EP3160820B1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung mindestens einer eigenschaft eines gleises für ein schienenfahrzeug sowie schienenfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung mindestens einer eigenschaft eines gleises für ein schienenfahrzeug sowie schienenfahrzeug Download PDF

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EP3160820B1
EP3160820B1 EP15714458.5A EP15714458A EP3160820B1 EP 3160820 B1 EP3160820 B1 EP 3160820B1 EP 15714458 A EP15714458 A EP 15714458A EP 3160820 B1 EP3160820 B1 EP 3160820B1
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EP
European Patent Office
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rail vehicle
profile
track
rail
vehicle
Prior art date
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Active
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EP15714458.5A
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EP3160820A1 (de
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Christian TELKE
Matthias Harter
Gero Zechel
Michael Beitelschmidt
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/045—Rail wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/047—Track or rail movements

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining at least one property of a track for a rail vehicle and a rail vehicle.
  • Determining a track position may also be desirable, e.g. Locate positions of objects or obstacles along the track relative to the track position.
  • a track layer may in particular be provided by a track center, e.g. be given in the form of a center line between the rails of a track, but also by a center line of a rail of the track.
  • the track position may hereby be a reference line e.g. for a detection of a clear space relative to the track position. For example, dimensions of a tunnel passage relative to the track position, in particular a height and / or a width of the tunnel, can be detected.
  • the GB 2403861 A discloses a system for monitoring and measuring positions of objects along a monitoring path.
  • the system is mounted on a vehicle that travels along the route to be monitored.
  • the system includes a scanner and a data analyzer.
  • the scanner is fixedly mounted on the rail vehicle and is designed as a so-called 3D scanner, wherein a laser beam is rotated continuously through 360 °.
  • the EP 1544572 A2 discloses a device for non-contact detection of distances to objects next to a track system.
  • the device comprises a reference position measuring unit, which has a first laser line generator and a first area camera, which are aligned in the direction of a first rail. Furthermore, the reference position measuring unit is equipped with a second laser line generator and a second area camera, which are in the direction of the second rail are aligned. This reference position measuring unit is fixedly attached to the rail vehicle.
  • the DE 19801311 A1 discloses a rail-mounted maintenance machine. This can use for detecting a rail cross profile, a measuring device having, for example, laser heads.
  • the DE 4238034 C1 discloses a method for inspecting, non-contact scanning of the immediate surroundings of a track track with respect to certain measurement criteria.
  • a radially rotating measuring beam is emitted and the reflecting signals of this measuring beam are received, processed and stored in the area of the transmitter and / or signals emitted by the surroundings.
  • the location and the position of the transmitter / receiver unit with respect to an earth-fixed coordinate system or reference point are additionally measured synchronously by means of a navigation system arranged on the measuring vehicle, and the same data is determined therefrom.
  • An exemplary imaging system includes a high speed camera and an evaluation unit configured to analyze images from the camera and to detect geometric variations in the structure.
  • the WO 2005/108676 A1 discloses an optical inspection equipment mounted on an underside of a rail vehicle body and supported by the chassis.
  • the equipment is supported by variable length damping, which includes linear actuators so that the equipment can be moved horizontally or vertically and be subject to roll.
  • the WO 2014/007496 A1 discloses a system for monitoring a lane wherein dynamic characteristics of a train traveling along rails and data for monitoring railway equipment are synchronized with a predetermined travel distance. Further disclosed is a repeated accumulation and processing of data with a monitoring device including a laser generator is installed on the train, comprises a camera for generating 3D coordinates and a vibration meter.
  • the technical problem arises of providing an apparatus and a method for determining at least one property of a track for a rail vehicle as well as a rail vehicle, which allow a reliable and accurate determination of at least one property of the track.
  • a device for determining at least one property of a track for a rail vehicle is proposed.
  • the term determination here also includes the term detection.
  • a feature of the track may be a feature of a track of the track or both rails of the track.
  • the device can also serve for rail measurement.
  • a characteristic of the track may be wear of the track, e.g. can be determined by comparing an actual profile of the track with a desired profile of the track. Another property may be a gauge of the track. Another characteristic may be a track cant, e.g. may designate a relative height difference between a surface of a first rail and a surface of another rail of the track. Another property may be a radius of curvature of the track or a vertical curvature. Another property may be a gradient of the track through which e.g. a slope or a slope of the track can be represented. Another property may be a track layout, e.g. a position of a track center or a centerline of the track.
  • the property may also be a rail profile, in particular a rail cross profile.
  • the at least one property can be a geometric property of the track or a further property that can be determined as a function of at least one geometric property.
  • the device comprises at least one profile detection device for detecting a profile of at least one rail of the track.
  • a profile may in this case, as explained in more detail below, in particular be a two-dimensional profile.
  • the profile may be e.g. represent an outer contour of the rail.
  • the profile is preferably a transverse profile of the rail, wherein the transverse profile is detected in a plane that is perpendicular to a longitudinal axis of the rail.
  • the profile detection device may in particular be an optical profile detection device.
  • the profile detection device can enable a contactless detection of the profile.
  • the device comprises at least one positioning device, wherein the at least one profile detection device is movable by the positioning device, in particular relative to the rail vehicle.
  • the positioning device may in particular comprise a stationary part and a part of the positioning device that is movable relative to the stationary part.
  • the profile detection device can be on or at the positioning device, in particular on or on the moving part, be attached.
  • the profile detection device can be detachably or permanently attached to the positioning device.
  • a position and / or orientation of the profile detection device relative to the positioning device can be changed or unchangeable.
  • the positioning device in particular the stationary part, can be fastened to the rail vehicle, in particular to a railcar body of the rail vehicle, more particularly on an underside of the rail vehicle.
  • the positioning device in particular the stationary part, have at least one fastening means.
  • the positioning device may in this case preferably be fastened to the rail vehicle such that the at least one profile detection device is movable with a desired, in particular rectilinear, movement along a trajectory which is oriented parallel to a vehicle transverse axis of the rail vehicle.
  • the at least one profile detection device is movable by the positioning device along a predetermined, in particular straight, trajectory.
  • the profile detection device is movable by the positioning device or a plurality of positioning devices along a plurality of, in particular straight, trajectories.
  • an orientation of the profile detection device by the positioning device or at least one further positioning device is variable.
  • the positioning device may in this case comprise at least one means for generating drive energy.
  • the means may be, for example, an electric motor, in particular a stepper motor or a DC motor or a synchronous motor or an asynchronous motor.
  • the positioning device may comprise at least one movement control means.
  • the device may comprise at least one guide means for guiding the movement of the profile detection device along a, in particular rectilinear, trajectory.
  • the guide means may for example be a bearing device or include such.
  • the guide means may in particular enable a linear guide.
  • the bearing device for example, a sliding guide, a rolling guide, a rail guide, a Enable waveguide.
  • the positioning device can also comprise a means for transmitting drive energy.
  • the positioning device may comprise at least one cable, wherein drive energy from the means for generating drive energy to the movable part can be transmitted via the cable.
  • the positioning device may e.g. be designed as a linear unit, wherein the term linear unit comprises the stationary part, the movable part and the means for generating and / or transmission of drive energy.
  • the profile detection device can have a detection region, in particular a two-dimensional detection region, wherein a profile of objects which are located in the detection region is detected by the profile detection device.
  • profile data can be generated that represent or encode the profile of an item.
  • the positioning device and / or the profile detection device can be arranged relative to the rail vehicle or fastened to it in such a way that the detection area covers at least a partial area below the rail vehicle.
  • a central detection direction or detection axis of the detection area can be oriented parallel to a vertical axis of the rail vehicle.
  • the movable part can be arranged for this purpose in the vertical direction below the stationary part.
  • the vertical direction may in this case be oriented parallel to a vehicle vertical axis.
  • the vertical direction may be oriented from bottom to top when oriented from a vehicle floor to a vehicle roof.
  • the vertical direction may also be oriented counter to a direction of gravitational force.
  • a carriage of the movable part is arranged in the vertical direction below a means for guiding movement.
  • the means to Motion control can in this case be attached to the rail vehicle, in particular on the underside.
  • the profile detection device can be attached directly or indirectly to the carriage. In this way, a distance between the profile detection device and a rail of the track can be reduced in an advantageous manner, which is particularly advantageous for vehicles with high-lying floors.
  • a carriage of the movable part is arranged in the longitudinal direction in front of or behind the stationary part, in particular in front of or behind a means for guiding movement.
  • a desired distance between the profile detection device and a rail of the track can be ensured, which is particularly advantageous for vehicles with low floors.
  • the longitudinal direction may in this case be oriented parallel to a vehicle longitudinal axis.
  • the longitudinal direction can be oriented from the rear to the front, if it is oriented from a vehicle rear to a vehicle front.
  • the vehicle transverse axis explained above can be oriented perpendicular to the vehicle longitudinal axis and perpendicular to the vehicle vertical axis.
  • the mobility of the profile detection device by the at least one positioning device advantageously allows a position and / or orientation of the profile detection device, in particular by the positioning device, to be changed during or after a change in a relative position of the rail vehicle to the track Track, in particular a rail, further in the detection range of the profile detection device. For example, if the rail vehicle travels through a curve and, as a result, changes the relative position between the profile detection device and a track of the rail, a position of the profile detection device can be changed or tracked such that the rail remains in the detection area, in particular do not leave this. This can be achieved in particular by the previously explained movement parallel to a vehicle transverse axis.
  • a layer may designate a position and / or orientation.
  • the device comprises at least one image capture device.
