DE19747872C2

DE19747872C2 - System for the measurement of rails, in particular rails for cranes, storage and retrieval machines, wheel blocks

Info

Publication number: DE19747872C2
Application number: DE19747872A
Authority: DE
Inventors: Romuald Pojda
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: GB2330470B; DE19747872A1; IT1302662B1; ITMI982201A1; ITMI982201A0; FR2769976A1; FR2769976B1; GB9822240D0; GB2330470A

Description

Die Erfindung betrifft ein System für die Vermessung von Schienen, insbesondere Laufschienen für Krane, Regalbediengeräte, Laufradblöcke, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.The invention relates to a system for measuring rails, in particular Running rails for cranes, storage and retrieval machines, wheel blocks, according to the generic term of claim 1.

Aus der DD 212 931 ist eine Meßanordnung zum Überwachen von Bahngleisen bekannt, die eine auf dem Gleis angeordnete Sendeeinheit mit einem Laserfluchtungsgerät umfaßt. Hierbei ist der Laserstrahl so ausgerichtet, daß er als raumfeste Meßachse für die Gleisschiene dient. Die Meßanordnung besteht aus einem Meßwagen mit Fahrantrieb, der zwei horizontal angeordnete Laufrollen sowie jeweils zwei Seitenführungsrollen an der rechten und linken Seite aufweist. Zur Erfassung der Lage des Meßwagens in bezug auf die Meßachse ist ein dem Laserstrahl zugewandter Fotosensor vorgesehen, der als Vier-Quadranten-Fotodiode ausgebildet ist. Das bei Auftreffen des Laserstrahls erzeugte elektrische Signal der Fotodiode wird jeweils einer Auswertelektronik zugeführt, die eine vertikale Nachführeinrichtung sowie einen horizontalen Drehmechanismus zur Verschiebung bzw. Verdrehung der Fotodiode ansteuert. Dabei erfolgt die Ansteuerung so, daß die Vier-Quadranten der Fotodiode bezüglich des Laserstrahls jeweils dieselbe Lage einnehmen. Die Lageerfassung ist aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Fotodiode bei einer derartigen Meßanordnung lediglich durch die mechanische Einstellgenauigkeit begrenzt.DD 212 931 is a measuring arrangement for monitoring train tracks known, the one arranged on the track transmitter unit with a Laser alignment device includes. Here, the laser beam is aligned so that it as fixed measuring axis for the track rail. The measuring arrangement consists of a Measuring car with drive, the two horizontally arranged rollers and each has two side guide rollers on the right and left side. To capture the The position of the measuring carriage in relation to the measuring axis is one facing the laser beam Photosensor provided, which is designed as a four-quadrant photodiode. That at Impingement of the laser beam generated electrical signal of the photodiode is one Evaluation electronics supplied, a vertical tracking device and a horizontal rotating mechanism for shifting or rotating the photodiode controls. The control takes place so that the four quadrants of the photodiode assume the same position with respect to the laser beam. The position detection is due to the high sensitivity of the photodiode in such a measuring arrangement only limited by the mechanical setting accuracy.

Der Nachteil diese bekannten Meßanordnung ist die mechanische Nachführung der Fotodiode, da diese die Genauigkeit der Erfassung der Lage der Schiene bestimmt, also insbesondere die Lageänderung der Lauffläche der Schiene. Weiter sind die langen Meßzeiten durch die mechanische Nachstellung der Fotodiode in der Meßebene (X- und Z-Richtung) von Nachteil. The disadvantage of this known measuring arrangement is the mechanical tracking of the Photodiode, since this determines the accuracy of the detection of the position of the rail, in particular the change in position of the running surface of the rail. They are further long measuring times due to the mechanical adjustment of the photodiode in the Measuring plane (X and Z direction) disadvantageous.

Ferner ist aus der EP 0807801 A1 eine Einrichtung zur Untersuchung von Deformationen in Rohren bekannt, wobei bei dem dort eingesetzten Laserfluchtungsgerät statt einer mechanischen Nachführung eines Fotoempfängers der Auftreffpunkt des Laserstrahls in einer Meßfläche mit einer Vielzahl unmittelbar nebeneinander angeordneter Pixel allein auf elektronischem Wege durchgeführt wird wobei auch der Abstand zwischen Sende- und Empfängereinheit einbezogen wird.Furthermore, EP 0807801 A1 describes a device for examining Deformations in pipes are known, the one used there Laser alignment device instead of mechanical tracking of a photo receiver the point of incidence of the laser beam in a measuring surface with a large number immediately juxtaposed pixels is performed electronically alone the distance between the transmitter and receiver unit is also included.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System für die Vermessung von Schienen anzugeben, das bei hoher Anfahrgenauigkeit einzelne Positionen auf der Schiene anfahren kann, um die Lageänderung der Lauffläche der Schiene relativ zum Laserstrahl zu bestimmen, ohne daß hierzu eine Verschiebung des Fotosensors erforderlich ist.The object of the invention is a system for measuring rails to indicate that with high approach accuracy individual positions on the rail can start to change the position of the tread of the rail relative to To determine the laser beam without this causing a shift in the photosensor is required.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 2 bis 23 ist das System für die Vermessung in vorteilhafterweise weiter ausgestaltet.This object is achieved according to the invention by the in claim 1 specified characteristics. Due to the characteristic features of the subclaims 2 to 23, the system for the measurement is advantageously further developed.

