EP3816014A1 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung von geometrischen daten eines aus zwei schienen gebildeten gleises mit einem auf dem gleis verfahrbaren rahmengestell - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erfassung von geometrischen daten eines aus zwei schienen gebildeten gleises mit einem auf dem gleis verfahrbaren rahmengestell Download PDF

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EP3816014A1
EP3816014A1 EP20204686.8A EP20204686A EP3816014A1 EP 3816014 A1 EP3816014 A1 EP 3816014A1 EP 20204686 A EP20204686 A EP 20204686A EP 3816014 A1 EP3816014 A1 EP 3816014A1
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EP
European Patent Office
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measuring
track
rail
rails
carrier
Prior art date
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Granted
Application number
EP20204686.8A
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French (fr)
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EP3816014C0 (de
EP3816014B1 (de
Inventor
Tino Kralapp
Norbert Winkler
Jonny FRANKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Bahn AG
Original Assignee
Deutsche Bahn AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP3816014B1 publication Critical patent/EP3816014B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • 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
    • B61L23/047—Track or rail movements
    • 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
    • B61D15/08—Railway inspection trolleys
    • B61D15/10—Railway inspection trolleys hand or foot propelled
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for acquiring geometric data of a track formed from two rails with a frame that can be moved on the track.
  • measuring tracks On which the rail vehicles are measured.
  • measuring tracks are classified as test equipment and are therefore subject to increased requirements with regard to their geometric features, such as evenness, straightness, parallelism and track width.
  • measuring tracks In order to reliably adhere to the required small tolerances, measuring tracks must therefore be regularly checked and calibrated by measuring technology. This is time-consuming and labor-intensive when using conventional measuring technology. For example, to check the evenness deviations, the height of each rail in the area of each rail fastening (ie at a distance of approximately 0.6 m - 0.9 m along the rail) must be recorded with a leveling device.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and a method for acquiring geometric data of a track formed from two rails with a frame movable on the track, which make it possible to simplify and accelerate the calibration of measuring tracks for rail vehicles.
  • the use of laser trackers for the acquisition of geometric data of a measuring track should be made possible.
  • the device comprises a first and a second measuring device carrier, each held on the frame, as well as means for aligning at least one of the two measuring device carriers with respect to one of the two rails, each measuring device carrier has a console which has a first detachable receiving device for a leveling rod and a second detachable receiving device for a reflector element set up to reflect a laser beam.
  • a leveling staff and such a reflector element form the target marks of two different measuring systems, by means of which - in a manner known per se - geometric measured values or coordinates at the respective location occupied by the target mark can be determined.
  • both the leveling staff and the reflector element represent a measuring means within the meaning of the present invention.
  • the invention enables the integration of both - known per se - measuring methods on a common console of the same measuring device, so that the measuring track to be calibrated can be measured in a simple manner using both methods, without any modifications to the measuring device being necessary for this.
  • a detachable receiving device is to be understood as any receiving device in which the measuring means can be mounted or dismantled on the console or the measuring means carrier by means of simple handling means.
  • the invention enables the correlation of a first traceable measuring system, based on the use of a leveling rod, with a second, per se non-traceable measuring system, based on the use of a laser tracker, and thus enables a traceable measurement by correlating the two measuring systems using a laser tracker.
  • the first receiving device for the leveling staff is preferably designed as an essentially horizontal support surface
  • the second receiving device is designed for the reflector element according to a preferred embodiment in the form of a spherical or concave recess or recess, which is designed to receive a likewise spherical reflector element.
  • a measuring device carrier with a common reference base for two different measuring systems which integrates the two measuring systems, namely the measuring system of the laser tracker and the measuring system of the level, in a common device of the generic type for acquiring the geometric data of the measuring track made possible, so that any erroneous measured values of the first measuring system (laser tracker) can be correlated by means of the measured data of the second measuring system (leveling) and can thus be subjected to a correction.
  • such an integration of the target marks of both measuring systems on a common console of the same measuring device carrier accelerates and simplifies the data acquisition as such, since the target marks can be moved quickly and easily over the measuring track by means of the frame movable on the rails.
  • the invention enables a quasi-continuous measurement, with which a significantly higher measuring point density and thus also a significantly higher information content can be realized without increasing the time and personnel expenditure than when using conventional measuring methods.
  • the measurement data determined with a device according to the invention enable the evaluation of additional features derived from the measurement data, such as the twisting of the track, for wheel contact lengths of almost any length.
  • At least one of the two measuring device carriers has means for aligning it with respect to one of the two rails of the measuring track.
  • the device according to the invention can be designed according to a first variant in such a way that the two measuring means carriers can be displaced independently of one another relative to the frame and can each be aligned on one of the two rails.
  • the first measuring device carrier is held on the frame in such a way that when the device is used as intended (ie when the frame is correctly placed on the rails of the measuring track) it is directly on a first rail of the measuring track is directed.
  • the alignment means are designed such that the measuring means carrier is aligned along a first direction that extends at right angles to the longitudinal axes of both rails, and along a second direction that is at right angles and perpendicular to this Running surface or surface of the rail head of the first and / or second rail is directed.
  • a leveling device is provided, which is placed in a known manner on the rail to be measured at a predetermined distance from the device according to the invention and is aligned with the leveling staff.
  • the leveling device is thus - taken by itself - not part of the invention claimed here.
  • a laser tracker positioned in the spatial near field to the measuring track is also provided, which is also known per se and is not part of the invention.
  • the console is set up to alternately accommodate the leveling staff and the reflector element.
