DE2063541B2

DE2063541B2 - Elektrooptische Meßvorrichtung zur Vermessung des Trassenverlaufs und des Profilverlaufs einer Gleisstrecke

Info

Publication number: DE2063541B2
Application number: DE2063541A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Matisa Materiel Industriel SA
Current assignee: Matisa Materiel Industriel SA
Priority date: 1969-12-26
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1974-01-24
Also published as: GB1335993A; DE2063541A1; FR2074227A5; US3751169A; AR193809A1; DE2063541C3; CA926111A; AT312025B; ZA708351B; CH510171A

Description

Meßeinheiten (2, 3) besteht, deren optische Ach-

sen mit einer gemeinsamen Längsachse (X, X')
zusammenfallen und die symmetrisch zu einem

Punkt auf der Längsachse (XX') liegen, der mit 25 Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Meßdem Streckenpunkt (P) zur Deckung gebracht vorrichtung zur Vermessung des Trassenverlaufs und wird, und daß das Winkelmeßgerät Bauteile auf- des Profilverlaufs einer Gleisstrecke bei der Nachweist, die als Funktion des bekannten und kon- prüfung und/oder der Nachbesserung, die die Lage stanten Abstands der Gleispunkte (N₁, N₀) das eines Streckenpunktes P gegenüber einer geometri-Abweichungsmeßsignal für den Streckenpunkt 30 sehen Bezugslinie, die durch mindestens zwei weitere (P) gegenüber der geometrischen Bezugslinie beiderseits des vom PunktP auf die Linie gefällten durch gleichzeitigen Vergleich der Meßsignale für Lotes liegende jeweils durch Punktlichtquellen gebildie Winkel (N₁PX, N₀PX') zwischen den Licht- dete PunkteN₁, N₂ des Gleises bekannten und konstrahlen (N₁P, N₂P) von den vor und hinter dem stanten Abstands definiert ist, mißt und als Abwei-Streckenpunkt (P) an den Gleispunkten (N₁, N₂) 35 chungssignale darstellt und deren Abweichungssignal angeordneten Punktlichtquellen und der gemein- der Nachprüfung und/oder Steuerung der Gleisverlasamen Längsachse (X, X') der beiden Meßeinhei- gerung am Streckenpunkt P auf die geometrische Beten (2, 3) erzeugen. zugslinie bei der Nachbesserung dient.

2. Meß vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Es sind verschiedene Meß vorrichtungen bekannt, jede Meßeinheit das Abbild der beobachteten 40 mit denen die Abstände eines Punktes einer Gleis-Punktlichtquelle einer gleichförmigen Bewegung strecke von deren theoretischem Verlauf mit Hilfe längs einer kreisförmigen Bahn konzentrisch zur von sogenannten Bezugsbasen bestimmt werden kön-Achse des von der Punktlichtquelle ausgehenden nen, die sich auf dem Gleis abstützen und die ge-Lichtstrahls ausführt, wobei die Exzentrizität die- wünschte Trasse nachbilden.

ser kreisförmigen Bahn hinsichtlich der optischen 45 Es sind zwei Haupttypen zu unterscheiden. Bei Achse des Geräts, die ein Maß für den Winkel dem einen Typ werden mit Hilfe sogenannter absoluzwischen der optischen Achse und der Achse des ter Bezugsbasen nacheinander die Lagen eines beLichtstrahls darstellt, durch die Zeitdifferenz ge- weglichen, die Gleisstrecke durchfahrenen Punktes messen wird, welche das Abbild zum Durchlauf hinsichtlich einer festen Bezugslinie bestimmt, die der beiden durch wenigstens eine Durchmesserli- 50 durch mindestens zwei ausgewählte Festpunkte der nie eines senkrecht und zentrisch zur optischen Gleisstrecke definiert ist. Statt dessen läßt sich auch Achse angeordneten, in der Bildebene befindli- eine Bezugsebene verwenden, die durch einen ausgechen Empfangsbildschirms begrenzten Bögen be- wählten Festpunkt der Gleisstrecke geht,
nötigt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meß- Bei dem anderen Typ werden mit Hilfe sogenanneinheit(2, 3) auf der gemeinsamen Längsachse 55 ter relativer Bezugsbasen nacheinander die Lagen (X, X') ausgerichtet einen umlaufenden Objektiv- eines die Gleisstrecke durchfahrenden Punktes hinträger (7), eine fiststehende Schlitzblenden- sichtlich einer beweglichen Bezugslinie bestimmt, die scheibe (8) mit zwei sich senkrecht kreuzenden durch eine ausreichende Zahl von in konstanten Ab-Blendenschlitzen (12 bis 15) und einen Empfän- ständen voneinander gehaltenen Punkten definiert ist ger (9) auf der Längsachse (XX') mit lichtemp- 60 und längs der Gleisstrecke verschiebbar ist.
findlichen Zellen (12 α bis 15 a) hinter jedem Der erste Typ wird vor allem zur Vermessung von Blendenschlitz, sowie Verstärkerschaltungen und Eisenbahnstrecken bei Neuanlagen benutzt. Die Impulsformungsschaltungen aufweist und daß die Meßvorrichtung muß sorgfältig gehandhabt werden Objektivträger (7) beider Meßeinheiten (2, 3) von und die Meßgenauigkeit kann durch die kleinste Vereinem gemeinsamen, zwischen ihnen angeordne- 65 änderung der Ausrichtung der an den festen Meßten Motor (5) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit punkten angeordnteen Meßorgane beeinflußt werangetrieben werden. den, insbesondere wenn der bewegliche Meßpunkt

