WO2017144152A1 - Maschine mit stabilisierungsaggregat und messverfahren - Google Patents

Maschine mit stabilisierungsaggregat und messverfahren Download PDF

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WO2017144152A1
WO2017144152A1 PCT/EP2017/000103 EP2017000103W WO2017144152A1 WO 2017144152 A1 WO2017144152 A1 WO 2017144152A1 EP 2017000103 W EP2017000103 W EP 2017000103W WO 2017144152 A1 WO2017144152 A1 WO 2017144152A1
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WO
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track
machine
camera
deflection
measuring method
Prior art date
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PCT/EP2017/000103
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French (fr)
Inventor
Florian Auer
Martin BÜRGER
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Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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    • 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
    • E01B27/20—Compacting the material of the track-carrying ballastway, e.g. by vibrating the track, by surface vibrators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
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    • E01B33/06—Machines or devices for shifting tracks, with or without lifting, e.g. for aligning track, for shifting excavator track for slewing in a continuous operation, e.g. for tracks which carry excavators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • 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
    • E01B2203/01—Devices for working the railway-superstructure with track

Definitions

  • the invention relates to a machine with a machine frame which can be moved on rails of a track grate by means of rail carriages and with a stabilization unit which comprises a vibration exciter for generating horizontal vibrations running transversely to the machine longitudinal direction and wheel flange rollers which can be unrolled on the rails.
  • a stabilization unit which comprises a vibration exciter for generating horizontal vibrations running transversely to the machine longitudinal direction and wheel flange rollers which can be unrolled on the rails.
  • the invention relates to a measuring method.
  • a stabilization unit becomes dynamic track stabilization
  • a horizontal vibration is generated by means of the stabilization unit and transmitted to the track in order to bring about a better durability of the track position by shaking the track.
  • Residues in the ballast bed which occur after lifting, straightening and plugging a track, greatly reduced. Furthermore, the lateral displacement resistance of the track in the ballast bed is substantially increased.
  • a corresponding machine is known, for example, from EP 0 666 371 A1 and DE 41 02 870 A1.
  • WO 2008/009314 A1 is a stabilizing unit with a
  • controllable dynamic power disclosed. However, only the vibration acting on the respective rail head of the track is measurable, but not the resulting vibration of the sleepers of the track.
  • the invention is based on the object, for a machine of the type mentioned an improvement over the prior art specify.
  • a measurement method is to be specified, from which the resulting vibration of the track grid emerges.
  • a camera is mounted on the machine frame for detection
  • the camera is connected to an evaluation device to derive from detected image data a resulting deflection of the track grid.
  • the amplitude of the threshold deflection is detectable, which is a measure of the actually effective vibration to stabilize the track.
  • Evaluation device is connected to a controller of the stabilization unit to the vibration exciter in dependence of
  • the camera is arranged in a vertical plane of symmetry running transversely to the track between two flange wheels of the stabilization unit. In this area, the amplitude of each oscillation period is expected, so that a narrow detection range of the camera is sufficient to record the required image data.
  • the measuring method according to the invention provides that image data are continuously recorded from the oscillating region of the track grating by means of the camera in a plan view, and that a resulting deflection of the track grating is derived from the acquired image data.
  • Time of maximum deflection in a direction recorded first image is compared with a second image taken at the time of maximum deflection in the opposite direction, in order to derive the resulting deflection of the track grid.
  • the resulting deflection of the track grate is accurately detected.
  • Threshold and / or rail fasteners are selected.
  • Another form of the procedure provides that during a
  • the images are recorded at a frame rate that corresponds to at least four times the frequency of the horizontal vibration of the track grating.
  • An increase of the frame rate increases the accuracy, whereby also the to be processed
  • Oscillation of the stabilization unit and detected by the camera resulting vibration of the track grating is determined.
  • This phase shift serves as a measure of the inertia and the damping of the track grid in the lateral direction.
  • the method is improved when a vibration of the machine frame is measured in the area of the camera and included in the evaluation of the resulting deflection of the track grate. As soon as disturbing vibrations of the machine frame occur, they are compensated for the image evaluation.
