WO2018087340A2 - Inspektionssystem, inspektionsverfahren sowie system und verfahren zur verkehrsmittelsteuerung - Google Patents

Inspektionssystem, inspektionsverfahren sowie system und verfahren zur verkehrsmittelsteuerung Download PDF

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WO2018087340A2
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Karl-Heinz Förderer
Stefan SCHÖLLMANN
Ronny SÖLLNER
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Deutsche Bahn Fernverkehr AG
Psi Technics GmbH
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Deutsche Bahn Fernverkehr AG
Psi Technics GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L27/10—Operations, e.g. scheduling or time tables
    • B61L27/16—Trackside optimisation of vehicle or train operation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/57—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for vehicles or trains, e.g. trackside supervision of train conditions

Definitions

  • the invention relates to an inspection system for inspection of a technical
  • the invention further relates to an inspection method for inspecting a technical operating state of a vehicle in an operating state on a travel path.
  • the invention also relates to a system and a method for
  • the object of the present invention is a cost effective
  • the entire inspection process (in particular grounding and diagnosis) is advantageously carried out by an automated inspection system.
  • the visual inspection especially in the roof area on vehicles such as ICE multiple unit trains, in the maintenance by an automated control, in particular by means of camera technology, take place.
  • An inventive inspection system is designed for preferably autonomous, for example, only human-assisted, inspection of a technical functional state of inspection sections of a vehicle. Particularly advantageous is the invention to apply to vehicles with external power transmission connection. this applies
  • a technical functional state in the sense of the invention is in particular a technical property of a component of the Vehicle or an inspection section such as a roof cover or 9.beplankung of the vehicle.
  • a technical feature is, for example, the mechanical shape or cracks in a pantograph or the impermeability of a roof, as compromised by, for example, penetration holes.
  • Inspection section is an area to be inspected according to a defined area
  • Inspection purpose and may be a physically delimited area, such as a pantograph or the flap of an air conditioner on the roof garden of a train, or a physically and / or optically not delimited portion, such as a region of the roof surface on a train, which is defined for example by in that it lies at a typical distance from a pantograph in which the risk of damage by electrical flashovers has been experienced.
  • a pantograph is a device on vehicles for transmitting electrical energy from a fixed power line to the electrical devices of the vehicle.
  • a roof area in particular a train train, referred to, where the pantograph is installed, with all directly adjacent insulators.
  • a penetration hole is a, in particular caused by electrical flashovers, circular hole in the roof area of the vehicle, in particular a trainset.
  • An example inspection system may be, for example, a server, in particular for image processing and / or archiving of the inspection results
  • a 3D measuring bridge for example with, in particular four, laser line sectional sensors for measuring the vehicle,
  • abrasive strips for example, of abrasive strips, be provided in the light section method.
  • An exemplary inspection system may include the following components:
  • lighting devices for example Osram LED floodlights FL20 PF17 Midi, 4000K, DALI dimmable
  • At least one server for example a Dell PowerEdge rack server,
  • At least one control cabinet with accessories At least one control cabinet with accessories,
  • Maintenance level [IS] 200) can be performed by the inspection system fully automatically and, for example, independently of the sequence of an inspected train.
  • the inspection system can be used, preferably in a hall, in a temperature range of -10 ° C to +50 ° C.
  • An inspection can be carried out on a moving vehicle, in particular at a speed of at least 5 km / h.
  • the inspection system can be used at least up to a relative humidity of 80%.
  • the inspection system can be designed to be at least IP 64 rated.
  • the inspection can also be done when the vehicle is wet or wet.
  • the inspection system is expandable so that it can quickly learn different and / or new vehicles, especially train types, and / or read.
  • the inspection system can in particular be a sensor system for acquiring actual raw data of inspection sections of the vehicle to be inspected, a carrier system for the sensor system for aligning the sensor system with the moving vehicle, a data processing system for controlling and preferably regulating the sensor system and / or a protection system for the vehicle Inspection system that Vehicle and / or user of the inspection system or vehicle.
  • the sensor system may comprise at least one camera system for recording area images.
  • the inspection system for inspection of the vehicle in an operating state preferably without intervention in the operating state, in particular in a driving operation of the vehicle, designed because so under
  • Data processing system and the protection system are advantageously operatively connected to the automated inspection of the technical functional condition. This not only brings cost and efficiency advantages and allows a faster inspection virtually in real time, while, for example, a train as an inspection gate around a track and / or a
  • High voltage power line passes around configured inspection system.
  • Automation allows only an inspection in the operating state, because in the case of an electrically operated and also moving train such an inspection would be dangerous and too difficult for a human inspector for a double reason.
  • the invention is based in particular on the knowledge that the sensor system and the
  • Embodiments of a sensor system according to the invention.
  • the aforementioned application in particular sections 3.2 (sensor array sensors), 3.3 (multiple vehicle diagnostic sensors), 3.4 (triggers), 3.5 (master system triggers slave system), 3.6 (lighting systems), 3.7 (defined background), 3.8 (High voltage protection of the sensor), 3.9 (protection against animals), 3.10 (de-icing and cleanliness), 3.1 1
  • a sensor system may comprise at least one of the following components: a. a camera system for capturing area images and inspection sections, comprising continuously and / or triggered cameras; b. a vibration measurement system for measuring vibrations, vibrations and / or noises of inspection sections of the vehicle and / or a travel path for the vehicle; c. an acoustic measuring system, preferably comprising directional directional microphones which can be aligned with inspection sections; d. a chemical detector for detecting chemical substances exiting the vehicle or an inspection section of the vehicle; and / or e. a system for detecting electromagnetic radiation from an inspection section of the vehicle.
  • a camera system according to the invention can comprise a lighting system for the defined illumination of inspection sections with an illumination light.
  • the camera system and the illumination system can be aligned with, in particular light-reflecting, inspection sections and designed to carry out reflectometric measurements. More preferably, the camera system and the illumination system may be configured to perform photometry, radiometry, photogrammetry, laser scanning, or laser ranging that are particular to the inspection purpose and inspection section. This has the advantage that Contours and shapes, such as pulpits or outlines with indirect lighting, are more visible than with direct lighting.
  • the cameras are digital monochrome cameras, since with monochrome cameras the resolution of the images is significantly better and the noise behavior less critical (no color filters on the sensor) than with color cameras.
  • black and white images require less storage space and can be processed faster and easier, eliminating the need for frequent conversion between color spaces (RGB, HSV, intensity, etc.).
  • the cameras are chosen from the Allied Vision Prosilica GT2000 camera series, especially with a resolution of 2048 x 1088 pixels.
  • the cameras can be designed as a monochrome, color or near-infrared variant.
  • the cameras are preferably arranged so that they record an inspection section of the vehicle to be inspected, in particular a train roof and its superstructures as detailed as possible and complete.
  • An insulator is a component of electrical engineering, which has a high mechanical strength, but only a very low electrical conductivity. Insulators are used everywhere where bare electrical conductors must be fastened, held or guided, without causing a significant flow of current through the fastener.
  • the illumination system may be designed to shield glare from persons in and / or at the vehicle, preferably gradually and / or in sections, in sections projecting from the illumination system, and / or to be designed to be superimposed. Without such glare protection, the inspection system would not be possible in an environment used by humans or environments in which the presence of humans can at least not be ruled out. More preferably, the lighting system may be automatically controlled by an ambient light sensor and / or sensor designed to detect people and / or vehicles.
  • the inspection system advantageously comprises a lighting system, as the
  • Ambient brightness especially if the inspection system is installed in a workshop, is not necessarily sufficient for the cameras used.
  • the inspection system can be used by the lighting system when the
  • Ambient lighting on a vehicle to be inspected, especially its roof, is provided primarily by fluorescent tubes on a hall ceiling (i.e., from above or at a 90 ° angle to the roof) without affecting the inspection.
  • dimmable Osram LED floodlights of various colors.
  • Performance class used in particular Siteco Floodlight FL20 Midi, 238W and Siteco Floddlight FL20 Mini, 107W. Both types can be equipped with Osram RS17 spot optics
  • the LED modules installed in all lamps advantageously have a light temperature of 4000 K (neutral white).
  • a number or plurality of optical elements which may be a lens, a polarizing filter, a color filter, a prism, a zoom lens, a wide-angle lens, a grating or aperture, in a beam path between at least a camera of the camera system and an inspection section to be inspected by the camera.
  • the optical element may in particular be a bandpass filter for light, in whose bandpass interval an illumination light of the illumination system is located.
  • lenses with focal lengths of 8 mm and 16 mm are used for cameras and 3D cameras.
  • the 8mm lenses are located on the left and right sides of the vehicle (cameras 1-4 and 12-15) and the two 45 ° tilt cameras to the vehicle roof to analyze the pantographs (camera 7 and 8).
  • 16 mm For example, lenses are located above the vehicle (camera 5, 6, 9, 10 and 11).
  • the 8 mm lenses used are Tamron
  • the 16 mm lenses can use two different types.
  • cameras 6,9 and 10 are equipped with Qioptiq Linos MeVis-C 16mm f / 1.6 lenses and cameras 5 and 1 1 with Tamron 17HF. All lenses are advantageously C-mount standard lenses.
  • the sensor system preferably comprises a 3D measuring bridge.
  • the 3D measuring bridge serves in particular for an optimal analysis of the grinding bars. It is preferably arranged above a catenary and in a direction of travel of the vehicle behind the camera bridge.
  • the 3D measuring bridge can include 2 SICK Ruler E1221 3D cameras, which record a height profile using the laser line and process it graphically.
  • the clearance gauge specifies the "clear space" to be kept clear of objects on a driveway.
  • the cameras such as Ranger 3D cameras, have an orientation of 45 ° to a roof surface of a vehicle to be inspected. Opposite these two cameras are, for example, two SICK Ruler 3D cameras with integrated line laser.
  • the inspection system may include the following protective devices:
  • both laser lines are in the normal operating state of the
  • Inspection system off and are switched on only a split second after detection of a vehicle by a light sensor on the 3D bridge. That is, the vehicle is for example already up to the first pantograph in a
  • the inspection system does not create any obstructions or influences affecting the rest of the operation. Examples include: vibration, noise or glare from light, especially laser light.
  • bandpass filters for the spectral range of the laser used in particular a Ruler E1221 line laser installed. This ensures that a surrounding lighting or, in particular moving, sun rays as little influence on the
  • the camera captures only the reflections of the laser line.
  • the bandpass filters are, for example, optical filter disks of the MIDOPT type FIL BP660 / 34 No. 22956. 3.1.2 Modular design
  • the inspection system in particular the sensor system, the carrier system, the protection system and / or the data processing system, can be constructed in modules and / or module groups.
  • sensors required for a defined inspection purpose are combined in a module group, the sensors of the module group being particularly preferably mounted on a common carrier or in a common housing, wherein the assembly for relative local calibration of the sensors is preferably rigid with each other and with a counter a calibration accuracy low mechanical clearance is formed.
  • a carrier system or inspection system can be configured in a configurable manner and in particular detachably connected to one another for easier maintenance, replacement and / or expansion of the inspection system. This limits the number of different modules or module group and increases the applicability to different measurement objects and simplifies the maintenance of the inspection system.
  • the modules and / or module group can be a detachable and / or in one
  • connection consists of connectors and complementary mating connectors and / or the connection to the mechanical connection, communicative connection, in particular as a data bus, grounding connection and / or energy transmission connection is formed.
  • the carrier system can in principle be constructed in many parts from physically, electrically and / or communicatively connected parts.
  • it may be L-shaped, I-shaped, U-shaped, M-shaped, C-shaped, O-shaped, T-shaped, in any configuration with respect to gravity.
  • an upside-down U-shaped support system may inspect a roof garden and both side walls of a passing train.
  • an at least double O-shaped carrier system may inspect, over two or more tracks, a corresponding number of passes passing through on the roof garden, underbody, and sidewalls.
  • the carrier system may be arranged stationary with respect to a travel path of the vehicle. This ensures that vibrations and vibrations in the carrier system do not distort the measurements of the inspection system.
  • the carrier system is particularly preferably mechanically and / or acoustically by the vehicle and the travel path through a Vibration decoupler decoupled.
  • At least one carrier module of the carrier system may comprise a movement device for adjusting a distance and / or an angular orientation of a sensor or a sensor group of the sensor system to an inspection section of the vehicle, wherein the movement device for setting predefined measurement conditions, in particular with respect to an orientation, a position and / or a vehicle type of the vehicle, controllable and / or regulated.
  • At least one carrier module of the carrier system can be in existing
  • Transport infrastructure can be integrated, or existing transport infrastructure can form at least one carrier module of the carrier system.
  • High voltage overhead line On a single-track track, an inspection system can be in particular in shape
  • an inspection gate with underbody monitoring device can be pulled over a track.
  • the typical distance between two catenary masts is enough to make a hall or tent or shelter detrimental to weather or for visual inspection detrimental
  • the inspection system can be used for:
  • cruising speeds are designed, for example, up to 160 km / h.
  • One problem here is that single-track routes are usually low-frequented secondary lines, especially since they can be passed through in 2 directions. The lower the frequency of trains, the worse the inspection system is utilized. Further, this is the ideal orientation of the sensor system for inspecting trains in both
  • the remedy is provided by a movement system according to the invention, in particular for swivel alignment depending on the direction of travel.
  • the modules or module groups of an inspection system can also be mounted on both sides, which indeed entails a higher initial outlay, however no longer has to be calibrated depending on the direction of travel and is less error-prone.
  • the inspection system or its carrier system can advantageously span both tracks and, for example, be M-shaped or double (or multi-) -0-shaped.
  • each track is traveled only in one direction of travel, so that the sensor system can be optimized and calibrated firmly to one direction of travel.
  • the walls are also solid, made of reinforced concrete or rock, for example, and are already strongly vibration-decoupled from a train and the tracks, so that the inspection system has less of
  • a tunnel is an existing protection against the weather.
  • an inspection system is to be mounted in a section of the tunnel in which the flow conditions of the air, which can be very turbulent and high-energy at high speeds, are as laminar and gentle as possible for the inspection system.
  • a base tunnel for example, leads on a line through a mountain, without steep ramps from the valley bottom. Since the route does not lead up mountain slopes, a base tunnel will be much longer than a summit tunnel. If long tunnels are to be crossed at high speeds, it is next to the
  • Spur bang (Tunnel bang) pay attention.
  • Spur or head tunnels lead through a rock spur or head or the spur of a mountain. They are mostly in
  • Spur tunnel barely longer than 200 m. They are suitable for integrating a
  • Inspection system because they are usually traversed slowly, so that even with a low-cost hardware design (for example, only limited frame rate of a camera system) one for the inspection purpose sufficiently high data density (for example, 1 -3 images per inspection section) can accommodate.
  • a low-cost hardware design for example, only limited frame rate of a camera system
  • data density for example, 1 -3 images per inspection section
  • existing superstructures such as bridges for example trains, cars or passengers or track structures such as signal systems, radio masts, high voltage pylons, which in particular already provide a good ground connection the so-called Bahnerde and / or a power supply of the inspection system on the open route, cost-effective in one
  • Inspection system can be integrated.
  • the carrier system may include, for example, a camera bridge.
  • the camera bridge consists of three mounting brackets to which, for example, a total of 15 cameras are attached.
  • each camera is provided with a protective housing and in particular additionally with an electrically conductive housing.
  • the camera measuring bridge is in particular arranged so that the
  • the clearance gauge specifies the "clear space" to be kept clear of objects on a driveway.
  • a data processing system may comprise at least one of the following components: a. at least one server designed at least for controlling and / or receiving data from clients of the sensor system; b. Data connections from the at least one server to the clients of the sensor system, wherein the data connections are preferably designed for the transmission of control signals to the clients of the sensor system and / or for the transmission of data from the clients of the sensor system to the server and / or of power transmission connections for the server, the sensor system and / or the vehicle are electrically or galvanically decoupled; and / or c. external wireless and / or wired, preferably encrypted, data connections for networking with IT systems of other resources of a transport system, in particular IT systems of vehicles, driveways, maintenance facilities, logistics warehouses for spare parts for the vehicle, external Hardware resources and / or the Internet.
  • the data processing system may include software for performing the
  • the software includes automated image processing and a web interface for viewing results and scheduling recordings.
  • the software includes automated image processing and a web interface for viewing results and scheduling recordings.
  • all software components that can be run advantageously on Windows and Linux systems, in particular if a php mergeer Web server, Halcon (image processing) and an SQL database are installed.
  • the browser Google Chrome can be used for viewing the web interface.
  • the SOFIS tags located at the top of each train are read out, thus detecting the arrival of a train.
  • the information read contains the train, the train direction and the car layout.
  • the inspected system can identify the inspected vehicle.
  • the inspection system automatically starts the image processing process. This includes taking pictures, cutting out important parts from these pictures (extraction) and / or measuring the extracts and saving results.
  • Double traction ie connected trainsets, is a special case. They are recognized by the software immediately after entry to split the recording into two parts. As a result, in a double traction, exactly two inspection results are obtained, which are advantageously also listed separately in the web interface.
  • the server is in a BKU server room (office communication
  • the server is to perform the following steps of the inspection procedure designed:
  • the inspection system can create a target image ("blueprint") of the vehicle
  • the respective blueprint can be compared with the respective actual image of the vehicle, for example according to a catalog of requirements, and compared. Changes to the "blueprint" of the vehicle to be examined are possible at any time.