Die Erfindung sieht vor, daß der Fotoempfänger eine rechteckige Matrix mit einer Vielzahl unmittelbar nebeneinander angeordneter Pixel (optische Sensorelemente) aufweist, deren elektrische Ausgangssignale einer Auswerteelektronik zugeführt sind, durch welche die Bestimmung des Auftreffpunktes des räumlich lagestabilisierten Laserstrahls in der Meßfläche allein auf elektronischem Wege durch Auswertung der Pixel-Ausgangssignale erfolgt und daß der Fotoempfänger eine optoelektrische Kamera ist, vor der eine lichtdurchlässige Streuscheibe als Meßfläche angeordnet ist, die optisch auf die Matrix der Kamera abgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, für jeden Punkt bezogen auf die Länge der Schiene die Lageänderung der Lauffläche in bezug auf den im Raum fixierten Laserstrahl zu bestimmen. Die Ausbildung des Fotoempfängers als rechteckige Matrix ermöglicht es, die Intensitätsverteilung des Laserstrahls zweidimensional zu messen, was eine exakte Bestimmung des Auftreffpunktes der Hauptstrahlrichtung oder der Laserstrahlachse auf der vorgegebenen Meßfläche ermöglicht. Vorteilhafterweise muß dabei die Meßfläche nicht mehr verschoben werden. Die Einjustage des Nullpunktes (Referenzpunkt) ist nur einmal erforderlich, was die Dauer der Messungen verkürzt und außerdem die Meßgenauigkeit erhöht.The invention provides that the photo receiver has a rectangular matrix with a Large number of pixels arranged directly next to each other (optical sensor elements) has, whose electrical output signals are fed to evaluation electronics, by which the determination of the point of impact of the spatially stabilized Laser beam in the measuring surface only electronically by evaluating the Pixel output signals occur and that the photo receiver is an optoelectric Is a camera, in front of which a translucent lens is arranged as a measuring surface, which is optically mapped onto the matrix of the camera. In this way it is possible for each point related to the length of the rail, the change in position of the tread in relation to the laser beam fixed in the room. Training the Photo receiver as a rectangular matrix enables the intensity distribution of the To measure the laser beam two-dimensionally, which is an exact determination of the Impact point of the main beam direction or the laser beam axis on the predefined measuring area. Advantageously, the measuring surface no longer be postponed. The adjustment of the zero point (reference point) is required only once, which shortens the duration of the measurements and also the Measuring accuracy increased.

Weiter wird vorgeschlagen, daß der Fotoempfänger, der eine CCD-Kamera sein kann. Dies führt zu einem sehr einfach aufzubauenden System für die Vermessung von Schienen.It is further proposed that the photo receiver, which can be a CCD camera. This leads to a very simple system for the measurement of Rails.

Eine genauere Bestimmung des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Meßfläche wird durch eine sogenannte Subpixelauflösung erzielt, und zwar indem der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Streuscheibe durch Anpassung der gemessenen Subpixel-Position des Strahlabbildes der Streuscheibe auf der Matrix bestimmbar ist. Hierzu werden zunächst in einem quadratischen Bereich um das Strahlabbild jede Bildzeile und jede Bildspalte einzeln bewertet und die Ergebnisse anschließend gemittelt. Als Resultat ergibt sich die genaue Position (Subpixel-Position) des Strahles innerhalb des Kamerabildes. Die Differenz zur (eingelernten) Anfangsposition (Referenzpunkt) ist somit ein Maß für die Abweichung des Meßwagens von der Ideallinie.A more precise determination of the point of impact of the laser beam on the measuring surface is achieved by a so-called sub-pixel resolution, namely by the Point of impact of the laser beam on the lens by adjusting the measured sub-pixel position of the beam image of the lens on the matrix is determinable. To do this, first of all in a square area around the Each image line and each column of the image are individually assessed and the results then averaged. The result is the exact position (sub-pixel position) of the beam within the camera image. The difference to (learned) The starting position (reference point) is therefore a measure of the deviation of the Test car from the ideal line.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Anpassung mittels eines Rechenprogramms.The adaptation is expediently carried out by means of a computer program.

In Weiterbildung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Auswerteelektronik einen Mikroprozessor umfaßt, der mit geringem Aufwand die komplizierten Berechnungen und Steuerungsprozesse sicherstellt.In a further development of the invention it is further proposed that the evaluation electronics includes a microprocessor, the complicated with little effort Ensures calculations and control processes.

Um die Lage der Lauffläche der Schiene abstandsabhängig zu erfassen, wird vorgeschlagen, daß der Abstandssensor ein auf der Lauffläche der Schiene abrollendes Reibrad aufweist.In order to record the position of the running surface of the rail depending on the distance suggested that the distance sensor be on the tread of the rail has rolling friction wheel.

Eine hohe Abstandsgenauigkeit wird dadurch erzielt, daß das Reibrad zur Erfassung der Abrollänge mit einem inkrementalen Geber verbunden ist.A high distance accuracy is achieved in that the friction wheel for detection the rolling length is connected to an incremental encoder.

Um die korrekte Ausführung der Vermessung zu kontrollieren, ist mittels des Reibrades der Bewegungszustand der Empfängereinheit erfaßbar. To check the correct execution of the measurement, use the Friction wheels the movement state of the receiver unit can be detected.

