EP3973104B1 - Gleisbaumaschine und verfahren zum stopfen eines gleises - Google Patents

Gleisbaumaschine und verfahren zum stopfen eines gleises

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EP3973104B1
EP3973104B1 EP20721205.1A EP20721205A EP3973104B1 EP 3973104 B1 EP3973104 B1 EP 3973104B1 EP 20721205 A EP20721205 A EP 20721205A EP 3973104 B1 EP3973104 B1 EP 3973104B1
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EP
European Patent Office
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track
tamping
image
recorded
camera
Prior art date
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Active
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EP20721205.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3973104C0 (de
EP3973104A1 (de
Inventor
Samuel WOLLANEK
Johannes MAX-THEURER
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Publication date
Application filed by Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH filed Critical Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Publication of EP3973104A1 publication Critical patent/EP3973104A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3973104C0 publication Critical patent/EP3973104C0/de
Publication of EP3973104B1 publication Critical patent/EP3973104B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/10—Track-lifting or-lining devices or methods
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/12—Tamping devices
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    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/16—Guiding or measuring means, e.g. for alignment, canting, stepwise propagation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E01B27/17—Sleeper-tamping machines combined with means for lifting, levelling or slewing the track

Definitions

  • the invention relates to a track construction machine for tamping a track which has sleepers laid in a ballast bed with rails attached thereto, comprising a machine frame movable on rail bogies and a tamping unit comprising tamping tools that can be lowered into the ballast bed, vibrated, and adjusted relative to one another, wherein a camera for transmitting real-time images to an output device is arranged in one working direction in front of the tamping unit.
  • the invention also relates to a method for operating the track construction machine.
  • a track construction machine of this type is known, equipped with an assistance system for remotely controlling tamping operations.
  • a camera is directed at the machine's working units to transmit real-time images to a display device in the operator's cab. This eliminates the need for a separate operator's cab with a view of the working units.
  • the camera's field of view largely corresponds to the view of an operator in such a cab.
  • the invention is based on the objectives of improving the real-time recording capabilities for the remote control of the tamping unit of a track construction machine of the type mentioned above. Furthermore, an improved method for operating such a track construction machine is to be provided.
  • a first camera system is positioned in front of the tamping unit in the direction of travel to capture a first surface area of the track as a first image section.
  • a second camera system is positioned behind the tamping unit in the direction of travel to capture a second surface area of the track as a second image section.
  • the captured image sections partially overlap, and the output device is configured to display the image sections in a merged image.
  • This video system provides the operator with unobstructed, real-time images of the track beneath the tamping unit. Areas of the track obscured by components of the tamping unit within the field of view of the front camera system are captured in the field of view of the rear camera system. Conversely, the front camera system captures areas that are obscured by the rear camera system.
  • the position of the tamping unit within the merged image is also known through the geometric relationships of the mounting points and orientations of the camera systems and the tamping unit.
  • the output device thus provides the operator with a comprehensive representation of the track section currently to be tamped in relation to the current position of the tamping unit. With this real-time information, the tamping unit can be efficiently positioned remotely over a specific sleeper, and a tamping cycle can be carried out.
  • a further development of this solution involves mounting the tamping unit so that it can be moved relative to the camera systems by means of displacement drives, and setting up the output device to display the current position of the tamping unit.
  • the displacement movements of the displacement drives are continuously recorded and evaluated. This includes, for example, displacements of the tamping unit in the working direction or perpendicular to it, as well as rotations of the tamping unit around a vertical axis.
  • the camera systems have camera axes oriented obliquely downwards, with a computer unit provided for rectifying the captured image sections.
  • the angled camera axes allow for the capture of larger image sections without any obscured areas.
  • the resulting distortion correction ensures that the combined image provides a realistic overall view of the track from a top-down perspective.
  • a further improvement involves each camera system comprising at least two cameras arranged side-by-side in a transverse direction of the machine to capture partial image sections.
  • the image sections captured by the two adjacent cameras must overlap, and the output device must be configured to combine all these partial image sections.
  • additional image content without obscured areas is available, thus increasing the information content of the combined image.
  • camera lenses with longer focal lengths can be used, reducing the effort required to avoid distortion errors.
  • a lighting device with downward-directed light beams for generating a light marking is arranged in the detected surface areas of the track. This light marking is visible in the combined image and provides the operator with additional position information.
  • the camera systems To avoid negatively impacting image quality due to direct sunlight, it is advisable for the camera systems to be configured to detect infrared light and for at least one infrared light source to illuminate the track surface areas to be captured.
  • An infrared light source is also used for any light marking that may be generated.
  • An advantageous enhancement involves placing a sensor device for detecting threshold positions in the working direction in front of the first camera system.
  • a sensor system provides the operator with additional assistance when remotely operating the tamping unit.