  • the machine 1 shown in FIG. 1 comprises a machine frame 2, which is movable on rails 3 supported on rails 4 of a track grid 5.
  • the track grid 5 consists of the rails 4 and sleepers 6 and is mounted in a ballast bed 7.
  • a stabilizing unit 8 is movably connected.
  • Stabilization unit 8 includes a plurality of wheels 9 and flange wheels 10 for holding the track grid 5. By means of these wheels 9 and
  • Flanged rollers 10 a vibration generated by means of stabilization unit 8 is transmitted to the track grid 5.
  • Stabilization unit 8 used as a measure of the introduced vibration. In fact, there is a movement detection of the rail head of the respective rail 4. In particular, due to an occurring rail tilt during the dynamic
  • Track stabilization corresponds to the rail head deflection s e not the movement of the rails 4 connected to the sleepers 6 and thus the track grating 5.
  • the dynamic threshold displacement s r correlates with the relative movement between the sleepers 6 and the ballast bed 7 and is decisive for the introduced in the track stabilization work .
  • a camera 11 is arranged according to the invention on the machine frame 2. This includes, for example, a built-behind a lens
  • Image sensor takes two-dimensional images of the track bed 7 mounted in the track grid 5 in a plan view.
  • other optical sensors may also be used, for example a single sensor line within a line scan camera.
  • Machine frame 2 movably suspended stabilization unit 8 ensured. In general, because of its high mass inertia, the machine frame 2 forms a stable base against the machine frame 2
  • Machine frame 2 is not a sufficiently stable base. Then it makes sense if an acceleration sensor 12 is arranged in the region of the camera 11 in order to detect any vibration of the machine frame 2. This happens, for example, by double integration of the measured accelerations. When evaluating the image data, these vibration data of the machine frame 2 are used to compensate for unwanted camera movement.
  • the camera 11 is arranged in a vertical plane of symmetry 13 between two flange rollers 10 or roller tongs, so that with a smallest possible image section of the area with the maximum
  • a stabilization unit 8 is shown in detail in FIG. The camera
  • Threshold region Threshold region. Also rail fasteners 14 are conveniently shown, to enrich the image content available for evaluation.
  • a vibration exciter 15 is arranged, which generates either a constant or an adjustable vibration. In the latter case, the advantageous possibility is given to adapt the oscillation to the detected resultant deflection s r of the track grating 5.
  • the vibrations are generated, for example, by means of rotating imbalances.
  • Evaluation device 16 is housed, for example, together with a controller 17 of the stabilization unit 8 in a control cabinet.
  • the camera 11 is connected to the evaluation device 16 by means of a data cable or via a data bus.
  • the controller 17 is also connected in the rule.
  • the measuring method according to the invention is based on the continuous recording of images of the oscillated track grating 5.
  • recordings of the respective threshold upper side take place with the rail fasteners 14, illustrated in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 shows a first image 17 Time of a maximum deflection in one Direction
  • Fig. 4 shows a second image 18 at the time of maximum deflection in the opposite direction.
  • a short exposure time and a high frame rate are required for taking evaluable images 17, 18 a short exposure time and a high frame rate are required.
  • the frame rate is significantly higher than the frequency of the
  • Track grids 5 occurs in the time average between two zero crossings, the two images 17, 18 taken between them form one
  • the first image 17 shows the maximum deflection in one direction and the second image 18 shows the maximum deflection in the opposite direction.
  • the synchronization can take place via a linked control of the vibration exciter 15 and the camera 11. This is useful if the stabilization unit 8 is activated in any case as a function of the detected deflection of the track grating 5.
  • the phase angle and speed of the vibration-generating imbalances are adapted to the frame rate.
  • the recorded image determines the location of matching image content. From this an image cycle for one oscillation period can be derived, whereby those two images are selected whose matching image contents have the greatest positional deviation from each other.
  • the first image 17 shows the maximum deflection of the track grating 5 in one direction and the second image 18 the maximum deflection in the opposite direction.