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, mit sich außerhalb der Bezugspunkte befindet.

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Der zweite Typ wird insbesondere für das Richten Bei allen Ausführungen der Meßvorrichtung ist von Gleisen bei Unterhaltungsarbeiten und für die man unabhängig von kleinen Achsschwankungen bei Nachprüfung der geometrischen Eigenschaften des der Messung, da sie durch das gleichzeitige Wegblik-Gleises verwendet. Die hierbei verwendeten Meßvor- ken in um 180° zueinander versetzten Richtungen richtungen sind im allgemeinen kompliziert aufge- 5 solche Achsschwankungen kompensiert Die Achbaut, umfangreich und gestatten insbesondere nicht se XX' kann also bei der Messung ihrer Raumneiunter allen Umständen die Bestimmung der Lage des gung, lediglich durch den möglichen Einfallswinkel Meßpunktes im Raum, d. h. gleichzeitig in zwei Ebe- der Lichtstrahlen bzw. den Objektivöffnungswinkel nen, nämlich der Vertikalcbene für das Gleisprofil begrenzt, ändern. Dieses Merkmal ist für Meßvor- und der Horizontalebene für den Trassenverlauf. io richtungen für die Gleiswartung bedeutungsvoll, weil

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die es praktisch nicht möglich ist, insbesondere wenn die

Meßvorrichtung der eingangs genannten Art dahin- Meßvorrichtung zur Steuerung von Gleishebe- und

gehend weiter zu entwickeln, daß es sowohl für die Gleisrichteinrichtungen dient, sie ständig genau fest-

Profilmes«.ung als auch für die Trassenmessung zuhalten. Gerade bei Arbeiten in Übergangsbögen

gleichermaßen brauchbar ist und allen von mögli- 15 und -kurven ändert sich die Längsachse der Meßein-

chen Orientierungsschwankungen herrührenden Stör- richtung ständig gegenüber der durch die wenig-

einflüssen entzogen ist. stens zwei Punktüchtquellen gebildeten Bezugs-

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ge- geraden,

kennzeichnete Meßvorrichtung gelöst. Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Aus-

Da die Bezugsachse der Meßvorrichtung stets den ao führungsbeispiels näher erläutert, hierin ist

PunktP enthält und die Winkel im PunktP hinsieht- Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfin-

lich dieser Achse nach zwei Richtungen gemessen dungsgemäßen Meßvorrichtung,

werden, läßt sich leicht einsehen, daß die Orientie- Fig.2 bis 5 Darstellungen zur Erläuterung eines

rung des Meßgeräts in den Grenzen seiner Beleuch- Meßvorgangs,

tung durch die Punktlichtquellen keine Störeinflüsse 25 F i g. 6 eine schematische Darstellung des Meßbewirkt. Mit Hilfe der von der Meßvorrichtung gelie- prinzips bei Verwendung von mindestens drei Punktierten Winkelmeßwerte und der bekannten Abstände lichtquellen, von denen sich zwei auf der gleichen der verschiedenen Bezugspunkte N lassen sich in be- Seite der Meßvorrichtung befinden,
kannter Weise die Entfernung zwischen dem Meß- Die in F i g. 1 dargestellte Meßvorrichtung 1 bepunktP und der durch die Bezugspunkte N definier- 30 steht aus zwei identischen Meßeinheiten 2 und 3, deten geometrischen Linie (vorzugsweise der Gleis- ren wesentliche Elemente auf einer gemeinsamen strecke) bestimmen. Längsachse X-X', welche die Bezugsachse darstellt,