  • the output device is coupled with the sensor device in order to display the detected threshold positions in the To display the merged image.
  • the depicted thresholds are outlined with a digital marker. This increases safety when positioning the tamping unit.
  • At least one additional camera is positioned laterally next to the tamping unit to capture the current height position of the tamping tools. This also allows for remote control of the tamping tools' penetration depth into the ballast bed.
  • the operator is shown the merged image in real time via the output device, whereby the tamping unit is positioned relative to the track using the merged image.
  • the tamping tools can be easily positioned above each sleeper compartment.
  • the current position of the tamping unit is recorded, and the resulting penetration points of the tamping tools are displayed in the combined image.
  • sensors and a computer unit determine the current positions of tamping picks located at the lower ends of the tamping tools relative to the track and display them in the combined image. This is particularly useful for movable or rotatable tamping units and when using pivoting tamping picks. This allows the operator to see in real time where the tamping picks would penetrate the ballast during a lowering operation.
  • a further improvement to the process involves creating a light marking on the detected surface areas of the track using a lighting device.
  • a marking can, for example, indicate the current position of the tamping unit.
  • Positioning the tamping unit over a sleeper is facilitated when a sensor system detects sleeper positions as the track-laying machine moves forward, and when these positions are displayed to the operator in a combined image.
  • This enrichment of real-time information enables safe operation even in poor lighting conditions.
  • the sleepers in the image are marked with a colored outline.
  • an assistance system predefines tamping positions and displays these suggested positions to the operator in a combined image.
  • the tamping unit is then positioned by aligning the current positions of the tamping tools with the suggested positions.
  • the track construction machine 1 shown is a tamping machine and comprises a machine frame 3 that can be moved on rail chassis 2.
  • a tamping unit 4 is arranged on the machine frame 3.
  • the tamping machine is used to process a track 5 in which rails 7, fastened to sleepers 6, are laid in a ballast bed 8.
  • the track construction machine 1 can also have additional functions.
  • the machine 1 includes a cleaning device for cleaning the ballast or a stabilization unit for stabilizing the track.
  • the track grid consisting of sleepers 6 and rails 7, is lifted into a target position by means of a lifting/aligning unit 9 and a measuring system 10, and, if necessary, shifted laterally.
  • vibrating tamping tools 11 with tamping picks 12 arranged at their lower ends are inserted into the ballast bed 8.
  • the inserted tamping picks 12 are aligned with each other and thereby compact the ballast below the raised sleepers 6.
  • a first camera system 14 is arranged upstream of the tamping unit 4, and a second camera system 15 is arranged downstream of the tamping unit 4.
  • the camera systems 14 and 15 are coupled to an output unit 16, which is housed in a cabin 17 of the track construction machine 1.
  • This cabin 17 also contains an operating unit 18 with controls for remotely operating the tamping unit 4.
  • various drives of the units 4 and 9, as well as a drive system of the track construction machine 1 can be operated via a machine control 19.
  • a sensor device 20 for detecting sleeper positions is optionally arranged.
  • This sensor device 20 includes, for example, a rotary laser scanner 21 for detecting surface contours and eddy current sensors 22 for detecting rail fastenings. By combining the sensor signals, the position of each threshold 6 can be precisely determined.
  • Figure 1 shows an exemplary arrangement of camera systems 14 and 15.
  • the first camera system 14 captures a first surface area 23 of track 5 as a first image section 24, 25 ( Fig. 4
  • the second camera system 15 captures a second surface area 26 of track 5 as a second image section 27, 28. It is essential that the image sections 24, 25, 27, 28 partially overlap, so that they partially show the same image content.
  • image sections 24, 25, 27, and 28 are combined to form an image 29 of track 5 located below the tamping unit 4.
  • This combination of image sections 24, 25, 27, and 28 into a complete image 29 is also called stitching. Since this involves the output of real-time images, an operator is able to control the tamping unit 4 based on the combined image 29.
  • a sufficiently high frame rate is specified to capture the dynamics of the tamping process.
  • FIG. 5 The merged figure 29 of the in is displayed in a monitor window of output device 16.
  • Fig. 4 The depicted image sections 24, 25, 27, 28. Each surface area 24, 26 is assigned two sub-image sections 24, 25 and 27, 28, respectively.
  • the respective camera system 14, 15 for capturing the partial image sections 24, 25 and 27, 28 in a machine transverse direction comprises two cameras 30 arranged side by side. For lossless stitching, the partial image sections 24, 25 and 27, 28 of the respective camera system 14, 15 overlap.
  • each camera or camera system 14, 15, for example, includes its own computing unit. Also, a The common computing unit in the output device 16 can be used for rectification of the image sections 24, 25, 27, 28.
  • video cameras 30 with HD resolution and a high depth of field are used.