  • the console either carries a leveling staff or a reflector element.
  • This has the advantage that the console has smaller dimensions.
  • it is necessary to convert the measuring equipment on the console, i.e. to replace the leveling staff with a reflector element (or vice versa).
  • a parallel or simultaneous arrangement of both measuring means on the same console is therefore provided, so that such a change can be avoided.
  • each measuring device carrier has an arrangement of measuring elements, comprising at least one first measuring element that can be positioned against the running surface of the rail head of a rail and a second measuring element that can be positioned laterally against the inside of the rail head of the same rail.
  • the adjustment movement of the first measuring element takes place essentially in a vertical direction from above against the running surface or surface of the rail head.
  • the adjustment movement of the second measuring element takes place essentially in a horizontal one and a direction perpendicular to the longitudinal extension of the rail.
  • the pitching movements serve to produce a touch contact of the measuring elements with the rail head of the respective rail of the measuring track to be tested.
  • the measuring elements are preferably designed as measuring rollers. These are mounted in such a way that they roll on the rail during a movement of the frame and thus support a jolt-free and vibration-free movement.
  • the measuring elements in the form of balls or as sliding pieces with a sliding surface adapted to the respective contour of the rail head in the area of the touch contact.
  • the means for aligning the at least one measuring means carrier comprise a central element of the frame adjustable in length in a first direction perpendicular to the longitudinal direction of the track, as well as a vertical guide at right angles to this on one end of this central element.
  • the central element By means of the length adjustability of the central element, the relative distance between the second measuring device carrier and the first measuring device carrier can be changed.
  • the second measuring device carrier can be set to a position vertically above the second rail of the track to be measured, provided that the position of the first measuring device carrier is fixed in relation to the first rail of the same track.
  • the central element is preferably designed to be telescopic, for example in the form of an inner tube that is linearly guided in an outer sleeve and movable against a spring force.
  • the or both measuring device carriers can be adjusted or approached in the vertical direction against the surface of the rail head.
  • the frame is preferably formed from a central element which, on its end face oriented towards a first rail of the track, has a first arrangement of support elements for forming a first contact point on the first rail and on its second end face, distally opposite thereto, two essentially in having mutually opposite direction from the central longitudinal beam projecting support arms with support elements for forming a second and third contact point on the second rail of the track.
  • the frame is mounted in a non-tiltable manner in a three-point mounting on the two rails of the track to be measured.
  • the vertical distance of the second measuring device carrier can be varied or adjusted in relation to the rail head of the second rail, so that there is no static overdetermination in cooperation with the two support arms.
  • the support elements are designed as support rollers. Similar to the above-mentioned measuring rollers, these support rollers are also mounted in such a way that they roll on the rail during a movement of the frame and thus support a jolt-free and vibration-free movement.
  • the support elements in the form of balls or as sliding pieces with a sliding surface adapted to the respective contour of the rail head in the area of the touch contact.
  • each support arm has an adjustment rod, the length of which can be adjusted by means of a knurled screw and the end of which is adjustable in length is articulated on a guide rod guiding the support arm.
  • Such an adjustability of the opening angle can, in particular, result in a static overdetermination between the support elements that can be adjusted in the horizontal direction on the rail head and the support elements on the same Rail head adjustable in a horizontal direction measuring element can be avoided in that when the measuring element is in contact with the rail head, the opening angles of both support arms are reduced so that the support elements have a small amount of horizontal play in relation to the rail head. In this way, sluggishness or jamming of the device during the process over the measuring track with measuring elements resting against the rail heads in the horizontal direction are avoided.
  • a “single point measurement” is understood to mean that the device according to the invention is stopped during the travel movement on the measuring track at individual measuring points suitable as support points - for example at each location of a rail fastening - and the measurement is carried out there by means of the leveling device.
  • This is to be distinguished from the continuous measuring method, in which the measuring points are generated by reflecting the laser beam emitted by the laser tracker on the reflector element during a continuous movement of the device according to the invention over the measuring track.
  • the correlation of the geometric data determined in both measurement runs then takes place in a third method step.
  • the frame of the in Figure 1 The device according to the invention shown comprises a central element (10) which is constructed from an outer sleeve and an inner tube that is linearly guided or movable in this outer sleeve against a spring force.
  • a first and a second measuring device carrier (3, 4) are attached to each of the two distal end faces of the outer sleeve and inner tube. While the first measuring device carrier (3) is rigidly (that is, in a non-adjustable manner) attached to the end face of the outer sleeve of the central element (10), the second measuring device carrier (4) is on the end face of the vertically adjustable linear guide Inner tube of the central element (10) attached.
  • Both measuring device carriers (3, 4) each have an approximately horizontally aligned bracket (5), each of which has a first detachable receiving device (51) in the form of a flat support surface for setting up a leveling staff (6) and a has a second detachable receiving device (52) in the form of a concave recess for receiving a spherical reflector element for reflecting a laser beam emitted by a laser tracker.
  • the two measuring device carriers (3, 4) each comprise an arrangement of two measuring rollers (8, 9) aligned at right angles to one another, the first measuring roller (8) for contact in the vertical direction against the running surface or surface of the rail head of one to be measured
  • the rail is set up and the second measuring roller (9) is set up to rest in the horizontal direction against the inner running edge of the same rail head with respect to the track.
  • the first measuring device carrier (3) on the first end face of the frame is rigid (i.e. not displaceable or displaceable in relation to the central element)
  • the measuring device carrier (4) opposite to this is in relation to the second end side of the frame executed on this adjustable.