  • the server allows all system changes in the inspection system to be archived and the change (s) to be recorded.
  • the server can be connected to an in-house intranet, so that the web interface and camera recordings can be accessed directly via the intranet.
  • the server can be connected to the Internet, for example via a DSL line.
  • the server can be designed for remote maintenance, for example via TeamViewer, for example for software updates.
  • the server may include a redundant power supply.
  • the server can have a number of, for example six, network cables with the Control cabinet connected to the inspection system
  • the data processing system may include a control cabinet.
  • the control cabinet can be designed to carry out the following steps of the inspection procedure:
  • Controlling components of the inspection system in particular lighting, warning lights, cameras and / or light-section sensors, for example by a programmable logic controller (PLC), in particular a Wago PFC-200 controller,
  • PLC programmable logic controller
  • Wago PFC-200 controller programmable logic controller
  • Inspection system in particular for lighting, warning lights, cameras and / or light-section sensors
  • a user interface can be provided in the data processing system or designed as an interface.
  • a user interface can according to the invention serve to display and / or input data and / or control commands by a user.
  • it can be designed for data transmission of raw data measured by the sensor system, preferably calibrated and optionally rectified extraction data from the raw data and / or from the extraction data derived inspection data and / or metadata within an inspection interval of the sensor system relative to the vehicle, particularly preferably for data transmission in Real-time, and / or time-shifted retrievability by a user.
  • the user interface may include a web interface.
  • the web interface can be used to operate the inspection system and / or to view the inspection results.
  • the access, as well as the structure and accessibility of the individual functions are explained below.
  • the most important buttons, menu items and display elements are advantageously designed so that they can be operated on touch screens and mobile devices.
  • the web interface comprises a findings view of the last invoked inspection result.
  • the findings view is, for example, a tabular listing of all components with the measurement result and the result images of the image processing.
  • a report of findings can be issued shortly after the inspection, for example at the latest 10 minutes after the inspection, in particular for each performed roof diagnosis, for example via the web interface or in paper form, wherein a technical functional state of the vehicle is documented in the findings report.
  • a train is a self-propelled, in regular operation not separable unit of several vehicles.
  • the inspection system detects a predefined number of faults on a vehicle, for example more than 10 faults on a multiple unit, the inspection result may be invalidated and the report of findings correspondingly marked, for example printed as "invalid.”
  • the inspection in particular a roof inspection, can then be done as usual by a skilled worker.
  • a skilled worker can fault the vehicle, especially over the vehicle
  • Web interface in different sizes (zoom settings) and from different directions rate.
  • the operation of the inspection system in particular via the web interface, may include the following steps, for example:
  • Access can be via web browser, for example with "Google Chrome", especially with the following procedure: calling an identification feature of the inspected vehicle, for example a train number, as well as the date of the inspection, for example via an input mask,
  • the user interface may include user management as access control so that only authorized persons can make inputs.
  • user management as access control so that only authorized persons can make inputs.
  • the number of users can be changed at any time by the user administration.
  • a maintenance manager may be authorized by the user administration to register the required vehicles in the inspection system on an existing BKU PC (office communication company-wide) via Internet connection.
  • a craftsman or another person authorized by the user administration can access an Internet-enabled PC, in particular a BKU PC, from the
  • a protection system may comprise at least one of the following components: a. a protective housing for modules and / or module groups of components of the sensor system, carrier system and / or data processing system, preferably designed to protect the sensors from environmental influences such as light and / or temperature, humidity, weather and / or animals; and / or b. a high voltage protection, preferably designed as housing for a module, a module group and / or a protective housing, with an electrical
  • a ground connection to a ground potential of the traffic route, wherein the high voltage protection and the grounding electrical connection with respect to a high voltage power supply of the vehicle of 15 kV has an electrical and / or thermal conductance equal to at least that of a copper cable with 70 mm diameter.
  • each electrically conductive enclosure is connected via the ground connection.
  • a further equipotential bonding advantageously takes place between the control cabinet and the equipotential bonding bar of the server.
  • the Bruerde the 3D measuring bridge is advantageously also directly on the
  • live overhead line and all high-voltage components of a vehicle, in particular a train train can be reduced by an electrically conductive cover or housing of the components is provided, which is track-grounded with a grounding cable with 70 mm 2 cross-section.
  • Grounding and reverse current requirements may be in accordance with Ril 997.0201 (reverse current, rail and equipotential bonding).
  • the cover or housing can have at least the same conductance as the grounding cable.
  • the clearance gauge is kept free. Furthermore, all laid lines at a distance of> 15 cm to 150 cm to
  • Catenary be equipped with a surge arrester.
  • an inspection system can be used for the technical inspection of a technical functional state.
  • the technical inspection relates to the operational readiness and / or predicted operational readiness of a vehicle, in particular of an electrically operated vehicle, in particular of an electrically operated vehicle with coupling to a stationary electrical energy source.
  • An inventive inspection method is used to inspect a technical operating state of a vehicle in an operating state on a travel path.
  • it relies solely on automated acquisition of raw data from inspection sections on the vehicle without requiring a human inspector to travel to hard-to-reach places under time pressure a tight schedule for a subsystem and a priori, because, for example, times dictated by the schedule would be necessary.
  • the inspection procedure comprises at least the following steps: c. Detecting a vehicle after at least vehicle end or beginning, detection time and speed at a detection location on the route, wherein the detection location is upstream of a measuring range on the travel in the direction of travel; d. Transmitting the predicted arrival and preferably vehicle related data of the vehicle at an inspection site of an inspection system to the inspection system; e. Initializing the inspection system after detection of the vehicle; f. Automated measurement of raw data of inspection sections on the vehicle by the inspection system, preferably according to one of claims 1 to 9, g. Transmission of the raw data to a data processing system; H. Extracting the inspection sections from the raw data into extraction data; i.
  • the inspection procedure may include the following steps: a. Control, evaluation and / or release of raw data, extraction data and / or inspection results of the fully automated inspection method according to claim 10 by a human user, preferably in a typical lifetimes and / or the period until the next use of the vehicle by passengers short time span and / or by remote data transmission independent of the inspection location of the inspection system; and b. Releasing the vehicle as operable by the human user, or initiating and / or scheduling further automated or human-user-performed inspection steps or causing a human intervention
  • the inspection procedure may include the following steps: a. Providing a, in particular password protected, user interface, preferably web interface, for operating the inspection system; b. Configure the cameras for an inspection; c. Controlling lighting and / or warning lights; d. Reset cameras as needed, for example by a voltage reset; e. Storing and / or archiving recordings, in particular all recordings of the cameras; f. Performing image processing calculations; G. Generating a diagnosis, in particular a QSI findings report; H. Hosting a computer program for performing the inspection procedure and / or i. Archiving diagnoses.
  • An inventive traffic control system comprises a hardware system comprising a number of communicatively networked inspection systems according to the invention.
  • An inventive method for traffic control comprises the application of a system according to the invention for traffic control and / or an inspection method according to the invention.
  • Data processing system relates to special embodiments of a data processing system according to the invention as well as of a system and method according to the invention for traffic control
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an inspection system according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the inspection system of FIG. 1; FIG. and
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of an inspection method according to the invention.
  • Fig. 4 to 9 a fourth to ninth embodiment of an inventive
  • FIG. 10 shows a schematic structure of an inspection system according to an embodiment of the invention, wherein the inspection system is an inventive
  • Data processing system comprises;
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an inspection system according to an embodiment of the invention.
  • the inspection system 1 has a sensor arrangement to receive raw data from a
  • the vehicle 2 is a train in this embodiment.
  • the inspection system 1 is designed as a multi-part inspection gate, which has a plurality of carriers 3a, 3b, 3c, to which sensors 4a, 4b, 4c, 4d of the sensor arrangement are attached.
  • the inspection system is provided in a tunnel 5.
  • the sensor arrangement includes, among others
  • Smoke sensor 4a a first camera 4b for the lateral inspection of the train, a second camera 4c for inspection of the train from above, a third camera 4d for
  • Vibration sensor 4e are provided in the bed of tracks 6. Further sensors 4f, 4g are present and can be used if necessary for the inspection of the train 2.
  • Sensors 4f, 4g are arranged orthogonal to each other. However, to simplify the description, it will be omitted to detail the sensors 4f, 4g. These sensors 4f, 4g are selected from the group consisting of optical sensor, such as a camera, olfactory sensor, chemical sensor,
  • Vibration sensor electromagnetic sensor, thermal image sensor and acoustic sensor.
  • a plurality of sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g are provided in the sensor array which are related to measurement techniques used to collect raw data and a plurality of sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g are optical sensors.
  • the inspection system 1 includes software and hardware resources that are designed to inspect the train 2 at a relative speed between the inspection system 1 and train 2 of about 5 km / h.
  • the smoke sensor 4a is a continuously measuring sensor and continuously inspects the traveling train 2 for smoke development.
  • the first camera 4b is triggered by a trigger signal from a light barrier (not shown) and generated on the
  • Trigger signal to a single image capture.
  • the first camera 4b is therefore a discretely measuring sensor.
  • the vibration sensor 4e is also triggered by the same trigger signal as the first camera 4b, and measures in synchronism with the first camera 4b a vibration of the traveling train 2 on the track bed. By synchronously recording different raw data, two different measured variables are determined
  • the inspection system comprises a lighting arrangement 7a, 7b.
  • Lighting arrangement illuminates an underbody 8 of the vehicle, which is inspected by means of the third camera 4d, with a first LED 7a and the roof garden of the
  • the inspection object or the inspection section to which the first camera 4b is applied is in this case a current collector linkage 9 of the train 2.
  • a grid is illustrated as a defined background on a wall of the tunnel 5 in non-illustrated embodiments. This facilitates image analysis.
  • the first camera 4a laterally captures an image of the roof garden of the train 2, while the train 2 is located between the first camera 4b and the defined background, so that the
  • the third camera 4d which serves as an underfloor sensor, is provided with an aperture (not shown) as an active protector to close the third camera 4d from falling dirt protect. This also protects the raw data captured by the camera 4d as it is less likely to be corrupted by contamination of the sensor.
  • the panel is opened as soon as a train 2 passes through the inspection system 1 and then closed again.
  • In the illustrated embodiment has a
  • Deflection elements provided to provide an optical path between sensor and train for underbody inspection.
  • the third camera 4d is adapted to be repeatedly applied to inspect the underbody 8. Since the third camera 4d is a discrete-type sensor, the third camera 4d sequentially generates a plurality of frames from the underbody 8 of the traveling train 2. In embodiments, a pickup frequency of the third camera 4d is set high enough that a 3D model of the underbody 8 by common
  • the first camera 4b is set up by a robotic arm 10 as a movement device to be moved rotationally and translationally relative to the inspection system 1.
  • a distance between train 2 and first camera 4b can be adjusted with respect to the type of vehicle to be inspected.
  • the first camera 4b has a high voltage protection on its housing to the sensor before
  • sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g are non-invasive sensors. It must therefore not interfere with the sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g in the train 2, to collect the raw data. This avoids complicated and time-consuming approval procedures.
  • sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g may also be provided with invasive measurement technology or sensors 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g within the vehicle 2
  • FIG. 2 shows a plan view of the inspection system 1 from FIG. 1.
  • the sensor arrangement comprises a master inspection unit 11 and a slave inspection unit 12.
  • the master inspection unit 1 1 is the slave inspection unit 12 upstream relative to the direction of movement of the train.
  • the master inspection unit 1 1 is at the same height as the slave
  • the train thus initially passes the master inspection unit 1 1.
  • the master inspection unit 1 1 carries out a rough inspection.
  • the master inspection unit 1 1 deviates, e.g. in the form of the air conditioning grille, so it triggers the slave inspection unit 12 via a trigger line 13.
  • the master inspection unit 1 1 and the slave inspection unit 13 may be interposed in non-illustrated embodiments, further elements to the
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of an embodiment of a
  • the inspection system 1 shown in Figure 1 is adapted to carry out this inspection process.
  • the sensor arrangement is applied to the inspection section of the vehicle 2 in order to inspect the vehicle 2.
  • the sensor arrangement is applied to the inspection section for inspecting a technical functional state of the vehicle S32, as described above.
  • module carriers 8 show in sequence alternative forms of the module carriers 8.
  • module carriers 8 are shown with the following shapes: n-carrier (Fig.4), ⁇ -carrier ( Fig.5), L-carrier (Fig.6), U-carrier (Fig.7), I-beam (Fig.8) and a
  • FIGS. 4, 5, 6, 7, 8, 9, all other elements of the inspection system 7 have not been shown for the sake of simplicity.
  • FIG. 10 shows a schematic structure of an inspection system 1 according to an embodiment of the invention.
  • the inspection system 1 provides a passage for a vehicle (not shown).
  • the passage and the exact structural configuration of the inspection system 1 relative to the vehicle is not shown in this schematic view for the sake of simplicity. In this embodiment, this is
  • Inspection system 1 set up to inspect a moving train as it passes the passage.
  • the train is an electrically powered train supplied with power from a high voltage line.
  • the high voltage line runs through the passage.
  • the inspection system 1 has a sensor arrangement. Sensors 2a-g are combined in a first sensor module 3 and a second sensor module 4.
  • the inspection system 1 includes a server 5 constituting the data processing system.
  • the server 5 comprises a database for storing raw data, extracted data and metadata acquired by the sensors 2a-g of the inspection system 1
  • Embodiment in a folder structure is arranged to apply an algorithm to the stored data to make a diagnosis concerning the vehicle.
  • the inspection system 1 further comprises a programmable logic controller (PLC) 6 for controlling the inspection system 1.
  • PLC 6 can have a PFC (programmable fieldbus controller).
  • the inspection system 1 comprises a lighting system 7 for illuminating an inspection section of the vehicle.
  • the lighting system 7 is connected to the PLC 6 for control purposes.
  • the inspection system 1 has a light barrier 8.
  • the light barrier 8 is also connected to the PLC 6 for control purposes.
  • the sensor assembly is used to inspect the inspection section 1. It is According to the invention, a technical functional state of the vehicle is inspected in the operating state, that is, while the train is traveling.
  • the first sensor module 3 includes three optical sensors 2a-c, namely area-scan cameras.
  • the cameras 2a-c are adapted to take black and white pictures.
  • the three cameras 2a-c of the first sensor module 3 are each arranged to record images with a data volume of about 4.5 MB per image.
  • the frame rate is about 5 frames per second. At a relative speed between the vehicle and camera 2a-c of 5 km / h, as provided, this results in a frame rate of about 5 images per
  • a first camera 2a is connected to the PLC 6 via a first trigger line 9.
  • the first trigger line 9 is electrically grounded via a first ground connection 10.
  • the first trigger line 9 is designed as an optical cable, more precisely fiber optic cable, and connected to the first camera 2a via an optocoupler 1 1 for transmitting a trigger signal.
  • the first sensor module 3 further includes a first switch 12.
  • the first switch 12 has a module-internal connection, via which the first switch 12 can receive data from the optical sensors 2a-g, and a module-external connection, via which the first switch 12 data can transmit the server 5.
  • the three cameras 2a-c are each connected via a first combined Ethernet data-current line 13 to the first switch 12 at its module-internal connection.
  • the first switch 12 not only receives the data from the three cameras 2a-c via the module-internal connection, but also supplies each of the three cameras 2a-c via the module-internal connection, in each case with 48 volts of voltage and a maximum of 20 watts of power.
  • the data flow from each camera 2a-c to the first switch 12 is a maximum of 40 MB / s, whereby as a rule only actual values of about 22.5 MB / s are achieved (at 5 frames per second).
  • the first switch 12 sends to the
  • the first switch 12 is grounded via a second ground connection 15.
  • the second ground connection 15 differs from the first ground connection 10. Since the first trigger line 9 is an optical cable, there is thus no electrical coupling between the first camera module 3 and the first one
  • Trigger line 9 The first trigger line 9 and the first sensor module 3 are, in other words, galvanically isolated. In this way, interference effects on the first sensor module 3 are reduced, which can have a positive effect on the recording quality of the three cameras 2a-c.
  • the second sensor module 4 includes four optical sensors 2d-g which are preferably about 60 cm apart from the vehicle during application to the vehicle exhibit. Two of the optical sensors 2d, 2e are line scanners with integrated camera, the other two optical sensors 2f, 2g are cameras without line scanners. The
  • the second sensor module 4 is configured to perform laser line measurements, in particular for a light-slit method.
  • the raw data recorded by the cameras 2d-g of the second sensor module 4 are internally processed internally in the cameras 2d-g of the second sensor module 4 itself.
  • a raw height image and / or raw intensity image is generated in the second sensor module 4.
  • a calibration and rectification of the detected laser image is performed in the cameras 2d-g of the second sensor module 4.
  • the second sensor module 4 includes a second switch 16.
  • the four optical sensors 2d-g of the second sensor module 4 are connected to the second switch 16 via a second combined Ethernet data-power line 17, respectively. Since the data rate to the second switch 16 is reduced by the internal data processing in the cameras 2d-g of the second sensor module 4, to about 80 MBit / picture or a 6-channel picture to 12 Mbit per channel, it is unproblematic in this second sensor module 4 even four cameras 2d-2g via a combined Ethernet data-power line 17 to the second switch 16 to connect. For each camera 2d-2g less than 40 MB / s of image data is sent to the second switch 16.
  • the second switch 16 is connected to the server 5 via a second switch-server connection 18 and configured to send a maximum of 125 Mbytes / s (1 Gbit / s) to the server 5 at maximum.