  • the oscillation amplitude as a measure of the maximum deflection a r of the
  • Track grating 5 is formed by superposition of the first and the second image 17,
  • both images 17, 18 are brought into register with their image edges 19 and the distance between matching image contents is determined or the matching image contents are brought into coincidence and a positional deviation of the two image edges
  • FIG. 5 shows a superimposition of the two images 17, 18 from FIGS. 3 and 4.
  • the matching image contents are brought into coincidence by means of pattern recognition.
  • algorithms are known that provide sufficiently accurate results in real time.
  • the positional deviation of the image edges 19 to each other gives the peak-to-peak value 20 of
  • Half the amplitude is therefore the maximum deflection a r of the track grating 5 in one direction.
  • Stabilization unit or the rail head deflection s e over time t In the lower course, the resulting deflection of the track grid 5 or the dynamic threshold deflection s r over the time t is shown.
  • the dynamic behavior of the track body determines a deviation between the amplitudes a s , a r of these waveforms.
  • Stabilization unit 8 acting vertical contact force, by means of
  • Track body in particular the rail connections 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschine (1) mit einem mittels Schienenfahrwerken (3) auf Schienen (4) eines Gleisrostes (5) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und mit einem Stabilisationsaggregat (8), das einen Schwingungserreger (15) zur Erzeugung horizontaler, quer zur Maschinenlängsrichtung verlaufender Schwingungen und auf den Schienen (4) abrollbare Spurkranzrollen (10) umfasst. Dabei ist am Maschinenrahmen (2) eine Kamera (11) angebracht zur Erfassung eines in Schwingung versetzten Abschnittes des Gleisrostes (5), wobei die Kamera (11) mit einer Auswerteeinrichtung (16) verbunden ist, um aus erfassten Bilddaten eine resultierende Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) abzuleiten. Auf diese Weise ist die Amplitude (ar) der Schwellenauslenkung erfassbar, welche ein Maß für die tatsächlich wirksame Schwingung zur Stabilisierung des Gleises ist.

Description

Beschreibung
Maschine mit Stabilisierungsaggregat und Messverfahren Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem mittels Schienenfahrwerken auf Schienen eines Gleisrostes verfahrbaren Maschinenrahmen und mit einem Stabilisationsaggregat, das einen Schwingungserreger zur Erzeugung horizontaler, quer zur Maschinenlängsrichtung verlaufender Schwingungen und auf den Schienen abrollbare Spurkranzrollen umfasst. Zudem betrifft die Erfindung ein Messverfahren.
Stand der Technik
[02] Ein Stabilisationsaggregat wird zur dynamischen Gleisstabilisation
eingesetzt. Konkret dient es der Herstellung einer nachhaltigen Gleislage nach dem Heben, Richten und Stopfen eines Gleises im Schotterbett. Dabei wird mittels des Stabilisationsaggregats eine horizontale Schwingung erzeugt und auf das Gleis übertragen, um durch ein Einrütteln des Gleises eine bessere Haltbarkeit der Gleislage herbeizuführen. Dadurch werden
Nachsetzungen im Schotterbett, welche nach dem Heben, Richten und Stopfen eines Gleises auftreten, stark vermindert. Des Weiteren wird der Querverschiebewiderstand des Gleises im Schotterbett wesentlich erhöht. Eine entsprechende Maschine ist beispielsweise aus der EP 0 666 371 A1 und der DE 41 02 870 A1 bekannt.
[03] In der WO 2008/009314 A1 ist ein Stabilisierungsaggregat mit einer
regelbaren dynamischen Schlagkraft offenbart. Dabei ist jedoch nur die auf den jeweiligen Schienenkopf des Gleises einwirkende Schwingung messbar, nicht jedoch die resultierende Schwingung der Schwellen des Gleises.
Zusammenfassung der Erfindung
[04] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Maschine der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Zudem soll ein Messverfahren angegeben werden, aus dem die resultierende Schwingung des Gleisrostes hervorgeht.