Es ist zwar aus der französischen Patentschrift streng ausgerichtet sind. Die beiden Meßeinheiten 2 1 527 072 ein Winkelmcßgerät bekannt, mit welchem und 3 sind durch eine mittlere Kammer 4 getrennt, in mehrere Sterne am Himmel gleichzeitig beobachtet 35 der sich ein Motor 5 zum Synchronantrieb der um- und der Winkel zwischen den in das Gerät einfallen- laufenden Elemente der beiden Meßeinheiten 2 und 3 den Lichcstrahlen und der Längsachse des Geräts be- befinden. Jede der beiden Meßeinheiten 2 und 3 entstimmt und daraus auf die Lage des Winkelmeßge- hält, ausgehend vom freien Ende, drei auf die geräts geschlossen werden. Es ist jedoch erforderlich, meinsame Längsachse X-X' zentrierte Teile, nämlich daß sich alle Sterne auf der gleichen Seite der Meß- 40 einen umlaufenden Objektivträger 7, eine feststevorrichtung befinden, weshalb es sich nicht zur An- hende Schiitzblendenscheibe 8 und einen feststehenwendung im Rahmen der Gleiswartung und -über- den Empfänger 9 mit lichtempfindlichen Elementen, prüfung eignet. Bei der erfindungsgemäßen Meßvor- Der umlaufende Objektivträger 7, dei sich in einer richtung sollen die Punktlichtquellen zu beiden Sei- zur Längsachse X-X' senkrechten Ebene befindet, entten vorhanden sein, also der Lichteinfall auf die bei- 45 hält zwei Konvexlinsen 10 und 12, die symmetrisch den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der zur Achse X-X' einander diametral gegenüber an-Meßvorrichtung erfolgen. Dadurch ist es möglich, geordnet sind. Diese beiden Linsen sind polarisiert nicht nur mit hoher Genauigkeit die Lage des auf der und derart orientiert, daß ihre Polarisationsachsen gemeinsamen Längsachse liegenden Meß- oder senkrecht zueinander stehen. Die Polarisationsachse Streckenpunktes bezüglich der zu beiden Seiten der 50 der Linse 10 ist ihrerseits entweder parallel zu einem Meßvorrichtung hegenden Punktlichtquellen zu be- Durchmesser des Linsenträgers oder in einer verbesstimmen, sondern auch mit hohem Auflösungsver- serten Konstruktion um 45° gegen diesen Durchmögen die Lage des Meßgeräts zu finden, in der der messer geneigt, wie weiter unten erläutert wird.
Streckenpunkt P auf der geometrischen Längsachse Die zur Längsachse X-X' senkrecht stehende des Meßgeräts gleichzeitig auf der Verbindungs- 55 Schiitzblendenscheibe 8 befindet sich ungefähr in der linie zwischen den beiden Punktlichtquellen N₁, N₂ Brennebene der Linsen des Objektivträgers 7. In die^uegt· ser feststehenden Schiitzblendenscheibe sind viele

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der neuen Meß- kreuzförmig angeordnete Blendenschlitze 12 bis 15

vorrichtung ergibt sich aus Anspruch 2. vorgesehen, deren zueinander senkrechte Achsen

Für die Bestimmung der Lage eines Streckenpunk- 60 sich also in der Längsachse XX' schneiden und die

tes P in zwei Koordinatenrichtungen eignet sich ins- zwischen sich vier undurchsichtige Sektoren begren-

besondere die Meßvorrichtung gemäß Anspruch 3. zen.