  • the second switch 16 sends the captured raw data and the calibrated and rectified images to the server 5. Further evaluation is performed on the server 5 side based on the calibrated and rectified images.
  • One of the optical sensors 2d-g of the second sensor module 4 is connected to the SPS 6 by a second trigger line 19. Thus, the PLC 6, the second sensor module 4 trigger.
  • the illumination system 7 is connected to the PLC 6 via a third trigger line 20.
  • the PLC 6, the lighting system 7 trigger.
  • the PLC 6 is connected to the server 5 bidirectionally via a PLC server connection 21.
  • the illumination system 7 is connected to the first ground connection 10, as is the first switch 12
  • the server 5 preferably has eight Gbit network inputs for interfacing with the sensor array; seven for the sensor modules and one for the PLC 6, for example to provide updates.
  • six sensor modules are present, which in each case resemble the first sensor module 3.
  • a preferred server 5 may manage 15-25 cameras, preferably 20 cameras, arranged as shown in groups in multiple sensor modules.
  • the trigger signals are sent by the PLC 6 via the first trigger line 9, the second trigger line 19 and the third trigger line 20 as soon as the light barrier 8 is triggered by a train passing through the inspection system 1 and the PLC 6 was woken up by the light barrier 8.
  • the illumination system 7 is activated and the first sensor module 3 and the second sensor module 4 of the sensor arrangement begin to record raw data.
  • the first sensor module 3 transmits the raw data unchanged to the server 5 for further processing.
  • the cameras 2d-g in the second sensor module 4 preprocess the raw data and send extracted data via the second switch 16 to the server 5. There, a further processing of some or all of the Sensors 2a-g recorded and received by the server 5 data.
  • the software resources and hardware resources provided in the inspection system 1 and in particular the data processing system thus permit
  • the software and hardware resources are for one
  • the server 5 is set up to carry a medical record via trains and diagnoses via inspection objects, such as
  • Server 5 may form an internal subsystem of the data processing system, while an external subsystem, such as e.g. a cloud computing farm, outsourced.
  • an external subsystem such as e.g. a cloud computing farm
  • the server 5 is set up to generate a three-dimensional model of the inspection section 1 from surface image data of the first sensor module 3. From several two-dimensional images of the moving train, which were recorded temporally sequentially by one of the three cameras 2a-c of the first sensor module 3, the three-dimensional model is derived by an algorithm on the server 5. For example, one of the three cameras 2a-c of the first sensor module 3 can be made five shots as the train passes.
  • a 3D model can be generated with only a single 2D camera or area-scan camera because the train moves in relation to the camera.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einerseits ein Inspektionssystem zur Inspektion eines technischen Funktionszustandes von Inspektionsabschnitten eines Fahrzeuges mit einem Sensorsystem zur Aufnahme von IST-Rohdaten von zu inspizierenden Inspektionsabschnitten des Fahrzeuges; einem Trägersystem für das Sensorsystem zur Ausrichtung des Sensorsystems auf das bewegte Fahrzeug; einem Datenverarbeitungssystem zur Ansteuerung und vorzugsweise Regelung des Sensorsystems; einem Schutzsystem für das Inspektionssystem, das Fahrzeug und/oder Benutzer des Inspektionssystems oder Fahrzeuges; wobei das Sensorsystem zumindest ein Kamerasystem zur Aufnahme von Flächenbildern umfasst; und das Inspektionssystem zur Inspektion des Fahrzeuges in einem Betriebszustand, bevorzugt ohne Eingriff in den Betriebszustand, insbesondere in einem Fahrtbetrieb des Fahrzeuges, ausgelegt ist; und das Sensorsystem, das Datenverarbeitungssystem und das Schutzsystem zur automatisierten Inspektion des technischen Funktionszustandes wirkverbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Inspektionsverfahren zum Inspizieren eines technischen Betriebszustandes eines Fahrzeuges in einem Betriebszustand auf einem Fahrtweg sowie ein System und ein Verfahren zur Verkehrsmittelsteuerung.

Description

INSPEKTIONSSYSTEM, INSPEKTIONSVERFAHREN SOWIE SYSTEM UND VERFAHREN ZUR
VERKEHRSMITTELSTEUERUNG
BESCHREIBUNG
1 Technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Inspektionssystem zur Inspektion eines technischen
Funktionszustandes von Inspektionsabschnitten eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft ferner ein Inspektionsverfahren zum Inspizieren eines technischen Betriebszustandes eines Fahrzeuges in einem Betriebszustand auf einem Fahrtweg. Die Erfindung betrifft außerdem ein System und ein Verfahren zur
Verkehrsmittelsteuerung.
Die Regelmäßige Inspektion von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, stellt einen hohen Aufwand dar. Hochgeschwindigkeitstriebzüge werden beispielsweise alle 3-4 Tage einer Laufwerkskontrolle (L oder Instandhaltungsstufe (IS) 100) oder
Nachschaukontrolle (N oder Instandhaltungsstufe (IS) 200) unterzogen, bei denen primär Sichtprüfungen stattfinden.
Derzeitig werden alle Sichtprüfungen auf dem Dach von Schienenfahrzeugen, wie beispielsweise ICE-Triebzügen, durch dafür ausgebildete und zertifizierte Mitarbeiter durchgeführt. Bevor jedoch der Facharbeiter mit der Inspektion, anhand einer
Arbeitsanweisung (AA) des Daches, beginnen kann, müssen der Zug und die Oberleitung geerdet werden, so dass keine Gefahr von der Oberspannungsseite für die Facharbeiter entstehen kann. Aufgrund der unterschiedlichen einzuhaltenden Sicherheitsschritte ist dieser Prozess langwierig und für den Mitarbeiter mit relativ großen Wegstrecken verbunden.
2 Technische Aufgabe Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges
Inspektionssystem und Inspektionsverfahren zu schaffen, um die Inspektionszeit und -kosten für Fahrzeuge zu reduzieren und die Qualität der Befundung zu verbessern.
3 Erfindungsgemäße Lösung
Die Aufgabe wird durch ein Inspektionssystem gemäß Anspruch 1 , ein Inspektionsverfahren gemäß Anspruch 10, ein System zur Verkehrsmittelsteuerung gemäß Anspruch 13 und ein Verfahren zur Verkehrsmittelsteuerung gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise der gesamte Inspektionsprozess (insbesondere Erdung und Diagnose) durch ein automatisiertes Inspektionssystem durchgeführt. Zur Optimierung der Inspektionsprozesse, insbesondere bei Laufwerk und Nachschau, soll die Sichtprüfung, insbesondere im Dachbereich an Fahrzeugen wie ICE-Triebzügen, in der Wartung durch eine automatisierte Kontrolle, insbesondere mittels Kameratechnik, erfolgen.
Zusätzliche Erweiterungen, beispielsweise bei kleinen Instandhaltungsstufen, sind erfindungsgemäß möglich.
3.1 Inspektionssystem
Ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem ist ausgelegt zur vorzugsweise autonomen, beispielsweise nur menschenassistierten, Inspektion eines technischen Funktionszustandes von Inspektionsabschnitten eines Fahrzeuges. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung auf Fahrzeuge mit externer Energieübertragungsverbindung anzuwenden. Dies gilt
insbesondere für mit elektrischer Hochspannung gespeiste Fahrzeuge, wie zum Beispiel Züge. Die Hochspannung stellt einerseits ein Sicherheitsrisiko dar, insbesondere für menschliche Inspektoren. Gleichzeitig ist eine Inspektion und auch umso aussagekräftiger, wenn sie unter Betriebsbedingungen, also beispielsweise unter Hochspannung und in Bewegung eines Zuges, durchgeführt werden kann. Ein technischer Funktionszustand im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine technische Eigenschaft eines Bauteils des Fahrzeugs oder eines Inspektionsabschnittes wie beispielsweise eine Dachabdeckung oder Seitenbeplankung des Fahrzeugs. Eine technische Eigenschaft ist beispielsweise die mechanische Form oder Risse in einem Stromabnehmer oder die Regendichtigkeit eines Daches, wie sie durch zum Beispiel Einbrandlöcher kompromittiert wird. Ein
Inspektionsabschnitt ist ein zu inspizierender Bereich gemäß eines definierten
Inspektionszweckes und kann eine körperlich abgegrenzte Fläche, wie beispielsweise ein Stromabnehmer oder die Klappe einer Klimaanlage auf den Dachgarten eines Zuges, oder auch ein körperlich und/oder optisch nicht abgegrenzter Teilbereich, wie beispielsweise ein Bereich der Dachfläche auf einem Zug, der beispielsweise dadurch definiert ist, dass er in einem typischen Abstand von einem Stromabnehmer liegt, in welchem die Gefahr von Beschädigungen durch elektrische Überschläge erfahrungsgemäß besteht.
Ein Stromabnehmer ist eine Vorrichtung an Fahrzeugen zum Übertragen elektrischer Energie von einer fest montierten stromführenden Leitung zu den elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs.
Als Dachgarten wird ein Dachbereich, insbesondere eines Triebzugs, bezeichnet, an dem der Stromabnehmer, mit allen direkt angrenzenden Isolatoren verbaut ist.
Ein Einbrandloch ist ein, insbesondere durch elektrische Überschläge entstandenes, kreisförmiges Loch im Dachbereich des Fahrzeugs, insbesondere eines Triebzugs. Ein beispielhaftes Inspektionssystem kann beispielsweise aus einem Server, insbesondere für die Bildverarbeitung und/oder Archivierung der Inspektionsergebnisse, einem
Schaltschrank und/oder einer Kameramessbrücke mit Kameras und Beleuchtung bestehen. Zusätzlich zur Kameramessbrücke kann eine 3D-Messbrücke, beispielsweise mit, insbesondere vier, Laserlinienschnittsensoren zur Vermessung des Fahrzeugs,
beispielsweise von Schleifleisten, im Lichtschnittverfahren vorgesehen sein.
Ein beispielhaftes Inspektionssystem kann folgende Komponenten umfassen:
• eine Anzahl von, beispielsweise 15, Kameras, insbesondere vom Typ Allied Vision Prosilica GT2000B,
· eine Anzahl von, beispielsweise 10, 8-mm-Objektiven für die Kameras,
• eine Anzahl von, beispielsweise 5, 16-mm-Objektiven für die Kameras,
• eine Anzahl von, beispielsweise 15, Kameraschutzgehäusen, insbesondere gemäß der Schutzklasse IP67, beispielsweise vom Typ Orca,
• eine Anzahl von, beispielsweise 15, elektrisch leitenden Einhausungen für die
Kameras, • eine Anzahl von, beispielsweise 4, Beleuchtungsvorrichtungen, beispielsweise Osram LED-Fluter FL20 PF17 Midi, 4000K, DALI dimmbar,
• zumindest einen Server, beispielsweise einen Dell PowerEdge Rack Server,
• zumindest einen Schaltschrank mit Zubehör,
· zumindest eine Montagekonstruktion und/oder
• zumindest einen Serverschrank.
Die derzeitig manuell ausgeführte Inspektion, insbesondere die Dachdiagnose bei der Laufwerkskontrolle (Instandhaltungsstufe [IS] 100) und bei der Nachschau
(Instandhaltungsstufe [IS] 200) kann durch das Inspektionssystem voll automatisch und beispielsweise unabhängig von der Reihung eines inspizierten Zuges ausgeführt werden.
Das Inspektionssystem kann, vorzugsweise in einer Halle, in einem Temperaturbereich von -10 °C bis +50 °C eingesetzt werden.
Eine Inspektion kann an einem fahrenden Fahrzeug, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von zumindest 5 km/h erfolgen.
Das Inspektionssystem kann zumindest bis zu einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80 % eingesetzt werden. Insbesondere kann das Inspektionssystem mindestens in Schutzart IP 64 ausgeführt sein.
Die Inspektion kann auch bei feuchtem oder nassem Zustand des Fahrzeugs erfolgen.
Insbesondere können die Anforderungen der Norm DIN EN 60529/VDE 0470-1 (Schutzarten durch Gehäuse) erfüllt werden.
Das Inspektionssystem ist so erweiterbar, dass es schnell unterschiedliche und/oder neue Fahrzeuge, insbesondere Zugtypen, einlernen und/oder einlesen kann.
3.1.1 Sensorsystem
Das erfindungsgemäße Inspektionssystem kann insbesondere ein Sensorsystem zur Aufnahme von IST-Rohdaten von zu inspizierenden Inspektionsabschnitten des Fahrzeuges, ein Trägersystem für das Sensorsystem zur Ausrichtung des Sensorsystems auf das bewegte Fahrzeug, ein Datenverarbeitungssystem zur Ansteuerung und vorzugsweise Regelung des Sensorsystems und/oder ein Schutzsystem für das Inspektionssystem, das Fahrzeug und/oder Benutzer des Inspektionssystems oder Fahrzeuges umfassen.
Insbesondere kann das Sensorsystem zumindest ein Kamerasystem zur Aufnahme von Flächenbildern umfassen. Vorteilhafterweise ist das Inspektionssystem zur Inspektion des Fahrzeuges in einem Betriebszustand, bevorzugt ohne Eingriff in den Betriebszustand, insbesondere in einem Fahrtbetrieb des Fahrzeuges, ausgelegt, weil so unter
charakteristischen und technisch aussagekräftigen Bedingungen getestet und inspiziert werden kann. Im Stand der Technik werden Züge meist im Stillstand und aus
Sicherheitsgründen ohne Hochspannungsanwendung getestet, dass die
Inspektionsbedingungen bezüglich der elektrischen Bedingungen und durch die Fahrt des Fahrzeuges induzierten Schwingungen nicht den technisch maßgeblichen Bedingungen im Betriebszustand entsprechen, sodass die Inspektionsergebnisse insofern systematisch verfälscht und in der Aussagekraft reduziert sind. Das Sensorsystem, das
Datenverarbeitungssystem und das Schutzsystem sind vorteilhafterweise zur automatisierten Inspektion des technischen Funktionszustandes wirkverbunden. Dies bringt nicht nur Kosten- und Effizienzvorteile und erlaubt eine schnellere Inspektion quasi in Echtzeit, während beispielsweise ein Zug ein als Inspektionstor um ein Gleis und/oder eine
Hochspannungsleitung herum ausgestaltetes Inspektionssystem durchfährt. Die
Automatisierung erlaubt erst eine Inspektion im Betriebszustand, weil im Falle eines elektrisch betriebenen und zudem bewegten Zuges eine solche Inspektion für einen menschlichen Inspekteur aus doppeltem Grund gefährlich und zu malbeschwerlich wäre. Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass das Sensorsystem und das
Inspektionsverfahren nachgeordnete Datenverarbeitungssystem Effekte und
Beschädigungen derart präzise detektieren und prognostizieren können muss, dass bei einem hoch sicherheitsrelevanten technischen System wie einer Eisenbahn die Standards an Sicherheit und Haftung für die Sicherheit eingehalten werden können. Nachstehend wird erläutert, mit welchen technischen Mitteln dies erfindungsgemäß erzielt werden kann.
Die am gleichen Tag eingereichte internationale Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit dem Titel„INSPEKTIONSVERFAHREN UND INSPEKTIONSSYSTEM ZUM
INSPIZIEREN EINES FAHRZEUGS IM BETRIEBSZUSTAND" betrifft spezielle
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems. Die vorgenannte Anmeldung, insbesondere die Abschnitte 3.2 (Sensoren der Sensoranordnung), 3.3 (Mehrere Sensoren zur Fahrzeugdiagnose), 3.4 (Triggern), 3.5 (Master-System triggert Slave-System), 3.6 (Beleuchtungssysteme), 3.7 (Definierter Hintergrund), 3.8 (Hochspannungsschutz des Sensors), 3.9 (Schutz gegen Tiere), 3.10 (Enteisung und Sauberkeit), 3.1 1
(Reinigungseinrichtung für optische Elemente), 3.12 (In Bahnschwellen integrierbare
Inspektionssysteme) 3.13 (Eine oder mehrere Kameras mit nach unten gerichteter optischer Achse), 3.14 (Bildauswertung mit einer Kamera, insbesondere dreidimensionale Bildauswertung), 3.15 (Verstellbarkeit der Sensoren), 3.16 (Bewegungseinrichtung von Sensoren und/oder Spiegeln ), 3.17 (Maßnahmen zur effizienten Inspektion von
hochspannungsführenden Bauteilen), 3.18 (Haarrissdetektion mit Dunkelfeldmikroskopie), 3.19 (Haarrissdetektion durch Einsprühen mit fluoreszentem Mittel), 3.20 (Parameter und Verfahren bahnspezifischer Engpässe), 3.21 (Methoden und Verfahren) 3.22
(Relativgeschwindigkeit), 3.23 (Mehrteiliges Inspektionstor), 3.24 (Inspektion von Rotatoren), 3.25 (Unterboden-Rahmen), 3.26 (Anordnung des Inspektionssystems) und 3.27
(Sensormodul, werden hier durch Bezugnahme aufgenommen.
Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem kann zumindest eine der folgenden Komponenten umfassen: a. ein Kamerasystem zur Aufnahme von Flächenbildern und Inspektionsabschnitten, umfassend kontinuierlich und/oder getriggert aufnehmende Kameras; b. ein Vibrationsmessungssystem zur Messung von Vibrationen, Schwingungen und/oder Geräuschen von Inspektionsabschnitten des Fahrzeugs und/oder eines Fahrwegs für das Fahrzeug; c. ein Akustikmesssystem, bevorzugt umfassend auf Inspektionsabschnitte ausrichtbare Richtmikrofone; d. einen chemischen Detektor zum Nachweis von aus dem Fahrzeug oder einem Inspektionsabschnitt des Fahrzeuges austretenden chemischen Substanzen; und/oder e. einem System zur Detektion von elektromagnetischer Abstrahlung von einem Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs.