  • the image capture device can also be attached to the positioning device, in particular to a movable part of the positioning device.
  • the at least one image capture device can also be movable by the positioning device, for example along a, in particular straight, trajectory.
  • the image capture device can be detachably or permanently attached to the positioning device. Also, a position and / or orientation of the image capture device relative to the positioning device can be unchangeable or changeable.
  • the image acquisition device can also have a detection range.
  • the image capture devices By means of the image capture devices, objects that are in the detection area can be imaged. Thus, therefore, images or image data of these objects can be generated.
  • the positioning device and / or the image capture device can be arranged relative to the rail vehicle, in particular be attached to this, that the detection range of the image capture device an area below the Rail vehicle can capture.
  • a central detection direction or detection axis of the detection range of the image acquisition device can also be oriented parallel to a vertical axis of the rail vehicle.
  • the profile acquisition device and the image acquisition device can preferably be arranged relative to one another such that the acquisition regions overlap at least partially.
  • a relative position and / or orientation of the image capture device to the profile acquisition device and thus also a relative position and / or orientation of their detection ranges to each other may be previously known or determinable.
  • a coordinate system of the image acquisition device and a coordinate system of the profile acquisition device can be registered with each other.
  • a position and / or orientation of a coordinate system of the profile acquisition device relative to a coordinate system of the positioning device can be known or determinable.
  • a position and / or orientation of a coordinate system of the image capture device can be known or determinable relative to the coordinate system of the positioning device.
  • the position and / or orientation of the coordinate systems of the image capture device for profile acquisition device is also known or determinable.
  • a redundant optical and thus non-contact detection of the property of the track For example, a detection of the at least one property, in particular of the profile of the rail, by the profile detection device by environmental conditions, for example by leaves on the rail, be disturbed.
  • the at least one property can be determined as a function of images generated by the image capture device.
  • an accuracy of the determination of the property of the track in particular an accuracy of the determination of the spatial position of a track, can be improved by the evaluation of the images generated by the imaging device.
  • images taken by the Imaging device can be generated, edges of the rail are detected.
  • profile data generated by the profile detection device these edges of the rail can be detected.
  • one position of these edges relative to the coordinate system of the positioning device can be determined. If these relative positions deviate from each other by more than a predetermined amount, then for example only the position determined from the profile data or only the position determined from image data can be used to determine the at least one property of the track.
  • a fused property, in particular position can be determined as a function of the respectively determined properties, in particular the relative positions explained above.
  • a fused property can be determined by averaging or weighted averaging.
  • a fused layer can be determined by appropriate estimation methods, for example by a Kalman filter method. Of course, other methods of fusion are conceivable.
  • an accuracy in determining the at least one property of the track increases in an advantageous manner.
  • the device comprises at least one position determining device for determining an absolute position and / or orientation of the rail vehicle.
  • the absolute position may hereby designate a position in a global reference coordinate system.
  • the absolute orientation here may designate an orientation in the global reference coordinate system.
  • the position determination device can be designed, for example, as an inertial sensor (INS).
  • INS inertial sensor
  • the position determination device can also be designed as a GNNS sensor.
  • the rail vehicle may have a vehicle coordinate system.
  • the proposed position determination device can determine a position and / or orientation of this vehicle coordinate system relative to the global reference coordinate system.
  • the rail vehicle and thus also the profile data or image data generated by the profile acquisition device and / or the image acquisition device can advantageously be located in the global reference coordinate system.
  • a relative position and / or orientation of the coordinate system of the positioning device relative to the vehicle coordinate system can be known or determinable.
  • the device may comprise a further position determining device for determining the position and / or orientation of the positioning device, in particular also the profile acquisition device and / or the image acquisition device, relative to the vehicle coordinate system.
  • the profile data generated by the profile acquisition device and / or the image data generated by the image acquisition device can be assigned to a specific position in the global reference coordinate system. This simplifies a subsequent evaluation and assignment of this profile data or image data, e.g. to a certain section of the route.
  • the device comprises at least one further position determination device for determining a position and / or orientation of the positioning device and / or profile detection device and / or the image detection device relative to the rail vehicle.
  • the further position determination device makes it possible to determine the relative position and / or orientation of the positioning device and / or the profile acquisition device and / or the image acquisition device relative to the rail vehicle, in particular relative to a vehicle coordinate system of the rail vehicle.
  • the device may comprise at least one distance detection device for detecting a distance of the profile detection device and / or the positioning device and / or the image detection device from a reference point or a reference section of the rail vehicle.
  • the at least one distance detection device may e.g. be designed as an optical distance sensor.
  • the distance detection device may also be designed as Seilzugwegaufêt Anlagen thanks to the positioning device.
  • a relative position and / or orientation of the profile detection device and / or image capture device is relative to one Coordinate system of the positioning known or determinable.
  • the at least one further position determining device can serve to determine a position and / or orientation of the positioning device relative to the rail vehicle.
  • the device may comprise at least one memory device, wherein the profile data generated by the profile acquisition device and / or the image data generated by the image capture device and optionally information on a spatial position and / or orientation of this data in one of the previously described coordinate systems can be stored.
  • the profile detection device is designed as a two-dimensional profile detection device.
  • it is by the temporal arrangement of the detected properties in the global coordinate system, a three-dimensional profile generated by the profile detection device. So it is e.g. it is possible to generate three-dimensional profile data from two-dimensional profile data which were generated at different, in particular successive points in time.
  • the profile detection device can be arranged on the rail vehicle such that the two-dimensional profile is arranged in a plane perpendicular to a vehicle longitudinal axis.
  • the two-dimensional profile detection device is designed as a laser scanner. This results in an advantageous manner, a particularly simple and reliable detection of the profile.
  • the device comprises at least one illumination device.
  • the illumination device can likewise be movable by the positioning device.
  • the illumination device can be attached to the positioning device, for example, be fastened detachably or permanently.
  • a position and / or orientation of the illumination device relative to the positioning device can be changed or unchangeable.
  • the illumination device may in this case be arranged, for example, on the positioning device, in particular on the movable part of the positioning device, that the Lighting device illuminates at least a portion of the previously described detection ranges of the profile detection device or the image capture device.
  • the device comprises at least one means for beam guidance and / or beam shaping.
  • the means for beam guidance and / or beam shaping serves in particular for guiding and / or shaping a light beam emitted and / or to be received by the profile detection device, in particular a laser beam emitted and / or to be received.
  • the means for beam guidance and / or beam shaping can in this case be attached to the positioning device, in particular to the movable part of the positioning device, e.g. detachable or unsolvable.
  • a position and / or orientation of the means for beam guidance and / or beam shaping relative to the positioning and thus also a beam direction can be changed.
  • the spatial position and / or orientation of the detection range of the profile detection device can be changed by the means for beam guidance and / or beam shaping.
  • a space of the proposed device can be minimized because the profile detection device is not necessarily to be arranged on the positioning that the detection area is already aligned in this position and / or orientation of the profile detection device that the at least one Track of the track is detectable. Rather, by the means for beam guidance and / or beam shaping a spatial position and / or orientation of the detection range can be changed, whereby e.g. a height of the device in the vertical direction below the rail vehicle can be reduced.
  • Is / are the position (s) or the orientation (s) of the profile detection device and / or the image sensing device and / or the means for beam guidance / beam shaping and / or the at least one illumination device relative to the positioning changeable, so a change manually, for example by manual Actuation by operating personnel, or actorgechem done.
  • the position and / or orientation relative to the positioning device before operation of the device according to the invention in particular before a driving operation of the rail vehicle, manually adjusted, the position and / or orientation remains unchanged during operation.
  • This relates in particular to the setting of a position and / or orientation of the profile acquisition device, the image capture device and the illumination device.
  • the position and / or orientation can also be changed during the operation of the device, in particular during a driving operation of the rail vehicle, in particular be changed in an actuator-supported manner.
  • This relates in particular to the position and / or orientation of the means for beam guidance and / or beam shaping.
  • a system for determining at least one property of a track comprises at least two proposed devices, wherein each device may be designed according to one of the previously explained embodiments.
  • the system can also be used to determine a track position.
  • the devices can be arranged relative to one another such that detection regions of the profile detection devices of the two devices do not overlap.
  • the devices can be arranged on a rail vehicle such that a first rail of a track for the rail vehicle can be detected by the profile detection device of a first device and a further rail of the track by the profile detection device of a further device.
  • the devices can be arranged with a, in particular variable, distance from each other on the rail vehicle, wherein the distance along a vehicle transverse direction is measured.
  • the devices may be arranged along a straight line parallel to the vehicle transverse direction spaced from each other. This allows, in particular, a track-independent detection of a track position.
  • a guide of the movement of the profile detection devices of both devices by a common guide means or by mutually different guide means.
  • the rail vehicle comprises at least one device according to one of the previously described embodiments.
  • the device is attached to the rail vehicle.
  • the device is attached to a car body of the rail vehicle, in particular on an underside of the car body.
  • a stationary part of the positioning device may be fastened to the rail vehicle, wherein a movable part in this case is movable relative to the stationary part and thus to the rail vehicle.
  • the device may be attached to the rail vehicle such that the profile detection device is movable parallel to a vehicle transverse axis, in particular along a straight trajectory parallel to the vehicle transverse axis.
  • the rail vehicle comprises two devices, wherein each device may be designed according to one of the previously described embodiments.
  • a first device is arranged on the rail vehicle such that at least one property of a first rail of a track can be determined by the first device, wherein a further device is arranged on the rail vehicle such that at least one property of another rail of the track through the other Device is determinable.