[05] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Maschine gemäß
Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 6. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[06] Dabei ist am Maschinenrahmen eine Kamera angebracht zur Erfassung
eines in Schwingung versetzten Abschnittes des Gleisrostes, wobei die Kamera mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, um aus erfassten Bilddaten eine resultierende Auslenkung des Gleisrostes abzuleiten. Auf diese Weise ist die Amplitude der Schwellenauslenkung erfassbar, welche ein Maß für die tatsächlich wirksame Schwingung zur Stabilisierung des Gleises ist. Eine damit einhergehende Verbesserung und Dokumentation der Stabilisierungsqualität sind klare Vorteile gegenüber bisherigen Lösungen.
[07] In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Auswerteeinrichtung mit einer Steuerung des Stabilisationsaggregats verbunden ist, um den Schwingungserreger in Abhängigkeit der
resultierenden Auslenkung anzusteuern. Damit ist die Möglichkeit
geschaffen, das Stabilisationsaggregat mit einer Regelung auszustatten, um während eines Arbeitseinsatzes die dynamische Schwellenauslenkung konstant zu halten.
[08] Von Vorteil ist es, wenn die Kamera zur Aufnahme zweidimensionaler Bilder ausgebildet ist. Entsprechende Bilddaten sind mit einem Industrie-PC in der erforderlichen Geschwindigkeit auswertbar.
[09] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Kamera in einer vertikalen, quer zum Gleis verlaufenden Symmetrieebene zwischen zwei Spurkranzrollen des Stabilisierungsaggregats angeordnet ist. In diesem Bereich ist die Amplitude der jeweiligen Schwingungsperiode zu erwarten, sodass ein schmaler Erfassungsbereich der Kamera ausreicht, um die erforderlichen Bilddaten aufzunehmen.
[10] Um etwaige Schwingungen des Maschinenrahmens in die Ermittlung der resultierenden Auslenkung des Gleisrostes berücksichtigen zu können ist es sinnvoll, wenn am Maschinenrahmen im Bereich der Kamera ein
Beschleunigungsaufnehmer angeordnet ist. [11] Das erfindungsgemäße Messverfahren sieht vor, dass vom schwingenden Bereich des Gleisrostes mittels der Kamera in einer Draufsicht fortlaufend Bilddaten erfasst werden und dass aus den erfassten Bilddaten eine resultierende Auslenkung des Gleisrostes abgeleitet wird. Damit ist eine Dokumentation der Schwellenauslenkung als relevanten Parameter für die Reibleistung des Gleises bereits während der dynamischen
Gleisstabilisierung möglich.
[12] In einer einfachen Ausprägung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein zum
Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in eine Richtung aufgenommenes erstes Bild mit einem zum Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in die Gegenrichtung aufgenommen zweiten Bild verglichen wird, um daraus die resultierende Auslenkung des Gleisrostes abzuleiten. Mit diesem Verfahren wird die resultierende Auslenkung des Gleisrostes genau erfasst.
[13] Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Lageabweichung von in beiden Bildern identischen Bildinhalten als Maß für die resultierende Auslenkung des Gleisrostes ausgewertet wird. Für eine derartige Mustererkennung
(Matching) sind robuste und effiziente Softwarealgorithmen einsetzbar, die eine rasche und sichere Auswertung der aufgenommenen Bilddaten erlauben.
[14] Besonders effizient ist die Auswertung, wenn als Bildinhalte Konturen einer
Schwelle und/oder Schienenbefestigungsmittel ausgewählt werden.
[15] Eine weitere Ausprägung des Verfahrens sieht vor, dass während einer
Schwingungsperiode des Gleisrostes zu vorgegebenen
Aufnahmezeitpunkten Bilddaten erfasst werden, dass zu jedem
Aufnahmezeitpunkt eine Auslenkung des Gleisrostes bestimmt wird und dass daraus eine sinusförmige Schwingung des Gleisrostes abgeleitet wird. Die Amplitude dieser angenommenen sinusförmigen Schwingung entspricht dann der resultierenden maximalen Auslenkung des Gleisrostes.