3.1.1.1 Kamerasystem
Ein erfindungsgemäßes Kamerasystem kann ein Beleuchtungssystem zur definierten Ausleuchtung von Inspektionsabschnitten mit einem Beleuchtungslicht umfassen.
Bevorzugt kann das Kamerasystem und das Beleuchtungssystem auf, insbesondere licht reflektierende, Inspektionsabschnitte ausgerichtet und zur Durchführung von deflektometrischen Messungen ausgelegt sind. Mehr bevorzugt können das Kamerasystem und das Beleuchtungssystem zur Durchführung von Fotometrie, Radiometrie, Fotogrammetrie, Laserscanning oder Laserentfernungsmessung ausgelegt sein, die sich für Inspektionszweck und Inspektionsabschnitt besonders eigenen. Dies hat den Vorteil, dass Konturen und Formen, wie zum Beispiel Kanzeln oder Umrisse mit indirekter Beleuchtung besser erkennbar sind als mit direkter Beleuchtung.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Kameras um digitale Monochromkameras, da bei Monochromkameras die Auflösung der Bilder deutlich besser und das Rauschverhalten weniger kritisch (keine Farbfilter auf dem Sensor) ist als bei Farbkameras. Zudem benötigen Schwarz-Weiß-Bilder weniger Speicherplatz und können schneller und einfacher verarbeitet werden und häufiges Umrechnen zwischen Farbräumen (RGB, HSV, Intensität usw.) entfällt. Die Kameras sind beispielsweise aus der Allied Vision Prosilica GT2000 - Kameraserie gewählt, insbesondere mit einer Auflosung von 2048 x 1088 Pixeln. Die Kameras können als Monochrom-, Färb- oder Nahinfrarot-Variante ausgestaltet sein. Die Kameras sind bevorzugt so angeordnet, dass sie einen Inspektionsabschnitt de zu inspizierenden Fahrzeuges, insbesondere ein Zugdach und dessen Aufbauten möglichst detailreich und vollständig aufzeichnen.
Die folgende Tabelle gibt eine beispielhafte Zusammenstellung von Kameras und Objektiven für eine Inspektion der Dachaufbauten eines Zuges wieder:
KameraKameraObjektiv inspizierte Bauteile, Anmerkungen
nummer typ
1 , 15 ProSilica Tamron Allgemein Dach von der Seite, Klimaanlagen,
GT2000 M1 18FM08 Wagenübergänge, Isolatoren, Antennen, evtl.
aus dem Dachgarten herausragende Teile
2, 14 ProSilica Tamron Mittlerer Teil des Stromabnehmerarms, Gelenk
GT2000 M1 18FM08
3, 13 ProSilica Tamron Wippe von schräg unten"
GT2000 M1 18FM08
4, 12 ProSilica Tamron Gesamte Dachbreite von schräg oben, Teile im
GT2000 M1 18FM08 Dachgarten, Dachfläche, Isolatoren,
Wagenübergänge
5, 1 1 ProSilica Tamron 17HF Wippe von der Seite, Windleitbleche,
GT2000 Schleifleisten, Auflaufhörner
6,9,10 ProSilica Qioptiq Zusätzliche Ansicht zu L3 und R3, für Bau-"
GT2000 Linos MeVis-C teile, die sich gegenseitig verdecken. 7, 8 ProSilica Tamron Detailansicht von oben, linkes Drittel des
GT2000 M1 18FM08 Dachs, Abdeckungen, Antennen, Isolatoren,
Teile im Dachgarten, Klimaanlagen
Ein Isolator ist ein Bauteil der Elektrotechnik, das eine hohe mechanische Belastbarkeit, aber nur eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Isolatoren werden überall eingesetzt, wo blanke elektrische Leiter befestigt, gehalten oder geführt werden müssen, ohne dass es zu einem wesentlichen Stromfluss durch das Befestigungselement kommen darf.
3.1.1.2 Beleuchtungssystem
Das Beleuchtungssystem kann zum Blendschutz von Personen im und/oder am Fahrzeug, vorzugsweise allmählich und/oder in einen von dem Beleuchtungssystem geworfenen Lichtkegel abschnittsweise, ab- und oder aufblendbar ausgestaltet sein. Ohne einen solchen Blendschutz wäre das Inspektionssystem nicht in einer von Menschen benutzten Umgebung oder Umgebungen, in denen die Anwesenheit von Menschen zumindest nicht ausgeschlossen werden kann, möglich. Mehr bevorzugt kann das Beleuchtungssystem automatisch gesteuert von einem Umgebungslichtsensor und/oder Sensor zur Detektion von Personen und/oder Fahrzeugen ausgelegt sein.
Das Inspektionssystem umfasst vorteilhafterweise ein Beleuchtungssystem, da die
Umgebungshelligkeit, insbesondere wenn das Inspektionssystem in einer Werkshalle installiert ist, für die eingesetzten Kameras nicht unbedingt ausreicht. Insbesondere kann das Inspektionssystem durch das Beleuchtungssystem eingesetzt werden, wenn die
Umgebungsbeleuchtung auf einem zu untersuchenden Fahrzeug, insbesondere dessen Dach, primär durch Leuchtstoffröhren an einer Hallendecke (d.h. von oben bzw. in einem Winkel von 90° zum Dach) erfolgt, ohne die Inspektion zu beeinflussen.
Als Leuchtmittel werden beispielsweise dimmbare Osram LED-Fluter verschiedener
Leistungsklasse eingesetzt, insbesondere Siteco Floodlight FL20 Midi, 238W und Siteco Floddlight FL20 Mini, 107W. Bei beiden Typen kann eine Osram RS17 Spotoptik zum
Einsatz kommen. Die in allen Lampen verbauten LED-Module haben vorteilhafterweise eine Lichttemperatur 4000 K (Neutralweiß).
3.1.1.3 Optische Elemente
Erfindungsgemäß können einer Anzahl oder Mehrzahl von optischen Elementen, die einer Linse, einem Polfilter, einem Farbfilter, einem Prisma, einem Zoom-Objektiv, einem Weitwinkel objektiv, einem Gitter oder Blenden, in einem Strahlengang zwischen zumindest einer Kamera des Kamerasystems und einem von der Kamera zu inspizierenden Inspektionsabschnitt angeordnet sein. Insbesondere kann das optische Element insbesondere ein Bandpassfilter für Licht sein, in dessen Bandpassintervall ein Beleuchtungslicht des Beleuchtungssystems liegt. Dies hat den Vorteil, dass an einem Fotodetektor des Kamerasystems die Intensität des zu messenden Lichts stärker gegen die Intensität von Streulicht oder Umgebungslicht ist, so dass die Messung genauer wird.
Für Kameras und 3D-Kameras werden insbesondere Objektive mit Brennweite 8 mm und 16 mm eingesetzt. Die 8 mm-Objektive befinden sich beispielsweise an den Seiten links und rechts des Fahrzeugs (Kamera 1-4 und 12-15) sowie den beiden Kameras mit 45°-Neigung zum Fahrzeugdach zur Analyse der Stromabnehmer (Kamera 7 und 8) Die 16 mm-Objektive befinden sich beispielsweise oberhalb des Fahrzeugs (Kamera 5,6,9,10 und 1 1 ).
Bei den eingesetzten 8 mm Objektiven handelt es sich beispielsweise um Tamron
M118FM08 Objektive. Bei den 16 mm Objektiven können zwei verschiedene Typen eingesetzt werden. Kamera 6,9 und 10 sind beispielsweise mit Qioptiq Linos MeVis-C 16mm f/1.6 Objektiven ausgestatten und Kamera 5 und 1 1 mit Tamron 17HF. Bei allen Objektiven handelt es sich vorteilhafterweise um Objektive mit C-Mount Standard.
3.1.1.43D-Messbrücke
Das Sensorsystem umfasst bevorzugt eine 3D-Messbrücke. Die 3D-Messbrücke dient insbesondere einer optimalen Analyse der Schleifleisten. Sie ist bevorzugt über einer Oberleitung und in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter der Kameramessbrücke angeordnet. Die 3D-Messbrücke kann beispielsweise 2 SICK Ruler E1221 3D Kameras umfassen, die mittels Laserlinie ein Höhenprofil aufzeichnen und grafisch aufbereiten.
Gegenüber der Ruler befinden sich beispielsweise zusätzlich noch zwei SICK Ranger E Kameras mit jeweils einem 25-mm-Objektiv. Diese nutzen für die gleiche Aufgabe die Laserlinie des Rulers und analysieren die Schleifleiste beim Einfahren des Zuges von der Rückseite. Dabei kann jeweils ein Paar aus Ruler E1221 und Ranger E für die linke und die rechte Seite neben der Oberleitung eingesetzt werden, um eine optimale Auflösung der Bilddaten zu erhalten. Die 3D-Messbrücke ist insbesondere so angeordnet, dass das
Inspektionssystem nicht in das Lichtraumprofil des Fahrzeugs, insbesondere das
Lichtraumprofil von Triebzügen nach EBO (Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung), eingreift. Mit dem Lichtraumprofil wird der„lichte Raum" vorgeschrieben, der auf einem Fahrweg von Gegenständen freizuhalten ist. In einem Beispiel haben die Kameras, beispielsweise Ranger 3D-Kameras, eine Ausrichtung von 45° zu einer Dachfläche eines zu inspizierenden Fahrzeugs. Gegenüber von diesen beiden Kameras befinden sich beispielsweise 2 SICK Ruler 3D-Kameras mit integriertem Linienlaser.
Da die 3D-Kameras mit Laserlicht emittieren, das gefährlich für das Auge sein kann - bei den beiden Linienlasern des SICK Ruler E1221 handelt es sich beispielsweise um Klasse 3B Laser, kann das Inspektionssystem folgende Schutzeinrichtungen umfassen:
• Schlüsselschalter zum dauerhaften Abschalten der Laser im Wartungsfall (nicht frei zugänglich),
• Schutzbrillen für Arbeiten im Bereich des Lasers (nicht frei zugänglich),
• Warnleuchten an beiden Seiten,
• Warnhinweisschilder und/oder
• Lichttaster zum zeitgesteuerten Aktivieren der Laser bei Erkennung eines Fahrzeugs.
Vorteilhafterweise sind beide Laserlinien sind im normalen Betriebszustand des
Inspektionssystems ausgeschaltet und werden erst Sekundenbruchteile nach Erkennung eines Fahrzeugs durch einen Lichttaster an der 3D-Messbrücke eingeschaltet. Das heißt, das Fahrzeug ist beispielsweise bereits bis zum ersten Stromabnehmer in eine das
Inspektionssystem enthaltende Halle eingefahren, da der Lichttaster das Gestänge des Stromabnehmers misst. Fährt das Fahrzeug unter der 3D-Messbrücke werden
vorteilhafterweise alle Bereiche, in denen sich Personen aufhalten können, insbesondere durch das Fahrzeug selbst abgeschattet. Von dem Inspektionssystem gehen keine auf den übrigen Betriebsablauf auswirkenden Behinderungen oder Beeinflussungen aus. Beispiele hierfür wären: Vibrationen, Lärm oder Blendung durch Licht, insbesondere Laserlicht.
Vorteilhafterweise sind in 3D-Kameras, insbesondere in Ranger E50414 3D-Kameras, Bandpassfilter für den Spektralbereich des verwendeten Lasers, insbesondere eines Ruler E1221 Linienlasers, verbaut. Dies gewährleistet, dass eine umgebende Beleuchtung oder, insbesondere sich bewegende, Sonnenstrahlen möglichst wenig Einfluss auf die
Messergebnisse haben. Die Kamera erfasst ausschließlich die Reflektionen der Laserlinie. Bei den Bandpassfiltern handelt es sich beispielsweise um optische Filterscheiben der Firma MIDOPT vom Typ FIL BP660/34 Nr. 22956. 3.1.2 Modularer Aufbau
Das Inspektionssystem, insbesondere das Sensorsystem, das Trägersystem, das Schutzsystem und/oder das Datenverarbeitungssystem, kann in Modulen und/oder Modulgruppen aufgebaut sein. Bevorzugt sind für einen definierten Inspektionszweck erforderliche Sensoren in einer Modulgruppe zusammengefasst, wobei besonders bevorzugt die Sensoren der Modulgruppe an einem gemeinsamen Träger oder in einem gemeinsamen Gehäuse eingehaust montiert sind, wobei meist bevorzugt die Montage zur relativen örtlichen Kalibrierung der Sensoren untereinander starr und mit einem gegen eine Kalibrierungsgenauigkeit geringen mechanischen Spiel ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise kann aus den Modulen und/oder Modulgruppen ein Trägersystem oder Inspektionssystem konfigurierbar und insbesondere zur erleichterten Instandhaltung, zum Austausch und/oder zur Erweiterung des Inspektionssystems untereinander lösbar verbunden sein. Dies begrenzt die Anzahl der verschiedenen Module oder Modulgruppe und erhöht die Anwendbarkeit auf verschiedene Messobjekte und vereinfacht die Wartung des Inspektionssystems.
Bevorzugt können die Module und/oder Modulgruppe eine lösbare und/oder in einer
Konfiguration als Inspektionseinrichtung aus Sicherheitsgründen fixierbare Verbindung aufweisen, wobei mehr bevorzugt die Verbindung aus Verbindern und komplementären Gegenverbindern besteht und/oder die Verbindung zur mechanischen Verbindung, kommunikativen Verbindung, insbesondere als Datenbus, Erdungsverbindung und/oder Energieübertragungsverbindung ausgebildet ist.
3.1.3 Trägersystem
Das Trägersystem kann grundsätzlich vielteilig aus körperlich, elektrisch und/oder kommunikativ zusammenhängenden Teilen aufgebaut sein. Insbesondere kann es L-förmig, I-förmig, U-förmig, M-förmig, C-förmig, O-förmig, T-förmig ausgebildet sein, in beliebigen Konfigurationen bezüglich der Schwerkraft. Beispielsweise kann ein auf dem Kopf stehendes U-förmiges Trägersystem einen Dachgarten und beide Seitenwände eines durchfahrenden Zuges inspizieren. In einem weiteren Beispiel kann ein mindestens doppelt O-förmiges Trägersystem über zwei oder mehr Gleisen eine entsprechende Anzahl von durchfahrenden Zügen auf Dachgarten, Unterboden und Seitenwände inspizieren. Bevorzugt kann das Trägersystem stationär bezüglich eines Fahrweges des Fahrzeuges angeordnet sein. Damit wird sichergestellt, dass Vibrationen und Schwingungen im Trägersystem die Messungen des Inspektionssystems nicht verfälschen. Besonders bevorzugt wird das Trägersystem deshalb mechanisch und/oder akustisch von dem Fahrzeug und dem Fahrtweg durch einen Schwingungsentkoppler entkoppelt. Zumindest ein Trägermodul des Trägersystems kann eine Bewegungseinrichtung zur Einstellung eines Abstandes und/oder einer Winkelausrichtung eines Sensors oder einer Sensorgruppe des Sensorsystems zu einem Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs umfassen, wobei besonders bevorzugt die Bewegungseinrichtung zur Einstellung von vordefinierten Messbedingungen, insbesondere bezüglich einer Ausrichtung, einer Position und/oder eines Fahrzeugtyps des Fahrzeuges, steuerbar und/oder regelbar ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Inspektionssystem, insbesondere wenn es mit einem Kamerasystem mit Linsen fester Brennweite und Schärfentiefenbereich ausgestattet ist, auf verschiedene Inspektionszwecke und zur inspizieren der Fahrzeuge, die beispielsweise in ihren Abmessungen divergieren, flexibel und vorzugsweise automatisiert regelbar anpassbar sein.
Zumindest ein Trägermodul des Trägersystems kann in bestehende
Verkehrsmittelinfrastruktur integrierbar sein, oder bestehenden Verkehrsmittelinfrastruktur kann zumindest ein Trägermodul des Trägersystems bilden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Einbindung von Infrastruktur in ein Trägersystem bzw. Verwendung von Infrastruktur als Teil des Trägersystems am Beispiel eines elektrisch betriebenen Eisenbahnzugsystems mit zumindest einer
Hochspannungsoberleitung dargestellt: a. an einer eingleisigen Strecke kann ein Inspektionssystem insbesondere in Form
eines Inspektionstors gegebenenfalls mit Unterbodenüberwachungseinrichtung über ein Gleis gezogen werden. Entlang des Gleises reicht der typische Abstand zwischen zwei Oberleitungsmasten hin, um eine Halle oder ein Zelt oder eine Überdachung zum Schutz gegen Witterung oder für die optische Inspektion abträgliches
Umgebungslicht zu installieren. Das Inspektionssystem kann für
Fahrtgeschwindigkeiten beispielsweise bis 160 km/h ausgelegt werden. Ein Problem hierbei ist, dass eingleisige Strecken meist gering frequentierte Nebenstrecken sind, zumal in 2 Richtungen durchfahren werden können. Je geringer die Frequenz von Zügen ist, desto schlechter ist das Inspektionssystem ausgelastet. Ferner ist dadurch die ideale Ausrichtung des Sensorsystems für die Inspektion von Zügen in beide
Fahrtrichtung erschwert. Abhilfe schafft ein erfindungsgemäßes Bewegungssystem, insbesondere zur Schwenkausrichtung je nach Fahrtrichtung. Erfindungsgemäß können die Module oder Modulgruppen eines Inspektionssystems auch beidseitig angebracht werden, was zwar einen höheren initialen Aufwand mit sich zieht, jedoch nicht mehr je nach Fahrtrichtung kalibriert werden muss und weniger fehleranfällig ist.