  • the first device can be arranged on the rail vehicle such that a profile of the first rail can be detected by the profile detection device of the first device.
  • the further device can be arranged on the rail vehicle such that a profile of the further rail can be detected by the profile detection device of the further device.
  • a position and / or orientation of the track center can be determined in a simple manner, in particular if a relative position and / or orientation of both positioning devices or both profile detection devices and / or image acquisition devices to each other, for example in the vehicle coordinate system known or are determinable.
  • the position and / or orientation of the track center may then be determined and stored relative to a vehicle coordinate system or relative to a global reference coordinate system, as previously explained.
  • a profile detection device detects a profile of at least one rail of the track.
  • the at least one profile detection device is moved before and / or during and / or after the detection of the profile by a positioning device.
  • the profile detection device can be moved by the positioning device relative to the rail vehicle, in particular parallel to a vehicle transverse axis of the rail vehicle.
  • the profile detection device is moved along a predetermined, in particular rectilinear, trajectory.
  • the proposed method is in this case in particular by a device according to one of the embodiments described above feasible. Furthermore, a position and / or orientation of the generated profile data relative to a coordinate system of the positioning device or relative to a vehicle coordinate system or relative to a global reference coordinate system can be determined. Furthermore, the profile data and possibly the associated information relating to the position and / or orientation can be stored in one of the aforementioned coordinate systems.
  • the profile data can be evaluated in such a way that at least one of the properties of the track explained in the introduction is determined. Also, a check of the property by adjusting the inventively determined property with a predetermined desired property done.
  • the particular property or a deviation, in particular an undesired deviation can be displayed to a driver and / or maintenance personnel via a display device, for example.
  • the device may comprise at least one communication device, for example a wireless or wired communication device.
  • This can e.g. serve for transmitting the profile data, information on the position and / or orientation and / or other information.
  • the device already comprises an evaluation device, which is designed to determine the at least one property. In this case, the specific property and possibly an undesired deviation can also be transmitted via the communication device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device 1 according to the invention shown.
  • the apparatus 1 comprises a profile detection device embodied as a two-dimensional laser scanner 2 for detecting a transverse profile of a rail 3 of a track for a rail vehicle 4.
  • a detection area 5 of the laser scanner 2 is shown schematically.
  • the device 1 comprises an image detection device embodied as a camera 6. Also shown schematically is a detection area 7 of the camera 6.
  • the device 1 further comprises two trained lighting devices 8, wherein also schematically lighting areas 9 of the lighting devices 8 are shown.
  • a mirror 13 for guiding the light beams emitted and to be received by the laser scanner 2. Also, the mirror 13 is arranged on the movable part 11 b, in particular in the housing 12.
  • the mirror 13 in this case forms the previously described means for beam guidance and / or beam shaping.
  • the mirror 13 can in this case in particular be displaceable, that is to say be movable with one or more translational movements, and be rotatable, that is to say be movable with one or more rotational movements.
  • the device 1 comprises a distance sensor 10.
  • the device 1 further comprises a positioning device 11.
  • the positioning device 11 comprises a stationary part 11a and a movable part 11b movable relative to the stationary part 11a.
  • the movable part 11b may be fixed to the stationary part 11a via a movable carriage.
  • the movable part 11b comprises or has a housing 12.
  • the movable part 11b may further include a support means.
  • the housing 12 may also be referred to as a carrier housing.
  • the laser scanner 2 the camera 6, the lighting devices 8 and the distance sensor 10 is arranged on the movable part 11b, in particular within the housing 12, the laser scanner 2, the camera 6, the lighting devices 8 and the distance sensor 10 is arranged.
  • an arrangement of the distance sensor 10 outside of the carrier housing 12 is conceivable. In this case, at least a part of the distance sensor 10 may be arranged outside an outer wall of the carrier housing 12.
  • the housing 12 may in this case have corresponding openings, in particular on an underside of the housing 12, in order to enable the detection and / or illumination of a rail 3 out of the housing 12, that is to say from an internal volume of the housing 12.
  • the laser scanner 2 and the camera 6 are attached to the positioning device 11 in such a way that the detection regions 5, 7 overlap and respectively encompass the rail 3.
  • the lighting devices 8 are in this case arranged on the positioning device 11, that the illumination areas 9 also overlap with the detection areas 5, 7 and thus illuminate the rail 3.
  • a coordinate system of the positioning device 11 which e.g. can be arranged fixed relative to the movable part 11 b.
  • a position and / or orientation of the laser scanner 2, the camera 6 and the illumination devices 8 relative to the coordinate system of the positioning device 11 can be adjustable in this case.
  • a desired position and / or orientation can be set in time before an operation of the device 1, in particular before a driving operation of the rail vehicle 4, wherein during operation of the device 1, this position and / or orientation remains unchanged.
  • the position and / or orientation of the mirror 13 relative to the coordinate system of the positioning device 11 may be variable, in particular actuator-assisted changeable. In this case, a change may in particular also take place during operation of the device 1, in particular during driving operation of the rail vehicle 4, in particular during operation of the laser scanner 2.
  • the fixed part 11a of the positioning device 11 may, for example, comprise parts of a linear drive, in particular a stepping motor for driving the movable part 11b. Furthermore, the positioning device may comprise or form guide means for linear guidance of the movable part 11b relative to the stationary part 11a. Thus, a linear drive is provided by the positioning device 11.
  • the positioning device 11 in particular the stationary part 11a, is fastened to a vehicle body 14, in particular to an underside of the vehicle body 14, of the rail vehicle 4.
  • a vehicle coordinate system wherein a vehicle transverse direction yf and a vehicle vertical direction zf is shown.
  • a vehicle longitudinal direction xf (see Fig. 3 ) is in Fig. 1 Oriented orthogonal to the drawing plane and oriented to a viewer.
  • the positioning device 11 is in this case designed and arranged on the rail vehicle 4, that the movable part 11b, in particular the laser scanner 2, along a rectilinear trajectory is movable, wherein the rectilinear trajectory is oriented parallel to the vehicle transverse direction yf.
  • the vehicle longitudinal direction xf can be oriented parallel to a roll axis of the rail vehicle 4
  • the vehicle transverse direction yf can be oriented parallel to a vehicle pitch axis of the rail vehicle 4
  • the vehicle vertical direction zf can be oriented parallel to a vehicle yaw axis of the rail vehicle 4.
  • the distance sensor 10 detects a distance of the movable part 11b from a reference portion of the rail vehicle 4, in particular a portion of the car body 14. This can be a position and / or orientation of the positioning 11, in particular of the movable part 11b, and thus a position and orientation of the Laser scanner 2, the camera 6 and the other parts of the device 1, are detected relative to the vehicle coordinate system.
  • the distance sensor 10 or another, not shown, distance sensor may alternatively or cumulatively a distance between the two in Fig. 2 illustrated devices 1a, 1b, in particular a distance between the movable parts 11b of the positioning device 11 of the two devices 1a, 1b detect.
  • the device 1 comprises a position determining device of the rail vehicle 4 designed as an inertial unit 16.
  • This device makes it possible to determine a position and / or orientation of the rail vehicle 4 in a global reference coordinate system (not illustrated). This in turn makes it possible to determine the position of the laser scanner 2, the camera 6 and the other parts of the device 1 and in particular the profile data generated by the laser scanner 2 and the image data generated by the camera 6 relative to the global reference coordinate system.
  • the carrier housing 12 can be moved translationally by a not fully shown linear unit to track the housing 11 and thus the laser scanner 2 and the camera 6 to the rail profile moving relative to the vehicle body 14.
  • the carrier housing 12 may in this case be part of the linear unit or attached to a part, in particular the movable part 11b, of the linear unit.
  • a position and / or orientation of the detection area 5 can be changed.
  • different distances between the car body 14, the housing 12 and the upper edge of the rail 3, for example in different rail vehicles 4, can be taken into account in an advantageous manner.
  • an embodiment is conceivable in which the laser scanner 2 is oriented such that the rail 3 is directly, ie without mirror 13, in the detection range 5 of the laser scanner 2.
  • the images or image data generated by the image acquisition device embodied as a camera 6 can hereby be processed with known image processing algorithms.
  • an orientation of the movable part 11b of the positioning device 11 relative to the rail 3 can be image-based, ie determined by evaluating the image data.
  • a misdetection or function of the laser scanner 2 can be detected.
  • FIG. 2 is a schematic front view of a rail vehicle 4 with two devices 1a, 1b shown, with the sake of clarity, only the positioning means 11 and in particular their stationary parts 11a and movable parts 11b are shown.
  • the in Fig. 2 illustrated devices 1 as in Fig. 1 illustrated device 1 may be formed.
  • the devices 1a, 1b are in this case arranged along a vehicle transverse direction yf on opposite sides of the car body 14 of the rail vehicle 4.
  • wheels 17 of the rail vehicle 4 which run on rails 3.
  • the wheels 17 can in this case on a bogie 18 (see Fig. 3 ) of the rail vehicle 4. If the rail vehicle 4 travels a curve, at least the relative position between a car body 14 of the rail vehicle 4 and the tracks 3 changes.
  • the laser scanners 2 and the camera 6 of the respective devices 1 can be moved by the positioning devices 11 such that the rails 3 remain in the detection areas 5, 7 or are moved into them again.
  • first device 1a for detecting a first rail 3a and a further device 1b for detecting a further rail 3b.
  • inertial unit 16 for the global referencing of a vehicle coordinate system and thus also the position and orientation of the laser scanner 2, the cameras 6 and the profile data and image data generated thereby.