[16] Um eine ausreichende Genauigkeit sicherzustellen, werden die Bilder mit einer Bildrate aufgenommen, die zumindest einer vierfachen Frequenz der horizontalen Schwingung des Gleisrostes entspricht. Eine Erhöhung der Bildrate steigert die Genauigkeit, wobei auch der zu verarbeitende
Datenstrom ansteigt. [17] Zur weiteren Steigerung der Auswertungseffizienz werden die Erfassung der Bilddaten und die horizontale Schwingung des Gleisrostes synchronisiert. Sobald eine Synchronisation erreicht ist, sind die Aufnahmen der beiden maximalen Auslenkungen einer Schwingungsperiode auf einfache Weise ermittelbar. Als Referenzaufnahmen dienen beispielsweise die
Nulldurchgänge der Schwingung, die periodisch eine Überdeckung
aufweisen.
[18] Ein weiterer Vorteil des Verfahrens kommt zum Tragen, wenn eine
Phasenverschiebung zwischen einer auf den Gleisrost einwirkenden
Schwingung des Stabilisierungsaggregats und der mittels der Kamera erfassten resultierenden Schwingung des Gleisrostes ermittelt wird. Diese Phasenverschiebung dient als Maß für die Massenträgheit und die Dämpfung des Gleisrostes in lateraler Richtung. Mit der Dokumentation dieser Größe erhält ein Streckenbetreiber wichtige Informationen über den Zustand des Gleises.
[19] Des Weiteren wird das Verfahren verbessert, wenn im Bereich der Kamera eine Schwingung des Maschinenrahmens gemessen und in die Auswertung der resultierenden Auslenkung des Gleisrostes einbezogen wird. Sobald störende Schwingungen des Maschinenrahmens auftreten, werden diese bei der Bildauswertung kompensiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[20] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Maschine mit Stabilisierungsaggregat
Fig. 2 Stabilisierungsaggregat
Fig. 3 Bild bei maximaler Auslenkung in eine Richtung
Fig. 4 Bild bei maximaler Auslenkung in Gegenrichtung
Fig. 5 Auswertung mit Mustererkennung
Fig. 6 Schwingungsverläufe reibung der Ausführungsformen
Die in Fig. 1 dargestellte Maschine 1 umfasst einen Maschinenrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 gestützt auf Schienen 4 eines Gleisrostes 5 verfahrbar ist. Der Gleisrost 5 besteht aus den Schienen 4 und Schwellen 6 und ist in einem Schotterbett 7 gelagert. Mit dem Maschinenrahmen 2 ist ein Stabilisierungsaggregat 8 beweglich verbunden. Dieses
Stabilisierungsaggregat 8 umfasst mehrere Räder 9 und Spurkranzrollen 10 zum Festhalten des Gleisrostes 5. Mittels dieser Räder 9 und
Spurkranzrollen 10 wird eine mittels Stabilisierungsaggregat 8 erzeugte Schwingung auf den Gleisrost 5 übertragen.
Nach dem Stand der Technik wird die Bewegung des
Stabilisierungsaggregats 8 als Maß für die eingebrachte Schwingung herangezogen. Tatsächlich erfolgt dabei eine Bewegungserfassung des Schienenkopfes der jeweiligen Schiene 4. Insbesondere aufgrund einer auftretenden Schienenverkippung während der dynamischen
Gleisstabilisierung entspricht die Schienenkopfauslenkung se nicht der Bewegung der mit den Schienen 4 verbunden Schwellen 6 und damit des Gleisrostes 5. Die dynamische Schwellenauslenkung sr korreliert mit der Relativbewegung zwischen den Schwellen 6 und dem Schotterbett 7 und ist maßgebend für die in den Gleiskörper eingebrachte Stabilisierungsarbeit. Um die resultierende Schwingung des Gleisrostes 5 zu erfassen ist erfindungsgemäß am Maschinenrahmen 2 eine Kamera 11 angeordnet. Diese umfasst beispielsweise einen hinter einem Objektiv verbauten
Bildsensor und nimmt zweidimensionale Bilder des im Schotterbett 7 gelagerten Gleisrostes 5 in einer Draufsicht auf. Alternativ dazu können auch andere optische Sensoren zum Einsatz kommen, beispielsweise eine einzelne Sensorzeile innerhalb einer Zeilenkamera.
