EP3402709B1 - Instandhaltungsfahrzeug und verfahren - Google Patents

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EP3402709B1
EP3402709B1 EP16809287.2A EP16809287A EP3402709B1 EP 3402709 B1 EP3402709 B1 EP 3402709B1 EP 16809287 A EP16809287 A EP 16809287A EP 3402709 B1 EP3402709 B1 EP 3402709B1
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EP
European Patent Office
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vehicle
track
work
industrial robot
sensor system
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EP16809287.2A
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Gregor Schmid
Christoph MÜHLBACHER
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Robel Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Robel Bahnbaumaschinen GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B29/00—Laying, rebuilding, or taking-up tracks; Tools or machines therefor
    • E01B29/16—Transporting, laying, removing, or replacing rails; Moving rails placed on sleepers in the track
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B31/00—Working rails, sleepers, baseplates, or the like, in or on the line; Machines, tools, or auxiliary devices specially designed therefor
    • E01B31/02—Working rail or other metal track components on the spot

Definitions

  • the invention relates to a maintenance vehicle and a method for performing maintenance work on a section of a track according to the features stated in the preamble of claims 1 and 9, respectively.
  • the object of the present invention is to create a maintenance vehicle of the type mentioned at the beginning, with which improved track processing is possible.
  • Equipping the work area in this way enables the workforce to be relieved of all physical exertion resulting from the handling of the track processing tool.
  • the accuracy of the work result can be increased as a result of precise guidance by the robot.
  • the use of noisy and exhaust gas-generating combustion engines is also unnecessary.
  • Fig. 1 a simplified side view of a maintenance vehicle
  • Fig. 2 an enlarged cross section through the maintenance vehicle forming a work space.
  • the maintenance vehicle 1 shown has a vehicle frame 3 supported at the end on rail running gear 2 and a driving cabin 4.
  • the vehicle 1 can be moved in a vehicle longitudinal direction 6 on a track 7 with the aid of a travel drive 5.
  • the vehicle frame 3 is cranked upwards between the two rail carriages 2, as a result of which between two side walls 8 (see FIG. Fig. 2 ) a working space 9 that is open towards the track 7, but otherwise closed for safety reasons, is delimited. This can be entered from a team cabin 10, so that a stay in a danger area outside the maintenance vehicle 1 is not necessary for workers employed in the work area 9.
  • two side walls 8 which can be spaced apart from one another by a drive 12, are provided in a transverse direction 11 of the vehicle running normal to the vehicle longitudinal direction 6.
  • a left side wall 8 is displaced in the transverse direction 11 of the vehicle, so that a left rail 13 of the track 7 can be processed unhindered.
  • the opposite right side wall 8 can also be moved in the transverse direction 11 of the vehicle for a further enlargement of the working space 9 relative to the vehicle frame 3.
  • media couplings 15 for an energy supply and a tool coupling 16 for optional connection to a track machining tool 17 is arranged on the vehicle 1 by way of example. This is displaceably supported by a drive 19 on a robot guide 20 running in the vehicle longitudinal direction 6 and fastened to the vehicle frame 3.
  • the industrial robot 18 is equipped with a sensor system 25 on a coupling-side end 24 for contactless scanning of track components 23 accessible within the working space 9 and composed of the rails 13, sleepers 21 and small iron 22.
  • a control device 26 assigned to the industrial robot 18 is designed in addition to the robot control for storing parameters recorded by the sensor system 25 and characterizing the work quality of the track components 23 processed by the robot 18.
  • the industrial robot 18 is designed for an automatic coupling with the track processing tool 17 stored on a tool tray 27 within the work space 9 for selection, as well as its automatic energy supply through the media couplings 15 and for a subsequent work operation that runs automatically in a selectable program mode. If necessary, by the control device 26 also a combined work deployment of the industrial robot 18 with a spring balancer 28 which can be displaced on the vehicle frame 3 in the vehicle longitudinal direction 6 (see FIG. Fig. 1 ), in particular for automatically installing or removing the rails 13. This makes handling of heavy rail sections by the industrial robot 18 easier.
  • the vehicle 1 is stopped on a track section to be machined and the work space 9 required for unimpeded machining of the track components 23 is created by shifting the two side walls 8.