  • the detection of the profiles of both the first rail 3a and the further rail 3b further enables the detection of a position and / or orientation of a track center, in particular a center line between the tracks 3.
  • This track center or center line can be used as a reference point or reference line for a light measurement serve by other systems.
  • the position and orientation of the track center can also be determined relative to the global reference coordinate system according to the preceding embodiments and optionally stored.
  • Fig. 3 is a schematic side view of a rail vehicle 4 shown with a device 1 according to the invention. It is shown that wheels 17 are arranged on a bogie 18. The wheels 17 run on rails 3.
  • a device 1 according to the invention On an underside 15 of a car body 14 of the rail vehicle 4 is a device 1 according to the invention with a positioning device 11, which has a stationary part 11a and a movable part 11b arranged.
  • the device 1 can in this case like the in Fig. 1 be described device 1 is formed.
  • a vehicle longitudinal direction xf is also shown.
  • the device 1 for detecting the available clear space around the rail vehicle 4.
  • the device 1 enables the determination of a track center and thus the determination of the information about the available clear space relative to this track center.
  • the device 1 can also be referred to as a track position detection system, wherein it is connected to a car body of any road, subway or full-train can be attached.
  • the proposed device 1 allows the determination or detection of a track, a radius, a track center, a vertical curvature and a gradient of the rail or the track. Furthermore, a rail profile and its quality can be determined.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug sowie ein Schienenfahrzeug.
  • Für einen sicheren Betrieb von Schienenfahrzeugen ist es erforderlich, Eigenschaften eines Gleises für die Schienenfahrzeuge, insbesondere Eigenschaften von Schienen des Gleises, zu bestimmen, um z.B. einen funktionsfähigen Zustand des Gleises zu überwachen.
  • Auch die Bestimmung einer Gleislage kann wünschenswert sein, um z.B. Positionen von Gegenständen oder Hindernissen entlang des Gleises relativ zu der Gleislage zu verorten. Eine Gleislage kann insbesondere durch eine Gleismitte, z.B. in Form einer Mittellinie zwischen den Schienen eines Gleises, aber auch durch eine Mittellinie einer Schiene des Gleises gegeben sein. Die Gleislage kann hierbei eine Referenzlinie z.B. für eine Erfassung eines lichten Raumes relativ zu der Gleislage sein. Beispielsweise können Dimensionen einer Tunneldurchfahrt relativ zur Gleislage, insbesondere eine Höhe und/oder eine Breite des Tunnels, erfasst werden.
  • Die GB 2403861 A offenbart ein System zur Überwachung und zur Messung von Positionen von Objekten entlang einer überwachenden Strecke. Das System ist an ein Fahrzeug montiert, welches entlang der zu überwachenden Strecke fährt. Das System umfasst einen Scanner und eine Datenanalysiereinrichtung. Allerdings ist der Scanner ortsfest an dem Schienenfahrzeug befestigt und ist als sogenannter 3D-Scanner ausgebildet, wobei ein Laserstrahl kontinuierlich um 360° rotiert wird.
  • Die EP 1544572 A2 offenbart eine Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen von Abständen zu Gegenständen neben einer Gleisanlage. Die Vorrichtung umfasst eine Referenzlagenmesseinheit, die einen ersten Laserliniengenerator und eine erste Flächenkamera aufweist, die in Richtung einer ersten Schiene ausgerichtet sind. Weiterhin ist die Referenzlagenmesseinheit mit einem zweiten Laserliniengenerator sowie einer zweiten Flächenkamera ausgestattet, die in Richtung der zweiten Schiene ausgerichtet sind. Auch diese Referenzlagenmesseinheit ist ortsfest am Schienenfahrzeug befestigt.
  • Die DE 19801311 A1 offenbart eine schienengebundene Instandhaltungsmaschine. Diese kann zum Erfassen eines Schienenquerprofils eine Messvorrichtung verwenden, die beispielsweise Laserköpfe aufweist.
  • Die DE 4238034 C1 offenbart ein Verfahren zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Messkriterien. Hierbei wird während einer kontinuierlichen Messfahrt eines Messfahrzeugs längs der Gleisstrecke senkrecht hierzu ein radial umlaufender Messstrahl ausgesendet und die reflektierenden Signale dieses Messstrahls im Bereich des Senders und/oder von der Umgebung emittierte Signale empfangen, verarbeitet und gespeichert. Weiter wird zusätzlich noch mittels eines auf dem Messfahrzeug angeordneten Navigationssystems der Ort und die Lage der Sender-/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems oder Bezugspunktes synchron gemessen und daraus die gleichen Daten ermittelt.
  • Die US 2012/300060 A1 offenbart Vorrichtungen, Systeme und Methoden zur Abbildung und zum Erfassen von Durchbiegungen in Schienenstrukturen. Ein beispielhaftes Abbildungssystem umfasst eine Hochgeschwindigkeitskamera und eine Auswerteeinheit, die konfiguriert ist, um Abbilder von der Kamera zu analysieren und geometrische Variationen in der Struktur zu detektieren.
  • Die WO 2005/108676 A1 offenbart eine Ausrüstung zur optischen Inspektion, die an einer Unterseite eines Schienenfahrzeugkörpers montiert ist und vom Fahrwerk gestützt wird. Die Ausrüstung wird durch eine Dämpfung mit variabler Länge unterstützt, die Linearaktoren umfasst, sodass die Ausrüstung horizontal oder vertikal bewegt werden und einer Rollbewegung unterliegen kann.
  • Die WO 2014/007496 A1 offenbart ein System zur Überwachung einer Bahn, wobei dynamische Eigenschaften eines Zugs, der entlang von Schienen fährt, und Daten zum Überwachen von Bahnausrüstung mit einer vorbestimmten Bewegungsdistanz synchronisiert werden. Weiter offenbart wird eine wiederholtes Akkumulieren und Verarbeiten von Daten mit einer Überwachungsvorrichtung, die einen Lasergenerator, der am Zug installiert ist, eine Kamera zur Erzeugung von 3D-Koordinaten und ein Vibrationsmessgerät umfasst.
  • Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug sowie ein Schienenfahrzeug zu schaffen, welche eine zuverlässige und genaue Bestimmung mindestens einer Eigenschaft des Gleises ermöglichen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug. Die Begriff Bestimmung umfasst hierbei auch den Begriff Erfassen.
  • Eine Eigenschaft des Gleises kann z.B. eine Eigenschaft einer Schiene des Gleises oder beider Schienen des Gleises sein. Somit kann die Vorrichtung auch zur Schienenmessung dienen.
  • Eine Eigenschaft des Gleises kann ein Verschleiß des Gleises sein, der z.B. durch einen Vergleich eines Ist-Profils des Gleises mit einem Soll-Profil des Gleises bestimmt werden kann. Eine weitere Eigenschaft kann eine Spurweite des Gleises sein. Eine weitere Eigenschaft kann eine Gleisüberhöhung sein, die z.B. einen relativen Höhenunterschied zwischen einer Oberfläche einer ersten Schiene und einer Oberfläche einer weiteren Schiene des Gleises bezeichnen kann. Eine weitere Eigenschaft kann ein Bogenradius des Gleises bzw. eine Vertikalkrümmung sein. Eine weitere Eigenschaft kann ein Gradient des Gleises sein, durch den z.B. eine Steigung oder ein Gefälle des Gleises repräsentiert werden kann. Eine weitere Eigenschaft kann eine Gleislage sein, z.B. eine Position einer Gleismitte bzw. einer Mittellinie des Gleises.
  • Auch kann die Eigenschaft ein Schienenprofil, insbesondere ein Schienenquerprofil, sein.
  • Somit kann die mindestens eine Eigenschaft eine geometrische Eigenschaft des Gleises sein oder eine in Abhängigkeit mindestens einer geometrischen Eigenschaft bestimmbare weitere Eigenschaft.
  • Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene des Gleises. Ein Profil kann hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert, insbesondere ein zweidimensionales Profil sein. Das Profil kann hierbei z.B. eine äußere Kontur der Schiene repräsentieren. Das Profil ist vorzugsweise ein Querprofil der Schiene, wobei das Querprofil in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse der Schiene angeordnet ist, erfasst wird.
  • Die Profilerfassungseinrichtung kann insbesondere eine optische Profilerfassungseinrichtung sein. Somit kann die Profilerfassungseinrichtung eine berührungslose Erfassung des Profils ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine Positioniereinrichtung, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, insbesondere relativ zum Schienenfahrzeug, bewegbar ist.
  • Die Positioniereinrichtung kann hierbei insbesondere einen ortsfesten Teil und einen relativ zum ortsfesten Teil beweglichen Teil der Positioniereinrichtung umfassen. Die Profilerfassungseinrichtung kann auf oder an der Positioniereinrichtung, insbesondere auf oder an dem beweglichen Teil, befestigt sein. Hierbei kann die Profilerfassungseinrichtung lösbar oder unlösbar an der Positioniereinrichtung befestigt sein. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein.
  • Die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, kann an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, weiter insbesondere an einer Unterseite des Schienenfahrzeugs, befestigbar sein. Hierzu kann die Positioniereinrichtung, insbesondere der ortsfeste Teil, mindestens ein Befestigungsmittel aufweisen.
  • Die Positioniereinrichtung kann hierbei vorzugsweise derart am Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung mit einer gewünschten, insbesondere geradlinigen, Bewegung entlang einer Trajektorie bewegbar ist, die parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs orientiert ist.