Vorteilhafterweise ist die Empfängereinheit fernsteuerbar ausgebildet, so daß auch schwer zugängliche Schienen unter schlechten Sichtverhältnissen und unter ungünstigen Umfeldbedingungen (giftige Gase, Dämpfe, etc.) vermessen werden können.The receiver unit is advantageously designed to be remotely controllable, so that also difficult to access rails under poor visibility and under unfavorable environmental conditions (toxic gases, vapors, etc.) can be measured can.

Die Lagestabilisierung des Lasers erfolgt vorteilhafterweise mittels einer elektronischen Libelle, da mit dieser mit relativ geringem Aufwand eine hohe Lagestabilität erzielbar ist.The position of the laser is advantageously stabilized by means of a electronic dragonfly, because with this a high with relatively little effort Positional stability can be achieved.

Zweckmäßigerweise beträgt die Lagestabilität +/-1 mm Abweichung auf 100 m Schienenlänge.The positional stability is expediently +/- 1 mm deviation over 100 m Track length.

Das exakte Anfahren der Meßpositionen wird ermöglicht, wenn bei einem aus Flansch- und Stegteilen bestehenden Fahrschienenquerschnitt zumindest zwei in Schienenlängsrichtung beabstandete, vertikal drehgelagerte, zur Führung der Empfängereinheit an den beiden Seitenflächen der Schiene kraftbeaufschlagt anliegende Führungsrollen vorgesehen sind und zumindest zwei in Schienenlängsrichtung beabstandete, auf der Lauffläche der Schiene abrollende, horizontal drehgelagerte Laufrollen mit quer zur Schienenlängsrichtung ausgerichteter Drehachse, von denen zumindest eine angetrieben ist.The exact approach to the measuring positions is made possible if a flange and web parts existing at least two in cross section Rail longitudinally spaced, vertically pivoted, for guiding the Power is applied to the receiver unit on both side surfaces of the rail adjacent guide rollers are provided and at least two in Rail longitudinal direction spaced, rolling on the running surface of the rail, horizontally rotatably mounted castors with transversely aligned to the rail longitudinal direction Axis of rotation, at least one of which is driven.

Das System ermöglicht auch die Vermessung stark verschlissener Schienen, wenn die vertikale Höhe der Führungsrollen jeweils einzeln einstellbar ist.The system also enables the measurement of badly worn rails when the vertical height of the guide rollers is individually adjustable.

Die Fahreigenschaften sind besonders gut, wenn in Schienenlängsrichtung gesehen jeweils die vordere Laufrolle hinter den vorderen Führungsrollen angeordnet ist. Die Fahrstabilität verbessert sich, wenn der Abstand der Achse der Laufrolle und der unmittelbar benachbarten Führungsrolle, zwischen dem einfachen bis dreifachen Führungsrollendurchmesser liegt.The driving characteristics are particularly good when viewed in the longitudinal direction of the rail the front roller is arranged behind the front guide rollers. The driving stability improves if the distance between the axis of the roller and the immediately adjacent leadership role, between the simple to triple Guide roller diameter is.

Die Präzision der Verfahrbarkeit der Empfängereinheit läßt sich dadurch verbessern, daß jeweils auf einer Seite der Schiene die Führungsrollen eine feste Drehachse aufweisen und auf der anderen Seite der Schiene kraftbeaufschlagt an der Seitenfläche anliegen.The precision of the mobility of the receiver unit can be improved by that the guide rollers have a fixed axis of rotation on each side of the rail have and on the other side of the rail force applied to the Side face.

Zweckmäßigerweise ist die kraftbeaufschlagte Anlage der Führungsrollen durch eine Federkraft bewirkt.It is expedient for the force-bearing contact of the guide rollers with a Causes spring force.

Damit sich die Führungsrollen besser an geneigte Schienen anpassen können, sind die Führungsrollen in Pendelkugellagern gelagert.So that the guide rollers can better adapt to inclined rails the guide rollers are stored in self-aligning ball bearings.

Um Dehnungsfugen und gebrochene Schienen überfahren zu können, sind die Führungsrollen als Paare jeweils auf einem gemeinsamen, sich in Schienenlängsrichtung erstreckenden Längsträger angeordnet, der gelenkig mit der Empfängereinheit verbunden ist. Gleichzeitig werden dadurch die beim Beschleunigen und Bremsen wirksamen Horizontalkräfte auf mehr Anlagepunkte verteilt, was zu einem stabileren Führungsverhalten führt.In order to be able to drive over expansion joints and broken rails, they are Leadership roles as couples each on a common, in Rail longitudinal direction extending longitudinal beam arranged, the articulated with the Receiver unit is connected. At the same time, it will accelerate and braking effective horizontal forces spread across more contact points, resulting in leads to more stable leadership behavior.

Eine bessere Stabilität gegenüber Querneigungen wird durch eine Zweipunktauflage auf der Schienenoberfläche erreicht, indem in die Laufrollenlauffläche mittig eine radiale Nut eingeformt ist.A two-point support provides better stability against bank slopes achieved on the rail surface by a central in the roller tread radial groove is formed.

Zur Absicherung der Empfängereinheit wird vorgeschlagen, diese mit einem Sicherheitssystem zu versehen.To secure the receiver unit, it is proposed to use a Security system.