  • the means provided for this purpose for aligning the second measuring device carrier (and thus also the second arrangement of measuring rollers) in the vertical direction include the aforementioned vertical guide and, in the horizontal direction, the linear displaceability of the inner tube in the outer sleeve of the central element.
  • the central element (10) of the frame also comprises two support arms (12) which can be folded out with respect to the inner tube with the formation of an opening angle ( ⁇ ) at the end of the inner tube, and a pair of support rollers (14, 15) are arranged at each of their outer ends which are set up for vertical and horizontal contact against the rail head of the rail to be measured.
  • Each support arm (12) is linearly guided on the inner tube by means of a guide rod (16) and a slide to increase stability.
  • each support arm (12) in relation to the central element ( 10) can be fine-tuned.
  • this is thus with its first measuring device carrier (3) arranged rigidly on the frame on a first rail (1) of a track to be measured and placed and with two support arms (12, 13) on the second rail opposite thereto ( 2) on the same track can be supported.
  • the second measuring device carrier (4) can be adjusted both vertically and horizontally against the running surface or the running edge of the rail head of the second rail by means of the vertical slide and the inner tube which is horizontally adjustable against the outer sleeve.
  • the opening angle ( ⁇ ) of both support arms (12) can be individually adjusted by means of the adjusting rod (17), in particular reducible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell. Diese sollen eine Vereinfachung und Beschleunigung der Kalibrierung von Meßgleisen für Schienenfahrzeuge ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß in vorrichtungsorientierter Weise dadurch erreicht, dass die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten, jeweils am Rahmengestell gehaltenen Meßmittel-Träger (3, 4) sowie Mittel zur Ausrichtung mindestens eines der beiden Meßmittel-Träger in Bezug auf eine der beiden Schienen (1,2) umfasst, wobei jeder Meßmittel-Träger (3, 4) eine Konsole (5) aufweist, welche eine erste lösbare Aufnahmevorrichtung (51) für eine Nivellierlatte (6) sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung (52) für ein zur Reflexion eines Laserstrahls eingerichtetes Reflektorelement (7) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell.
  • Werkstätten, in denen Schienenfahrzeuge neu hergestellt oder instandgehalten werden, verfügen oftmals über sogenannte "Meßgleise", auf denen die Schienenfahrzeuge vermessen werden. Im Unterschied zu den Streckengleisen, auf denen die Schienenfahrzeuge im produktiven Betrieb verkehren, sind solche Meßgleise als Prüfmittel eingestuft und unterliegen somit erhöhten Anforderungen hinsichtlich ihrer geometrischen Merkmale, wie z.B. Ebenheit, Geradheit, Parallelität und Spurweite. Zur zuverlässigen Einhaltung der geforderten geringen Toleranzen müssen Meßgleise deshalb regelmäßig meßtechnisch überprüft und kalibriert werden. Dies ist bei Anwendung gebräuchlicher Meßtechnik zeit- und arbeitsintensiv. So muß zur Überprüfung der Ebenheitsabweichungen beispielsweise die Höhenlage jeder Schiene im Bereich jeder Schienenbefestigung (d.h. in einem Abstand von circa 0,6 m - 0,9 m entlang der Schiene) mit einem Nivelliergerät erfasst werden. Zur Durchführung einer solchen Messung werden 2 Personen benötigt. Hieran schließen sich Messungen mit Spurweitenmeßgeräten sowie Koordinatenmeßgeräten zur Erfassung von Geradheit und Parallelität beider Schienen an.
    Aus dem Stand der Technik sind zwar zahlreiche Vorrichtungen für die Vermessung der verschiedenen geometrischen Parameter eines Gleises bekannt, welche zum Ziel haben, eine Mehrzahl unterschiedlicher Parameter unter Anwendung von nur einer einzigen Vorrichtung meßbar zu machen und auf diese Weise die Meßvorgänge zu vereinfachen und zu beschleunigen. So offenbaren beispielsweise DD 265 189 A1 und DE 20 2014 004 017 U1 auf dem Gleis verfahrbare Rahmengestelle, welche eine Mehrzahl von Sensoren oder Fühler zur Messung verschiedener geometrischer Merkmale eines Gleises (wie z.B. Pfeilhöhe, Spurweite sowie Quer- und Längsneigungen) tragen. Allerdings erreichen diese Vorrichtungen nicht die für die Vermessung von Meßgleisen geforderten Meßgenauigkeiten und sind deshalb nur für die meßtechnische Überprüfung herkömmlicher Streckengleise geeignet. Dasselbe gilt für das aus DE 1 950 807 A bekannte Verfahren zum Nivellieren eines Gleises, bei dem mittels eines Messwagens, der als ein auf dem Gleis verfahrbares Rahmengestell ausgeführt ist, eine Bezugsgerade zwischen dem Messwagen und einer Gleisstopf-Nivelliermaschine bzw. einem weiteren zwischen Messwagen und Gleisstopf-Nivelliermaschine angeordneten Vorwagen aufgespannt wird, welche zur Korrektur der Höhenlage einer Gleisschwelle am Ort der Gleisstopf-Nivelliermaschine nutzbar ist. Hierzu ist auf dem Messwagen ein Messstab aufgestellt, mit dem die Höhenabweichungen der Gleisschwelle relativ zur Bezugsgerade bestimmbar sind.