  • the suitable track processing tool 17 is selected from a group of tools upstream in the work area 9 on the tool holder 27 and automatically to the industrial robot both mechanically and with regard to a complete energy supply 18 coupled.
  • the track component 23 to be processed by the track processing tool 17 is then scanned contactlessly with the aid of the sensor 25 arranged on the industrial robot 18 in order to obtain a suitable reference basis for the subsequent automatic work assignment for an exact work result.
  • This scanning could of course also be carried out by the industrial robot 18 immediately before the coupling with the track processing tool 17.
  • contactless scanning of the track component 23, preferably a rail 13 to be ground can also be carried out by the sensor system 25 during work in order to compare the measurement data thus obtained with a desired state stored in the control device 26. If the work assignment, e.g. in the case of rail grinding, is composed of a plurality of work passes, these are repeated automatically until the sensor system 25 registers that the desired state has been reached.
  • the program sequence for the industrial robot 18 is thus automatically modified in order to achieve an optimal work result. Because it can be moved along the robot guide 20, the industrial robot 18 can optionally be used unhindered in the entire work space 9.
  • the rail head is measured via the sensor system 25 and a coupled rail drill is precisely moved into the correct position by the industrial robot 18.
  • a final quality check and, if necessary, documentation of the work result by storing the data in connection with a local assignment to track 7 can be carried out using the sensor system 25.
  • This workflow is of course also possible for other maintenance work, such as Threshold drilling, rail cutting, shearing of a welding bead, track stuffing, etc.
  • An impact wrench can be used to loosen the screws. This is mounted on the industrial robot 18 on a 6th axis of movement. The screw heads are found and loosened via the sensor system 25 designed as image recognition. If necessary, the loosened screws can be picked up and removed with, for example, a magnetic gripper attached to the industrial robot 18. New screws can be quickly placed and tightened.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Instandhaltungsfahrzeug und ein Verfahren zur Durchführung von Instandhaltungsarbeiten auf einem Abschnitt eines Gleises gemäß den im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 9 angeführten Merkmalen.
  • Aus DE 20 2004 013 732 U1 ist ein Instandhaltungsfahrzeug mit einem zum Gleis hin offenen Arbeitsraum bekannt. Der in vertikaler Richtung obere Endbereich des Arbeitsraumes wird durch einen nach oben gekröpften Fahrzeugrahmen gebildet, so dass Arbeitskräfte zwischen zwei Seitenwänden in einem abgesicherten Bereich ungehindert am Gleis arbeiten können.
  • Bei einem weiteren, in DE 92 06 335 U1 geoffenbarten Gleisarbeitsfahrzeug ist im Bereich eines brückenförmig ausgebildeten Wagenkastens ein gelenkig ausgebildeter Ausleger angebracht, mit dessen Hilfe ein an diesem angeordnetes Werkzeug in einen neben dem Gleis befindlichen Geländeabschnitt positionierbar ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines Instandhaltungsfahrzeuges der eingangs genannten Art, mit dem eine verbesserte Gleisbearbeitung möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. 9 angeführten Erfindungsmerkmale gelöst.
  • Eine derartige Ausstattung des Arbeitsraumes ermöglicht eine komplette Entlastung der Arbeitskräfte von aus der Handhabung des Gleisbearbeitungswerkzeuges resultierenden körperlichen Anstrengungen. Außerdem kann die Genauigkeit des Arbeitsergebnisses infolge einer präzisen Führung durch den Roboter erhöht werden. Mit der Energieversorgung durch die Medienkupplungen erübrigt sich auch der Einsatz von lärmenden und Abgase erzeugenden Verbrennungsmotoren.
  • Mit der Aufnahmemöglichkeit von verschiedenen Gleisbearbeitungswerkzeugen im Arbeitsraum ist eine weitgehende Abdeckung sämtlicher für eine vollständige Gleisinstandhaltung erforderlicher Arbeiten möglich. Der Einsatz einer Arbeitskraft kann im Wesentlichen auf Kontrollfunktionen eingeschränkt werden. In Verbindung mit einer Abtastung der zu bearbeitenden Gleiskomponenten ist einerseits ein präziser Einsatz des Gleisbearbeitungswerkzeuges gewährleistet und andererseits auch eine abschließende Dokumentation des Arbeitsergebnisses möglich.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnungsbeschreibung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Instandhaltungsfahrzeuges, und Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch das einen Arbeitsraum bildende Instandhaltungsfahrzeug.