  • the video data is processed in real time and displayed as a merged image 29 in the output device 16. With efficient compression of the video data, it can be saved for documentation of the work processes without much effort.
  • Remote control of the tamping unit 4 is facilitated by the provision of a lighting device 32 that generates light markings 33 within the detected surface areas 23, 26 using downward-directed light beams. It is advantageous if the light markings 33 form a lighting pattern.
  • the light beams of the lighting device 32 are advantageously aligned along an axis of symmetry 34 of the tamping unit 4. This provides the operator with additional information when the axis of symmetry 34 is located above a threshold 6.
  • the light markings 33 can be used for stitching the image sections 24, 25, 27, 28.
  • Parallel-beam LEDs for example, can be used as the light source for the lighting device 32.
  • the detected sleeper positions are also known.
  • the relative position of the tamping unit 4 with respect to the detected sleepers 6 is determined by the known geometric relationship between the arrangement of the sensor device 20 and the arrangement of the tamping unit 4 on the machine frame 3.
  • the positions of the sleepers 6 are displayed in the combined figure 29 with markers 35. In this way, the operator can recognize the current position of the tamping unit 4 with respect to the sleepers 6 even if they are partially covered by ballast.
  • the dispensing device 16 is coupled with an assistance system for specifying tamping positions in order to implement the suggested tamping positions in the to display the merged Figure 29.
  • the sensor device detects 20 obstacles in the track, and the assistance system suggests correspondingly adjusted tamping positions to the operator.
  • the merged Figure 29 displays the penetration points 36 of the tamping picks 12 into the ballast bed 8 that currently result from the position of the tamping unit 4. These displayed penetration points 36 are then, if necessary, aligned with suggested tamping positions.
  • Output device 16 is sensibly configured to display additional information. As in Fig. 5 For example, track data 37 is displayed next to the sleepers 6. In another window, status data 38 of the tamping unit 4 and other components of the track construction machine 1 are shown. These additions to the display provide the operator with a comprehensive overview and enable a rapid response to malfunctions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine zum Stopfen eines Gleises, welches in einem Schotterbett gelagerte Schwellen mit darauf befestigten Schienen aufweist, mit einem auf Schienenfahrwerken verfahrbaren Maschinenrahmen und mit einem Stopfaggregat, das in das Schotterbett absenkbare, in Vibration versetzbare und zueinander beistellbare Stopfwerkzeuge umfasst, wobei in einer Arbeitsrichtung vor dem Stopfaggregat eine Kamera zur Übertragung von Echtzeitaufnahmen an eine Ausgabeeinrichtung angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Gleisbaumaschine.
    • Stand der Technik
  • Aus der WO 2018/206214 A1 ist eine gattungsgemäße Gleisbaumaschine bekannt, die mit einem Assistenzsystem für eine fernsteuerbare Durchführung von Stopfvorgängen ausgestattet ist. Dabei ist eine Kamera auf Arbeitsaggregate der Maschine gerichtet, um Echtzeitaufnahmen an eine Anzeigevorrichtung in einer Fahrerkabine zu übertragen. Damit entfällt die Notwendigkeit, eine eigene Arbeitskabine mit Sicht auf die Arbeitsaggregate anzuordnen. Der Bildausschnitt der Kamera entspricht dabei weitgehend dem Blickfeld einer Bedienperson in einer solchen Arbeitskabine.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, für eine Gleisbaumaschine der eingangs genannten Art die Echtzeitaufnahmen zur Fernsteuerbarkeit des Stopfaggregats zu verbessern. Zudem soll ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Gleisbaumaschine angegeben werden.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Dabei ist in Arbeitsrichtung vor dem Stopfaggregat ein erstes Kamerasystem angeordnet, um einen ersten Oberflächenbereich des Gleises als einen ersten Bildausschnitt zu erfassen, in Arbeitsrichtung nach dem Stopfaggregat ist ein zweites Kamerasystem angeordnet, um einen zweiten Oberflächenbereich des Gleises als einen zweiten Bildausschnitt zu erfassen, wobei sich die erfassten Bildausschnitte teilweise überschneiden und wobei die Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe der Bildausschnitte in einer zusammengeführten Abbildung eingerichtet ist. Durch die Anordnung eines solchen Videosystems stehen einer Bedienperson hindernisfreie Echtzeitaufnahmen des unter dem Stopfaggregat befindlichen Gleises zur Verfügung. Die von Komponenten des Stopfaggregats im Bildausschnitt des vorderen Kamerasystems verdeckten Bereiche des Gleises werden im Bildausschnitt des hinteren Kamerasystems erfasst. Umgekehrt erfasst das vordere Kamerasystem Bereiche, die für das hintere Kamerasystem abgedeckt sind. Über die geometrischen Bezüge der Befestigungsstellen und der Ausrichtungen der Kamerasysteme und des Stopfaggregates ist auch die Lage des Stopfaggregats in der zusammengeführten Abbildung bekannt. Die Ausgabeeinrichtung liefert somit der Bedienperson eine umfassende Abbildung des aktuell zu stopfenden Gleisbereiches in Bezug zu der momentanen Position des Stopfaggregats. Mit diesen Echtzeitinformationen ist das Stopfaggregat auf effiziente Weise aus der Ferne über einer jeweiligen Schwelle positionierbar und ein Stopfzyklus durchführbar.