  • Zur Vereinfachung der arbeits- und zeitaufwändigen Vermessungsarbeiten an den vorgenannten "Meßgleisen" wurde deshalb die Anwendung von Lasertrackern in Erwägung gezogen, mittels denen die räumlichen Koordinaten von entlang des Meßgleises angeordneten Meßpunkten bzw. Reflektorelementen erfassbar sind. Ein möglicher Ansatz zur Vereinfachung und Beschleunigung der Meßvorgänge ist deshalb die Verwendung eines Lasertrackers mit integrierter Nivellierung. Allerdings hat sich in der Praxis herausgestellt, daß diese bei Meßbereichslängen von mindestens 30 Metern, wie sie bei der Überprüfung und Kalibrierung eines Meßgleises typischerweise zu realisieren sind, die in den Normen vorgeschriebene maximal zulässige Meßunsicherheit nicht einhalten. Zudem wirken sich Änderungen in der Umgebungstemperatur, wie sie in der betrieblichen Umgebung von Meßgleisen auch während des Meß- und Kalibrierungsvorgangs nicht verhindert werden können, sehr negativ auf die Stabilität des Objektkoordinatensystems aus (sog. "Gerätedrift"). Somit hat sich der Einsatz von Lasertrackern mit integrierter Nivellierung für die Kalibrierung von Meßgleisen als nicht tauglich erwiesen. Ein wesentlicher Nachteil besteht auch darin, dass es weder Normen noch ein Normal zur Kalibrierung von Lasertrackern gibt. Somit ist eine mittels eines Lasertrackers durchgeführte nivellierte Messung nicht rückführbar. Die Eignung eines Meßgleises zur Durchführung von Konformitätsbewertungen setzt jedoch zwingend voraus, dass die Korrektheit der mittels dieses Meßgleises ermittelten Meßergebnisse sichergestellt ist. Somit ist die Verwendung eines Lasertrackers für Messungen, auf denen spätere Konformitätsbewertungen basieren, gemäß Stand der Technik ausgeschlossen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell bereitzustellen, welche eine Vereinfachung und Beschleunigung der Kalibrierung von Meßgleisen für Schienenfahrzeuge ermöglichen. Insbesondere soll die Verwendung von Lasertrackern für die Erfassung von geometrischen Daten eines Meßgleises ermöglicht werden.
  • Dies wird erfindungsgemäß in vorrichtungsorientierter Weise dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten, jeweils am Rahmengestell gehaltenen Meßmittel-Träger sowie Mittel zur Ausrichtung mindestens eines der beiden Meßmittel-Träger in Bezug auf eine der beiden Schienen umfasst, wobei jeder Meßmittel-Träger eine Konsole aufweist, welche eine erste lösbare Aufnahmevorrichtung für eine Nivellierlatte sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung für ein zur Reflexion eines Laserstrahls eingerichtetes Reflektorelement aufweist. Eine solche Nivellierlatte und ein solches Reflektorelement bilden die Zielmarken zweier unterschiedlicher Meßsysteme aus, mittels denen - in an sich bekannter Weise - geometrische Meßwerte bzw. Koordinaten am jeweiligen von der Zielmarke eingenommenen Ort ermittelbar sind. Somit stellen sowohl Nivellierlatte als auch Reflektorelement ein Meßmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Die Erfindung ermöglicht die Integration beider - an sich bekannter - Meßverfahren auf einer gemeinsamen Konsole derselben Meßvorrichtung, so dass das zu kalibrierende Meßgleis in einfacher Weise mittels beider Verfahren vermessbar ist, ohne dass hierfür Umbauten an der Meßvorrichtung notwendig wären. Unter einer lösbaren Aufnahmevorrichtung ist im Kontext dieser Erfindung jede Aufnahmevorrichtung zu verstehen, bei der das Meßmittel mittels einfacher Handhabungsmittel auf der Konsole bzw. dem Meßmittel-Träger montierbar oder demontierbar ist. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise die Korrelation eines ersten rückführbaren Meßsystems, basierend auf der Verwendung einer Nivellierlatte, mit einem zweiten, für sich genommen nicht-rückführbaren Meßsystem, basierend auf der Verwendung eines Lasertrackers, und ermöglicht somit durch die Korrelation beider Meßsysteme eine rückführbare Messung unter Verwendung eines Lasertrackers. Die erste Aufnahmevorrichtung für die Nivellierlatte ist bevorzugt als eine im Wesentlichen horizontale Aufstandsfläche ausgebildet, während die zweite Aufnahmevorrichtung für das Reflektorelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante in Form einer kugelförmigen bzw. konkaven Eintiefung bzw. Ausnehmung ausgeführt ist, welche zur Aufnahme eines ebenfalls kugelförmigen Reflektorelements eingerichtet ist. Auf diese Weise wird ein Meßmittel-Träger mit einer gemeinsamen Bezugs-Basis für zwei unterschiedliche Meßsysteme bereit gestellt, welcher die Integration beider Meßsysteme, nämlich das Meßsystem des Lasertrackers und das Meßsystem des Nivelliers, in eine gemeinsame gattungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der geometrischen Daten des Meßgleises ermöglicht, so dass eventuelle fehlerbehaftete Meßwerte des ersten Meßsystems (Lasertracker) mittels der Meßdaten des zweiten Meßsystems (Nivellier) korrelierbar und somit einer Korrektur unterziehbar sind. Zudem ermöglicht eine solche Integration der Zielmarken beider Meßsysteme auf einer gemeinsamen Konsole des selben Meßmittel-Trägers eine Beschleunigung und Vereinfachung der Datenerfassung als solcher, da die Zielmarken zügig und einfach mittels des auf den Schienen verfahrbaren Rahmengestells über das Meßgleis bewegbar sind. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung eine quasikontinuierliche Messung, mit der sich ohne Ausweitung des zeitlichen und personellen Aufwandes eine deutlich höhere Meßpunktdichte und somit auch ein deutlich höher Informationsgehalt realisieren läßt, als bei Anwendung herkömmlicher Meßverfahren. Zudem ermöglichen die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelten Meßdaten die Auswertung zusätzlicher aus den Meßdaten abgeleiteter Merkmale, wie z.B. die Verwindung des Gleises, für Radaufstandslängen von nahezu beliebiger Länge.