Defekte Schienen oder Schienenbereiche, die zu einem Absturz der Empfängereinheit führen können, werden insbesondere dadurch erfaßt, daß das Sicherheitssystem zur Erfassung des Abstands eines Bezugspunktes der Empfängereinheit zur Schiene zumindest einen Abstandssensor aufweist.Defective rails or rail areas that cause the receiver unit to crash can lead, in particular, are recorded in that the security system for Detection of the distance from a reference point of the receiver unit to the rail has at least one distance sensor.

Zur Vermessung von mindestens zwei in einer Ebene liegenden Schienen wird vorgeschlagen, daß der Laserstrahl zerlegt ist in zwei senkrecht zueinander verlaufende horizontale Laserteilstrahlen, und zwar zur Bestimmung der Höhendifferenz der beiden Schienen in bezug auf eine in einer vertikalen Ebene liegenden horizontale Gerade. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Parallelität der beiden Schienen zueinander im Raum mit geringem Aufwand exakt zu vermessen.For measuring at least two rails lying on one level suggested that the laser beam be broken down into two perpendicular to each other horizontal horizontal beams, to determine the Difference in height of the two rails with respect to one in a vertical plane horizontal line. This makes it possible in particular for parallelism of the two rails to each other in the room with little effort measured.

Zweckmäßigerweise liegt der quer zu den beiden Schienen verlaufende Laserteilstrahl in der vertikalen Ebene, d. h. die vertikale Ebene ist durch diesen Laserteilstrahl eindeutig definiert.Advantageously, the one running across the two rails Partial laser beam in the vertical plane, d. H. the vertical plane is through this Partial laser beam clearly defined.

Mit Vorteil besteht eine der Möglichkeiten zur Definition der Bezugsgerade darin, daß die in einer vertikalen Ebene liegende horizontale Gerade durch den quer zu den beiden Schienen verlaufenden Laserteilstrahl gebildet ist.One of the possibilities for defining the reference line is advantageously that the horizontal line lying in a vertical plane through the transverse to the two rails extending laser beam is formed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and will described in more detail below. Show it:

Fig. 1 ein System für die Vermessung von Schienen in einer dreidimensionalen schematischen Darstellung, Fig. 1 shows a system for the measurement of rails in a three-dimensional schematic representation,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine verschlissene Schiene sowie die Lage der Führungsrollen und der Laufrolle in schematischer Darstellung, Fig. 2 shows a cross section through a worn rail and the position of the guide rollers and the roller in a schematic representation;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Empfängereinheit in schematischer Darstellung, Fig. 3 is a plan view of the receiver unit in a schematic representation;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Empfängereinheit gemäß Fig. 3 und Fig. 4 shows a longitudinal section through the receiver unit shown in FIG. 3 and

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Empfängereinheit gemäß Fig. 3 mit Führungsrollenpaaren. Fig. 5 is a plan view of the receiver unit of FIG. 3 with pairs of guide rollers.

Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung des Systems für die Vermessung von Schienen 1, mit einer auf einer Schiene 1 angeordneten Sendeeinheit 2 und eine dazu beabstandete Empfängereinheit 3, die auf derselben Schiene angeordnet ist. Die Sendeeinheit 2 ist mit einem Laser ausgestattet, dessen Laserstrahl 4 in Schienenlängsrichtung ausgerichtet ist. Der Laserstrahl 4 trifft auf eine lichtdurchlässige Streuscheibe 5a der Empfängereinheit 3; die Streuscheibe 5a dient hierbei als vorgegebene Meßfläche 5. Hinter der Streuscheibe 5a ist ein dem Laserstrahl 4 zugewandter, als CCD-Kamera 6a ausgebildeter Fotoempfänger 6 angeordnet. Die CCD-Kamera 6a weist eine rechteckige Matrix 6b mit einer Vielzahl von Pixeln auf, die unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Die Pixel werden durch lichtempfindliche Sensorelemente gebildet. Über eine Abbildungsoptik 6c wird der Lichtfleck des Laserstrahls 4 auf der Streuscheibe 5a auf die Matrix 6b abgebildet, so daß der Auftreffpunkt oder die Ortslage des Laserstrahls 4 in der vertikalen, quer zur Längsrichtung der Schiene 1 ausgerichteten Meßfläche 5 durch die vom auftreffenden Laserstrahl 4 bewirkten elektrischen Ausgangssignale der einzelnen Pixel allein auf elektronischem Wege bestimmbar ist. Alle elektrischen und mechanischen Baugruppen der Empfängereinheit 3 sind auf einer massiven Grundplatte 3a angeordnet. Fig. 1 shows a three-dimensional schematic representation of the system for the measurement of rails 1, having disposed on a rail 1 transmission unit 2 and spaced apart therefrom a receiver unit 3 which is disposed on the same rail. The transmitter unit 2 is equipped with a laser, the laser beam 4 of which is aligned in the longitudinal direction of the rail. The laser beam 4 strikes a translucent lens 5 a of the receiver unit 3 ; the lens 5 a serves as a predetermined measuring surface 5 . Behind the lens 5 a, the laser beam 4 facing, designed as a CCD camera 6 a photo receiver 6 is arranged. The CCD camera 6 a has a rectangular matrix 6 b with a plurality of pixels which are arranged directly next to one another. The pixels are formed by light-sensitive sensor elements. About an imaging optics 6 c, the light spot of the laser beam 4 is imaged on the lens 5 a on the matrix 6 b, so that the point of impact or the location of the laser beam 4 in the vertical, transverse to the longitudinal direction of the rail 1 aligned measuring surface 5 by the incident Laser beam 4 caused electrical output signals of the individual pixels can be determined electronically alone. All electrical and mechanical assemblies of the receiver unit 3 are arranged on a solid base plate 3 a.