Höher frequentiert sind zumeist zweigleisige oder mehrgleisige Strecken. Damit ist ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem stärker ausgelastet. Das
Inspektionssystem bzw. sein Trägersystem kann vorteilhafterweise beide Gleise überspannen und beispielsweise M-förmig oder Doppel (bzw. Multi-)-0-förmig ausgestaltet sein. Üblicherweise wird hier jedes Gleis nur in einer Fahrtrichtung befahren, sodass das Sensorsystem fest auf eine Fahrtrichtung optimiert und kalibriert werden kann.
Besonders vorteilhaft bei einem auf Kameratechnik basierenden Inspektionssystem ist eine möglichst homogene und kontrollierte Umgebungsbeleuchtung sowie ein Schutz vor Witterung. Daher ist die Anbringung eines Inspektionssystems in einem Tunnel ideal. Die Wände sind zudem massiv, beispielsweise aus Stahlbeton oder Fels ausgestaltet, und schon durch ihrer Masse stark schwingungsentkoppelt von einem Zug und den Gleisen, sodass das Inspektionssystem weniger von von
Schwingungen verursachten systematischen Fehlern betroffen ist. Zudem ist ein Tunnel ein bereits bestehender Schutz vor Witterungseinflüssen. Vorteilhafterweise ist ein Inspektionssystem in einem Abschnitt des Tunnels anzubringen, in dem die Strömungsverhältnisse der Luft, die bei hohen Geschwindigkeiten sehr turbulent und energiereich sein können, möglichst laminar und schonend für das Inspektionssystem sind. Ein Basistunnel beispielsweise führt auf einer Linie durch einen Berg, ohne steile Auffahrtrampen aus dem Talgrund. Da die Strecke nicht an Bergflanken empor führt, fällt ein Basistunnel deutlich länger aus als ein Scheiteltunnel. Sollen lange Tunnel mit hohen Geschwindigkeiten durchquert werden, ist neben dem
Energieumschlag auch anderen aerodynamischen Erscheinungen wie etwa den sprunghaften Luftdruckschwankungen bei der Tunneleinfahrt eines Zuges
(Tunnelknall) Beachtung zu schenken. Sporn- oder Kopftunnel führen durch einen Felssporn oder -köpf oder den Ausläufer eines Berges. Sie sind zumeist in
Flusstälern zu finden. Da Flussläufe normalerweise eine moderate Steigung aufweisen, wurden viele Eisenbahnlinien durch Flusstäler verlegt. Viele Flusstäler weisen jedoch zum Teil große Flussschiingen auf. Dann ist zur Begradigung und Abkürzung der Trasse ein Sporn- oder Kopftunnel nötig. Normalerweise sind
Sporntunnel kaum länger als 200 m. Sie eignen sich zur Integration eines
erfindungsgemäßen Inspektionssystems, weil sie meist langsam durchfahren werden, sodass man auch bei kostengünstiger Hardware-Auslegung (beispielsweise nur beschränkter Bildrate eines Kamerasystems) eine für den Inspektionszweck ausreichend hohe Datendichte (beispielsweise 1 -3 Bilder pro Inspektionsabschnitt) aufnehmen kann. d. Des Weiteren sind auch vorhandene Überbauungen wie zum Beispiel Brücken für beispielsweise Züge, Autos oder Passagiere oder Streckenbauten wie Signalanlagen, Funkmasten, Hochspannungsmasten, welche im Besonderen bereits eine gute Erdverbindung die sogenannte Bahnerde und/oder eine Energieversorgung des Inspektionssystems auch auf freier Strecke bieten, kosteneffizient in ein
Inspektionssystem integrierbar.
Das Trägersystem kann beispielsweise eine Kameramessbrücke umfassen. Die
Kameramessbrücke besteht beispielsweise aus drei Befestigungsträgern, an denen zum Beispiel insgesamt 15 Kameras befestigt sind. Vorteilhafterweise ist jede Kamera mit einem Schutzgehäuse und insbesondere zusätzlich mit einer elektrisch leitenden Einhausung versehen. Die Kameramessbrücke ist insbesondere so angeordnet, dass das
Inspektionssystem nicht in das Lichtraumprofil des Fahrzeugs, insbesondere das
Lichtraumprofil von Triebzügen nach EBO (Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung), eingreift. Mit dem Lichtraumprofil wird der„lichte Raum" vorgeschrieben, der auf einem Fahrweg von Gegenständen freizuhalten ist.
3.1.4 Datenverarbeitungssystem
Ein erfindungsgemäßes Datenverarbeitungssystem kann zumindest eine der folgenden Komponenten umfassen: a. zumindest einen Server ausgelegt zumindest zur Steuerung und/oder zum Datenempfang von Clients des Sensorsystems; b. Datenverbindungen vom zumindest einen Server an die Clients des Sensorsystems, wobei die Datenverbindungen bevorzugt zur Übermittlung von Steuersignalen an die Clients des Sensorsystems und/oder zur Übertragung von Daten von den Clients des Sensorsystems an den Server ausgelegt sind und/oder von Energieübertragungsverbindungen für den Server, das Sensorsystem und/oder das Fahrzeug elektrisch oder galvanisch entkoppelt sind; und/oder c. externe drahtlose und/oder drahtgebundene, bevorzugt verschlüsselte, Datenverbindungen zur Vernetzung mit IT-Systemen von anderen Ressourcen eines Verkehrsmittelsystems, insbesondere IT-Systemen von Fahrzeugen, Fahrwegen, Instandhaltungseinrichtungen, Logistiklagern für Ersatzteile für das Fahrzeug, externen Hardwareressourcen und/oder dem Internet.
3.1.4.1 Software
Das Datenverarbeitungssystem kann eine Software zur Durchführung des
Inspektionsverfahrens bereitstellen. Die Software umfasst insbesondere eine automatisierte Bildverarbeitung und ein Webinterface zur Betrachtung der Ergebnisse und Planung von Aufnahmen. Bezüglich der Plattformunabhängigkeit sind sämtliche Softwarebestandteile der vorteilhafterweise auf Windows- und Linuxsystemen lauffähig, insbesondere wenn ein phpfähiger Webserver, Halcon (Bildverarbeitung) und eine SQL-Datenbank installiert sind. Für die Betrachtung des Webinterface kann beispielsweise der Browser Google Chrome verwendet werden.
Zur Automatisierung der Bildverarbeitung kann eine SOFIS-Schnittstelle in das
Inspektionssystem integriert sein. Vor der Einfahrt eines Zuges in eine Halle werden die SOFIS-Tags, die sich an der Spitze jedes Zuges befinden, ausgelesen und somit die Ankunft eines Zuges erkannt. Die ausgelesenen Informationen enthalten, um welchen Zug es sich handelt, die Zugrichtung und die Wagenaufteilung. Somit kann durch das Inspektionssystem das inspizierte Fahrzeug identifiziert werden. Beim Erkennen eines zu inspizierenden Zuges startet das Inspektionssystem automatisch den Bildverarbeitungsprozess. Dazu zählen die Aufnahme der Bilder, das Ausschneiden wichtiger Teile aus diesen Bildern (Extraktion) und/oder das Messen der Extrakte und das Speichern von Ergebnissen. Doppeltraktionen, also zusammenhängende Triebzüge, sind ein besonderer Fall. Sie werden von der Software direkt nach der Einfahrt erkannt, um die Aufzeichnung in zwei Teile zu splitten. Als Ergebnis erhält man bei einer Doppeltraktion genau zwei Inspektionsergebnisse, die vorteilhafterweise auch im Webinterface getrennt aufgelistet sind.
3.1.4.2 Server
Der Server ist beispielsweise in einem BKU-Serverraum (Büro-Kommunikation
Unternehmensweit) einer Instandhaltungseinrichtung, insbesondere in einem eigenen Schaltschrank installiert sein. Der Server ist beispielsweise zur Durchführung folgender Schritte des Inspektionsverfahrens ausgelegt:
• Bereitstellen eines, insbesondere durch ein Passwort geschütztes, Webinterface zur Bedienung des Inspektionssystems,
• Konfigurieren der Kameras für eine Inspektion,
· Steuern von Beleuchtung und/oder Warnleuchten,
• Zurücksetzen von Kameras bei Bedarf, beispielsweise durch einen Spannungsreset,
• Speichern und/oder archivieren von Aufnahmen, insbesondere allen Aufnahmen der Kameras,
• Durchführen von Bildverarbeitungsberechnungen,
· Erzeugen einer Diagnose, insbesondere eines QSI-Befundberichts,
• Hosten eines Computerprogramms zur Durchführung des Inspektionsverfahrens und/oder
• Archivieren von Diagnosen. Bei einer ersten Inspektion kann das Inspektionssystem ein Soll-Bild („Blaupause") des Fahrzeugs erstellt werden. Diese Blaupause kann beispielsweise von mehreren
menschlichen Gutachtern als in Ordnung bestätigt werden, bevor sie im Inspektionssystem, insbesondere auf dem Server, abgelegt wird. Bei jeder folgenden Inspektion, kann die jeweilige Blaupause mit dem jeweiligen Ist-Bild des Fahrzeugs, beispielsweise nach einem Anforderungskatalog, verglichen und befundet werden. Veränderungen der„Blaupause" des zu untersuchenden Fahrzeugs sind jederzeit möglich.
Durch den Server können alle Systemänderungen im Inspektionssystem archiviert werden und der/die Ändernde(n) erfasst werden.
Der Server kann beispielsweise an ein hausinternes Intranet angeschlossen sein, sodass das Webinterface und Kameraaufzeichnungen über das Intranet direkt abrufbar sind.
Der Server kann, beispielsweise über eine DSL-Leitung, mit dem Internet verbunden sein.
Der Server kann zur Fernwartung, beispielsweise per TeamViewer, ausgelegt sein, zum Beispiel für Softwareupdates.
Der Server kann eine redundante Spannungsversorgung umfassen.
Der Server kann über eine Anzahl von, beispielsweise sechs, Netzwerkkabeln mit dem Schaltschrank der Inspektionssystems verbunden
3.1.4.3 Schaltschrank
Das Datenverarbeitungssystem kann einen Schaltschrank umfassen. Der Schaltschrank kann zur Durchführung folgender Schritte des Inspektionsverfahrens ausgelegt sein:
• Bündeln von zu den Kameras führenden Netzwerkkabeln, insbesondere über eine Anzahl von, beispielsweise sechs Netzwerkswitches, wobei insbesondere jeder Netzwerkswitch über je ein Netzwerkkabel mit dem Server verbunden sein kann,
• Versorgen von Beleuchtung, Warnleuchten, Kameras und/oder Lichtschnittsensorik mit Strom,
• Steuern von Komponenten des Inspektionssystems, insbesondere von Beleuchtung, Warnleuchten, Kameras und/oder Lichtschnittsensorik, beispielsweise durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), insbesondere eine Wago PFC-200 Steuerung,
· Übertragen von Daten an den Server,
• Bereitstellen eines Überspannungsschutzes für Komponenten des
Inspektionssystems, insbesondere für Beleuchtung, Warnleuchten, Kameras und/oder Lichtschnittsensorik,
• Bereitstellen einer Schnittstelle zu einem Erdungspotential, insbesondere zu einer Bahnerde
3.1.4.4 Benutzer-Interface
Besonders bevorzugt kann ein Benutzer-Interface im Datenverarbeitungssystem vorgesehen oder als Schnittstelle angelegt sein. Ein solches Benutzer-Interface kann erfindungsgemäß zur Anzeige und/oder Eingabe von Daten und/oder Steuerbefehlen durch einen Benutzer dienen. Bevorzugt kann es ausgelegt sein zur Datenübertragung von vom Sensorsystem gemessenen Rohdaten, von vorzugsweise kalibrierten und gegebenenfalls rektifizierten Extraktionsdaten aus den Rohdaten und/oder aus den Extraktionsdaten abgeleiteten Inspektionsdaten und/oder Metadaten innerhalb eines Inspektionsintervalls des Sensorsystems bezogen auf das Fahrzeug, besonders bevorzugt zur Datenübertragung in Echtzeit, und/oder zur zeitversetzten Abrufbarkeit durch einen Benutzer.
Das Benutzer-Interface kann ein Webinterface umfassen. Das Webinterface kann zur Bedienung des Inspektionssystems und/oder zur Sichtung der Inspektionsergebnisse dienen. Der Zugriff, sowie der Aufbau und die Erreichbarkeit der einzelnen Funktionen werden im Folgenden erläutert. Die wichtigsten Buttons, Menüpunkte und Anzeigeelemente sind vorteilhafterweise so gestaltet, dass sie auch auf Touchscreens und Mobilgeraten bedienbar sind.
Vorteilhafterweise umfasst das Webinterface eine Befundansicht des letzten aufgerufenen Inspektionsergebnisses. Die Befundansicht ist beispielsweise eine tabellarische Auflistung aller Bauteile mit dem Messergebnis und den Ergebnisbildern der Bildverarbeitung.
Ein Befundbericht kann bereits kurz nach der Inspektion, beispielsweise spätestens 10 Minuten nach der Inspektion, insbesondere für jede durchgeführte Dachdiagnose, beispielsweise über das Webinterface oder in Papierform, ausgegeben werden, wobei in dem Befundbericht ein technischer Funktionszustand des Fahrzeugs dokumentiert ist.
Hierbei kann insbesondere für jeden Wagen eines Triebzugs die Wagennummer mit Bericht erkenntlich sein. Ein Triebzug ist eine mit eigenem Antrieb versehene, im Regelbetrieb nicht trennbare Einheit aus mehreren Fahrzeugen.
Auf dem Befundbericht kann ein verletztes Befundkriterium anhand eines Farbbildes und eines Textes für einen Facharbeiter erläutert und/oder sichtbar gemacht werden, so dass dieser die Befundung nachvollziehen und/oder bewerten kann.
Stellt das Inspektionssystem an einem Fahrzeug eine vordefinierte Anzahl an Fehlern fest, beispielsweise mehr als 10 Fehler an einem Triebzug, kann das Inspektionsergebnis als ungültig bewertet und der Befundbericht entsprechend markiert, beispielsweise mit„ungültig" gedruckt, werden. Die Inspektion, insbesondere eine Dachbesichtigung, kann dann wie bisher üblich durch einen Facharbeiter erfolgen.
Ein Facharbeiter kann fehlerhafte Stellen des Fahrzeugs, insbesondere über das
Webinterface, in unterschiedlichen Größen (Zoomeinstellungen) und aus unterschiedlichen Richtungen bewerten.
Die Bedienung des Inspektionssystems, insbesondere über das Webinterface, kann zum Beispiel folgende Schritte umfassen:
• Ein Facharbeiter kann sich bei einem erkannten Fehler an einem Web-fähigen PC die fehlerhafte Stelle anhand eines Bildes in unterschiedlichen Zoom-Stufen im Detail anschauen können und mit der„Blaupause" vergleichen.
• Der Zugriff kann per Web-Browser, beispielsweise mit„Google Chrome" erfolgen, insbesondere mit folgendem Ablauf: o Aufruf eines Identifikationsmerkmals des inspizierten Fahrzeugs, beispielsweise einer Triebzugnummer, sowie des Datums der Inspektion, beispielsweise über eine Eingabemaske,
o Ausgabe der fehlerhaften Stellen, beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs, mit je einem Bild,
o Auswählen eines Detailausschnitts, beispielsweise mittels Maus, o Vergleich zur„Blaupause" des Fahrzeugs,
o Blickwinkel auf die fehlerhafte Stelle durch unterschiedliche Kameras intuitiv auswählen (z. B. Pfeil von rechts, links, oben, ...)
Das Benutzer-Interface kann eine Benutzerverwaltung als Zugangskontrolle umfassen, damit nur berechtigte Personen Eingaben vornehmen können. Es existieren beispielsweise fünf verschiedene Benutzerrollen, die einen unterschiedlichen Funktionsumfang der Software nutzen dürfen. Mit einigen Ausnahmen sind die beispielhaften Rollen in der folgenden Tabelle hierarchisch geordnet:
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Die Anzahl der Benutzer kann durch die Benutzerverwaltung jederzeit geändert werden. Ein Instandhaltungsleiter kann beispielsweise durch die Benutzerverwaltung dazu berechtigt sein, auf einem vorhandenen BKU-PC (Büro-Kommunikation Unternehmensweit) per Internet-Anbindung die erforderlichen Fahrzeuge in dem Inspektionssystem zu registrieren.