  • Eine Weiterbildung dieser Lösung sieht vor, dass das Stopfaggregat mittels Verschiebeantriebe gegenüber den Kamerasystemen verschiebbar angeordnet ist und dass die Ausgabeeinrichtung zur Anzeige einer aktuellen Position des Stopfaggregats eingerichtet ist. Dazu werden beispielsweise Verschiebewege der Verschiebeantriebe laufend registriert und ausgewertet. Das betrifft beispielsweise Verschiebungen des Stopfaggregats in Arbeitsrichtung oder quer dazu sowie Drehungen des Stopfaggregates um eine Hochachse.
  • In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung weisen die Kamerasysteme schräg nach unten ausgerichtete Kameraachsen auf, wobei eine Rechnereinheit zur Entzerrung der erfassten Bildausschnitte eingerichtet ist. Die schrägen Kameraachsen erlauben die Erfassung größerer Bildausschnitte ohne abgedeckte Bereiche. Dabei bewirkt die durchgeführte Entzerrung, dass sich in der zusammengeführten Abbildung eine realistische Gesamtdarstellung des Gleises in einer Draufsicht ergibt.
  • Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass jedes Kamerasystem in einer Maschinenquerrichtung zumindest zwei nebeneinander angeordnete Kameras zur Erfassung von Teilbildausschnitten umfasst, dass sich die Teilbildausschnitte der beiden nebeneinander angeordneten Kameras überschneiden und dass die Ausgabeeinrichtung zur Zusammenführung aller Teilbildausschnitte eingerichtet ist. Bei dieser Anordnung stehen zusätzliche Bildinhalte ohne abgedeckte Bereiche zur Verfügung, wodurch sich der Informationsgehalt der zusammengeführten Abbildung erhöht. Zudem sind Kameraoptiken mit längeren Brennweiten einsetzbar, wodurch sich der Aufwand zur Vermeidung von Verzerrungsfehlern reduziert.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Beleuchtungseinrichtung mit nach unten gerichteten Lichtstrahlen zur Erzeugung einer Lichtmarkierung, insbesondere in Form eines Beleuchtungsmusters, in den erfassten Oberflächenbereichen des Gleises angeordnet. Diese Lichtmarkierung ist in der zusammengeführten Abbildung sichtbar und liefert der Bedienperson zusätzliche Positionsinformationen.
  • Um eine negative Beeinflussung der Aufnahmequalität durch direkte Sonneneinstrahlung zu vermeiden ist es sinnvoll, wenn die Kamerasysteme zur Erfassung von Infrarotlicht eingerichtet sind und wenn zumindest eine Infrarotlichtquelle zur Beleuchtung der zu erfassenden Oberflächenbereiche des Gleises angeordnet ist. Dabei wird auch für eine gegebenenfalls erzeugte Lichtmarkierung eine Infrarotlichtquelle genutzt.
  • Eine vorteilhafte Erweiterung sieht vor, dass in Arbeitsrichtung vor dem ersten Kamerasystem eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Schwellenpositionen angeordnet ist. Ein solches Sensorsystem liefert der Bedienperson zusätzliche Hilfestellungen beim Fernbedienen des Stopfaggregates.
  • Dabei ist es günstig, wenn die Ausgabeeinrichtung mit der Sensoreinrichtung gekoppelt ist, um die erfassten Schwellenpositionen in der zusammengeführten Abbildung anzuzeigen. Beispielsweise sind die abgebildeten Schwellen mit einer digitalen Markierung umgrenzt. Das erhöht die Sicherheit bei der Positionierung des Stopfaggregats.