  • Zudem weist mindestens einer der beiden Meßmittel-Träger Mittel zu dessen Ausrichtung in Bezug auf eine der beiden Schienen des Meßgleises auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei gemäß einer ersten Ausführungsvariante derart ausgeführt sein, daß beide Meßmittel-Träger unabhängig voneinander relativ zum Rahmengestell verschiebbar und auf jeweils eine der beiden Schienen ausrichtbar sind. Gemäß einer zweiten und besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, daß der erste Meßmittel-Träger derart am Rahmengestell gehalten ist, daß er beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung (d.h. bei korrektem Aufsetzen des Rahmengestells auf die Schienen des Meßgleises) direkt auf eine erste Schiene des Meßgleises gerichtet ist. Somit ist es ausreichend, das Ausrichtungs-Mittel nur für den zweiten Meßmittel-Träger vorzusehen. In beiden Ausführungsvarianten sind das bzw. die Ausrichtungs-Mittel derart ausgebildet, daß eine Ausrichtung des Meßmittel-Trägers entlang einer ersten Richtung erfolgt, welche sich rechtwinklig zu den Längsachsen beider Schienen erstreckt, sowie entlang einer zweiten Richtung, welche hierzu rechtwinklig und lotrecht auf die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfes der ersten und / oder zweiten Schiene gerichtet ist.
    Zur Messung mittels des Nivelliersystems ist ein Nivelliergerät vorgesehen, welches in bekannter Weise in einem vorgegebenen Abstand zur erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die zu messende Schiene aufgesetzt und auf die Nivellierlatte ausgerichtet wird. Das Nivelliergerät stellt somit - für sich genommen - keinen Bestandteil der hier beanspruchten Erfindung dar. Zur Messung mittels des Lasertrackers ist zudem ein im räumlichen Nahfeld zum Meßgleis positionierter Lasertracker vorgesehen, welcher für sich genommen ebenfalls bekannt und kein Bestandteil der Erfindung ist.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfinderischen Grundkonzepts ist die Konsole zur wechselweisen Aufnahme von Nivellierlatte und Reflektorelement eingerichtet. Dies bedeutet, daß die Konsole entweder eine Nivellierlatte oder ein Reflektorelement trägt. Dies hat den Vorteil, daß die Konsole geringere Abmessungen aufweist. Allerdings ist zur Durchführung der Kalibrierung ein Umbau der Meßmittel auf der Konsole, d.h. ein Austauschen der Nivellierlatte gegen ein Reflektorelement (bzw. umgekehrt), erforderlich. Gemäß einer hierzu alternativen zweiten Ausführungsform ist deshalb eine parallele bzw. gleichzeitige Anordnung beider Meßmittel auf derselben Konsole vorgesehen, wodurch ein solcher Wechsel vermeidbar ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der erfinderischen Grundidee weist jeder Meßmittel-Träger eine Anordnung von Meßelementen auf, umfassend mindestens ein erstes gegen die Lauffläche des Schienenkopfes einer Schiene anstellbares Meßelement sowie ein zweites seitlich an die Innenseite des Schienenkopfes derselben Schiene anstellbares Meßelement. Die Anstellbewegung des ersten Meßelements erfolgt im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung von oben gegen die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfes. Die Anstellbewegung des zweiten Meßelements erfolgt im Wesentlichen in einer horizontalen und zur Längserstreckung der Schiene rechtwinkligen Richtung. Die Anstellbewegungen dienen zur Herstellung eines Berührkontakts der Meßelemente mit dem Schienenkopf der jeweiligen zu prüfenden Schiene des Meßgleises. Auf diese Weise wird nicht nur eine Art "mechanischer Anschlag" für die korrekte Ausrichtung des Meßmittel-Trägers in Bezug auf die jeweilige Schiene realisiert, sondern es ist auch durch Auswerten des relativen Abstandes beider Meßmittel-Träger bzw. deren Meßelement nach Abschluß der horizontalen Anstellbewegung eine zusätzliche meßtechnische Erfassung der Spurweite des Meßgleises möglich. Die Anstellbarkeit des ersten Meßelements in vertikaler Richtung erlaubt die Messung von Höhenmaßen der Schienen, welche beispielsweise zur Ermittlung der Verwindung des Meßgleises auswertbar sind.
    In bevorzugter Weise sind hierbei die Meßelemente als Meßrollen ausgeführt. Diese sind derart gelagert, daß sie während einer Verfahrbewegung des Rahmengestells auf der Schiene abrollen und somit eine ruckfreie und erschütterungsfreie Verfahrbewegung unterstützen. Hierzu alternativ ist auch eine Ausführung der Meßelemente in Form von Kugeln oder als Gleitstücke mit einer an die jeweilige Kontur des Schienenkopfs im Bereich des Berührkontakts angepassten Gleitfläche möglich.