Ein Handwerker oder eine andere durch die Benutzerverwaltung berechtigte Person kann über einen internetfähigen PC, insbesondere einen BKU-PC, Zugriff auf von dem
Inspektionssystem ermittelte fehlerhafte Stellen erhalten. 3.1.5 Schutzsystem
Ein erfindungsgemäßes Schutzsystem kann zumindest eine der folgenden Komponenten umfassen: a. ein Schutzgehäuse für Module und/oder Modulgruppen aus Bestandteilen des Sensorsystems, Trägersystems und/oder Datenverarbeitungssystems, vorzugsweise ausgelegt zum Schutz der Sensoren vor Umgebungseinflüssen wie insbesondere Lichteinstrahlung und/oder Temperatur, Feuchtigkeit, Witterung und/oder Tieren; und/oder b. einen Hochspannungsschutz, vorzugsweise ausgestaltet als Einhausung für ein Modul, eine Modulgruppe und/oder ein Schutzgehäuse, mit einer elektrischen
Erdungsverbindung zu einem Massepotenzial des Verkehrsweges, wobei der Hochspannungsschutz und die elektrische Erdungsverbindung bezogen auf eine Hochspannungsversorgung des Fahrzeugs von 15 kV einen elektrischen und oder thermischen Leitwert hat, der mindestens der eines Kupferkabels mit 70 mm Durchmesser entspricht.
Die am gleichen Tag eingereichte internationale Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit dem Titel„MODUL UND INSPEKTIONSSYSTEM ZUR INSPEKTION VON FAHRENDEN GEGENSTÄNDEN" betrifft spezielle Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen
Schutzsystems sowie eines erfindungsgemäßen modularen Aufbaus. Die vorgenannte Anmeldung, insbesondere die Abschnitte 3.1 (Modul), 3.1 .1 (HOCHSPANNUNGSSCHUTZ FÜR INSPEKTIONSSENSOREN), 3.1 .2 (MAßNAHMEN ZUR EFFIZIENTEN INSPEKTION VON HOCHSPANNUNGSFÜHRENDEN BAUTEILEN), 3.1.3 (HOCHSPANNUNGSSCHUTZ DES SENSORS), 3.1 .4 (WEITERE AUSGESTALTUNGEN DER MODULE), 3.1 .5
(VERSTELLBARKEIT DER SENSOREN ), 3.1 .6 (DATENÜBERTRAGUNG UND
STROMVERSORGUNG), 3.1.7 (OPTISCHE VERKABELUNG), 3.1 .8
(DATENSPEICHERUNG), 3.1.9 (AKTIVE UND PASSIVE SCHUTZEINRICHTUNGEN), 3.1 .10 (SCHUTZ GEGEN TIERE), 3.1 .1 1 (ZELT), 3.1.12 (MEHRTEILIGES
INSPEKTIONSTOR), 3.1 .13 (ANORDNUNG DER MODULE), 3.1.14 (UNTERBODEN- BLENDENSCHUTZ FÜR INSPEKTIONSSENSOREN) und 3.1.15
(RELATIVGESCHWINDIGKEIT), werden hier durch Bezugnahme aufgenommen.
Vorteilhafterweise ist jede elektrisch leitende Einhausung über die Erdungsverbindung verbunden. Ein weiterer Potentialausgleich findet vorteilhafterweise zwischen dem Schaltschrank und der Potentialausgleichsschiene des Servers statt.
Die Bahnerde der 3D-Messbrücke ist vorteilhafterweise ebenfalls direkt an der
Potentialausgleichsschiene im Schaltschrank angeschlossen.
Ein Mindestabstand aller Komponenten des Inspektionssystems zu einer unter Spannung stehenden Oberleitung von 150 cm gemäß EN 501 19 bzw. RiL 997.0101
(Oberleitungsanlagen; Allgemeine Grundsätze) kann eingehalten werden. Für einzelne Komponenten kann der Sicherheitsabstand von 150 cm auf > 15 cm zur
spannungsführenden Oberleitung und allen Hochspannungskomponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Triebzugs reduziert werden, indem eine elektrisch leitende Abdeckung oder Einhausung der Komponenten vorgesehen ist, die mit einem Erdungskabel mit 70 mm2 Querschnitt bahn-geerdet ist. Die Anforderungen an die Erdung und Rückstromführung können gemäß Ril 997.0201 (Rückstromführung, Bahnerdung und Potentialausgleich) ausgeführt sein. Die Abdeckung bzw. Einhausung kann dabei mindestens den gleichen Leitwert wie das Erdungskabel haben. Je nach Ausführung, beispielsweise in Stahl, mit einer entsprechend höheren Querschnittsfläche. Das Lichtraumprofil wird dabei freigehalten. Des Weiteren können alle verlegten Leitungen im Abstand von > 15 cm bis 150 cm zur
Oberleitung mit einem Überspannungsabieiter ausgerüstet sein.
3.2 Verwendung des Inspektionssystems
Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßes Inspektionssystem zur technischen Inspektion eines technischen Funktionszustandes verwendet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die technische Inspektion die Betriebsbereitschaft und/oder prognostizierten Betriebsbereitschaft, eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit Ankopplung an eine stationäre elektrische Energiequelle betrifft.
3.3 Inspektionsverfahren Im Grundgedanken der Erfindung ist neben dem Inspektionssystem auch ein
entsprechendes Inspektionsverfahren umfasst. Ein erfindungsgemäßes Inspektionsverfahren dient zum Inspizieren eines technischen Betriebszustandes eines Fahrzeuges in einem Betriebszustand auf einem Fahrtweg. Vorteilhafterweise beruht es ausschließlich auf einer automatisierten Aufnahme von Rohdaten von Inspektionsabschnitten auf dem Fahrzeug, ohne dass ein menschlicher Inspekteur auf schwierig begehbare Orte unter dem Zeitdruck eines eng gesteckten Fahrplans für ein Subsystem und zu a priori beliebigen, weil zum Beispiel vom Fahrplan diktierten, Zeiten nötig wäre.
Die am gleichen Tag eingereichte internationale Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit dem Titel„Inspektionsverfahren, Datenverarbeitungssystem und Inspektionssystem zum Inspizieren eines Fahrzeugs im Betriebszustand" betrifft spezielle Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Inspektionsverfahrens und Inspektionssystems. Die vorgenannte Anmeldung, insbesondere die Abschnitte
3.1 Inspektionsverfahren;
3.1 .1 Inspektion von fahrenden Schienenfahrzeugen;
3.1 .2 Sensoren der Sensoranordnung
3.1 .3 Beschlagschutzeinrichtung
3.1 .4 Fixe Kamera, mobiler Spiegel
3.1 .5 Spiegel im Drehgestell
3.1 .6 Optische Elemente im Strahlengang
3.1 .7 Kameras mit nach unten gerichteter optischer Achse
3.1 .8 Kontinuierlich messender Sensor
3.1 .9 Alternative Sensoren
3.1 .10 Triggern
3.1 .1 1 Zwei oder mehr Sensoren
3.1 .12 Krankenakte
3.1 .13 Weitere Verfahrensschritte
3.1 .14 Big Data
3.1 .15 Wartungsplan
3.1 .16 Noninvasive Messtechnik
3.1 .17 Invasive Messtechnik
3.1 .18 Marker auf dem Fahrzeug
3.1 .19 3D-Modell mit Kamera
3.1 .20 Clusterung und/oder Kategorisierung
3.1 .21 Parameter und Verfahren bahnspezifischer Engpässe
3.1 .22 Methoden und Verfahren
3.2 Inspektionssystem und Datenverarbeitungssystem
3.2 Relativgeschwindigkeit 3.2.2 Hardwareressourcen
3.2.3 Mehrteiliges Inspektionstor
3.2.4 Sensormodul
3.2.5 Internet der Dinge
, werden hier durch Bezugnahme aufgenommen.
Das Inspektionsverfahren umfasst zumindest folgende Schritte: c. Detektieren eines Fahrzeugs nach zumindest Fahrzeugende oder -anfang, Detektionszeitpunkt und Geschwindigkeit an einem Detektionsort auf dem Fahrtweg, wobei der Detektionsort einem Messbereich auf dem Fahrtweg in Fahrtrichtung vorgelagert ist; d. Übermitteln der prognostizierten Ankunft und vorzugsweise von fahrzeugbezogenen Daten des Fahrzeugs bei einem Inspektionsort eines Inspektionssystems an das Inspektionssystem; e. Initialisieren des Inspektionssystems nach Detektion des Fahrzeugs; f. Automatisiertes Messen von Rohdaten von Inspektionsabschnitten auf dem Fahrzeug durch das Inspektionssystem, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 -9, g. Übermittlung der Rohdaten an ein Datenverarbeitungssystem; h. Extrahieren der Inspektionsabschnitte aus den Rohdaten in Extraktionsdaten; i. Analysieren von Inspektionsdaten aus den Extraktionsdaten gemäß eines vordefinierten Inspektionzwecks durch einen auf dem Datenverarbeitungssystem ausgeführten Algorithmus; und j. verknüpftes Archivierung von Rohdaten, Extraktionsdaten und Inspektionsdaten sowie bevorzugt weiterer den Inspektionsabschnitt betreffende Metadaten in einer Datenbankstruktur auf dem Datenverarbeitungssystem.
Das Inspektionsverfahren kann folgende Schritte umfassen: a. Kontrolle, Bewertung und/oder Freigabe von Rohdaten, Extraktionsdaten und/oder Inspektionsergebnissen des vollautomatisierten Inspektionsverfahrens nach Anspruch 10 durch einen menschlichen Benutzer, bevorzugt in einem gegen typische Lebenszeiten und/oder die Zeitspanne bis zur nächsten Nutzung des Fahrzeugs durch Passagiere kurzen Zeitspanne und/oder durch Datenfernübertragung unabhängig vom Inspektionsort des Inspektionssystems; und b. Freigabe des Fahrzeugs als betriebstauglich durch den menschlichen Benutzer oder Veranlassung und/oder Planung weiterer automatisierter oder durch einen menschlichen Benutzer durchgeführten Inspektionsschritte oder Veranlassen einer
Notabschaltung des Fahrzeugs wegen wahrscheinlich mangelnder Betriebstauglichkeit.
Das Inspektionsverfahren kann folgende Schritte umfassen: a. Bereitstellen eines, insbesondere durch ein Passwort geschütztes, Benutzer- Interface, vorzugsweise Webinterface, zur Bedienung des Inspektionssystems; b. Konfigurieren der Kameras für eine Inspektion; c. Steuern von Beleuchtung und/oder Warnleuchten; d. Zurücksetzen von Kameras bei Bedarf, beispielsweise durch einen Spannungsreset; e. Speichern und/oder Archivieren von Aufnahmen, insbesondere allen Aufnahmen der Kameras; f. Durchführen von Bildverarbeitungsberechnungen; g. Erzeugen einer Diagnose, insbesondere eines QSI-Befundberichts; h. Hosten eines Computerprogramms zur Durchführung des Inspektionsverfahrens und/oder i. Archivieren von Diagnosen.
3.4 System zur Verkehrsmittelsteuerung
Ein erfindungsgemäßes System zur Verkehrsmittelsteuerung umfasst ein Hardwaresystem umfassend eine Anzahl von kommunikativ vernetzten, erfindungsgemäßen Inspektionssystemen.
3.5 Verfahren zur Verkehrsmittelsteuerung Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verkehrsmittelsteuerung umfasst die Anwendung eines erfindungsgemäßen Systems zur Verkehrsmittelsteuerung und/oder eines erfindungsgemäßen Inspektionsverfahrens.
Die am gleichen Tag eingereichte internationale Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit dem Titel„Verfahren zur Steuerung eines Verkehrmittelsystems,
Datenverarbeitungssystem" betrifft spezielle Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Datenverarbeitungssystems sowie eines erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur Verkehrsmittelsteuerung. Die vorgenannte Anmeldung, insbesondere die Abschnitte
3 Verfahren zur Verkehrsmittelsystemsteuerung
3.1 Data-Mining
3.2 Gewichtung
3.3 Optimierung
3.4 Prognose
3.5 Kommunikationsschnittstellen
3.6 Algorithmen
3.7 Eisenbahnsystem
3.8 Inspektionsprozesse
3.9 Krankenakte
3.10 Inspektion im Betriebszustand
4 Datenverarbeitungssystem
, werden hier durch Bezugnahme aufgenommen. 4 Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Inspektionsverfahren und ein beispielhaftes
erfindungsgemäßes Inspektionssystem dargestellt sind. Bauteile des Inspektionssystems, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion
übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Inspektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Aufsicht auf das Inspektionssystem aus Fig. 1 ; und
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Inspektionsverfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 4 bis 9: eine vierte bis neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Inspektionssystems in vereinfachter Darstellung; und
Fig. 10 eine schematische Struktur eines Inspektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das Inspektionssystem ein erfindungsgemäßes
Datenverarbeitungssystem aufweist;
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Inspektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Inspektionssystem 1 weist eine Sensoranordnung auf, um Rohdaten von einem
Fahrzeug 2 zu erheben, und stellt einen Durchgang für das Fahrzeug 2 bereit. Das Fahrzeug 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zug. Genauer gesagt ist das Inspektionssystem 1 als mehrteiliges Inspektionstor ausgeführt, das mehrere Träger 3a, 3b, 3c aufweist, an denen Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d der Sensoranordnung angebracht sind. Das Inspektionssystem ist in einem Tunnel 5 bereitgestellt. Die Sensoranordnung umfasst unter anderem einen
Rauchsensor 4a, eine erste Kamera 4b zur lateralen Inspektion des Zuges, eine zweite Kamera 4c zur Inspektion des Zuges von oben, eine dritte Kamera 4d zur
Unterbodeninspektion und einen Vibrationssensor 4e. Die dritte Kamera 4d und der
Vibrationssensor 4e sind im Bett von Gleisen 6 bereitgestellt. Weitere Sensoren 4f, 4g sind vorhanden und können bei Bedarf zur Inspektion des Zuges 2 eingesetzt werden. Die
Sensoren 4f, 4g sind orthogonal voneinander beabstandet angeordnet. Allerdings wird zur Vereinfachung der Beschreibung darauf verzichtet, im Detail auf die Sensoren 4f, 4g einzugehen. Diese Sensoren 4f, 4g sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optischer Sensor, wie eine Kamera, olfaktorischer Sensor, chemischer Sensor,
Vibrationssensor, elektromagnetischer Sensor, Wärmebildsensor und akustischer Sensor. Somit sind mehrere Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g in der Sensoranordnung bereitgestellt, die sich hinsichtlich von ihnen verwendeter Messtechniken zur Erhebung von Rohdaten unterscheiden und mehrere Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4f, 4g sind optische Sensoren. Das Inspektionssystem 1 umfasst Software- und Hardwareresourcen, die dafür ausgelegt sind, den Zug 2 bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen Inspektionssystem 1 und Zug 2 von etwa 5 km/h zu inspizieren.
Der Rauchsensor 4a ist ein kontinuierlich messender Sensor und inspiziert den fahrenden Zug 2 kontinuierlich hinsichtlich einer Rauchentwicklung. Die erste Kamera 4b wird durch ein Triggersignal von einer Lichtschranke (nicht gezeigt) getriggert und erzeugt auf das
Triggersignal hin eine einzelne Bildaufnahme. Die erste Kamera 4b ist also ein diskret messender Sensor. Der Vibrationssensor 4e wird ebenfalls getriggert, durch dasselbe Triggersignal wie die erste Kamera 4b, und misst synchron mit der ersten Kamera 4b eine Vibration des fahrenden Zuges 2 am Gleisbett. Durch das synchrone Aufnehmen verschiedener Rohdaten werden zwei unterschiedliche Messgrößen bestimmt, ein
Kamerabild und ein Vibrationswert. Auf die erfassten Rohdaten werden zur Auswertung ein oder mehrere Algorithmen angewendet, um den Inspektionsabschnitt des Zuges 2 zu diagnostizieren. Die beiden Messgrößen werden in dieser Ausführungsform korreliert, sodass für die Auswertung ein synergetischer Effekt zwischen den beiden Sensoren 4b, 4e mit verschiedener Messtechnik eintritt. Für den Rauchsensor 4a ist vorgesehen, dass kein Triggern stattfindet, sondern der Rauchsensor 4a wiederholt und ununterbrochen Rohdaten erfasst. Dies ist insbesondere für Sensoren mit geringem Datenaufkommen oder
Inspektionssysteme 1 mit hoher Datenspeichergeschwindigkeit möglich.
Das Inspektionssystem umfasst eine Beleuchtungsanordnung 7a, 7b. Die
Beleuchtungsanordnung beleuchtet einen Unterboden 8 des Fahrzeugs, der mittels der dritten Kamera 4d inspiziert wird, mit einer ersten LED 7a und den Dachgarten des
Fahrzeugs, der mittels der ersten Kamera 4b inspiziert wird, mit einer zweiten LED 7b. Das Inspektionsobjekt oder der Inspektionsabschnitt, auf den die erste Kamera 4b angewandt wird, ist in diesem Fall ein Stromabnehmergestänge 9 des Zuges 2. Gegenüber der ersten Kamera 4b ist in nicht gezeigten Ausführungsformen als definierter Hintergrund auf einer Wand des Tunnels 5 ein Gitter dargestellt. Dies erleichtert die Bildanalyse. Die erste Kamera 4a erfasst lateral ein Bild vom Dachgarten des Zuges 2, während sich der Zug 2 zwischen der ersten Kamera 4b und dem definierten Hintergrund befindet, sodass sich der
Inspektionsabschnitt, also beispielsweise das Stromabnehmergestänge 9, bei Anwendung eines Algorithmus zur Bildauswertung deutlich von dem Hintergrund abhebt.