  • Vorteilhafterweise ist zusätzlich zumindest eine Kamera seitlich neben dem Stopfaggregat angeordnet, um eine aktuelle Höhenposition der Stopfwerkzeuge zu Erfassen. Auf diese Weise ist auch eine Eindringtiefe der Stopfwerkzeuge in das Schotterbett fernsteuerbar.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Gleisbaumaschine wird einer Bedienperson mittels der Ausgabeeinrichtung die zusammengeführte Abbildung in Echtzeit angezeigt, wobei das Stopfaggregat unter Nutzung der zusammengeführten Abbildung gegenüber dem Gleis positioniert wird. Durch die Abbildung des Gleises in einer Draufsicht sind die Stopfwerkzeuge in einfacher Weise über einem jeweiligen Schwellenfach positionierbar.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird eine aktuelle Position des Stopfaggregates erfasst, wobei sich daraus ergebende Eindringstellen der Stopfwerkzeuge in der zusammengeführten Abbildung angezeigt werden. Günstigerweise werden mittels Sensoren und einer Rechnereinheit aktuelle Positionen von an unteren Stopfwerkzeugenden angeordneten Stopfpickeln bezüglich des Gleises ermittelt und in der zusammengeführten Abbildung angezeigt. Das ist insbesondere bei verschiebbaren oder drehbaren Stopfaggregaten sowie beim Einsatz schwenkbarer Stopfpickeln sinnvoll. Damit wird der Bedienperson in Echtzeit angezeigt, an welchen Stellen die Stopfpickel bei einem Absenkvorgang in das Schotterbett eindringen würden.
  • Eine weitere Verbesserung des Verfahrens sieht vor, dass auf den erfassten Oberflächenbereichen des Gleises mittels einer Beleuchtungseinrichtung eine Lichtmarkierung erzeugt wird. Mit einer solchen Markierung kann beispielsweise die aktuelle Position des Stopfaggregats angezeigt werden.
  • Zudem ist es günstig, wenn mittels der Beleuchtungseinrichtung ein Beleuchtungsmuster erzeugt wird und wenn die Bildausschnitte durch ein Matching des Beleuchtungsmusters zusammengeführt werden. Auf diese Weise ist ein einfaches Zusammenstellen (Stitchen) der Bildausschnitte durchführbar.
  • Weitere Möglichkeiten bietet eine vorteilhafte Verfahrenserweiterung, bei der aus erfassten Bilddaten der Kamerasysteme eine dreidimensionale Abbildung der erfassten Oberflächenbereiche des Gleises errechnet wird. Damit ist mittels der Ausgabeeinrichtung ein dreidimensionales Echtzeitmodell des Gleises darstellbar, mit Tiefeninformationen des Schotterbettes, der Schwellen und der Schienen.
  • Erleichtert wird die Positionierung des Stopfaggregats über einer Schwelle, wenn bei einer Vorwärtsbewegung der Gleisbaumaschine mittels einer Sensoreinrichtung Schwellenpositionen erfasst werden und wenn der Bedienperson in der zusammengeführten Abbildung die Schwellenpositionen angezeigt werden. Mit dieser Anreicherung der Echtzeitinformationen ist auch bei schlechten Lichtverhältnissen eine sichere Bedienung möglich. Beispielsweise sind die Schwellen in der Abbildung mit einer farbigen Umrandung markiert.
  • Eine zusätzliche Entlastung der Bedienperson wird erreicht, wenn mittels eines Assistenzsystems Stopfpositionen vorgegeben werden und wenn der Bedienperson in der zusammengeführten Abbildung die vorgeschlagenen Stopfpositionen angezeigt werden. Die Positionierung des Stopfaggregats erfolgt dann in der Weise, dass die aktuellen Positionen der Stopfwerkzeuge mit den vorgeschlagenen Stopfpositionen in Übereinstimmung gebracht werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    Gleisbaumaschine
    Fig. 2
    Stopfaggregat und Kamerasysteme über einem Gleis in einer Seitenansicht
    Fig. 3
    Anordnung gemäß Fig. 2 in einem Querschnitt durch das Gleis
    Fig. 4
    Draufsicht auf das Gleis mit erfassten Oberflächenbereichen
    Fig. 5
    Ausgabeeinrichtung
    Fig. 6
    Mehrschwellen-Stopfaggregat in einer Seitenansicht
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die in Fig. 1 dargestellte Gleisbaumaschine 1 ist eine Stopfmaschine und umfasst einen auf Schienenfahrwerken 2 verfahrbaren Maschinenrahmen 3. Am Maschinenrahmen 3 ist ein Stopfaggregat 4 angeordnet. Die Stopfmaschine dient der Bearbeitung eines Gleises 5, bei dem auf Schwellen 6 befestigte Schienen 7 in einem Schotterbett 8 gelagert sind. Die Gleisbaumaschine 1 kann auch zusätzliche Funktionen aufweisen. Beispielsweise umfasst die Maschine 1 eine Reinigungsvorrichtung zur Schotterreinigung oder ein Stabilisationsaggregat zur Gleisstabilisierung.
  • Bei einem Stopfvorgang wird der aus Schwellen 6 und Schienen 7 gebildete Gleisrost mittels eines Hebe-/Richtaggregats 9 und eines Messsystems 10 in eine Solllage gehoben und gegebenenfalls seitlich verschoben. Zur Fixierung dieser Lage tauchen vibrierende Stopfwerkzeuge 11 mit an unteren Enden angeordneten Stopfpickel 12 in das Schotterbett 8 ein. Die eingetauchten Stopfpickel 12 werden zueinander beigestellt und verdichten dabei Schotter unterhalb der angehobenen Schwellen 6.