Zur Verbesserung der Empfindlichkeit ist ein schmalbandiges Interferenzfilter in den Strahlengang der CCD-Kamera 6a eingesetzt. Das Abbild des Laserstrahles 4 zeichnet sich hierbei mit hohem Kontrast im Videobild der CCD-Kamera 6a ab.To improve the sensitivity, a narrow-band interference filter is inserted into the beam path of the CCD camera 6 a. The image of the laser beam 4 stands out with high contrast in the video image of the CCD camera 6 a.

Die Vermessung der Schiene 1 erfolgt, indem die mit zwei antreibbaren Laufrollen 7 versehene Empfängereinheit 3 in Schienenlängsrichtung verfahren wird und der Auftreffpunkt des Laserstrahls 4 jeweils erfaßt wird, der sich auf der Meßfläche 5 bei Lageänderung der Lauffläche 8 der Schiene verschiebt. Da der Fotoempfängers 6 fest auf der Grundplatte 3a montiert ist, ist die Lage des Strahles 4 relativ zu einer am Anfang der Schiene 1 eingelernten Position ein genaues Abbild der Abweichung der Schiene 1 in horizontaler und vertikaler Richtung an der jeweiligen Meßposition.The rail 1 is measured by moving the receiver unit 3 , which is provided with two drivable castors 7 , in the longitudinal direction of the rail and detecting the point of incidence of the laser beam 4 , which shifts on the measuring surface 5 when the running surface 8 of the rail changes in position. Since the photoreceptor is fixedly mounted on the base plate 3 a 6, the position of the beam 4 relative to a learned at the beginning of the rail 1 position an exact image of the deviation of the rail 1 in the horizontal and vertical directions at the respective measurement position.

Zur genaueren Auswertung der Strahlabbildung auf der Matrix 6b wird ein Verfahren der Subpixelauflösung genutzt. Dabei werden in einem quadratischen Bereich um das Strahlabbild jede Bildzeile und jede Bildspalte einzeln bewertet und die Ergebnisse gemittelt. Als Resultat ergibt sich die "subpixelgenaue" Position des Strahlabbildes innerhalb der Matrix 6b, die der Ortslage des Laserstrahls 4 in der vertikalen quer zur Längsrichtung der Schiene 1 ausgerichteten Meßfläche 5 entspricht bzw. umgerechnet werden kann, und zwar aufgrund des vorhandenen linearen Zusammenhangs zwischen Gegenstand und Bild. Der Auftreffpunkt des Laserstrahls 4 auf der Streuscheibe 5a ist durch Anpassung der gemessenen Subpixel-Position des Strahlabbildes der Streuscheibe 5a auf der Matrix 6b hochgenau bestimmbar.A method of sub-pixel resolution is used for more precise evaluation of the beam image on the matrix 6 b. Each image line and each image column is individually evaluated in a square area around the beam image and the results are averaged. The result is the "sub-pixel-precise" position of the beam image within the matrix 6 b, which corresponds to the location of the laser beam 4 in the vertical measuring surface 5 oriented transversely to the longitudinal direction of the rail 1 , or can be converted, due to the linear relationship between Object and picture. The point of incidence of the laser beam 4 on the lens 5 a can be determined very precisely by adapting the measured sub-pixel position of the beam image of the lens 5 a on the matrix 6 b.

Die Differenz zur Anfangsposition ist ein Maß für die Abweichung des Meßwagens der Empfängereinheit 3 von der Ideallinie.The difference from the starting position is a measure of the deviation of the measuring carriage of the receiver unit 3 from the ideal line.

Unter Lageänderung wird hierbei die Änderung der Lage des höchsten horizontalen Punktes der Lauffläche 8 der Schiene verstanden. Wie Fig. 2 (und Fig. 3) erkennen läßt, sind die horizontal drehgelagerten Laufrollen 7 als Zylinder ausgebildet, wodurch sichergestellt ist, daß die Empfängereinheit 3 über ihre beiden Laufrollen 7 an zwei beabstandeten Meßstellen jeweils an den höchsten horizontalen Auflagepunkten 9 der Lauffläche 8 der Schiene 1 aufliegt. Somit ergibt sich in Abhängigkeit von dem Verlauf der Lauffläche 8 längs der Schiene 1 eine Anhebung oder Absenkung der Empfängereinheit 3 und folglich der Meßfläche 5. Der Laserstrahl 4 ist räumlich lagestabilisiert, d. h. er behält seine Lage im Raum mit hoher Genauigkeit bei und stellt somit die Referenzlinie des Systems dar. Die Lagestabilisierung des Laserstrahls 4 erfolgt elektronisch, vorzugsweise mittels einer "elektronischen Libelle"; sie beträgt im Ausführungsbeispiel +/- 1 mm Abweichung auf 100 m Länge des Laserstahls 4.Change of position is understood here to mean the change in the position of the highest horizontal point of the running surface 8 of the rail. As can be seen in FIG. 2 (and FIG. 3), the horizontally rotatably mounted rollers 7 are designed as cylinders, which ensures that the receiver unit 3 via its two rollers 7 at two spaced measuring points each at the highest horizontal support points 9 of the tread 8 the rail 1 rests. Depending on the course of the running surface 8 along the rail 1, this results in an increase or decrease in the receiver unit 3 and consequently the measuring surface 5 . The laser beam 4 is spatially stabilized, ie it maintains its position in space with high accuracy and thus represents the reference line of the system. The position stabilization of the laser beam 4 is carried out electronically, preferably by means of an "electronic level"; in the exemplary embodiment it is +/- 1 mm deviation over 100 m length of the laser steel 4 .