Durch die Befestigung der Kamera 11 am Maschinenrahmen 2 ist eine Entkopplung gegenüber den Schwingungen des gegenüber dem
Maschinenrahmen 2 beweglich aufgehängten Stabilisierungsaggregats 8 sichergestellt. In der Regel bildet der Maschinenrahmen 2 nämlich aufgrund seiner großen Massenträgheit eine stabile Basis gegenüber dem
Stabilisierungsaggregat 8. [25] Nur bei sehr leichten Maschinen 1 besteht die Möglichkeit, dass der
Maschinenrahmen 2 keine ausreichend stabile Basis darstellt. Dann ist es sinnvoll, wenn im Bereich der Kamera 11 ein Beschleunigungsaufnehmer 12 angeordnet ist, um eine etwaige Schwingung des Maschinenrahmens 2 zu erfassen. Das geschieht beispielsweise durch doppelte Integration der gemessenen Beschleunigungen. Bei der Auswertung der Bilddaten dienen diesen Schwingungsdaten des Maschinenrahmens 2 zur Kompensation einer unerwünschten Kamerabewegung.
[26] Günstigerweise ist die Kamera 11 in einer vertikalen Symmetrieebene 13 zwischen zwei Spurkranzrollen 10 bzw. Rollenzangen angeordnet, damit mit einem möglichst kleinen Bildausschnitt der Bereich mit der maximalen
Gleisrostauslenkung erfasst wird.
[27] Ein Stabilisierungsaggregat 8 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt. Die Kamera
11 ist am Maschinenrahmen 2 befestigt und erfasst den äußeren
Schwellenbereich. Auch Schienenbefestigungen 14 werden günstigerweise abgebildet, zur Anreicherung der für eine Auswertung zur Verfügung stehenden Bildinhalte. Zentral ist ein Schwingungserreger 15 angeordnet, der entweder eine konstante oder eine einstellbare Schwingung erzeugt. Im letzteren Fall ist die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, die Schwingung an die erfasste resultierende Auslenkung sr des Gleisrostes 5 anzupassen. Erzeugt werden die Schwingungen beispielsweise mittels rotierender Unwuchten.
[28] Anhand der Bildinhalte erfolgt mittels einer Auswerteeinrichtung 16 laufend eine Ermittlung der momentanen Schwellenauslenkung sr. Die
Auswerteeinrichtung 16 ist beispielsweise gemeinsam mit einer Steuerung 17 des Stabilisierungsaggregats 8 in einem Schaltschrank untergebracht. Zur Übertragung der Bilddaten ist die Kamera 11 mit der Auswerteeinrichtung 16 mittels eines Datenkabels oder über einen Datenbus verbunden. An letzteren ist in der Regel auch die Steuerung 17 angeschlossen.
[29] Das erfindungsgemäße Messverfahren basiert auf der laufenden Aufnahme von Bildern des in Schwingung versetzten Gleisrostes 5. Im vorliegenden Beispiel erfolgen Aufnahmen der jeweiligen Schwellenoberseite mit den Schienenbefestigungen 14, dargestellt in den Figuren 3 und 4. Fig. 3 zeigt ein erstes Bild 17 zum Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in eine Richtung und Fig. 4 zeigt ein zweites Bild 18 zum Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in Gegenrichtung. Zur Aufnahme auswertbarer Bilder 17, 18 sind eine kurze Belichtungszeit und eine hohe Bildrate erforderlich.
Günstigerweise ist die Bildrate deutlich höher als die Frequenz des
Stabilisationsaggregats 8.
[30] Wenn die Bildrate der vierfachen Frequenz des Stabilisationsaggregats 8 entspricht, werden pro Schwingungsperiode vier Bilder aufgenommen. Eine Synchronisation der Bilderfassung und der Schwingung erfolgt dann einfacherweise durch Variation der Bildrate, bis jedes zweite Bild eine
Überdeckung der Bildinhalte in Gleisquerrichtung aufweist. Diese Bilder sind dann Abbildungen der Nulldurchgänge des in Schwingung versetzten
Gleisrostes 5.