Die dritte Kamera 4d, die als Unterbodensensor dient, ist mit einer Blende (nicht gezeigt) als aktive Schutzeinrichtung versehen, um die dritte Kamera 4d vor herabfallendem Schmutz zu schützen. So werden auch die Rohdaten geschützt, die durch die Kamera 4d aufgenommen werden, da es unwahrscheinlicher ist, dass sie durch Verschmutzung des Sensors verfälscht werden. Die Blende wird geöffnet, sobald ein Zug 2 das Inspektionssystem 1 durchfährt und danach wieder geschlossen. In der dargestellten Ausführungsform weist eine
Anwendungsrichtung der dritten Kamera 4d direkt nach oben in Richtung Zug 2. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann aber, als Schutz gegen Verschmutzung, die Kamera 4d bezüglich der Anwendungsrichtung vom Zug 2 wegweisen oder seitlich bezogen auf den Zug 2 weisen, damit weniger Schmutz auf die dritte Kamera 4d fällt. Dann sind optische
Umlenkungselemente bereitgestellt, um einen optischen Weg zwischen Sensor und Zug für die Unterbodeninspektion bereitzustellen.
Die dritte Kamera 4d ist dafür eingerichtet, wiederholt angewendet zu werden, um den Unterboden 8 zu inspizieren. Da die dritte Kamera 4d ein diskret messender Sensor ist, erzeugt die dritte Kamera 4d sequentiell mehrere Einzelbilder vom Unterboden 8 des fahrenden Zuges 2. In Ausführungsformen ist eine Aufnahmefrequenz der dritten Kamera 4d hoch genug eingestellt, dass ein 3D-Modell des Unterbodens 8 durch gemeinsame
Auswertung der aufgenommenen Einzelbilder erzeugt werden kann. So kann der
Unterboden 8 zum Beispiel auf Risse untersucht werden. Die erste Kamera 4b ist durch einen Robotikarm 10 als Bewegungseinrichtung dafür eingerichtet, rotatorisch und translatorisch relativ zu dem Inspektionssystem 1 bewegt zu werden. So kann ein Abstand zwischen Zug 2 und erster Kamera 4b im Hinblick auf den zu inspizierenden Fahrzeugtyp angepasst werden. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen erster Kamera 4b und Zug 2 während des Anwendes der ersten Kamera 4b auf den
Inspektionsabschnitt etwa 60 cm oder weniger, selbst bei der Inspektion von Hochspannung zugeordneten Bauteilen, wie dem Stromabnehmergestänge 9. Daher weist die erste Kamera 4b einen Hochspannungsschutz an ihrem Gehäuse auf, um den Sensor vor
Spannungsüberschlägen zu schützen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g nichtinvasive Sensoren. Es muss mit den Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g also nicht in den Zug 2 eingegriffen werden, um die Rohdaten zu erheben. So können komplizierte und zeitaufwändige Genehmigungsverfahren vermieden werden. Allerdings können in nicht gezeigten Ausführungsformen auch Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g mit invasiver Messtechnik oder Sensoren 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g innerhalb des Fahrzeugs 2
angewendet werden, wenn dies notwendig oder sinnvoll erscheint. Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf das Inspektionssystem 1 aus Fig. 1 . Insbesondere ist gezeigt, dass die Sensoranordnung eine Master-Inspektionseinheit 1 1 und eine Slave- Inspektionseinheit 12 umfasst. Die Master-Inspektionseinheit 1 1 ist der Slave- Inspektionseinheit 12 bezogen auf die Bewegungsrichtung des Zuges vorgelagert. Die Master-Inspektionseinheit 1 1 befindet sich auf derselben Höhe wie die Slave-
Inspektionseinheit 12. Der Zug passiert also zunächst die Master-Inspektionseinheit 1 1. Die Master-Inspektionseinheit 1 1 führt eine Grobinspektion durch. Im vorliegenden Fall wird der Zug 2 mit einem lateralen Kamerasensor in der Master-Inspektionseinheit 1 1 auf
Unversehrtheit eines Klimaanlagengitters des Zuges 2 inspiziert. Stellt die Master- Inspektionseinheit 1 1 Abweichungen, z.B. in der Form des Klimaanlagengitters, fest, so triggert sie die Slave-Inspektionseinheit 12 über eine Triggerleitung 13. Der Master- Inspektionseinheit 1 1 und der Slave-Inspektionseinheit 13 können allerdings in nicht gezeigten Ausführungsformen weitere Elemente zwischengeschaltet sein, um das
Triggersignal zu erzeugen oder zu übertragen. Die Slave-Inspektionseinheit 12 kann dann eine Feininspektion am auffälligen Klimaanlagengitter vornehmen und beispielsweise mit Hilfe einer Kamera Klimalamellen zählen oder fehlende Schrauben ermitteln. So kann die zu verarbeitende Datenmenge reduziert werden, da eine datenintensive Feininspektion nur erfolgt, falls die weniger aufwändige Grobinspektion Auffälligkeiten gezeigt hat. Figur 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines
Inspektionsverfahrens gemäß der Erfindung. Das in Figur 1 gezeigte Inspektionssystem 1 ist dafür eingerichtet, dieses Inspektionsverfahren auszuführen. In einem ersten Schritt S31 wird die Sensoranordnung auf den Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs 2 angewendet, um das Fahrzeug 2 zu inspizieren. Dies ist bereits vorbekannt. Die Sensoranordnung wird jedoch erfindungsgemäß auf den Inspektionsabschnitt zum Inspizieren eines technischen Funktionszustands des Fahrzeugs angewendet S32, wie oben beschrieben. Somit wird eine technische Funktion des Fahrzeugs 2 im Betriebszustand, also in Bewegung, inspiziert. Besonders bei Schienenfahrzeugen können solche Inspektionen der technischen Funktion im Betriebszustand eine große Kostenersparnis mit sich bringen und Menschen vor
Gesundheitsgefahren bei der Inspektion schützen. In Ausführungsformen weist das
Inspektionsverfahren weitere Schritte auf. Diese ergeben sich durch Aufnahme von
Verfahrensschritten aus der allgemeinen Beschreibung dieser Anmeldung, aus der detaillierten Beschreibung und insbesondere aus den Patentansprüchen. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als
erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Insbesondere können Verfahrensschritte in den angegebenen Reihenfolgen oder auch in veränderter Reihenfolge erfindungswesentlich sein.
Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9 zeigen der Reihe nach alternative Formen der Modulträger 8. In der Reihenfolge der Figuren werden Modulträger 8 mit den folgenden Formen gezeigt: n-Träger (Fig.4), Γ-Träger (Fig.5), L-Träger (Fig.6), U-Träger (Fig.7), I-Träger (Fig.8) und ein
Horizontal-Träger (Fig.9). Auch jede andere beliebige Trägerform wie ein C-Träger oder ein M-Träger (zur Inspektion auf zwei Gleisen) oder abgerundete Träger sind vorstellbar. In den Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9 sind alle andere Elemente des Inspektionssystems 7 der Einfachheit halber nicht dargestellt worden.
Figur 10 zeigt eine schematische Struktur eines Inspektionssystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Inspektionssystem 1 stellt einen Durchgang für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) bereit. Der Durchgang und der genaue strukturelle Aufbau des Inspektionssystems 1 im Verhältnis zu dem Fahrzeug ist in dieser schematischen Ansicht aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das
Inspektionssystem 1 zur Inspektion eines fahrenden Zuges eingerichtet, während er den Durchgang passiert. In diesem Fall ist der Zug ein elektrisch betriebener Zug, der mit Leistung von einer Hochspannungsleitung versorgt wird. Die Hochspannungsleitung verläuft durch den Durchgang.
Das Inspektionssystem 1 weist eine Sensoranordnung auf. Sensoren 2a-g sind in einem ersten Sensormodul 3 und einem zweiten Sensormodul 4 zusammengefasst angeordnet. Das Inspektionssystem 1 enthält einen Server 5, der das Datenverarbeitungssystem bildet. Der Server 5 umfasst eine Datenbank, um von den Sensoren 2a-g des Inspektionssystems 1 erfasste Rohdaten, extrahierte Daten und Metadaten zu speichern, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel in einer Ordnerstruktur. Der Server 5 ist dafür eingerichtet, einen Algorithmus auf die gespeicherten Daten anzuwenden, um eine Diagnose, die das Fahrzeug betrifft, zu erstellen. Das Inspektionssystem 1 umfasst ferner eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 6 zum Steuern des Inspektionssystems 1 . Das SPS 6 kann einen PFC (programmierbarer Feldbuscontroller) aufweisen.
Weiter umfasst das Inspektionssystem 1 ein Beleuchtungssystem 7 zum Beleuchten eines Inspektionsabschnitts des Fahrzeuges. Das Beleuchtungssystem 7 ist mit der SPS 6 zu Steuerzwecken verbunden. Weiterhin weist das Inspektionssystem 1 eine Lichtschranke 8 auf. Die Lichtschranke 8 ist ebenfalls mit der SPS 6 zu Steuerzwecken verbunden. Die Sensoranordnung wird angewandt, um den Inspektionsabschnitt 1 zu inspizieren. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein technischer Funktionszustand des Fahrzeugs im Betriebszustand, also während der Zug fährt, inspiziert wird.
Das erste Sensormodul 3 enthält drei optische Sensoren 2a-c, nämlich Flächenbildkameras. Die Kameras 2a-c sind zum Aufnehmen von Schwarzweiß-Aufnahmen eingerichtet. Die drei Kameras 2a-c des ersten Sensormoduls 3 sind jeweils dafür eingerichtet, Bilder mit einer Datenmenge von etwa 4,5 MByte pro Bild aufzuzeichnen. Die Bildrate liegt bei etwa 5 Bildern pro Sekunde. Bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Kamera 2a-c von 5 km/h, wie vorgesehen, ergibt sich so eine Bildrate von etwa 5 Bildern pro
vorbeifahrendem Inspektionsobjekt. Eine erste Kamera 2a ist über eine erste Triggerleitung 9 mit der SPS 6 verbunden. So kann die erste Kamera 2a durch die SPS 6 getriggert werden. Die erste Triggerleitung 9 ist über eine erste Erdungsverbindung 10 elektrisch geerdet. Die erste Triggerleitung 9 ist als optisches Kabel, genauer Glasfaserkabel, ausgeführt und mit der ersten Kamera 2a über einen Optokoppler 1 1 zur Übertragung eines Triggersignals verbunden. Das erste Sensormodul 3 enthält ferner einen ersten Switch 12. Der erste Switch 12 hat eine modulinterne Verbindung, über die der erste Switch 12 Daten von den optischen Sensoren 2a-g empfangen kann, und eine modulexterne Verbindung, über den der erste Switch 12 Daten an den Server 5 übertragen kann. Die drei Kameras 2a-c sind jeweils über eine erste kombinierte Ethernet-Daten-Strom-Leitung 13 mit dem ersten Switch 12 an dessen modulinterner Verbindung verbunden. Der erste Switch 12 empfängt über die modulinterne Verbindung nicht nur die Daten der drei Kameras 2a-c, sondern versorgt über die modulinterne Verbindung jede der drei Kameras 2a-c, in diesem Fall mit jeweils 48 Volt Spannung und maximal 20 Watt Leistung. Der Datenfluss von jeder Kamera 2a-c zum ersten Switch 12 beträgt maximal 40 MByte/s, wobei in der Regel nur Ist-Werte von etwa 22,5 MByte/s erreicht werden (bei 5 Bildern pro Sekunde). Der erste Switch 12 sendet an den
Server 5 entsprechend Daten mit bis zu etwa 125 MByte/s (1 GBit/s) über eine erste Switch- Server-Verbindung 14. Diese Daten enthalten zusätzlich zu den Bilddaten der drei Kameras 2a-c noch einen gewissen Verwaltungsoverhead. Der erste Switch 12 ist über eine zweite Erdungsverbindung 15 geerdet. Die zweite Erdungsverbindung 15 unterscheidet sich von der ersten Erdungsverbindung 10. Da die erste Triggerleitung 9 ein optisches Kabel ist, besteht also keine elektrische Kopplung zwischen erstem Kameramodul 3 und der ersten
Triggerleitung 9. Die erste Triggerleitung 9 und das erste Sensormodul 3 sind, anders ausgedrückt, galvanisch getrennt. So werden Störeinflüsse auf das erste Sensormodul 3 verringert, was die Aufnahmequalität der drei Kameras 2a-c positiv beeinflussen kann.
Das zweite Sensormodul 4 enthält vier optische Sensoren 2d-g, die vorzugsweise während einer Anwendung auf das Fahrzeug einen Abstand von etwa 60 cm zu dem Fahrzeug aufweisen. Zwei der optischen Sensoren 2d, 2e sind Linienscanner mit integrierter Kamera, die zwei anderen optischen Sensoren 2f, 2g sind Kameras ohne Linienscanner. Den
Kameras in jedem der optischen Sensoren 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 sind Farbfilter vorgeordnet. Jede Kamera 2d-g des zweiten Sensormoduls hat einen Zwischenspeicher für genau ein Bild. Das zweite Sensormodul 4 ist dafür eingerichtet, Laserlinienmessungen, insbesondere für ein Lichtschnittverfahren, durchzuführen. Die von den Kameras 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 aufgezeichneten Rohdaten werden intern in den Kameras 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 selbst weiterverarbeitet. Zunächst wird im zweiten Sensormodul 4 ein Rohhöhenbild und/oder Rohintensitätsbild erzeugt. Danach wird in den Kameras 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 ein Kalibrieren und Rektifizieren des erfassten Laserbilds durchgeführt. Das zweite Sensormodul 4 enthält einen zweiten Switch 16. Die vier optischen Sensoren 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 sind mit dem zweiten Switch 16 jeweils über eine zweite kombinierte Ethernet-Daten-Strom-Leitung 17 verbunden. Da die Datenrate zum zweiten Switch 16 durch die interne Datenverarbeitung in den Kameras 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 reduziert ist, auf etwa 80 MBit/Bild bzw. ein 6-Kanalbild zu je 12 Mbit pro Kanal, ist es unproblematisch in diesem zweiten Sensormodul 4 sogar vier Kameras 2d-2g über eine kombinierte Ethernet-Daten-Strom-Leitung 17 mit dem zweiten Switch 16 zu verbinden. Pro Kamera 2d-2g werden weniger als 40 MByte/s an Bilddaten an den zweiten Switch 16 gesendet. Der zweite Switch 16 ist über eine zweite Switch-Server-Verbindung 18 mit dem Server 5 verbunden und dazu eingerichtet, etwa 125MByte/s (1 GBit/s) maximal an den Server 5 zu senden. Der zweite Switch 16 sendet die erfassten Rohdaten und die kalibrierten und rektifizierten Bilder an den Server 5. Eine weitere Auswertung erfolgt auf Seiten des Servers 5 dann auf Grundlage der kalibrierten und rektifizierten Bilder. Einer der optischen Sensoren 2d-g des zweiten Sensormoduls 4 ist mit einer zweiten Triggerleitung 19 mit der SPS 6 verbunden. So kann die SPS 6 das zweite Sensormodul 4 triggern.
Das Beleuchtungssystem 7 ist über eine dritte Triggerleitung 20 mit der SPS 6 verbunden. So kann die SPS 6 das Beleuchtungssystem 7 triggern. Die SPS 6 ist mit dem Server 5 bidirektional über eine SPS-Server-Verbindung 21 verbunden. Das Beleuchtungssystem 7 ist mit der ersten Erdungsverbindung 10 verbunden, wie auch der erste Switch 12. Am
Beleuchtungssystem ist ein Relais 22 angeschlossen.
In dieser Ausführungsform des Inspektionssystems ist im Betriebszustand das erste
Sensormodul 3 gegenüber dem zweiten Sensormodul 4 entlang der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs beabstandet. Das erste Sensormodul 3 und das zweite Sensormodul 4 liegen auf derselben Höhe. Anzumerken ist, dass aus Gründen der Vereinfachung nur zwei Sensormodule 3, 4 dargestellt sind. Es sind in nicht gezeigten Ausführungsformen aber weitere Sensormodule vorhanden, die vom Aufbau und den enthaltenen Elementen her vorzugsweise identisch sind mit dem hier dargestellten ersten Sensormodul 3. Bevorzugt ist, dass sieben Sensormodule vorhanden sind. Entsprechend hat der Server 5 in solchen Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise acht GBit-Netzwerkeingänge zur Anbindung an die Sensoranordnung; sieben für die Sensormodule und eine für die SPS 6, zum Bereitstellen beispielsweise von Updates. Vorzugsweise sind sechs Sensormodule vorhanden, die jeweils dem ersten Sensormodul 3 gleichen. In nicht gezeigten Ausführungsformen sind aber auch eine Vielzahl
unterschiedlicher Sensormodule vorhanden, die Sensoren unterschiedlicher Messtechniken enthalten und sowohl invasive wie auch noninvasive Messungen am Fahrzeug ermöglichen. Ein bevorzugter Server 5 kann 15 - 25 Kameras verwalten, vorzugsweise 20 Kameras, die wie gezeigt in Gruppen in mehreren Sensormodulen angeordnet sind.