Die Meßfläche 5 ist mit einer Auswertelektronik 10 verbunden, die einen Mikroprozessor umfaßt und mittels Rechenprogrammen steuerbar ist. Die Auswertelektronik 10 liest die von der CCD-Kamera erfaßte Position des Strahlabbildes ortsabhängig aus und ermittelt auf diese Weise die exakte Lage des Laserstrahls 4 auf der Meßfläche 5. Zur Bestimmung des Auftreffpunktes der Hauptstrahlrichtung des Laserstrahls 4 verfügt die Auswertelektronik 10 über ein spezielles Rechenprogramm, das in einem quadratischen Bereich um das Strahlabbild jede Zeile und Spalte einzeln bewertet und die Ergebnisse mittelt (0,2 mm pro Pixel). Um hierbei eine hinreichende Linearität zu erzielen und eine Erhöhung der Meßgenauigkeit zu erreichen, muß eine Meßkamera mit hinsichtlich ihrer Form quadratischen Pixeln eingesetzt werden.The measuring surface 5 is connected to an evaluation electronics 10 , which comprises a microprocessor and can be controlled by means of computer programs. The electronic evaluation unit 10 reads out the position of the beam image captured by the CCD camera and determines the exact position of the laser beam 4 on the measuring surface 5 in this way. To determine the point of incidence of the main beam direction of the laser beam 4 , the evaluation electronics 10 has a special computer program that evaluates each row and column individually in a square area around the beam image and averages the results (0.2 mm per pixel). In order to achieve a sufficient linearity and to increase the measuring accuracy, a measuring camera with square-shaped pixels must be used.

Zur Bestimmung des Abstandes zwischen Sendeeinheit 2 und Empfängereinheit 3 ist die Empfängereinheit 3 mit einem Abstandssensor 11 versehen. Der Abstandssensor Zur Bestimmung des Abstandes zwischen Sendeeinheit 2 und Empfängereinheit 3 ist die Empfängereinheit 3 mit einem Abstandssensor 11 versehen. Der Abstandssensor 11 besteht aus einem Reibrad 12, das auf der Lauffläche 8 der Schiene 1 abrollt und zur Erfassung der Abrollänge mit einem an die der Auswertelektronik 10 angeschlossenen inkrementalen Geber verbunden ist. Auf diese Art und Weise ist der Abstand und/oder die Abstandsänderung zwischen Empfängereinheit 3 und Sendeeinheit 2 mit hoher Genauigkeit erfaßbar. Ferner dient das Reibrad 12 auch dazu, den Bewegungszustand der Empfängereinheit 3 mittels der Auswertelektronik 10 zu erfassen und den Antriebsmotor 13 der Empfängereinheit in Notfällen auszuschalten. Fig. 3 zeigt, daß der Antriebsmotor 13 über Zahnriemen 14 und Umlenkrollen 15 die Laufrollen 7 synchron antreibt.To determine the distance between the transmitter unit 2 and the receiver unit 3 , the receiver unit 3 is provided with a distance sensor 11 . The distance sensor To determine the distance between the transmitter unit 2 and the receiver unit 3 , the receiver unit 3 is provided with a distance sensor 11 . The distance sensor 11 consists of a friction wheel 12 which rolls on the running surface 8 of the rail 1 and is connected to an incremental encoder connected to the evaluation electronics 10 in order to detect the rolling length. In this way, the distance and / or the change in distance between receiver unit 3 and transmitter unit 2 can be detected with high accuracy. Furthermore, the friction wheel 12 also serves to detect the state of movement of the receiver unit 3 by means of the evaluation electronics 10 and to switch off the drive motor 13 of the receiver unit in emergencies. Fig. 3 shows that the drive motor 13 drives the rollers 7 synchronously via toothed belts 14 and pulleys 15 .