  • Die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung ist durch die Positioniereinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegbar. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass die Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mehrere Positioniereinrichtungen entlang mehrerer, insbesondere geradliniger, Trajektorien bewegbar ist. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass eine Orientierung der Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung oder mindestens eine weitere Positioniereinrichtung veränderbar ist.
  • Die Positioniereinrichtung kann hierbei mindestens ein Mittel zur Erzeugung von Antriebsenergie umfassen. Das Mittel kann beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor, sein. Weiter kann die Positioniereinrichtung mindestens ein Mittel zur Bewegungsführung umfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens ein Führungsmittel zur Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtung entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie umfassen. Das Führungsmittel kann beispielsweise eine Lagereinrichtung sein oder eine solche umfassen. Das Führungsmittel kann insbesondere eine Linearführung ermöglichen. Z.B. kann die Lagereinrichtung beispielsweise eine Gleitführung, eine Wälzführung, eine Schienenführung, eine Wellenführung ermöglichen. Weiter kann die Positioniereinrichtung auch ein Mittel zur Übertragung von Antriebsenergie umfassen. Beispielsweise kann die Positioniereinrichtung mindestens einen Seilzug umfassen, wobei über den Seilzug Antriebsenergie von dem Mittel zur Erzeugung von Antriebsenergie auf den beweglichen Teil übertragbar ist.
  • Die Positioniereinrichtung kann z.B. als Lineareinheit ausgebildet sein, wobei der Begriff Lineareinheit den ortsfesten Teil, den beweglichen Teil sowie das Mittel zur Erzeugung und/oder Übertragung von Antriebsenergie umfasst.
  • Die Profilerfassungseinrichtung kann hierbei einen Erfassungsbereich, insbesondere einen zweidimensionalen Erfassungsbereich, aufweisen, wobei ein Profil von Gegenständen, die sich im Erfassungsbereich befinden, von der Profilerfassungseinrichtung erfasst wird. Somit können Profildaten erzeugt werden, die das Profil eines Gegenstandes repräsentieren oder kodieren. Durch eine Veränderung der Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, z.B. relativ zur Positioniereinrichtung, kann auch eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden.
  • Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Profilerfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet bzw. an diesem befestigt werden, dass der Erfassungsbereich zumindest einen Teilbereich unterhalb des Schienenfahrzeugs abdeckt. Insbesondere kann eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs parallel zu einer Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können durch die Profilerfassungseinrichtung Gegenstände unterhalb des Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden.
  • Der bewegliche Teil kann hierfür in Vertikalrichtung unterhalb des ortsfesten Teils angeordnet sein. Die Vertikalrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeughochachse orientiert sein. Die Vertikalrichtung kann von unten nach oben orientiert sein, wenn sie von einem Fahrzeugboden hin zu einem Fahrzeugdach orientiert ist. In diesem Fall kann die Vertikalrichtung auch entgegen einer Richtung der Gravitationskraft orientiert sein.
  • Es ist z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Vertikalrichtung unterhalb eines Mittels zur Bewegungsführung angeordnet ist. Das Mittel zur Bewegungsführung kann hierbei an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an der Unterseite, befestigt sein. An dem Schlitten kann z.B. die Profilerfassungseinrichtung direkt oder indirekt befestigt sein. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises reduziert werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit hochliegenden Böden vorteilhaft ist.
  • Alternativ oder kumulativ ist es z.B. vorstellbar, dass ein Schlitten des beweglichen Teils in Längsrichtung vor oder hinter dem ortsfesten Teil, insbesondere vor oder hinter einem Mittel zur Bewegungsführung angeordnet ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein gewünschter Abstand zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einer Schiene des Gleises gewährleistet werden, was insbesondere bei Fahrzeugen mit niedrigliegenden Böden vorteilhaft ist.
  • Die Längsrichtung kann hierbei parallel zu einer Fahrzeuglängsachse orientiert sein. Die Längsrichtung kann von hinten nach vorne orientiert sein, wenn diese von einem Fahrzeugheck zu einer Fahrzeugfront orientiert ist. Die vorhergehend erläuterte Fahrzeugquerachse kann senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und senkrecht zur Fahrzeughochachse orientiert sein.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises, die an einem beliebigen Schienenfahrzeug, insbesondere an dessen Unterseite, befestigbar ist und die Erfassung der Eigenschaft während eines Stillstandes oder während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs ermöglicht.
  • Die Bewegbarkeit der Profilerfassungseinrichtung durch die mindestens eine Positioniereinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch während oder nach einer Veränderung einer relativen Lage des Schienenfahrzeugs zum Gleis eine Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, insbesondere durch die Positioniereinrichtung, derart verändert werden kann, dass sich das Gleis, insbesondere eine Schiene, weiter im Erfassungsbereich der Profilerfassungseinrichtung befinden. Fährt das Schienenfahrzeug z.B. durch eine Kurve und verändert sich aufgrund dessen die relative Lage zwischen der Profilerfassungseinrichtung und einem Gleis der Schiene, so kann eine Position der Profilerfassungseinrichtung derart verändert bzw. nachgeführt werden, dass sich die Schiene weiterhin im Erfassungsbereich befindet, insbesondere diesen nicht verlässt. Dies kann insbesondere durch die vorhergehend erläuterte Bewegung parallel zu einer Fahrzeugquerachse erreichte werden.
  • Im Sinne dieser Erfindung kann eine Lage eine Position und/oder Orientierung bezeichnen.
  • Somit wird in vorteilhafter Weise in universelles, flexibles Messsystem geschaffen, welches eine kontinuierliche und genaue Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises ermöglicht und welches an beliebigen Schienenfahrzeugen befestigbar ist, wodurch eine verbesserte Überwachung dieser Eigenschaften möglich ist. Insbesondere können durch die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft unerwünschte Veränderungen der Eigenschaft detektiert werden, beispielsweise durch einen Abgleich der bestimmten Eigenschaft mit einer gewünschten Soll-Eigenschaft.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Bilderfassungseinrichtung.
  • Auch die Bilderfassungseinrichtung kann an der Positioniereinrichtung, insbesondere an einem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein. Somit kann auch die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung, beispielsweise entlang einer, insbesondere geradlinigen, Trajektorie, bewegbar sein.
  • Die Bilderfassungseinrichtung kann hierbei lösbar oder unlösbar an der Positioniereinrichtung befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung relativ zu der Positioniereinrichtung unveränderbar oder veränderbar sein.
  • Entsprechend der Profilerfassungseinrichtung kann auch die Bilderfassungseinrichtung einen Erfassungsbereich aufweisen. Durch die Bilderfassungseinrichtungen können Gegenstände, die sich im Erfassungsbereich befinden, abgebildet werden. Somit können also Abbilder oder Bilddaten dieser Gegenstände erzeugt werden.
  • Hierbei kann die Positioniereinrichtung und/oder die Bilderfassungseinrichtung derart relativ zum Schienenfahrzeug angeordnet sein, insbesondere an diesem befestigt sein, dass der Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung einen Bereich unterhalb des Schienenfahrzeuges erfassen kann. Insbesondere kann auch eine zentrale Erfassungsrichtung oder Erfassungsachse des Erfassungsbereichs der Bilderfassungseinrichtung parallel zu einer Vertikalachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. Somit können auch durch die Bilderfassungseinrichtung Gegenstände unterhalb des Schienenfahrzeugs, insbesondere also die mindestens eine Schiene, erfasst werden.
  • Vorzugsweise können die Profilerfassungseinrichtung und die Bilderfassungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich die Erfassungsbereiche zumindest teilweise überlappen.
  • Eine relative Position und/oder Orientierung der Bilderfassungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung und somit auch eine relative Position und/oder Orientierung deren Erfassungsbereiche zueinander können hierbei vorbekannt oder bestimmbar sein. Insbesondere können ein Koordinatensystem der Bilderfassungseinrichtung und ein Koordinatensystem der Profilerfassungseinrichtung zueinander registriert sein. Z.B. kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Profilerfassungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung eines Koordinatensystems der Bilderfassungseinrichtung relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar sein. In diesem Fall ist auch die Position und/oder Orientierung der Koordinatensysteme der Bilderfassungseinrichtung zur Profilerfassungseinrichtung bekannt oder bestimmbar.
  • Es ergibt sich in vorteilhafter Weise eine redundante optische und somit berührungslose Erfassung der Eigenschaft des Gleises. Z.B. kann eine Erfassung der mindestens einen Eigenschaft, insbesondere des Profils der Schiene, durch die Profilerfassungseinrichtung durch Umgebungsbedingungen, beispielsweise durch Laub auf der Schiene, gestört sein. In diesem Fall kann die mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von durch die Bilderfassungseinrichtung erzeugten Abbildern bestimmt werden.
  • Alternativ oder kumulativ kann durch die Auswertung der von der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Abbilder eine Genauigkeit der Bestimmung der Eigenschaft des Gleises, insbesondere eine Genauigkeit der Bestimmung der räumlichen Lage einer Schiene, verbessert werden. Beispielsweise können in Abbildern, die von der Bilderfassungseinrichtung erzeugt werden, Kanten der Schiene detektiert werden. Auch können in Profildaten, die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugt werden, diese Kanten der Schiene detektiert werden. Weiter kann jeweils eine Lage dieser Kanten relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bestimmt werden. Weichen diese relativen Lagen um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann beispielsweise nur die aus den Profildaten bestimmte Lage oder nur die aus Bilddaten bestimmte Lage zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises verwendet werden. Allerdings kann in Abhängigkeit der jeweils bestimmten Eigenschaften, insbesondere der vorhergehend erläuterten relativen Lagen, auch eine fusionierte Eigenschaft, insbesondere Lage, bestimmt werden. Eine fusionierte Eigenschaft kann z.B. durch eine Mittelwertbildung oder durch eine gewichtete Mittelwertbildung bestimmt werden. Auch kann eine fusionierte Lage durch geeignete Schätzverfahren, beispielsweise durch ein Kalman-Filter-Verfahren, bestimmt werden. Selbstverständlich sind aber noch weitere Verfahren zur Fusionierung vorstellbar.
