenneigung in die Horizontale gedreht werden.
    Aus der schematischen Darstellung in Fig. 5 sind die wesentlichen Parameter des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ersichtlich. Bei Inbetriebnahme der Maschine 1 bzw. vor Einsatzbeginn werden folgende Konstanten ermittelt:
    h =
    vertikaler Abstand des Antennenzentrums 15 des Satellitenempfängers 13 über dem Ursprung 19 des Laserscanners 17,
    d =
    horizontaler Abstand zwischen der Antenne 14 bzw. dem Antennenzentrum 15 und dem Ursprung 19 des Laserscanners 17,
    b =
    Abstand zwischen der Innenkante der Schiene 12 und dem Referenzpunkt 22 auf dem Lineal 21, und
    c =
    vertikaler Abstand des Lineals 21 bzw. des Referenzpunktes 22 über der Schienenoberkante der Schiene 12.
    Die anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Messungen und Berechnungen ergeben folgende Werte:
    α =
    (relative) Querneigung des Maschinenrahmens 2,
    β =
    Querneigung des Gleises 4, die der Querneigung der Meßachse 11 entspricht,
    δ =
    Winkel, bei dem der Laserscanner 17 den Stift 23 bzw. Referenzpunkt 22 erkennt, und
    a =
    vom Laserscanner 17 gemessene Distanz zwischen Ursprung 19 des Scanners und dem Referenzpunkt 22 auf dem Lineal 21.
    Aus der Gesamtheit dieser Daten wird sodann rechnerisch der vertikale Abstand und die horizontale Distanz zwischen der GPS-Antenne 14 und dem Berührungspunkt der Gleisabtasteinheit 9 mit der Schiene 12 bestimmt.

    Claims (8)

    1. Gleisbaumaschine (1) mit einem durch Schienenfahrwerke (3) auf einem Gleis (4) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und einer mit diesem verstellbar verbundenen und durch Spurkranzrollen (10) am Gleis (4) verfahrbaren Gleisabtasteinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenrahmen (2) mit einem eine Antenne (14) mit einem Antennenzentrum (15) aufweisenden Satellitenempfänger (13) verbunden ist, und daß eine Meßvorrichtung (16) zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums (15) in bezug auf die Gleisabtasteinheit (9) bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung (β), normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung (d) und Vertikaldistanz (a) sowie eine Recheneinheit (25) zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums (15) in Bezug auf einen Referenzpunkt (22) der Gleisabtasteinheit (9) vorgesehen ist.
    2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (16) als mit dem Maschinenrahmen (2) verbundener Laserscanner (17) mit einer in Maschinenquerrichtung verlaufenden, einen Ursprung (19) aufweisenden Abtastebene (18) ausgebildet ist.
    3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gleisabtasteinheit (9) mittig zwischen den Spurkranzrollen (10) ein in Maschinenquerrichtung verlaufendes, zur Abtastung durch den Laserscanner (17) vorgesehenes Abtastziel (20) mit dem ebenfalls mittig zwischen den Spurkranzrollen (10) positionierten Referenzpunkt (22) angeordnet ist.
    4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastziel (20) als Lineal (21) und der Referenzpunkt (22) als vom Lineal (21) abstehender Stift (23) ausgebildet ist.
    5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Zentrum (24) der Meßvorrichtung (16) bezüglich der Maschinenlängsrichtung oberhalb der Gleisabtasteinheit (9) an einer Unterseite (27) des Maschinenrahmens (2) angeordnet ist.
    6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleisabtasteinheit (9) als mit einem Laserempfänger (28) zur Erzeugung einer Meßlinie (30) verbundene Meßachse (11) ausgebildet ist, die bezüglich der Arbeitsrichtung der Maschine (1) vor dem vorderen Schienenfahrwerk (3) verschwenkbar am Maschinenrahmen (2) angelenkt ist.
    7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (14) des Satellitenempfängers (13) oberhalb der Gleisabtasteinheit (9) mit dem Maschinenrahmen (2) verbunden ist.
    8. Verfahren zur Erfassung einer Gleislage durch Abtasten eines Gleises (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Position eines auf einer Maschine (1) befindlichen Antennenzentrums (15) eines zum Empfang von extraterrestrischen Positionssignalen vorgesehenen Satellitenempfängers (13) relativ zu einem Referenzpunkt (22) einer auf dem Gleis (4) abrollbaren, mit der Maschine (1) verbundenen Gleisabtasteinheit (9) ermittelt wird und somit über die Bestimmung der Koordinatenposition des Antennenzentrums (15) mit Hilfe der Positionssignale automatisch auch die absoluten Gleislagekoordinaten im Bereich der Gleisabtasteinheit (9) registriert werden.
    EP02450117A 2001-06-21 2002-05-15 Gleisbaumaschine und Verfahren zur Erfassung einer Gleislage Expired - Lifetime EP1270814B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    AT0048801U AT4766U3 (de) 2001-06-21 2001-06-21 Gleisbaumaschine und verfahren zur erfassung einer gleislage
    AT4882001U 2001-06-21

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1270814A2 true EP1270814A2 (de) 2003-01-02
    EP1270814A3 EP1270814A3 (de) 2004-01-02
    EP1270814B1 EP1270814B1 (de) 2006-06-14

    Family

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