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen zwei in Schienenlängsrichtung beabstandete, auf der Lauffläche der Schiene 1 abrollende Laufrollen 7 mit quer zur Schienenlängsrichtung horizontal ausgerichteter Drehachse und zur Führung der Empfängereinheit 3 auf jeder Seite der Schiene an den Seitenflächen 16 der Schiene 1 kraftbeaufschlagt anliegende Führungsrollen 17, die vertikal drehgelagert sind. Zur besseren Anpassung an den jeweiligen Schienenquerschnitt ist die vertikale Höhe der Führungsrollen 17 jeweils einzeln einstellbar. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Laufrollen 7 zwischen den Führungsrollen 17 angeordnet. Der Abstand der Achsen der Laufrollen 7 und der unmittelbar benachbarten Führungsrollen 17, 18 legt zweckmäßigerweise zwischen dem einfachen bis dreifachen Durchmesser der Führungsrollen 17, 18. Figs. 2, 3 and 4 show two in rail longitudinally spaced, rolling on the running surface of the rail 1, rollers 7 with a transverse force applied to the rail longitudinal direction horizontally oriented axis of rotation and for guidance of the receiver unit 3 on each side of the rail on the side surfaces 16 of the rail 1 applied Guide rollers 17 which are rotatably supported vertically. For better adaptation to the respective rail cross section, the vertical height of the guide rollers 17 is individually adjustable. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the rollers 7 are arranged between the guide rollers 17. The distance between the axes of the rollers 7 and the immediately adjacent guide rollers 17 , 18 expediently lies between the single to triple the diameter of the guide rollers 17 , 18 .

Die Führungsrollen 17, 18 weisen auf einer Seite der Schiene eine feste Drehachse auf und liegen auf der anderen Seite der Schiene 1 kraftbeaufschlagt an der Seitenfläche 16 an, was durch eine Federkraft bewirkt wird. Die Lagerung der Führungsrollen 17, 18 erfolgt in Pendelkugellagern.The guide rollers 17 , 18 have a fixed axis of rotation on one side of the rail and lie on the other side of the rail 1 with force applied to the side surface 16 , which is brought about by a spring force. The guide rollers 17 , 18 are supported in self-aligning ball bearings.

Eine alternative Ausführungsform zeigt die Fig. 5, wo die Führungsrollen als Paare 17a, 18a jeweils auf einem gemeinsamen, sich in Schienenlängsrichtung erstreckenden, an der Grundplatte 3a befestigten Längsträger angeordnet sind. Auch die Führungsrollenpaare 17a, 18a weisen auf einer Seite der Schiene jeweils feste vertikale Drehachsen auf und liegen auf der anderen Seite der Schiene 1 durch eine Federkraft kraftbeaufschlagt an der zugehörigen Seitenfläche 16 an.An alternative embodiment is shown in FIG. 5, where the guide rollers are arranged as pairs 17 a, 18 a on a common longitudinal member extending in the longitudinal direction of the rail and fastened to the base plate 3 a. The pairs of guide rollers 17 a, 18 a each have fixed vertical axes of rotation on one side of the rail and lie on the other side of the rail 1 by a spring force against the associated side surface 16 .

Die Laufrollenlauffläche 19 weist, wie die Fig. 5 zeigt, alternativ etwa in der Mitte der Laufrolle 7 eine radiale Nut 20 auf, was eine stabilere Zweipunktauflage gewährleistet.As shown in FIG. 5, the roller running surface 19 alternatively has a radial groove 20 approximately in the middle of the roller 7 , which ensures a more stable two-point support.

Die Empfängereinheit 3 ist zur Verhinderung von Abstürzen des Systems bei stark verschlissenen Schienen mit einem Sicherheitssystem versehen, welches in die Auswerteelektronik 10 integriert ist. Das Sicherheitssystem umfaßt einen zusätzlichen horizontalen Abstandssensor, der den Abstand eines Bezugspunktes der Empfängereinheit 3 von der Lauffläche 8 der Schiene 1 erfaßt und bei Überschreiten eines Grenzwertes den Antriebsmotor 13 abschaltet.The receiver unit 3 is provided with a safety system, which is integrated in the evaluation electronics 10 , to prevent the system from falling in the case of heavily worn rails. The safety system includes an additional horizontal distance sensor which detects the distance between a reference point of the receiver unit 3 and the running surface 8 of the rail 1 and switches off the drive motor 13 when a limit value is exceeded.

Zur Vermessung von zwei nebeneinander näherungsweise in einer Ebene liegenden Schienen wird der Laserstrahl 4 in zwei senkrecht zueinander verlaufende horizontale Laserteilstrahlen (4a, 4b) zerlegt, die zur Bestimmung der Höhendifferenz der beiden Schienen 1 herangezogen wird. Dies erfolgt in bezug auf eine horizontale Gerade, die in einer vertikalen Ebene liegt, die durch den quer zu den beiden Schienen 1 verlaufenden Laserteilstrahl (4b) definiert ist.To measure two rails lying next to one another approximately in one plane, the laser beam 4 is broken down into two horizontal laser partial beams ( 4 a, 4 b) running perpendicular to one another, which are used to determine the height difference of the two rails 1 . This is done with respect to a horizontal straight line, which lies in a vertical plane that is defined by the direction transverse to the two rails 1 Laser beam part (4 b).