  • Somit erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Genauigkeit bei der Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs. Die absolute Position kann hierbei eine Position in einem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die absolute Orientierung kann hierbei eine Orientierung in dem globalen Referenzkoordinatensystem bezeichnen. Die Lagebestimmungseinrichtung kann beispielsweise als Inertialsensor (INS) ausgebildet sein. Auch kann die Lagebestimmungseinrichtung als GNNS-Sensor ausgebildet sein.
  • Das Schienenfahrzeug kann ein Fahrzeugkoordinatensystem aufweisen. Durch die vorgeschlagene Lagebestimmungseinrichtung kann eine Position und/oder Orientierung dieses Fahrzeugkoordinatensystems relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmbar sein. Hierdurch können in vorteilhafter Weise das Schienenfahrzeug und somit auch die von der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Profildaten bzw. Bilddaten in dem globalen Referenzkoordinatensystem verortet werden.
  • Hierfür kann eine relative Position und/oder Orientierung des Koordinatensystems der Positioniereinrichtung relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem bekannt oder bestimmbar sein. Beispielsweise kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, die Vorrichtung eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung, insbesondere auch der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung, relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem umfassen.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten z.B. nach einer Fahrt des Schienenfahrzeugs einer bestimmten Position in dem globalen Referenzkoordinatensystem zugeordnet werden können. Dies vereinfacht eine nachträgliche Auswertung und Zuordnung dieser Profildaten bzw. Bilddaten, z.B. zu einem bestimmten Streckenabschnitt.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung relativ zu dem Schienenfahrzeug. Die weitere Lagebestimmungseinrichtung ermöglicht eine Bestimmung der relativen Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung und/oder der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem des Schienenfahrzeugs.
  • Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines Abstands der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Positioniereinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung von einem Referenzpunkt oder einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs umfassen.
  • Die mindestens eine Abstandserfassungseinrichtung kann z.B. als optischer Abstandssensor ausgebildet sein. Im Falle, dass die Positioniereinrichtung einen Seilzug zum Antrieb des beweglichen Teils umfasst, kann die Abstandserfassungseinrichtung auch als Seilzugwegaufnehmereinrichtung ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise ist eine relative Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung und/oder Bilderfassungseinrichtung relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung bekannt oder bestimmbar. In diesem Fall kann die mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug dienen. Insgesamt ist es somit möglich, von der Profilerfassungseinrichtung erzeugte Profildaten und/oder von der Bilderfassungseinrichtung erzeugte Bilddaten einer bestimmten Position und/oder Orientierung im Fahrzeugkoordinatensystem und somit gegebenenfalls in einem globalen Referenzkoordinatensystem zuzuordnen.
  • Selbstverständlich kann die Vorrichtung mindestens eine Speichereinrichtung aufweisen, wobei die von der Profilerfassungseinrichtung erzeugten Profildaten und/oder die von der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten und gegebenenfalls Informationen zu einer räumlichen Position und/oder Orientierung dieser Daten in einem der vorhergehend beschriebenen Koordinatensysteme speicherbar sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Profilerfassungseinrichtung als zweidimensionale Profilerfassungseinrichtung ausgebildet. Es ist aber durch die zeitliche Anordnung der erfassten Eigenschaften im globalen Koordinatensystem ein dreidimensionales Profil durch die Profilerfassungseinrichtung erzeugbar. So ist es z.B. möglich, aus zweidimensionale Profildaten, die zu verschiedenen, insbesondere aufeinander folgenden Zeitpunkten, erzeugt wurden, dreidimensionale Profildaten zu erzeugen. Insbesondere kann die Profilerfassungseinrichtung derart am Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass das zweidimensionale Profil in einer Ebene senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Bevorzugt ist die zweidimensionale Profilerfassungseinrichtung als Laserscanner ausgebildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache und zuverlässige Erfassung des Profils.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Beleuchtungseinrichtung. Hierbei kann die Beleuchtungseinrichtung ebenfalls durch die Positioniereinrichtung bewegbar sein. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung an der Positioniereinrichtung befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar befestigt sein. Auch kann eine Position und/oder Orientierung der Beleuchtungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar oder unveränderbar sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei beispielsweise derart an der Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, angeordnet sein, dass die Beleuchtungseinrichtung zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtung bzw. der Bilderfassungseinrichtung ausleuchtet.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte optische Erfassung des Profils der mindestens einen Schiene.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung. Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung dient hierbei insbesondere zur Führung und/oder Formung eines von der Profilerfassungseinrichtung ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Lichtstrahles, insbesondere eines ausgestrahlten und/oder zu empfangenden Laserstrahls.
  • Das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung kann hierbei an der Positioniereinrichtung, insbesondere an dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung, befestigt sein, z.B. lösbar oder unlösbar.
  • Bevorzugt ist eine Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung relativ zur Positioniereinrichtung und somit auch eine Strahlrichtung veränderbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung die räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs der Profilerfassungseinrichtung verändert werden kann. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Bauraum der vorgeschlagenen Vorrichtung minimiert werden kann, da die Profilerfassungseinrichtung nicht zwingend derart an der Positioniereinrichtung anzuordnen ist, dass der Erfassungsbereich in dieser Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung bereits derart ausgerichtet ist, dass die mindestens eine Schiene des Gleises erfassbar ist. Vielmehr kann durch das Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung eine räumliche Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs verändert werden, wodurch z.B. eine Höhe der Vorrichtung in Vertikalrichtung unterhalb des Schienenfahrzeugs verringert werden kann.
  • Ist/sind die Lage(n) oder die Orientierung(en) der Profilerfassungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung und/oder des Mittels zur Strahlführung/Strahlformung und/oder der mindestens einen Beleuchtungseinrichtung relativ zur Positioniereinrichtung veränderbar, so kann eine Veränderung manuell, beispielsweise durch manuelle Betätigung durch Bedienpersonal, oder aktorgestützt erfolgen. So ist es z.B. vorstellbar, dass die Position und/oder Orientierung relativ zur Positioniereinrichtung vor Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs, manuell eingestellt wird, wobei die Position und/oder Orientierung während des Betriebes unverändert bleibt. Dies betrifft insbesondere die Einstellung einer Position und/oder Orientierung der Profilerfassungseinrichtung, der Bilderfassungseinrichtung und der Beleuchtungseinrichtung.
  • Alternativ oder kumulativ kann die Position und/oder Orientierung auch während des Betriebs der Vorrichtung, insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs, verändert werden, insbesondere aktorgestützt verändert werden. Dies betrifft insbesondere die Position und/oder Orientierung des Mittels zur Strahlführung und/oder Strahlformung.
  • Bevorzugt umfasst ein System zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises mindestens zwei vorgeschlagene Vorrichtungen, wobei jede Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen ausgebildet sein kann. Das System kann insbesondere auch zur Bestimmung einer Gleislage dienen. Die Vorrichtungen können hierbei derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich Erfassungsbereiche der Profilerfassungseinrichtungen der beiden Vorrichtungen nicht überschneiden.
  • Insbesondere können die Vorrichtungen derart an einem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass eine erste Schiene eines Gleises für das Schienenfahrzeug durch die Profilerfassungseinrichtung einer ersten Vorrichtung und eine weitere Schiene des Gleises durch die Profilerfassungseinrichtung einer weiteren Vorrichtung erfassbar ist. Weiter insbesondere können die Vorrichtungen mit einem, insbesondere veränderbaren, Abstand zueinander am Schienenfahrzeug angeordnet sein, wobei der Abstand entlang einer Fahrzeugquerrichtung gemessen wird. Z.B. können die Vorrichtungen entlang einer Geraden parallel zur Fahrzeugquerrichtung beabstandet zueinander angeordnet sein. Dies ermöglicht insbesondere eine spurweitenunabhängige Erfassung einer Gleislage.
  • Z.B. kann eine Führung der Bewegung der Profilerfassungseinrichtungen beider Vorrichtungen durch ein gemeinsames Führungsmittel oder durch voneinander verschiedene Führungsmittel erfolgen.
  • Weiter vorgeschlagen wird ein Schienenfahrzeug. Das Schienenfahrzeug umfasst mindestens eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung ist an dem Schienenfahrzeug befestigt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, insbesondere an einer Unterseite des Wagenkastens, befestigt. Hierbei kann ein ortsfester Teil der Positioniereinrichtung an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, wobei ein beweglicher Teil in diesem Fall gegenüber dem ortsfesten Teil und somit gegenüber dem Schienenfahrzeug bewegbar ist.