[31] Mit der zulässigen Annahme, dass sich eine maximale Auslenkung ar des
Gleisrostes 5 im zeitlichen Mittel zwischen zwei Nulldurchgängen ereignet, bilden die beiden dazwischen aufgenommenen Bilder 17, 18 einer
Schwingungsperiode ebendiese maximalen Gleisrostauslenkungen ar ab. Das erste Bild 17 zeigt die maximale Auslenkung in eine Richtung und das zweite Bild 18 zeigt die maximale Auslenkung in die Gegenrichtung.
[32] Alternativ dazu kann die Synchronisation über eine verknüpfte Ansteuerung des Schwingungserregers 15 und der Kamera 11 erfolgen. Das ist sinnvoll, wenn das Stabilisierungsaggregat 8 ohnehin in Abhängigkeit der erfassten Auslenkung des Gleisrostes 5 angesteuert wird. Beispielsweise wird die Phasenlage und Drehzahl der Schwingungserzeugenden Unwuchten an die Bildrate angepasst.
[33] Bei einer ausreichend hohen Bildrate ist keine Synchronisation erforderlich.
In diesem Fall wird zunächst mittels der Auswerteeinheit in jedem
aufgenommenen Bild die Lage übereinstimmender Bildinhalte bestimmt. Daraus lässt sich ein Bildzyklus für eine Schwingungsperiode ableiten, wobei jene beiden Bilder ausgewählt werden, deren übereinstimmende Bildinhalte die größte Lageabweichung voneinander aufweisen. Dabei zeigt das erste Bild 17 die maximale Auslenkung des Gleisrostes 5 in eine Richtung und das zweite Bild 18 die maximale Auslenkung in die Gegenrichtung. [34] Die Schwingungsamplitude als Maß für die maximale Auslenkung ar des
Gleisrostes 5 wird durch Überlagerung des ersten und des zweiten Bildes 17,
18 ermittelt. Entweder es werden beide Bilder 17, 18 mit ihren Bildrändern 19 in Überdeckung gebracht und der Abstand zwischen übereinstimmenden Bildinhalten ermittelt oder es werden die übereinstimmenden Bildeinhalte in Überdeckung gebrachten und eine Lageabweichung der beiden Bildränder
19 zueinander als Maß für die resultierende Schwingungsamplitude
ausgewertet.
[35] Fig. 5 zeigt einer Überlagerung der beiden Bilder 17, 18 aus Fig. 3 und 4.
Dabei sind die übereinstimmenden Bildinhalte mittels Mustererkennung in Überdeckung gebracht. Für ein solches Matching sind Algorithmen bekannt, die in Echtzeit ausreichend genaue Ergebnisse liefern. Die Lageabweichung der Bildränder 19 zueinander gibt den Spitze-Spitze-Wert 20 der
resultierenden Schwingung an. Halb so groß ist demnach die Amplitude als maximale Auslenkung ar des Gleisrostes 5 in eine Richtung.
[36] In Fig. 6 zeigt das obere Diagramm einen Schwingungsverlauf des
Stabilisationsaggregats bzw. die Schienenkopfauslenkung se über der Zeit t. Im unteren Verlauf ist die resultierende Auslenkung des Gleisrostes 5 bzw. die dynamische Schwellenauslenkung sr über der Zeit t dargestellt. Das dynamische Verhalten des Gleiskörpers bestimmt dabei eine Abweichung zwischen den Amplituden as, ar dieser Schwingungsverläufe.
[37] Zwischen den Schwingungsverläufen besteht eine Phasenverschiebung Δφ.
Diese ist beeinflusst von der Elastizität der Schienen 4 und der Stabilität der Schienenverbindungen 14. Weitere Einflussfaktoren sind die Reibung zwischen Schwellen 6 und Schotterbett 7 sowie eine auf das
Stabilisierungsaggregat 8 wirkende vertikale Anpresskraft, die mittels
Hydraulikzylinder 21 aufgebracht wird. Eine Aufzeichnung der
Phasenverschiebung Δφ dokumentiert demnach die Qualität des
Gleiskörpers, insbesondere der Schienenverbindungen 14.