  • In erfindungsgemäßer Weise umfassen die Mittel zur Ausrichtung des mindestens einen Meßmittel-Trägers ein in einer ersten zur Längsrichtung des Gleises senkrechten Richtung längenverstellbares Zentralelement des Rahmengestells sowie eine hierzu rechtwinklige Vertikalführung an einer Stirnseite dieses Zentralelements.
    Mittels der Längenverstellbarkeit des Zentralelements ist der relative Abstand des zweiten Meßmittel-Trägers in Bezug auf den ersten Meßmittel-Träger veränderbar. Insbesondere kann der zweite Meßmittel-Träger auf eine Position vertikal oberhalb der zweiten Schiene des zu messenden Gleises eingestellt werden, sofern die Position des ersten Meßmittel-Trägers in Bezug auf die erste Schiene desselben Gleises fixiert ist. Hierbei ist das Zentralelement in bevorzugter Weise teleskopierbar ausgeführt, beispielsweise in Form eines in einer Außenhülse linear geführten und gegen eine Federkraft bewegbaren Innenrohres.
  • Mittels der Vertikalführung an der Stirnseite des Zentralelements sind der bzw. beide Meßmittel-Träger in vertikaler Richtung gegen die Oberfläche des Schienenkopfes anstellbar bzw. annäherbar.
  • In hierbei bevorzugter Weise ist das Rahmengestell aus einem Zentralelement gebildet, das an seiner zu einer ersten Schiene des Gleises orientierten Stirnseite eine erste Anordnung von Stützelementen zur Ausbildung eines ersten Aufstandspunktes auf der ersten Schiene aufweist sowie an seiner hierzu distal entgegengesetzten zweiten Stirnseite zwei im Wesentlichen in zueinander entgegengesetzter Richtung vom zentralen Längsträger abstehende Stützarme mit Stützelementen zur Ausbildung eines zweiten und dritten Aufstandspunktes auf der zweiten Schiene des Gleises aufweist. Auf diese Weise ist das Rahmengestell in unverkippbarer Weise in einer Dreipunkt-Lagerung auf den beiden Schienen des zu vermessenden Gleises gelagert. Mittels der vorgenannten Vertikalführung an der Stirnseite des Zentralelementes kann der vertikale Abstand des zweiten Meßmittel-Trägers in Bezug auf den Schienenkopf der zweiten Schiene variiert bzw. eingestellt werden, so daß im Zusammenwirken mit den beiden Stützarmen keine statische Überbestimmtheit eintritt.
    In besonders bevorzugter Weise sind die Stützelemente als Stützrollen ausgeführt. Analog wie die oben genannten Meßrollen sind auch diese Stützrollen derart gelagert, daß sie während einer Verfahrbewegung des Rahmengestells auf der Schiene abrollen und somit eine ruckfreie und erschütterungsfreie Verfahrbewegung unterstützen. Hierzu alternativ ist auch eine Ausführung der Stützelemente in Form von Kugeln oder als Gleitstücke mit einer an die jeweilige Kontur des Schienenkopfs im Bereich des Berührkontakts angepassten Gleitfläche möglich.
  • Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn der Öffnungswinkel zwischen dem mindestens einen Stützarm und dem Zentralelement justierbar ist. Hierzu verfügt jeder Stützarm über eine Justierstange, deren Länge mittels einer Rändelschraube verstellbar ist und deren längenverstellbares Ende an einer den Stützarm führenden Führungsstange angelenkt ist. Durch eine solche Einstellbarkeit des Öffnungswinkels kann insbesondere eine statische Überbestimmung zwischen den am Schienenkopf in horizontaler Richtung anstellbaren Stützelementen und dem am selben Schienenkopf in ebenfalls horizontaler Richtung anstellbaren Meßelement vermieden werden, in dem bei Anliegen des Meßelementes gegen den Schienenkopf die Öffnungswinkel beider Stützarme derart reduziert werden, dass die Stützelemente ein geringes Maß an horizontalem Spiel in Bezug auf den Schienenkopf aufweisen. Auf diese Weise werden ein Schwergang bzw. Verklemmen der Vorrichtung während des Verfahrens über das Meßgleis mit gegen die Schienenköpfe in horizontaler Richtung anliegenden Meßelementen vermieden.
  • Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mittels einer Vorrichtung gemäß einem der vorgenannten Merkmale, wobei
    • ▪ in einem ersten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einer auf einer ersten lösbaren Aufnahmevorrichtung der Konsole des ersten und / oder zweiten Meßmittel-Trägers aufgesetzten Nivellierlatte entlang einer Meßstrecke über das Gleis bewegt wird, wobei der erste und / oder zweite Meßmittel-Träger derart in Bezug auf eine der beiden Schienen ausgerichtet ist, daß die mindestens eine Konsole vertikal oberhalb des Schienenkopfs angeordnet ist, sowie mittels eines die Nivellierlatte anvisierenden Nivelliergeräts eine erste Menge von Höhenstützstellen an diskreten Positionen entlang der Meßstrecke ermittelt wird,
    • ▪ in einem zweiten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einem auf einer zweiten lösbaren Aufnahmevorrichtung der Konsole desselben Meßmittel-Trägers aufgesetzten Reflektorelement entlang derselben Meßstrecke über das Gleis bewegt wird und mittels eines auf das Reflektorelement gerichteten Lasertrackers eine zweite Menge von Meßpunkten an denselben Positionen der Meßstrecke ermittelt wird,
    • ▪ sowie in einem dritten Verfahrensschritt für jede Position entlang der Meßstrecke die Meßpunkte der zweiten Menge mit den Höhenstützstellen der ersten Menge korreliert werden.