  • Ein in Fig. 1 dargestelltes Instandhaltungsfahrzeug 1 weist einen endseitig auf Schienenfahrwerken 2 abgestützten Fahrzeugrahmen 3 sowie eine Fahrkabine 4 auf. Mithilfe eines Fahrantriebes 5 ist das Fahrzeug 1 in einer Fahrzeuglängsrichtung 6 auf einem Gleis 7 verfahrbar. Der Fahrzeugrahmen 3 ist zwischen den beiden Schienenfahrwerken 2 nach oben gekröpft ausgebildet, wodurch zwischen zwei Seitenwänden 8 (s. Fig. 2) ein in Richtung zum Gleis 7 hin offener, ansonsten aus Sicherheitsgründen jedoch in sich geschlossener Arbeitsraum 9 eingegrenzt wird. Dieser ist von einer Mannschaftskabine 10 aus begehbar, so dass für im Arbeitsraum 9 beschäftigte Arbeitskräfte ein Aufenthalt in einem außerhalb des Instandhaltungsfahrzeuges 1 liegenden Gefahrenbereich nicht erforderlich ist.
  • Wie in Fig. 2 ersichtlich, sind zwei in einer normal zur Fahrzeuglängsrichtung 6 verlaufenden Fahrzeugquerrichtung 11 durch einen Antrieb 12 voneinander distanzierbare Seitenwände 8 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel ist - zur Schaffung eines vergrößerten Arbeitsraumes 9 - lediglich die linke Seitenwand 8 in Fahrzeugquerrichtung 11 verschoben, so dass eine linke Schiene 13 des Gleises 7 ungehindert bearbeitet werden kann. Bedarfsweise kann zusätzlich auch die gegenüberliegende rechte Seitenwand 8 für eine weitere Vergrößerung des Arbeitsraumes 9 relativ zum Fahrzeugrahmen 3 in Fahrzeugquerrichtung 11 verschoben werden.
  • Für die Bearbeitung eines innerhalb des Arbeitsraumes 9 gelegenen Abschnittes des Gleises 7 ist ein wenigstens drei Bewegungsachsen 14, Medienkupplungen 15 für eine Energieversorgung sowie eine Werkzeugkupplung 16 zur wahlweisen Verbindung mit einem Gleisbearbeitungswerkzeug 17 (in Fig. 2 beispielhaft ein Schienenschleifer) aufweisender Industrieroboter 18 am Fahrzeug 1 angeordnet. Dieser ist durch einen Antrieb 19 verschiebbar auf einer in der Fahrzeuglängsrichtung 6 verlaufenden, am Fahrzeugrahmen 3 befestigten Roboterführung 20 gelagert.
  • Für eine berührungslose Abtastung von innerhalb des Arbeitsraumes 9 zugänglichen, aus den Schienen 13, Schwellen 21 und Kleineisen 22 zusammengesetzten Gleiskomponenten 23 ist der Industrieroboter 18 an einem kupplungsseitigen Ende 24 mit einer Sensorik 25 ausgestattet. Eine dem Industrieroboter 18 zugeordnete Steuereinrichtung 26 ist zusätzlich zur Robotersteuerung für eine Speicherung von durch die Sensorik 25 erfassten, die Arbeitsqualität der vom Roboter 18 bearbeiteten Gleiskomponenten 23 kennzeichnenden Parametern ausgebildet.
  • Der Industrieroboter 18 ist für eine automatische Kupplung mit dem auf einer Werkzeugablage 27 innerhalb des Arbeitsraumes 9 zur Auswahl gelagerten Gleisbearbeitungswerkzeug 17 sowie dessen automatischer Energieversorgung durch die Medienkupplungen 15 und für einen anschließenden, in einem wählbaren Programmmodus automatisch ablaufenden Arbeitseinsatz ausgebildet. Bedarfsweise ist durch die Steuereinrichtung 26 auch ein kombinierter Arbeitseinsatz des Industrieroboters 18 mit einem am Fahrzeugrahmen 3 in Fahrzeuglängsrichtung 6 verschiebbaren Federzug-Balancer 28 (s. Fig. 1), insbesondere zum Ein- bzw. Ausbau der Schienen 13, automatisch steuerbar. Damit wird ein Handling von schweren Schienenstücken durch den Industrieroboter 18 erleichtert.