  • In einer Arbeitsrichtung 13 sind vor dem Stopfaggregat 4 ein erstes Kamerasystem 14 und nach dem Stopfaggregat 4 ein zweites Kamerasystem 15 angeordnet. Gekoppelt sind die Kamerasysteme 14, 15 mit einer Ausgabeeinrichtung 16, die in einer Kabine 17 der Gleisbaumaschine 1 untergebracht ist. In dieser Kabine 17 ist auch eine Bedieneinrichtung 18 mit Bedienelementen zum Fernsteuern des Stopfaggregats 4 eingerichtet. Konkret sind über eine Maschinensteuerung 19 diverse Antriebe der Aggregate 4, 9 und ein Fahrantrieb der Gleisbaumaschine 1 bedienbar.
  • In Arbeitsrichtung 13 vor dem ersten Kamerasystem 14 ist optional eine Sensoreinrichtung 20 zur Erfassung von Schwellenpositionen angeordnet. Diese Sensoreinrichtung 20 umfasst beispielsweise einen Rotationslaserscanner 21 zur Erfassung von Oberflächenkonturen und Wirbelstromsensoren 22 zum Detektieren von Schienenbefestigungen. Durch Zusammenführung der Sensorsignale ist die Position einer jeweiligen Schwelle 6 genau erfassbar.
  • In den Figuren 2 und 3 ist eine beispielhafte Anordnung der Kamerasysteme 14, 15 dargestellt. Mit dem ersten Kamerasystem 14 wird ein erster Oberflächenbereich 23 des Gleises 5 als ein erster Bildausschnitt 24, 25 erfasst (Fig. 4). Das zweite Kamerasystem 15 erfasst einen zweiten Oberflächenbereich 26 des Gleises 5 als einen zweiten Bildausschnitt 27, 28. Dabei ist wesentlich, dass sich die Bildausschnitte 24, 25, 27, 28 teilweise überschneiden, sodass sie teilweise dieselben Bildinhalte aufweisen.
  • In der Ausgabeeinrichtung 16 werden die Bildausschnitte 24, 25, 27, 28 zu einer Abbildung 29 des unterhalb des Stopfaggregats 4 befindlichen Gleises 5 zusammengeführt. Eine solche Zusammenführung von Bildausschnitten 24, 25, 27, 28 zu einer gesamten Abbildung 29 wird auch Stitching genannt. Da es sich dabei um die Ausgabe von Echtzeitaufnahmen handelt, ist eine Bedienperson in die Lage versetzt, das Stopfaggregat 4 auf Basis der zusammengeführten Abbildung 29 zu steuern. Dabei ist eine ausreichend hohe Bildrate vorgegeben, um die Dynamik des Stopfprozesses zu erfassen.
  • Fig. 5 zeigt in einem Monitorfenster der Ausgabeeinrichtung 16 die zusammengeführte Abbildung 29 der in Fig. 4 dargestellten Bildausschnitte 24, 25, 27, 28. Dabei sind dem jeweiligen Oberflächenbereich 24, 26 jeweils zwei Teilbildausschnitte 24, 25 bzw. 27, 28 zugeordnet. Wie in Fig. 3 ersichtlich umfasst des jeweilige Kamerasystem 14, 15 für die Erfassung der Teilbildausschnitte 24, 25 bzw. 27, 28 in einer Maschinenquerrichtung zwei nebeneinander angeordnete Kameras 30. Für ein verlustfreies Stitching überschneiden sich die Teilbildausschnitte 24, 25 bzw. 27, 28 des jeweiligen Kamerasystems 14, 15.
  • Um Abdeckungen des Gleises 5 durch Komponenten des Stopfaggregates 4 zu minimieren ist es günstig, wenn die Kameras 30 schräg nach unten ausgerichtete Kameraachsen 31 aufweisen (Fig. 2). Die damit einhergehende Verzerrung der Bildausschnitte 24, 25, 27, 28 wird mittels einer Rechnereinheit entzerrt. Dabei umfasst beispielsweise jede Kamera oder jedes Kamerasystem 14, 15 eine eigene Rechnereinheit. Auch eine gemeinsame Rechnereinheit in der Ausgabeeinrichtung 16 ist für eine Entzerrung der Bildausschnitte 24, 25, 27, 28 nutzbar.
  • Beispielsweise kommen Videokameras 30 mit einer HD-Auflösung und einer hohen Tiefenschärfe zum Einsatz. Die Videodaten werden in Echtzeit verarbeitet und als zusammengeführte Abbildung 29 in der Ausgabeeinrichtung 16 angezeigt. Mit einer effizienten Komprimierung der Videodaten sind diese ohne großen Aufwand zur Dokumentation der Arbeitsvorgänge abspeicherbar.