  • Da bei der Messung mit einem Lasertracker die Reduzierung der benötigten Meßzeiten von großer Bedeutung für die Stabilisierung des Meßsystems gegenüber Umwelteinflüssen ist, hat es sich als sehr sinnvoll herausgestellt, die Messung aufzuteilen in einen ersten Meßdurchgang, bei dem die mit einer Nivellierlatte ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung im Einzelpunkt-Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten über das Meßgleis bewegt wird, sowie in einen zweiten Meßdurchgang, bei dem die mit einem Reflektorelement ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung in einem kontinuierlichen Messverfahren zur Erfassung von geometrischen Daten über das Meßgleis bewegt wird. Unter einer "Einzelpunktmessung" wird in diesem Zusammenhang verstanden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung während der Fahrbewegung auf dem Meßgleis an einzelnen als Stützstellen geeigneten Einzel-Meßpunkten - beispielsweise an jedem Ort einer Schienenbefestigung - angehalten und dort jeweils die Messung mittels des Nivelliergeräts durchgeführt wird. Hiervon zu unterscheiden ist das kontinuierliche Meßverfahren, bei dem die Meßpunkte durch Reflektion des vom Lasertracker ausgesandten Laserstrahls am Reflektorelement während einer kontinuierlichen Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung über das Meßgleis erzeugt werden.
  • Die Korrelation der in beiden Meßdurchgängen ermittelten geometrischen Daten erfolgt dann in einem dritten Verfahrensschritt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1: perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
    • Figur 2: Darstellung des Details "A" des zweiten Meßmittel-Trägers
  • Das Rahmengestell der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Zentralelement (10), welches aus einer Außenhülse und einem in dieser Außenhülse linear gegen eine Federkraft geführtes bzw. bewegbares Innenrohr aufgebaut. An den beiden distalen Stirnseiten von Außenhülse bzw. Innenrohr sind jeweils ein erster bzw. zweiter Meßmittel-Träger (3, 4) angebracht. Während der erste Meßmittel-Träger (3) starr (d.h. in nicht verstellbarer Weise) an der Stirnseite der Außenhülse des Zentralelements (10) angebracht ist, ist der zweite Meßmittel-Träger (4) über eine in vertikaler Richtung verstellbare Linearführung an der Stirnseite des Innenrohr des Zentralelements (10) angebracht. Beide Meßmittel-Träger (3, 4) umfassen zum einen jeweils eine in etwa horizontal ausgerichtete Konsole (5), welche jeweils eine erste lösbaren Aufnahmevorrichtung (51) in Form einer ebenen Aufstandsfläche zum Aufstellen einer Nivellierlatte (6) sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung (52) in Form einer konkaven Eintiefung zur Aufnahme eines kugelförmiges Reflektorelements zur Reflexion eines von einem Lasertracker ausgesendeten Laserstrahls aufweist. Zum anderen umfassen beide Meßmittel-Träger (3, 4) jeweils eine Anordnung von zwei zueinander rechtwinklig ausgerichteten Meßrollen (8, 9), wobei die erste Meßrolle (8) zur Anlage in vertikaler Richtung gegen die Lauffläche bzw. Oberfläche des Schienenkopfs einer zu vermessenden Schiene eingerichtet und die zweite Meßrolle (9) zur Anlage in horizontaler Richtung gegen die in Bezug auf das Gleis innenliegende Fahrkante desselben Schienenkopfs eingerichtet sind. Während der erste Meßmittel-Träger (3) an der ersten Stirnseite des Rahmengestells starr (d.h. in Bezug auf das Zentralelement nicht verschiebbar bzw. verlagerbar) ausgeführt ist, ist der hierzu gegenüberliegende Meßmittel-Träger (4) an der zweiten Stirnseite des Rahmengestells in Bezug auf dieses verstellbar ausgeführt. Die hierzu vorgesehenen Mittel zur Ausrichtung des zweiten Meßmittel-Trägers (und damit auch der zweiten Anordnung von Meßrollen) in vertikaler Richtung umfassen die vorgenannte Vertikalführung, sowie in horizontaler Richtung die lineare Verschiebbarkeit des Innenrohrs in der Außenhülse des Zentralelements. Die Konsolen (5) beider Meßmittel-Träger sind derart angeordnet, dass ihre zur Aufnahme der Nivellierlatte bzw. des Reflektorelements vorgesehenen ersten und zweiten Aufnahmevorrichtungen (51, 52) vertikal oberhalb der tiefer liegenden ersten Meßrolle (8) ausgerichtet sind. Details zum Aufbau des Meßmittel-Trägers und dessen Vertikalführung sind in Figur 2 (= Detail "A") dargestellt.