  • Insbesondere kann die Vorrichtung derart an dem Schienenfahrzeug befestigt sein, dass die Profilerfassungseinrichtung parallel zu einer Fahrzeugquerachse, insbesondere entlang einer geradlinigen Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerachse, bewegbar ist.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Schienenfahrzeug, welches, insbesondere in einem Fahrbetrieb, die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gleises ermöglicht, wobei die Bestimmung kontinuierlich und mit einer hohen Genauigkeit ermöglicht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schienenfahrzeug zwei Vorrichtungen, wobei jede Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann. Hierbei ist eine erste Vorrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet, dass mindestens eine Eigenschaft einer ersten Schiene eines Gleises durch die erste Vorrichtung bestimmbar ist, wobei eine weitere Vorrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet ist, dass mindestens eine Eigenschaft einer weiteren Schiene des Gleises durch die weitere Vorrichtung bestimmbar ist.
  • Insbesondere kann die erste Vorrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der ersten Vorrichtung ein Profil der ersten Schiene erfassbar ist. Entsprechend kann die weitere Vorrichtung derart an dem Schienenfahrzeug angeordnet sein, dass durch die Profilerfassungseinrichtung der weiteren Vorrichtung ein Profil der weiteren Schiene erfassbar ist.
  • Auf Grundlage der Profile beider Schienen kann in einfacher Art und Weise eine Position und/oder Orientierung der Gleismitte bestimmt werden, insbesondere wenn eine relative Position und/oder Orientierung beider Positioniereinrichtungen bzw. beider Profilerfassungseinrichtungen und/oder Bilderfassungseinrichtungen zueinander, beispielsweise im Fahrzeugkoordinatensystem, bekannt oder bestimmbar sind. Die Position und/oder Orientierung der Gleismitte kann dann, wie vorhergehend bereits erläutert, relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt und gespeichert werden.
  • Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug, wobei eine Profilerfassungseinrichtung ein Profil mindestens einer Schiene des Gleises erfasst.
  • Erfindungsgemäß wird die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung vor und/oder während und/oder nach der Erfassung des Profils durch eine Positioniereinrichtung bewegt. Insbesondere kann die Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung relativ zum Schienenfahrzeug, insbesondere parallel zu einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs, bewegt werden. Hierbei wird die Profilerfassungseinrichtung entlang einer vorbestimmten, insbesondere geradlinigen, Trajektorie bewegt.
  • Das vorgeschlagene Verfahren ist hierbei insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen durchführbar. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der erzeugten Profildaten relativ zu einem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung oder relativ zu einem Fahrzeugkoordinatensystem oder relativ zu einem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Weiter können die Profildaten und gegebenenfalls die zugehörigen Informationen bezüglich der Position und/oder Orientierung in einem der vorhergehend genannten Koordinatensysteme gespeichert werden.
  • Weiter können die Profildaten derart ausgewertet werden, dass mindestens eine der eingangs erläuterten Eigenschaften des Gleises bestimmt wird. Auch kann eine Prüfung der Eigenschaft durch Abgleich der erfindungsgemäß bestimmten Eigenschaft mit einer vorbestimmten Soll-Eigenschaft erfolgen.
  • Die bestimmte Eigenschaft oder eine Abweichung, insbesondere eine unerwünschte Abweichung, kann beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung einem Fahrzeugführer und/oder Wartungspersonal angezeigt werden.
  • Z.B. kann die Vorrichtung mindestens eine Kommunikationseinrichtung, beispielsweise eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtung, aufweisen. Diese kann z.B. zum Übertragen der Profildaten, von Informationen zur Position und/oder Orientierung und/oder weiterer Informationen dienen. Weiter ist vorstellbar, dass die Vorrichtung bereits eine Auswerteeinrichtung umfasst, die zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft ausgebildet ist. In diesem Fall kann auch die bestimmte Eigenschaft und gegebenenfalls eine unerwünschte Abweichung über die Kommunikationseinrichtung übertragen werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 2
    eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs, und
    Fig. 3
    eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs.
  • Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine als zweidimensionalen Laserscanner 2 ausgebildete Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Querprofils einer Schiene 3 eines Gleises für ein Schienenfahrzeug 4. Schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine als Kamera 6 ausgebildete Bilderfassungseinrichtung. Ebenfalls schematisch dargestellt ist ein Erfassungsbereich 7 der Kamera 6. Die Vorrichtung 1 umfasst weiter zwei ausgebildete Beleuchtungseinrichtungen 8, wobei schematisch ebenfalls Beleuchtungsbereiche 9 der Beleuchtungseinrichtungen 8 dargestellt sind.
  • Weiter dargestellt ist ein Spiegel 13 zur Führung der von dem Laserscanner 2 ausgestrahlten und zu empfangenden Lichtstrahlen. Auch der Spiegel 13 ist am beweglichen Teil 11b, insbesondere im Gehäuse 12, angeordnet.
  • Der Spiegel 13 bildet hierbei das vorhergehend beschriebene Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung aus. Der Spiegel 13 kann hierbei insbesondere verschiebbar, also mit einer oder mehreren Translationsbewegungen bewegbar, und verdrehbar, also mit einer oder mehreren Rotationsbewegungen bewegbar, sein.
  • Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Laserscanner 2 derart anzuordnen, dass dieser mit seinem Erfassungsbereich 7 nicht hin zur Schiene 3, sondern quer zur Schiene 3 ausgerichtet ist. Hierdurch kann ein Bauraum der Vorrichtung 1, insbesondere eine Höhe entlang einer Vertikalrichtung zf des Schienenfahrzeugs 4, minimiert werden.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Abstandssensor 10.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Positioniereinrichtung 11. Die Positioniereinrichtung 11 umfasst einen ortsfesten Teil 11a und einen relativ zum ortsfesten Teil 11a bewegbaren beweglichen Teil 11b. Der bewegliche Teil 11b kann über einen beweglichen Schlitten am ortsfesten Teil 11a befestigt sein. Der bewegliche Teil 11b umfasst ein Gehäuse 12 oder weist dieses auf. Der bewegliche Teil 11b kann weiter eine Trägereinrichtung umfassen bzw. ausbilden. Somit kann das Gehäuse 12 auch als Trägergehäuse bezeichnet werden. Am beweglichen Teil 11b, insbesondere innerhalb des Gehäuses 12, ist der Laserscanner 2, die Kamera 6, die Beleuchtungseinrichtungen 8 sowie der Abstandssensor 10 angeordnet. Selbstverständlich ist eine Anordnung des Abstandssensors 10 außerhalb des Trägergehäuses 12 denkbar. Hierbei kann zumindest ein Teil des Abstandssensors 10 außerhalb einer Außenwand des Trägergehäuses 12 angeordnet sein.
  • Das Gehäuse 12 kann hierbei entsprechende Öffnungen, insbesondere an einer Unterseite des Gehäuses 12 aufweisen, um die Erfassung und/oder Beleuchtung einer Schiene 3 aus dem Gehäuse 12 heraus, also aus einem Innenvolumen des Gehäuses 12, zu ermöglichen.
  • Es ist dargestellt, dass der Laserscanner 2 und die Kamera 6 derart an der Positioniereinrichtung 11 befestigt sind, dass sich die Erfassungsbereiche 5, 7 überschneiden und jeweils die Schiene 3 umfassen.
  • Die Beleuchtungseinrichtungen 8 sind hierbei derart an der Positioniereinrichtung 11 angeordnet, dass die Beleuchtungsbereiche 9 sich ebenfalls mit den Erfassungsbereichen 5, 7 überschneiden und somit die Schiene 3 ausleuchten.
  • Nicht dargestellt ist ein Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11, welches z.B. ortsfest relativ zum beweglichen Teil 11b angeordnet sein kann. Eine Position und/oder Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der Beleuchtungseinrichtungen 8 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11 kann hierbei einstellbar sein. Insbesondere kann eine gewünschte Position und/oder Orientierung zeitlich vor einem Betrieb der Vorrichtung 1, insbesondere vor einem Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs 4, eingestellt werden, wobei während des Betriebes der Vorrichtung 1 diese Position und/oder Orientierung unverändert bleibt.
  • Auch die Position und/oder Orientierung des Spiegels 13 relativ zu dem Koordinatensystem der Positioniereinrichtung 11 kann hierbei veränderlich, insbesondere aktorgestützt veränderbar, sein. Eine Veränderung kann hierbei insbesondere auch während eines Betriebs der Vorrichtung 1, insbesondere während eines Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere während eines Betriebs des Laserscanners 2 erfolgen.
  • Der ortsfeste Teil 11a der Positioniereinrichtung 11 kann beispielsweise Teile eines Linearantriebes umfassen, insbesondere einen Schrittmotor zum Antrieb des beweglichen Teils 11b. Weiter kann die Positioniereinrichtung Führungsmittel zur Linearführung des beweglichen Teils 11b relativ zum ortsfesten Teil 11a umfassen oder ausbilden. Somit wird durch die Positioniereinrichtung 11 ein Linearantrieb bereitgestellt.
  • Es ist dargestellt, dass die Positioniereinrichtung 11, insbesondere der ortsfeste Teil 11a, an einem Wagenkasten 14, insbesondere an einer Unterseite des Wagenkastens 14, des Schienenfahrzeugs 4 befestigt ist.
  • Weiter dargestellt ist ein Fahrzeugkoordinatensystem, wobei eine Fahrzeugquerrichtung yf und eine Fahrzeugvertikalrichtung zf dargestellt ist. Eine Fahrzeuglängsrichtung xf (siehe Fig. 3) ist in Fig. 1 orthogonal zur Zeichenebene orientiert und auf einen Betrachter zu orientiert. Die Positioniereinrichtung 11 ist hierbei derart ausgebildet und an dem Schienenfahrzeug 4 angeordnet, dass der bewegliche Teil 11b, insbesondere der Laserscanner 2, entlang einer geradlinigen Trajektorie bewegbar ist, wobei die geradlinige Trajektorie parallel zur Fahrzeugquerrichtung yf orientiert ist.