  • Das Fernsteuern des Stopfaggregats 4 wird erleichtert, wenn eine Beleuchtungseinrichtung 32 angeordnet ist, die mit nach unten gerichteten Lichtstrahlen Lichtmarkierungen 33 innerhalb der erfassten Oberflächenbereiche 23, 26 erzeugt. Dabei ist es günstig, wenn die Lichtmarkierungen 33 ein Beleuchtungsmuster ergeben. Die Lichtstrahlen der Beleuchtungseinrichtung 32 sind vorteilhafterweise entlang einer Symmetrieachse 34 des Stopfaggregats 4 ausgerichtet. Auf diese Weise wird der Bedienperson zusätzlich angezeigt, wenn sich die Symmetrieachse 34 über einer Schwelle 6 befindet. Zudem sind die Lichtmarkierungen 33 für das Stitching der Bildausschnitte 24, 25, 27, 28 nutzbar. Als Leuchtkörper der Beleuchtungseinrichtung 32 sind beispielsweise sogenannte Parallel-Beam-LEDs einsetzbar.
  • Bei vorhandener Sensoreinrichtung 20 sind zusätzlich die detektierten Schwellenpositionen bekannt. Die relative Position des Stopfaggregats 4 gegenüber den detektierten Schwellen 6 ergibt sich über die bekannte geometrische Beziehung zwischen der Anordnung der Sensoreinrichtung 20 und der Anordnung des Stopfaggregats 4 auf dem Maschinenrahmen 3. Durch eine Kopplung mit der Ausgabeeinrichtung 16 werden die Positionen der Schwellen 6 in der zusammengeführten Abbildung 29 mit Markierungen 35 angezeigt. Auf diese Weise erkennt die Bedienperson auch dann die momentane Position des Stopfaggregats 4 gegenüber den Schwellen 6, wenn diese teilweise von Schotter abgedeckt sind.
  • Die Anforderungen an die Bedienperson werden weiter reduziert, wenn die Ausgabeeinrichtung 16 mit einem Assistenzsystem zur Vorgabe von Stopfpositionen gekoppelt ist, um die vorgeschlagenen Stopfpositionen in der zusammengeführten Abbildung 29 anzuzeigen. Beispielsweise werden mittels der Sensoreinrichtung 20 Hindernisse im Gleis detektiert und das Assistenzsystem schlägt dem Bediener entsprechend angepasste Stopfpositionen vor. Jedenfalls ist es günstig, wenn in der zusammengeführten Abbildung 29 sich aus der Position des Stopfaggregats 4 aktuell ergebende Eindringstellen 36 der Stopfpickel 12 in das Schotterbett 8 angezeigt werden. Diese angezeigten Eindringstellen 36 werden dann gegebenenfalls mit vorgeschlagenen Stopfpositionen in Übereinstimmung gebracht.
  • Sinnvollerweise ist die Ausgabeeinrichtung 16 zur Anzeige zusätzlicher Informationen eingerichtet. Wie in Fig. 5 ersichtlich werden z.B. neben den Schwellen 6 Streckendaten 37 angezeigt. In einem weiteren Fenster sind Zustandsdaten 38 des Stopfaggregats 4 bzw. anderer Einrichtungen der Gleisbaumaschine 1 angegeben. Diese Ergänzungen der Anzeige ermöglichen der Bedienperson einen umfassenden Überblick und ein rasches Reagieren auf Fehlentwicklungen.
  • Bei einem Mehrschwellen-Stopfaggregat 39 zur gleichzeitigen Unterstopfung mehrerer Schwellen 6 ist es sinnvoll, wenn zwischen den einzelnen Aggregateinheiten 40 zusätzliche Kameras 30 angeordnet sind (Fig. 6). Auf diese Weise stehen zusätzliche Teilbildausschnitte 24, 25, 27, 28 zur Verfügung, um eine zusammengeführte Abbildung 29 des unterhalb des Mehrschwellen-Stopfaggregat 39 befindlichen Gleises 5 zu erzeugen. Zudem ist über jeder Aggregateinheit 40 eine Beleuchtungseinrichtung 32 angeordnet, um die entsprechende Symmetrieachse 34 zu markieren.