Reference list

11

Schiene
rail

22nd

Sendeeinheit
Transmitter unit

33rd

Empfängereinheit
Receiver unit

33rd

aGrundplatte
a base plate

44th

Laserstrahl
laser beam

55

Meßfläche
Measuring surface

55

aStreuscheibe
aSpreading disc

66

Fotoempfänger
Photo receiver

66

aCCD-Kamera
aCCD camera

66

brechteckige Matrix
rectangular matrix

66

cAbbildungsoptik
cImage optics

77

Laufrollen
Casters

88th

Lauffläche
Tread

99

Auflagepunkt
Contact point

1010th

Auswerteelektronik
Evaluation electronics

1111

Abstandssensor
Distance sensor

1212th

Reibrad
Friction wheel

1313

Antriebsmotor
Drive motor

1414

Zahnriemen
Timing belt

1515

Umlenkrolle
Pulley

1616

Seitenfläche
Side surface

1717th

, ,

1818th

Führungsolle
Leadership role

1717th

a, a,

1818th

aFührungsrollenpaar
a pair of guide rollers

1919th

Laufrollenfläche
Track surface

2020th

Nut
Groove

Claims

1. System for the measurement of rails, in particular rails for cranes, storage and retrieval machines, wheel blocks, with a transmitter unit arranged on the rail, which comprises a laser with at least one laser beam running in the longitudinal direction of the rail, and with a drivable receiver unit, which is mounted on the same rail in the longitudinal direction of the rail is movable and has at least one photo receiver facing the laser beam, which generates an electrical output signal caused by the incident laser beam, on the basis of which the position of the laser beam can be determined in a vertical measuring surface oriented transversely to the longitudinal direction of the rail, with a distance sensor for detecting the change in distance between the transmitter unit and the receiver unit is provided, characterized in that
that the photo receiver ( 6 ) has a rectangular matrix ( 5 b) with a large number of pixels (optical sensor elements) arranged directly next to one another, the electrical output signals of which are fed to evaluation electronics ( 10 ) by means of which the point of impingement of the spatially stabilized laser beam ( 4 ) is determined in the measuring surface ( 5 ) takes place electronically solely by evaluating the pixel output signals
and in that the photodetector (6) is an opto-electronic camera (6 a), in front of a light transmissive diffusion plate (5 a) arranged as a measuring surface (5) optically to the matrix (6 b) is shown the camera (6 a) .

2. System according to claim 1, characterized, that the camera is a CCD camera.

3. System according to one of claims 1 or 2, characterized in that the point of incidence of the laser beam ( 4 ) on the lens ( 5 a) by adjusting the measured sub-pixel position of the beam image of the lens ( 5 a) on the matrix ( 6 b ) can be determined.

4. System according to claim 3, characterized, that the adaptation takes place by means of a computer program.

5. System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation electronics ( 10 ) comprises a microprocessor:

6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distance sensor ( 11 ) has a friction wheel ( 12 ) rolling on the running surface ( 8 ) of the rail ( 1 ).

7. System according to claim 6, characterized in that the friction wheel ( 12 ) for detecting the rolling length is connected to an incremental encoder.

8. System according to claim 6, characterized in that the movement state of the receiver unit ( 3 ) can be detected by means of the friction wheel ( 12 ).

9. System according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the receiver unit ( 3 ) is remotely controllable.

10. System according to one of claims 1 to 9, characterized in that the position stabilization of the laser beam ( 4 ) is carried out by means of an electronic level.

11. System according to claim 10, characterized, that the positional stability is +/- 1 mm deviation over 100 m rail length.

12. System according to one of claims 1 to 11, characterized in that
that in the case of a rail cross section consisting of flange and web parts, at least two vertically rotatably mounted guide rollers ( 17 , 18 ) which are pressurized to guide the receiver unit ( 3 ) are provided on the two side surfaces ( 16 ) of the rail ( 1 ) and
at least two horizontally rotatably mounted rollers ( 7 ), spaced in the longitudinal direction of the rail and rolling on the running surface ( 8 ) of the rail ( 1 ), with axes of rotation oriented transversely to the longitudinal direction of the rail, at least one of which is driven to drive the receiver unit ( 3 ).

13. System according to claim 12, characterized in that the vertical height of the guide rollers ( 17 , 18 ) is individually adjustable.

14. System according to one of claims 12 or 13, characterized in that viewed in the longitudinal direction of the rails, the front roller ( 7 ) is arranged behind the front guide rollers ( 17 , 18 ).

15. System according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the distance between the axes of the roller ( 7 ) and the immediately adjacent guide roller ( 17 , 18 ) is between one to three times the guide roller diameter.

16. System according to any one of claims 12 to 15, characterized in that in each case on one side of the rail ( 1 ), the guide rollers ( 17 , 18 ) have a fixed axis of rotation and on the other side of the rail ( 1 ) is subjected to force on the side surface ( 16 ).

17. System according to claim 16, characterized in that the contact of the guide rollers ( 17 , 18 ) is effected by a spring force.

18. System according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the guide rollers ( 17 , 18 ) are mounted in self-aligning ball bearings.

19. System according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the guide rollers ( 17 , 18 ) as pairs ( 17 a, 18 a) are each arranged on a common longitudinal beam extending in the longitudinal direction of the rail, which on the receiver unit ( 3rd ) is arranged.

20. System according to one of claims 12 to 19, characterized in that a radial groove ( 20 ) is formed in the center of the roller tread ( 19 ).

21. System according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the receiver unit ( 3 ) is provided with a safety system to prevent the system from crashing when the rails are badly worn.

22. System according to claim 21, characterized in that the security system for detecting the distance of a reference point of the receiver unit ( 3 ) to the rail ( 1 ) has at least one distance sensor.

23. System according to one of claims 1 to 22, characterized in that for the measurement of at least two rails lying in one plane, the laser beam ( 4 ) is broken down into two mutually perpendicular, horizontal laser partial beams ( 4 a, 4 b) for determination the difference in height of the two rails ( 1 ).