[38] In der Darstellung sind pro Schwingungsperiode beispielhaft vier
Aufnahmezeitpunkte ti , t2, t3, U angegeben. Aus den zu diesen Zeitpunkten ti , t2, t3, t4 aufgenommenen Bildern wird die jeweilige Schwellenauslenkung si , S2, S3, s4 ermittelt. Dies geschieht mittels Mustererkennung, wobei beispielsweise die Lageänderung einer Schienenbefestigung 14 erfasst wird. In einer Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den ermittelten Verlaufspunkten eine resultierende Sinuslinie errechnet, wobei diese angenommene Sinuslinie die maximale resultierende Auslenkung ar des Gleisrostes 5 angibt.

Claims

Patentansprüche
1. Maschine (1) mit einem mittels Schienenfahrwerken (3) auf Schienen (4) eines Gleisrostes (5) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und mit einem
Stabilisationsaggregat (8), das einen Schwingungserreger (15) zur Erzeugung horizontaler, quer zur Maschinenlängsrichtung verlaufender Schwingungen und auf den Schienen (4) abrollbare Spurkranzrollen (10) umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass am Maschinenrahmen (2) eine Kamera (11) angebracht ist zur Erfassung eines in Schwingung versetzten Abschnittes des Gleisrostes (5) und dass die Kamera (11 ) mit einer Auswerteeinrichtung (16) verbunden ist, um aus erfassten Bilddaten eine resultierende Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) abzuleiten.
2. Maschine (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinrichtung (16) mit einer Steuerung (17) des Stabilisationsaggregats (8) verbunden ist, um den Schwingungserreger (15) in Abhängigkeit der resultierenden Auslenkung (sr) anzusteuern.
3. Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera ( 1) zur Aufnahme zweidimensionaler Bilder (17, 18) ausgebildet ist.
4. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11) in einer vertikalen, quer zum Gleis verlaufenden
Symmetrieebene zwischen zwei Spurkranzrollen (10) des Stabilisationsaggregats (8) angeordnet ist.
5. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Maschinenrahmen (2) im Bereich der Kamera (11) ein
Beschleunigungsaufnehmer ( 2) angeordnet ist.
6. Messverfahren, welches mittels einer Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vom schwingenden Bereich des Gleisrostes (5) mittels der Kamera (11) in einer Draufsicht fortlaufend Bilddaten erfasst werden und dass aus den erfassten Bilddaten eine resultierende Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) abgeleitet wird.
7. Messverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in eine Richtung aufgenommenes erstes Bild (17) mit einem zum Zeitpunkt einer maximalen Auslenkung in die Gegenrichtung aufgenommen zweiten Bild (18) verglichen wird, um daraus die resultierende
Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) abzuleiten.
8. Messverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageabweichung (20) von in beiden Bildern (17, 18) identischen Bildinhalten als Maß für die resultierende Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) ausgewertet wird.
9. Messverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als identische Bildinhalte Konturen einer Schwelle (6) und/oder
Schienenbefestigungsmittel (14) ausgewählt werden.
10. Messverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Schwingungsperiode des Gleisrostes (5) zu vorgegebenen
Aufnahmezeitpunkten (ti, t.2, t3, t4) Bilddaten erfasst werden, dass zu jedem
Aufnahmezeitpunkt eine Auslenkung (si, S2, S3, s4) des Gleisrostes (5) bestimmt wird und dass daraus eine sinusförmige Schwingung des Gleisrostes (5) abgeleitet wird.
11. Messverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bilder (17, 18) mit einer Bildrate aufgenommen werden, die zumindest einer vierfachen Frequenz der horizontalen Schwingung des
Gleisrostes (5) entspricht.
12. Messverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Erfassung der Bilddaten und die horizontale
Schwingung des Gleisrostes (5) synchronisiert werden.
13. Messverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung (Δφ) zwischen einer auf den Gleisrost (5) einwirkenden Schwingung des Stabilisierungsaggregats (8) und der mittels der Kamera (11) erfassten resultierenden Schwingung des Gleisrostes (5) ermittelt wird.
14. Messverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass im Bereich der Kamera (11) eine Schwingung des Maschinenrahmens (2) gemessen und in die Auswertung der resultierenden Auslenkung (sr) des Gleisrostes (5) einbezogen wird.
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