Claims (15)

  1. Gleisbaumaschine (1) zum Stopfen eines Gleises (5), welches in einem Schotterbett (8) gelagerte Schwellen (6) mit darauf befestigten Schienen (7) aufweist, mit einem auf Schienenfahrwerken (2) verfahrbaren Maschinenrahmen (3) und mit einem Stopfaggregat (4), das in das Schotterbett (8) absenkbare, in Vibration versetzbare und zueinander beistellbare Stopfwerkzeuge (11) umfasst, wobei in einer Arbeitsrichtung (13) vor dem Stopfaggregat (4) eine Kamera (30) zur Übertragung von Echtzeitaufnahmen an eine Ausgabeeinrichtung (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Arbeitsrichtung (13) vor dem Stopfaggregat (4) ein erstes Kamerasystem (14) angeordnet ist, um einen ersten Oberflächenbereich (23) des Gleises (5) als einen ersten Bildausschnitt (24, 25) zu erfassen, dass in Arbeitsrichtung (13) nach dem Stopfaggregat (4) ein zweites Kamerasystem (15) angeordnet ist, um einen zweiten Oberflächenbereich (26) des Gleises (5) als einen zweiten Bildausschnitt (27, 28) zu erfassen, dass die Kamerasysteme (14, 15) in der Weise zueinander ausgerichtet sind, dass sich die erfassten Bildausschnitte (24, 25, 27, 28) teilweise überschneiden und dass die Ausgabeeinrichtung (16) ein Monitorfenster umfasst und zur Ausgabe der Bildausschnitte (24, 25, 27, 28) in einer mittels Stitching zusammengeführten Abbildung eingerichtet ist.
  2. Gleisbaumaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfaggregat (4) mittels Verschiebeantriebe gegenüber den Kamerasystemen (14, 15) verschiebbar angeordnet ist und dass die Ausgabeeinrichtung (16) zur Anzeige einer aktuellen Position des Stopfaggregats (4) eingerichtet ist.
  3. Gleisbaumaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme (14, 15) schräg nach unten ausgerichtete Kameraachsen (31) aufweisen und dass eine Rechnereinheit zur Entzerrung der erfassten Bildausschnitte (24, 25, 27, 28) eingerichtet ist.
  4. Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kamerasystem (14, 15) in einer Maschinenquerrichtung zumindest zwei nebeneinander angeordnete Kameras (30) zur Erfassung von Teilbildausschnitten (24, 25, 27, 28) umfasst, dass sich die Teilbildausschnitte (24, 25, 27, 28) der beiden nebeneinander angeordneten Kameras (30) überschneiden und dass die Ausgabeeinrichtung (16) zur Zusammenführung aller Teilbildausschnitte (24, 25, 27, 28) eingerichtet ist.
  5. Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungseinrichtung (32) mit nach unten gerichteten Lichtstrahlen zur Erzeugung einer Lichtmarkierung (33), insbesondere in Form eines Beleuchtungsmusters, in den erfassten Oberflächenbereichen (23, 26) des Gleises (5) angeordnet ist.
  6. Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme (14, 15) zur Erfassung von Infrarotlicht eingerichtet sind und dass zumindest eine Infrarotlichtquelle zur Beleuchtung der zu erfassenden Oberflächenbereiche (23, 26) des Gleises (5) angeordnet ist.
  7. Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Arbeitsrichtung (13) vor dem ersten Kamerasystem (14) eine Sensoreinrichtung (20) zur Erfassung von Schwellenpositionen angeordnet ist und dass insbesondere die Ausgabeeinrichtung (16) mit der Sensoreinrichtung (20) gekoppelt ist, um die erfassten Schwellenpositionen in der zusammengeführten Abbildung (29) anzuzeigen.
  8. Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Erfassung einer Höhenposition der Stopfwerkzeuge (11) zumindest eine Kamera (30) seitlich neben dem Stopfaggregat (4) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Gleisbaumaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer Bedienperson mittels der Ausgabeeinrichtung (16) die zusammengeführte Abbildung (29) in Echtzeit angezeigt wird und dass das Stopfaggregat (4) unter Nutzung der zusammengeführten Abbildung (29) gegenüber dem Gleis (5) positioniert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Position des Stopfaggregates (4) erfasst wird und dass sich daraus ergebende Eindringstellen (36) der Stopfwerkzeuge (11) in der zusammengeführten Abbildung (29) angezeigt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf den erfassten Oberflächenbereichen (23, 26) des Gleises (5) mittels einer Beleuchtungseinrichtung (32) eine Lichtmarkierung (33) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Beleuchtungseinrichtung (32) ein Beleuchtungsmuster erzeugt wird und dass die Bildausschnitte (24, 25, 27, 28) durch ein Matching des Beleuchtungsmusters zusammengeführt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus erfassten Bilddaten der Kamerasysteme (14, 15) eine dreidimensionale Abbildung der erfassten Oberflächenbereiche (23, 26) des Gleises (5) errechnet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vorwärtsbewegung der Gleisbaumaschine (1) mittels einer Sensoreinrichtung (20) Schwellenpositionen erfasst werden und dass der Bedienperson in der zusammengeführten Abbildung (29) die Schwellenpositionen angezeigt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Assistenzsystems Stopfpositionen vorgegeben werden und dass der Bedienperson in der zusammengeführten Abbildung (29) die vorgeschlagenen Stopfpositionen angezeigt werden.
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