Im Betrieb des Inspektionssystems 1 werden, grob gesagt, die Triggersignale durch die SPS 6 über die erste Triggerleitung 9, die zweite Triggerleitung 19 und die dritte Triggerleitung 20 gesendet, sobald die Lichtschranke 8 durch einen das Inspektionssystem 1 durchfahrenden Zug ausgelöst wird und die SPS 6 durch die Lichtschranke 8 aufgeweckt wurde. Dadurch wird das Beleuchtungssystem 7 aktiviert und das erste Sensormodul 3 und das zweite Sensormodul 4 der Sensoranordnung beginnen mit der Aufzeichnung von Rohdaten. Das erste Sensormodul 3 überträgt die Rohdaten zur Weiterverarbeitung unverändert an den Server 5. Die Kameras 2d-g im zweiten Sensormodul 4 vorverarbeiten die Rohdaten und senden extrahierte Daten über den zweiten Switch 16 an den Server 5. Dort erfolgt eine Weiterverarbeitung einiger oder aller von den Sensoren 2a-g aufgenommenen und vom Server 5 empfangenen Daten.
Die in dem Inspektionssystem 1 und insbesondere dem Datenverarbeitungssystem bereitgestellten Softwareressourcen und Hardwareressourcen erlauben somit
nachvollziehbar das Anwenden der Sensoranordnung auf den Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs mit einer vorbestimmten Relativgeschwindigkeit der Relativbewegung, wobei die Relativgeschwindigkeit vorzugsweise zwischen 2 km/h bis zu 400 km/h liegt, nämlich wie erwähnt bei etwa 5 km/h. Die Software- und Hardwareressourcen sind also für ein
Anwenden der Sensoranordnung auf den Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs bei einer vorbestimmten Relativgeschwindigkeit der Relativbewegung mit einer für die
Inspektionszwecke und zur Validierung der Messergebnisse hinreichenden Datenredundanz ausgelegt. lm vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Server 5 dafür eingerichtet, eine Krankenakte über Züge zu führen und Diagnosen über Inspektionsobjekte, wie beispielsweise
Klimaanlagengitter, an den Zügen zu stellen. Unter Verwendung von Inspektionsergebnissen 1 wird Big Data erzeugt. Der Server 5 kann in Ausführungsformen ein internes Teilsystem des Datenverarbeitungssystems bilden, während ein externes Teilsystem, wie z.B. eine Cloudcomputingfarm, ausgelagert ist. So können einige Teile der Messdaten intern verarbeitet werden, während nur andere Teile der Messdaten extern verarbeitet werden. Es ist somit bei dem Inspektionsverfahren nicht notwendig, die Kontrolle über die Daten komplett aufzugeben. Ferner ist der Server 5 dafür eingerichtet, ein dreidimensionales Modell des Inspektionsabschnitts 1 aus Flächenbilddaten des ersten Sensormoduls 3 zu erzeugen. Aus mehreren zweidimensionalen Aufnahmen vom fahrenden Zug, die durch eine der drei Kameras 2a-c des ersten Sensormoduls 3 zeitlich sequentiell aufgenommen wurden, wird durch einen Algorithmus auf dem Server 5 das dreidimensionale Modell abgeleitet. Beispielsweise können eine der drei Kameras 2a-c des ersten Sensormoduls 3 fünf Aufnahmen bei Durchfahrt des Zuges erstellt werden. Mit nur einer einzelnen 2D- Kamera bzw. Flächenbildkamera kann somit ein 3D-Modell erzeugt werden, weil sich der Zug gegenüber der Kamera bewegt.
5 Bezugszeichenliste
1 Inspektionssystem
2 Fahrzeug
3a, b, c Träger
4a, b, c, d, e, f, g Sensor
5 Tunnel
6 Gleise
7a, b LED
8 Unterboden
9 Stromabnehmergestänge
10 Robotikarm
1 1 Master-Inspektionseinheit
12 Slave-Inspektionseinheit
13 Triggerleitung
1 Inspektionssystem
Sensor 3 erstes Sensormodul
4 zweites Sensormodul
5 Server
6 Speicherprogrammierbare Steuerung
7 Beleuchtungssystem
8 Lichtschranke
9 erste Triggerleitung
10 erste Erdungsverbindung
1 1 Optokoppler
12 erster Switch
13 erste kombinierte Ethernet-Daten-Strom-Leitung
14 erste Switch-Server-Verbindung
15 zweite Erdungsverbindung
16 zweiter Switch
17 zweite kombinierte Ethernet-Daten-Strom-Leitung
18 zweite Switch-Server-Verbindung
19 zweite Triggerleitung
20 dritte Triggerleitung
21 SPS-Server-Verbindung
22 Relais

Claims

INSPEKTIONSSYSTEM, INSPEKTIONSVERFAHREN SOWIE SYSTEM UND VERFAHREN ZUR VERKEHRSMITTELSTEUERUNG PATENTANSPRÜCHE
1. Inspektionssystem zur Inspektion eines technischen Funktionszustandes von
Inspektionsabschnitten eines Fahrzeuges mit
a. einem Sensorsystem zur Aufnahme von IST-Rohdaten von zu inspizierenden
Inspektionsabschnitten des Fahrzeuges;
b. einem Trägersystem für das Sensorsystem zur Ausrichtung des Sensorsystems auf das bewegte Fahrzeug;
c. einem Datenverarbeitungssystem zur Ansteuerung und vorzugsweise Regelung des Sensorsystems;
d. einem Schutzsystem für das Inspektionssystem, das Fahrzeug und/oder Benutzer des Inspektionssystems oder Fahrzeuges;
dadurch gekennzeichnet, dass
e. das Sensorsystem zumindest ein Kamerasystem zur Aufnahme von Flächenbildern umfasst; und
f. das Inspektionssystem zur Inspektion des Fahrzeuges in einem Betriebszustand, bevorzugt ohne Eingriff in den Betriebszustand, insbesondere in einem Fahrtbetrieb des Fahrzeuges, ausgelegt ist; und
g. das Sensorsystem, das Datenverarbeitungssystem und das Schutzsystem zur automatisierten Inspektion des technischen Funktionszustandes wirkverbunden sind.
2. Inspektionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsystem zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst:
a. ein Kamerasystem zur Aufnahme von Flächenbildern und Inspektionsabschnitten, umfassend kontinuierlich und/oder getriggert aufnehmende Kameras;
b. ein Vibrationsmessungssystem zur Messung von Vibrationen, Schwingungen und/oder Geräuschen von Inspektionsabschnitten des Fahrzeugs und/oder eines Fahrwegs für das Fahrzeug;
c. ein Akustikmesssystem, bevorzugt umfassend auf Inspektionsabschnitte ausrichtbare Richtmikrofone;
d. einen chemischen Detektor zum Nachweis von aus dem Fahrzeug oder einem Inspektionsabschnitt des Fahrzeuges austretenden chemischen Substanzen; und/oder e. einem System zur Detektion von elektromagnetischer Abstrahlung von einem
Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs.
3. Inspektionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Kamerasystem ein Beleuchtungssystem zur definierten Ausleuchtung von Inspektionsabschnitten mit einem Beleuchtungslicht umfasst,
a. wobei bevorzugt das Kamerasystem und das Beleuchtungssystem auf, insbesondere Licht reflektierende, Inspektionsabschnitte ausgerichtet und zur Durchführung von deflektometrischen Messungen ausgelegt sind, wobei mehr bevorzugt das Kamerasystem und das Beleuchtungssystem zur Durchführung von Fotometrie, Radiometrie, Fotogrammetrie, Laserscanning oder Laserentfernungsmessung ausgelegt sind;
b. wobei das Beleuchtungssystem zum Blendschutz von Personen im und/oder am Fahrzeug, vorzugsweise allmählich und/oder in einen von dem Beleuchtungssystem geworfenen Lichtkegel abschnittsweise, ab- und oder aufblendbar ausgestaltet ist, mehr bevorzugt automatisch gesteuert von einem Umgebungslichtsensor und/oder Sensor zur Detektion von Personen und/oder Fahrzeugen und/oder
c. wobei bevorzugt zumindest ein optisches Element in einem Strahlengang zwischen zumindest einer Kamera des Kamerasystems und einem von der Kamera zu inspizierenden Inspektionsabschnitt angeordnet ist, wobei das optische Element insbesondere ein Bandpassfilter für Licht ist, in dessen Bandpassintervall ein Beleuchtungslicht des Beleuchtungssystems liegt.
4. Inspektionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Inspektionssystem, insbesondere das Sensorsystem, das Trägersystem, das Schutzsystem und/oder das Datenverarbeitungssystem in Modulen und/oder Modulgruppen aufgebaut sind,
a. wobei bevorzugt für einen definierten Inspektionszweck erforderliche Sensoren in einer Modulgruppe zusammengefasst sind, wobei besonders bevorzugt die Sensoren der Modulgruppe an einem gemeinsamen Träger oder in einem gemeinsamen Gehäuse ein gehaust montiert sind, wobei meist bevorzugt die Montage zur relativen örtlichen Kalibrierung der Sensoren untereinander starr und mit einem gegen eine Kalibrierungsgenauigkeit geringen mechanischen Spiel ausgebildet ist;
b. wobei bevorzugt aus den Modulen und/oder Modulgruppen ein Trägersystem oder Inspektionssystem konfigurierbar und insbesondere zu erleichterten Instandhaltung, zum Austausch und/oder zur Erweiterung des Inspektionssystems untereinander lösbar verbunden sind; und/oder
c. wobei bevorzugt die Module und/oder Modulgruppe eine lösbare und/oder in einer Konfiguration als Inspektionseinrichtung aus Sicherheitsgründen fixierbare Verbindung aufweisen, wobei mehr bevorzugt die Verbindung aus Verbindern und komplementären Gegenverbindern besteht und/oder die Verbindung zur mechanischen Verbindung, kommunikativen Verbindung, insbesondere als Datenbus, Erdungsverbindung und/oder Energieübertragungsverbindung ausgebildet ist. M...
5. Inspektionssystem nach Anspruch 5
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
a. das Trägersystem L-förmig, I-förmig, U-förmig, M-förmig, C-förmig ausgebildet ist und/oder bevorzugt stationär bezüglich eines Fahrweges des Fahrzeuges angeordnet ist; b. zumindest ein Trägermodul des Trägersystems eine Bewegungseinrichtung zur Einstellung eines Abstandes und/oder einer Winkelausrichtung eines Sensors oder einer Sensorgruppe des Sensorsystems zu einem Inspektionsabschnitt des Fahrzeugs umfasst, wobei besonders bevorzugt die Bewegungseinrichtung zur Einstellung von vordefinierten Messbedingungen, insbesondere bezüglich einer Ausrichtung, einer Position und/oder eines Fahrzeugtyps des Fahrzeuges, steuerbar und/oder regelbar ist; und/oder
c. zumindest ein Trägermodul des Trägersystems in bestehende Verkehrsmittelinfrastruktur integrierbar ist, oder bestehenden Verkehrsmittelinfrastruktur zumindest ein Trägermodul des Trägersystems bildet.
6. Inspektionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das Datenverarbeitungsssystem zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst:
a. zumindest einen Server ausgelegt zumindest zur Steuerung und/oder zum Datenempfang von Clients des Sensorsystems;
b. Datenverbindungen vom zumindest einen Server an die Clients des Sensorsystems, wobei die Datenverbindungen bevorzugt zur Übermittlung von Steuersignalen an die Clients des Sensorsystems und/oder zur Übertragung von Daten von den Clients des Sensorsystems an den Server ausgelegt sind und/oder von Energieübertragungsverbindungen für den Server, das Sensorsystem und/oder das Fahrzeug elektrisch oder galvanisch entkoppelt sind;
c. externe drahtlose und/oder drahtgebundene, bevorzugt verschlüsselte, Datenverbindungen zur Vernetzung mit IT-Systemen von anderen Ressourcen eines Verkehrsmittelsystems, insbesondere IT-Systemenen von Fahrzeugen, Fahrwegen, Instandhaltungseinrichtungen, Logistiklagern für Ersatzteile für das Fahrzeug, externen Hardwareressourcen und/oder dem Internet;
7. eine Benutzer-Interface zur Anzeige und/oder Eingabe von Daten und/oder
Steuerbefehlen durch einen Benutzer, bevorzugt ausgelegt zur Datenübertragung von vom Sensorsystem gemessenen Rohdaten, von vorzugsweise kalibrierten und gegebenenfalls rektifizierten Extraktionsdaten aus den Rohdaten und/oder aus den Extraktionsdaten abgeleiteten Inspektionsdaten und/oder Metadaten innerhalb eines Inspektionsintervalls des Sensorsystems bezogen auf das Fahrzeug, besonders bevorzugt zur Datenübertragung in Echtzeit, und/oder zur zeitversetzten Abrufbarkeit durch einen Benutzer.
8. Inspektionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schutzsystem zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst:
a. ein Schutzgehäuse für Module und/oder Modulgruppen aus Bestandteilen des Sensorsystems, Trägersystems und/oder Datenverarbeitungssystems, vorzugsweise ausgelegt zum Schutz der Sensoren vor Umgebungseinflüssen wie insbesondere Lichteinstrahlung und/oder Temperatur, Feuchtigkeit, Witterung und/oder Tieren;
b. einen Hochspannungsschutz, vorzugsweise ausgestaltet als Einhausung für ein Modul, eine Modulgruppe und/oder ein Schutzgehäuse, mit einer elektrischen Erdungsverbindung zu einem Massepotenzial des Verkehrsweges, wobei der Hochspannungsschutz und die elektrische Erdungsverbindung bezogen auf eine Hochspannungsversorgung des Fahrzeugs von 15kV einen elektrischen und oder thermischen Leitwert hat, der mindestens der eines Kupferkabels mit 70 mm Durchmesser entspricht.
9. Verwendung eines Inspektionssystems nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur technischen Inspektion eines technischen Funktionszustandes, insbesondere der Betriebsbereitschaft und/oder prognostizierten Betriebsbereitschaft, eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit Ankopplung an eine stationäre elektrische Energiequelle.
10. Inspektionsverfahren zum Inspizieren eines technischen Betriebszustandes eines Fahrzeuges in einem Betriebszustand auf einem Fahrtweg
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a. ausschließlich automatisierte Aufnahme von Rohdaten von Inspektionsabschnitten auf dem Fahrzeug; b. Detektieren eines Fahrzeugs nach zumindest Fahrzeugende oder -anfang,
Detektionszeitpunkt und Geschwindigkeit an einem Detektionsort auf dem Fahrtweg, wobei der Detektionsort einem Messbereich auf dem Fahrtweg in Fahrtrichtung vorgelagert ist; c. Übermitteln der prognostizierten Ankunft und vorzugsweise von fahrzeugbezogenen Daten des Fahrzeugs bei einem Inspektionsort eines Inspektionssystems an das
Inspektionssystem;
d. Initialisieren des Inspektionssystems nach Detektion des Fahrzeugs;
e. Automatisiertes Messen von Rohdaten von Inspektionsabschnitten auf dem Fahrzeug durch das Inspektionssystem, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1-9,
f. Übermittlung der Rohdaten an ein Datenverarbeitungssystem;
g. Extrahieren der Inspektionsabschnitte aus den Rohdaten in Extraktionsdaten;
h. Analysieren von Inspektionsdaten aus den Extraktionsdaten gemäß eines
vordefinierten Inspektionzwecks durch einen auf dem Datenverarbeitungssystem ausgeführten Algorithmus; und
i. verknüpftes Archivierung von Rohdaten, Extraktionsdaten und Inspektionsdaten
sowie bevorzugt weiterer den Inspektionsabschnitt betreffende Metadaten in einer Datenbankstruktur auf dem Datenverarbeitungssystem.
11. Inspektionsverfahren nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a. Kontrolle, Bewertung und/oder Freigabe von Rohdaten, Extraktionsdaten und/oder Inspektionsergebnissen des vollautomatisierten Inspektionsverfahrens nach Anspruch 10 durch einen menschlichen Benutzer, bevorzugt in einem gegen typische Lebenszeiten und/oder die Zeitspanne bis zur nächsten Nutzung des Fahrzeugs durch Passagiere kurzen Zeitspanne und/oder durch Datenfernübertragung unabhängig vom Inspektionsort des Inspektionssystems; und
b. Freigabe des Fahrzeugs als betriebstauglich durch den menschlichen Benutzer oder Veranlassung und/oder Planung weiterer automatisierter oder durch einen menschlichen Benutzer durchgeführten Inspektionsschritte oder Veranlassen einer Notabschaltung des Fahrzeugs wegen wahrscheinlich mangelnder Betriebstauglichkeit.
12. Inspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 10-11,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a. Bereitstellen eines, insbesondere durch ein Passwort geschütztes, Benutzer- Interface, vorzugsweise Webinterface, zur Bedienung des Inspektionssystems;
b. Konfigurieren der Kameras für eine Inspektion; c. Steuern von Beleuchtung und/oder Warnleuchten;
d. Zurücksetzen von Kameras bei Bedarf, beispielsweise durch einen Spannungsreset; e. Speichern und/oder Archivieren von Aufnahmen, insbesondere allen Aufnahmen der Kameras;
f. Durchführen von Bildverarbeitungsberechnungen;
g. Erzeugen einer Diagnose, insbesondere eines QSI-Befundberichts;
h. Hosten eines Computerprogramms zur Durchführung des Inspektionsverfahrens und/oder
i. Archivieren von Diagnosen.
13. System zur Verkehrsmittelsteuerung
gekennzeichnet durch
ein Hardwaresystem umfassend eine Anzahl von kommunikativ vernetzten
Inspektionssystemen nach einem der Ansprüche 1-9.
14. Verfahren zur Verkehrsmittelsteuerung,
gekennzeichnet durch
die Anwendung eines Systems zur Verkehrsmittelsteuerung nach Anspruch 14 und/oder eines Inspektionsverfahrens nach einem der Ansprüche 10-12.
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