  • Das Zentralelement (10) des Rahmengestells umfasst des weiteren an der Stirnseite des Innenrohrs zwei in Bezug auf das Innenrohr unter Ausbildung jeweils eines Öffnungswinkels (α) ausklappbare Stützarme (12), an deren außenliegenden Enden jeweils ein Paar von Stützrollen (14, 15) angeordnet ist, welche zur vertikalen und horizontalen Anlage gegen den Schienenkopf der zu vermessenden Schiene eingerichtet sind. Jeder Stützarm (12) ist zur Erhöhung der Stabilität mittels einer Führungsstange (16) und einem Schlitten am Innenrohr linear geführt. Mittels einer Justierstange (17), deren Länge mittels einer Rändelmutter o.ä. verstellbar ist und die mit ihrem längenveränderlichen Ende an der Führungsstange (16) angelenkt ist, kann der Öffnungswinkel (α) jedes Stützarms (12) in Bezug auf das Zentralelement (10) feinjustiert werden. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese somit mit ihrem ersten starr am Rahmengestell angeordneten Meßmittel-Träger (3) auf einer ersten Schiene (1) eines zu vermessenden Gleises auf- und angelegt und mit beiden Stützarmen (12, 13) auf der hierzu gegenüberliegenden zweiten Schiene (2) desselben Gleises abstützbar. Der zweite Meßmittel-Träger (4) ist mittels des Vertikalschlittens und des horizontal gegen die Außenhülse verstellbaren Innenrohres sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gegen die Lauffläche bzw. die Fahrkante des Schienenkopfs der zweiten Schiene anstellbar. Zur Vermeidung einer statischen Überbestimmung bei einem solchermaßen gegen die zweite Schiene angestellten Meßmittel-Trägers (4) bzw. dessen Meßrollen (8, 9) ist der Öffnungswinkel (α) beider Stützarme (12) individuell jeweils mittels der Justierstange (17) verstellbar, insbesondere reduzierbar.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1, 2
    Schienen
    3, 4
    Meßmittel-Träger
    5
    Konsole
    51
    Aufnahmevorrichtung für Nivellierlatte
    52
    Aufnahmevorrichtung für Reflektorelement
    6
    Nivelierlatte
    7
    Reflektorelement
    8
    erste Meßrolle
    9
    zweite Meßrolle
    10
    Zentralelement des Rahmengestells
    11
    Vertikalführung
    12
    Stützarm
    14, 15
    Stützrollen
    16
    Führungsstange
    17
    Justierstange
    L
    Längsrichtung des Gleises
    α
    Öffnungswinkel

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen (1, 2) gebildeten Gleises mit einem auf dem Gleis verfahrbaren Rahmengestell,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten, jeweils am Rahmengestell gehaltenen Meßmittel-Träger (3, 4) sowie Mittel zur Ausrichtung mindestens eines der beiden Meßmittel-Träger in Bezug auf eine der beiden Schienen (1,2) umfasst, wobei jeder Meßmittel-Träger (3, 4) eine Konsole (5) aufweist, welche eine erste lösbare Aufnahmevorrichtung (51) für eine Nivellierlatte (6) sowie eine zweite lösbare Aufnahmevorrichtung (52) für ein zur Reflexion eines Laserstrahls eingerichtetes Reflektorelement (7) aufweist.
  2. Vorrichtung zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Meßmittel-Träger (3, 4) eine Anordnung von Meßelementen aufweist, umfassend mindestens ein erstes gegen die Lauffläche des Schienenkopfes einer Schiene anstellbares Meßelement sowie ein zweites seitlich an die Innenseite des Schienenkopfes derselben Schiene anstellbares Meßelement.
  3. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßelemente als Meßrollen (8, 9) ausgeführt sind.
  4. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausrichtung des mindestens einen Meßmittel-Trägers ein in einer ersten zur Längsrichtung (L) des Gleises senkrechten Richtung längenverstellbares Zentralelement (10) des Rahmengestells sowie eine hierzu rechtwinklige Vertikalführung (11) an einer Stirnseite dieses Zentralelements (10) umfassen.
  5. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell aus einem Zentralelement (10) gebildet ist, das an seiner zu einer ersten Schiene (1) des Gleises orientierten Stirnseite eine erste Anordnung von Stützelementen zur Ausbildung eines ersten Aufstandspunktes auf der ersten Schiene aufweist sowie an seiner hierzu distal entgegengesetzten zweiten Stirnseite zwei im Wesentlichen in zueinander entgegengesetzter Richtung vom zentralen Längsträger (10) abstehende Stützarme (12) mit Stützelementen (14, 15) zur Ausbildung eines zweiten und dritten Aufstandspunktes auf der zweiten Schiene (2) des Gleises aufweist.
  6. Vorrichtung zur Aufnahme von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) zwischen dem mindestens einen Stützarm (12) und dem Zentralelement (10) justierbar ist.
  7. Verfahren zur Erfassung von geometrischen Daten eines aus zwei Schienen gebildeten Gleises mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    ▪ in einem ersten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einer auf einer ersten lösbaren Aufnahmevorrichtung (51) der Konsole (5) des ersten und / oder zweiten Meßmittel-Trägers (3, 4) aufgesetzten Nivelierlatte (6) entlang einer Meßstrecke über das Gleis bewegt wird, wobei der erste und / oder zweite Meßmittel-Träger (3, 4) derart in Bezug auf eine der beiden Schienen (1, 2) ausgerichtet ist, dass die mindestens eine Konsole (5) vertikal oberhalb des Schienenkopfs angeordnet ist, sowie mittels eines die Nivellierlatte (6) anvisierenden Nivelliergeräts eine erste Menge von Höhenstützstellen an diskreten Positionen entlang der Meßstrecke ermittelt wird,
    ▪ in einem zweiten Verfahrensschritt die Vorrichtung mit einem auf einer zweiten Aufnahmevorrichtung (52) der Konsole (5) desselben Meßmittel-Trägers aufgesetzten Reflektorelement (7) entlang derselben Meßstrecke über das Gleis bewegt wird und mittels eines auf das Reflektorelement (7) gerichteten Lasertrackers eine zweite Menge von Meßpunkten an denselben Positionen der Meßstrecke ermittelt wird,
    ▪ sowie in einem dritten Verfahrensschritt für jede Position entlang der Meßstrecke die Meßpunkte der zweiten Menge mit den Höhenstützstellen der ersten Menge korreliert werden.
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