  • Zur Durchführung von Instandhaltungsarbeiten wird das Fahrzeug 1 auf einem zu bearbeitenden Gleisabschnitt angehalten und durch Verschiebung der beiden Seitenwände 8 der für die ungehinderte Bearbeitung der Gleiskomponenten 23 erforderliche Arbeitsraum 9 geschaffen. Für einen geplanten Arbeitseinsatz des Industrieroboters 18 wird - nach Eingabe eines entsprechenden Codes in die Steuereinrichtung 26 - das geeignete Gleisbearbeitungswerkzeug 17 aus einer Gruppe von im Arbeitsraum 9 auf der Werkzeugablage 27 vorgelagerten Werkzeugen ausgewählt und sowohl mechanisch als auch bezüglich einer kompletten Energieversorgung automatisch an den Industrieroboter 18 angekuppelt.
  • Die durch das Gleisbearbeitungswerkzeug 17 zu bearbeitende Gleiskomponente 23 wird anschließend mithilfe der am Industrieroboter 18 angeordneten Sensorik 25 berührungslos abgetastet, um für den darauffolgenden automatischen Arbeitseinsatz eine geeignete Bezugsbasis für ein exaktes Arbeitsergebnis zu erhalten. Diese Abtastung könnte natürlich durch den Industrieroboter 18 auch unmittelbar vor der Kupplung mit dem Gleisbearbeitungswerkzeug 17 durchgeführt werden.
  • Wahlweise kann auch während des Arbeitseinsatzes durch die Sensorik 25 eine berührungslose Abtastung der Gleiskomponente 23, vorzugsweise einer abzuschleifenden Schiene 13, erfolgen, um die dadurch gewonnenen Messdaten mit einem in der Steuereinrichtung 26 gespeicherten Sollzustand zu vergleichen. Falls der Arbeitseinsatz, wie z.B. beim Schienenschleifen, aus mehreren Arbeitsdurchgängen zusammengesetzt ist, werden diese automatisch solange wiederholt, bis durch die Sensorik 25 ein Erreichen des Sollzustandes registriert wird. Damit wird der Programmablauf für den Industrieroboter 18 zur Erzielung eines optimalen Arbeitsergebnisses selbsttätig abgeändert. Durch die Verfahrbarkeit entlang der Roboterführung 20 ist der Industrieroboter 18 wahlweise im gesamten Arbeitsraum 9 ungehindert einsetzbar.
  • Für einen hier beispielhaft angeführten Arbeitseinsatz zum Schienenbohren wird über die Sensorik 25 der Schienenkopf eingemessen und ein angekuppelter Schienenbohrer durch den Industrieroboter 18 präzise in die richtige Position bewegt. Nach erfolgter Bohrung kann mithilfe der Sensorik 25 eine abschließende Qualitätsprüfung und bedarfsweise auch eine Dokumentation des Arbeitsergebnisses durch Abspeicherung der Daten in Verbindung mit einer örtlichen Zuordnung zum Gleis 7 durchgeführt werden.
  • Dieser Arbeitsablauf ist analog natürlich auch für andere Instandhaltungsarbeiten möglich, wie z.B. Schwellenbohren, Schienendurchtrennen, Abscheren eines Schweißwulstes, Gleisunterstopfung, usw.
  • Zum Schraubenlösen kann ein Schlagschrauber zum Einsatz kommen. Dieser ist am Industrieroboter 18 an einer 6. Bewegungsachse montiert. Über die als Bilderkennung ausgebildete Sensorik 25 werden die Schraubköpfe gefunden und gelöst. Bei Bedarf können die gelösten Schrauben mit beispielsweise einem am Industrieroboter 18 befestigten Magnetgreifer aufgenommen und abtransportiert werden. Neue Schrauben können rasch platziert und angezogen werden.
  • Es ist auch möglich während der Fahrt des Instandhaltungsfahrzeuges 1 die Gleisgeometrie, die Spurweite oder Stoßlücken mithilfe einer am Industrieroboter 18 angebrachten Sensorik 25 zu vermessen und die Ergebnisse entsprechend zu dokumentieren.