  • Hierbei kann die Fahrzeuglängsrichtung xf parallel zu einer Rollachse des Schienenfahrzeugs 4, die Fahrzeugquerrichtung yf parallel zu einer Fahrzeugnickachse des Schienenfahrzeugs 4 und die Fahrzeugvertikalrichtung zf parallel zu einer Fahrzeuggierachse des Schienenfahrzeugs 4 orientiert sein.
  • Der Abstandssensor 10 erfasst einen Abstand des beweglichen Teils 11b von einem Referenzabschnitt des Schienenfahrzeugs 4, insbesondere einem Abschnitt des Wagenkastens 14. Hierdurch kann kontinuierlich eine Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung 11, insbesondere des beweglichen Teils 11b, und somit eine Position und Orientierung des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der Vorrichtung 1, relativ zum Fahrzeugkoordinatensystem erfasst werden.
  • Der Abstandssensor 10 oder ein weiterer, nicht dargestellter, Abstandssensor kann alternativ oder kumulativ einen Abstand zwischen den beiden in Fig. 2 dargestellten Vorrichtungen 1a, 1b, insbesondere einen Abstand zwischen den beweglichen Teilen 11b der Positioniereinrichtung 11 der beiden Vorrichtungen 1a, 1b erfassen.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine als Inertialeinheit 16 ausgebildete Lagebestimmungseinrichtung des Schienenfahrzeugs 4. Diese ermöglicht eine Bestimmung einer Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs 4 in einem nicht dargestellten globalen Referenzkoordinatensystem. Dies wiederum ermöglicht eine Bestimmung der Lage des Laserscanners 2, der Kamera 6 und der weiteren Teile der Vorrichtung 1 und insbesondere der von dem Laserscanner 2 erzeugten Profildaten und der von der Kamera 6 erzeugten Bilddaten relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem.
  • Das Trägergehäuse 12 kann durch eine nicht vollständig dargestellte Lineareinheit translatorisch bewegt werden, um das Gehäuse 11 und somit den Laserscanner 2 und die Kamera 6 dem sich relativ zum Wagenkasten 14 bewegenden Schienenprofil nachzuführen. Das Trägergehäuse 12 kann hierbei Teil der Lineareinheit sein oder an einem Teil, insbesondere dem beweglichen Teil 11b, der Lineareinheit befestigt sein.
  • Durch den Spiegel 13 kann eine Position und/oder Orientierung des Erfassungsbereichs 5 verändert werden. Hierdurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Abstände zwischen Wagenkasten 14, Gehäuse 12 und Oberkante der Schiene 3, beispielsweise bei verschiedenen Schienenfahrzeugen 4, berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform vorstellbar, bei der der Laserscanner 2 derart ausgerichtet ist, dass die Schiene 3 unmittelbar, also ohne Spiegel 13, im Erfassungsbereich 5 des Laserscanners 2 liegt.
  • Die von der als Kamera 6 ausgebildeten Bilderfassungseinrichtung erzeugten Abbilder bzw. Bilddaten können hierbei mit bekannten Bildverarbeitungsalgorithmen verarbeitet werden. Hierbei kann insbesondere eine Orientierung des beweglichen Teils 11b der Positioniereinrichtung 11 relativ zur Schiene 3 bildbasiert, also durch Auswertung der Bilddaten, bestimmt werden. Durch Auswertung der Bilddaten kann aber auch eine Fehldetektion oder -funktion des Laserscanners 2 erkannt werden.
  • In Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit zwei Vorrichtungen 1a, 1b dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur die Positioniereinrichtungen 11 und insbesondere deren ortsfeste Teile 11a und beweglichen Teile 11b dargestellt sind. Hierbei können die in Fig. 2 dargestellten Vorrichtungen 1 wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 ausgebildet sein. Die Vorrichtungen 1a, 1b sind hierbei entlang einer Fahrzeugquerrichtung yf auf gegenüberliegenden Seiten des Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 angeordnet.
  • Weiter dargestellt sind Räder 17 des Schienenfahrzeugs 4, die auf Schienen 3 laufen. Die Räder 17 können hierbei an einem Drehgestell 18 (siehe Fig. 3) des Schienenfahrzeugs 4 befestigt sein. Fährt das Schienenfahrzeug 4 eine Kurve, so verändert sich zumindest die relative Lage zwischen einem Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs 4 und den Gleisen 3. Um zu verhindern, dass durch diese Veränderung der relativen Lage die Gleise 3 aus den Erfassungsbereichen 5 der Laserscanner 6 und den Erfassungsbereichen 7 der Kameras 6 der Vorrichtungen 1a, 1b herausbewegen, können die Laserscanner 2 und die Kamera 6 der jeweiligen Vorrichtungen 1 durch die Positioniereinrichtungen 11 derart bewegt werden, dass die Schienen 3 in den Erfassungsbereichen 5, 7 verbleiben oder erneut in diese hineinbewegt werden.
  • Hierbei dient eine erste Vorrichtung 1a zur Erfassung einer ersten Schiene 3a und eine weitere Vorrichtung 1b zur Erfassung einer weiteren Schiene 3b. Weiter dargestellt ist eine Inertialeinheit 16 zur globalen Referenzierung eines Fahrzeugkoordinatensystems und somit auch der Position und Orientierung der Laserscanner 2, der Kameras 6 und der von diesen erzeugten Profildaten und Bilddaten.
  • Die Erfassung der Profile sowohl der ersten Schiene 3a als auch der weiteren Schiene 3b ermöglicht weiterhin die Erfassung einer Position und/oder Orientierung einer Gleismitte, insbesondere einer Mittellinie zwischen den Gleisen 3. Diese Gleismitte bzw. Mittellinie kann als Referenzpunkt bzw. Referenzlinie für eine Lichtraummessung durch weitere Systeme dienen. Selbstverständlich kann die Position und Orientierung der Gleismitte entsprechend den vorhergehenden Ausführungen ebenfalls relativ zu dem globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt und gegebenenfalls gespeichert werden.
  • In Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs 4 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist dargestellt, dass Räder 17 an einem Drehgestell 18 angeordnet sind. Die Räder 17 laufen auf Schienen 3. An einer Unterseite 15 eines Wagenkastens 14 des Schienenfahrzeugs 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einer Positioniereinrichtung 11, die einen ortsfesten Teil 11a und einen beweglichen Teil 11b aufweist, angeordnet. Die Vorrichtung 1 kann hierbei wie die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung 1 ausgebildet sein. Weiter dargestellt ist eine Fahrzeuglängsrichtung xf.
  • Weiter dargestellt ist eine Vorrichtung 19 zur Erfassung des verfügbaren lichten Raumes um das Schienenfahrzeug 4 herum. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht die Bestimmung einer Gleismitte und somit die Bestimmung der Informationen zum verfügbaren lichten Raum relativ zu dieser Gleismitte.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann auch als Gleislageerfassungssystem bezeichnet werden, wobei diese an einem Wagenkasten einer beliebigen Straßen-, U- oder Voll-Bahn angebracht werden kann. Insgesamt ermöglicht die vorgeschlagene Vorrichtung 1 die Bestimmung oder Erfassung einer Spurweite, eines Radius, einer Gleismitte, einer Vertikalkrümmung sowie einer Gradiente der Schiene bzw. des Gleises. Weiterhin kann auch ein Schienenprofil und dessen Qualität bestimmt werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug (4), wobei die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Profilerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Profils mindestens einer Schiene (3, 3a, 3b) des Gleises umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Positioniereinrichtung (11) umfasst, wobei die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung durch die Positioniereinrichtung (11) mit einer geradlinigen Bewegung entlang einer Trajektorie bewegbar ist, die parallel zur einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs (4) orientiert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Bilderfassungseinrichtung umfasst.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer absoluten Position und/oder Orientierung des Schienenfahrzeugs (4) umfasst.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine weitere Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position und/oder Orientierung der Positioniereinrichtung (11) und/oder der Profilerfassungseinrichtung relativ zu dem Schienenfahrzeug (4) umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilerfassungseinrichtung als zweidimensionale Profilerfassungseinrichtung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens eine Beleuchtungseinrichtung umfasst.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1a, 1b) mindestens ein Mittel zur Strahlführung und/oder Strahlformung umfasst.
  8. Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (1, 1a, 1b) an dem Schienenfahrzeug (4) befestigt ist.
  9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug zwei Vorrichtungen (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei eine erste Vorrichtung (1a) derart an dem Schienenfahrzeug (4) angeordnet ist, dass mindestens eine Eigenschaft einer ersten Schiene (3a) eines Gleises durch die erste Vorrichtung (1a) bestimmbar ist, wobei eine weitere Vorrichtung (1b) derart an dem Schienenfahrzeug (4) angeordnet ist, dass mindestens eine Eigenschaft einer weiteren Schiene (3b) des Gleises durch die weitere Vorrichtung (1b) bestimmbar ist.
  10. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gleises für ein Schienenfahrzeug (4), wobei eine Profilerfassungseinrichtung ein Profil mindestens einer Schiene (3, 3a, 3b) des Gleises erfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Profilerfassungseinrichtung vor und/oder während und/oder nach der Erfassung des Profils durch eine Positioniereinrichtung (11) mit einer geradlinigen Bewegung entlang einer Trajektorie bewegt wird, die parallel zur einer Fahrzeugquerachse des Schienenfahrzeugs (4) orientiert ist.
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