Claims (11)

  1. Instandhaltungsfahrzeug (1), bestehend aus einem endseitig auf Schienenfahrwerken (2) abgestützten Fahrzeugrahmen (3) und mit auf diesem angeordneten Seitenwänden (8) zur Schaffung eines durch diese begrenzten Arbeitsraumes (9) für auf einem Gleis (7) befindliche Arbeitskräfte,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Bearbeitung eines innerhalb des Arbeitsraumes (9) gelegenen Gleisabschnittes ein wenigstens drei Bewegungsachsen (14), Medienkupplungen (15) für eine Energieversorgung sowie eine Werkzeugkupplung (16) zur wahlweisen Verbindung mit einem Gleisbearbeitungswerkzeug (17) aufweisender Industrieroboter (18) am Fahrzeug (1) angeordnet ist.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Seitenwände (8) durch Antriebe (12) in einer normal zu einer Fahrzeuglängsrichtung (6) verlaufenden Fahrzeugquerrichtung (11) voneinander distanzierbar sind.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Industrieroboter (18) durch einen Antrieb (19) verschiebbar auf einer in einer Fahrzeuglängsrichtung (6) verlaufenden Roboterführung (20) gelagert ist.
  4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Roboterführung (20) am - bezüglich einer Vertikalen eine obere Begrenzung des Arbeitsraumes (9) bildenden - Fahrzeugrahmen (3) angeordnet ist.
  5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Industrieroboter (18) eine insbesondere an einem kupplungsseitigen Ende (24) angeordnete Sensorik (25) für eine berührungslose Abtastung von innerhalb des Arbeitsraumes (9) zugänglichen, aus den Schienen (13), Schwellen (21) und Kleineisen (22) zusammengesetzten Gleiskomponenten (23) aufweist.
  6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine dem Industrieroboter (18) zugeordnete Steuereinrichtung (26) für eine Speicherung von durch die Sensorik (25) erfassten, die Arbeitsqualität der vom Industrieroboter (18) bearbeiteten Gleiskomponenten (23) kennzeichnenden Parametern ausgebildet ist.
  7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Industrieroboter (18) für eine automatische Kupplung mit dem auf einer Werkzeugablage (27) innerhalb des Arbeitsraumes (9) zur Auswahl gelagerten Gleisbearbeitungswerkzeug (17) sowie dessen automatischer Energieversorgung durch die Medienkupplungen (15) und für einen anschließenden, in einem Programmmodus automatisch ablaufenden Arbeitseinsatz ausgebildet ist.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (26) für einen kombinierten Arbeitseinsatz des Industrieroboters (18) mit einem am Fahrzeugrahmen (3) in Fahrzeuglängsrichtung (6) verschiebbaren Federzug-Balancer (28) insbesondere zum Ein- bzw. Ausbau von Schienen (13) ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Durchführung von Instandhaltungsarbeiten auf einem Abschnitt eines Gleises (7), der zur Schaffung eines gesicherten Arbeitsraumes (9) durch ein Instandhaltungsfahrzeug (1) begrenzt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) ein für einen geplanten Arbeitseinsatz geeignetes Gleisbearbeitungswerkzeug (17) wird aus einer Gruppe von im Arbeitsraum (9) vorgelagerten Werkzeugen (17) ausgewählt und sowohl mechanisch als auch bezüglich einer kompletten Energieversorgung automatisch an einen Industrieroboter (18) angekuppelt,
    b) mithilfe einer am Industrieroboter (18) angeordneten Sensorik (25) wird eine zu bearbeitende Gleiskomponente (23) - zur Schaffung einer Bezugsbasis für einen darauffolgenden automatischen Arbeitseinsatz des Werkzeuges (17) - berührungslos abgetastet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass während des Arbeitseinsatzes durch die Sensorik (25) eine berührungslose Abtastung der Gleiskomponente (23), vorzugsweise einer abzuschleifenden Schiene (13), erfolgt und die gewonnenen Messdaten mit einem gespeicherten Sollzustand verglichen werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Arbeitseinsatz aus mehreren Arbeitsdurchgängen zusammengesetzt ist, die automatisch solange wiederholt werden, bis durch die Sensorik (25) ein Erreichen des Sollzustandes registriert wird.
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