Es ist zweckmäßig, auf einer Seite der Meßvorrich- Der feststehende Empfänger 9 ist auf seiner der tung zwei Punktlichtquellen auf dem Gleis vorzuse- Schiitzblendenscheibe 8 zugekehrten Seite mit vier hen. Durch die Verwendung von kreuzweise polari- 65 lichtempfindlichen Zellen 12a bis 15a (z.B. Solarsierten Punktlichtquellen und Abbildungslinsen ist zellen) ausgerüstet, die je hinter einem Blendeneine Unterscheidung über den Meßwählschalter mög- schlitz 12 bis 15 der Schiitzblendenscheibe 8 liegen, lieh. Auf der Rückseite des Empfängers 9 befinden sich

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die zur Verstärkung und Kombination der empfange- falls die Meßvorrichtung noch von den Lichtstrahlen

nen Signale erforderlichen elektronischen Bauteile getroffen wird.

bekannter Art (nicht dargestellt). Durch eine entsprechende Überlegung läßt sich

Die beiden Objektivträger 7 sind an einer Welle 16 zeigen, daß jede Abweichung des Punktes P von der befestigt, deren Drehachse mit der Längsachse XX' 5 geraden Linie N₁N₂ (F i g. 4) durch den gleichen Difder Meßvorrichtung zusammenfällt. Die Welle 16 ferenzwert der Winkel N₁PX und N₂PX ' definiert geht frei durch die Schlitzblendenscheibe 8 und den werden kann, unabhängig von der Lage der Ach-Empfänger 9 der beiden Meßeinheiten 2 und 3 hin- se XX' der Meßvorrichtung hinsichtlich der geraden

durch und endet am Motor 5 in der mittleren Kam- LmIeN₁TV₂.

mer4, durch den die Welle in Umdrehung versetzt io Mit den kreuzförmig angeordneten Blendenschlit-

wird. zen 12 bis 15 und den vier dahinter befindlichen

Die Schlitzblendenscheibe 8 trägt außerdem auf Meßzellen läßt sich so die Lage des Punktes P im

einem ihrer Sektoren einen Drehzahlmeßwähler 17, Raum hinsichtlich der durch die beiden Lichtquel-

bestehend aus einer feststehenden Induktionsspule len N₁ und N₂ definierten Geraden in den beiden

und einem am umlaufenden Objektivträger 7 befe- 15 zueinander senkrechten Ebenen, durch die die Blen-

stigten Magneten. denschlitze 12 bis 15 bestimmt werden und sich in

Die Meßvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der der Achse XX' schneiden, feststellen.
Einfachheit halber sei angenommen, daß die Bezugs- Für den Sonderfall der Messung des Trassenverlinie durch zwei unpolarisierte Punktlichtquellen N₁ laufs längs eines Gleisstranges ist es erforderlich, und N₂ definiert wird, deren jede ein Ende der 20 nicht nur gerade Linienstücke sondern auch Kurven Meßvorrichtung beleuchtet. Weiter wird zur Verein- zu vermessen. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe fachung angenommen, daß der umlaufende Objektiv- von sogenannten Vierpunkt-Bezugsbasen, bei denen träger 7 jeder Meßeinheit zwei oder drei nur eine un- drei Punkte die Krümmung definieren, während der polarisierte Konvexiinse aufweist, die in einem be- vierte Punkt der Meßpunkt ist, dessen Lage hinsichtstimmten Abstand von der Drehachse des Objektiv- 25 Hch der Kurve bestimmt werden soll (s. F i g. 5). Um trägers angeordnet ist. solche Messungen durchführen zu können, besitzt,

Wenn die Objektivträger 7 sich gleichmäßig dre- wie erwähnt, die Meßvorrichtung Objektivträger mit hen, ist das von ihnen abgebildete Bild von der ihnen je zwei senkrecht zueinander polarisierten Linsen. Es gegenüberstehenden Lichtquelle jeweils ein Licht- sei angenommen, daß die beiden Lichtquellen/V₁ und punkt, der einen Kreis in der Ebene der Schli?*fe!;n- 30 N₂ vertikal polarisiert seien und daß eine dritte Kamdenscheibe durchläuft. Ist dieser Kreis um die Achse mer horizontal polarisierte Lichtquelle N₃, die auf der Meßvorrichtung zentriert, befindet sich auch die der Seite von N₂ liegt, mit den beiden anderen Licht-Lichtquelle auf dieser Achse. Jede Seitenabweichung quellen einen Kreisbogen N₁, N₂, N₃ definiert. Ferner der Lichtquelle ergibt eine exzentrische Lage des befindet sich die Meßvorrichtung im Punkt P und die Bildkreises, wobei die Mittelpunktabweichung des- 35 Blendenschlitze 12 und 13 seien vertikal orientiert, selben eine Funktion des Winkels der Geräteachse wie dies F i g. 6 zeigt.

mit der Achse des Lichtbündels ist, das von der be- Auf der Seite der vertikal polarisierten Lichtquel-

treffcnden Lichtquelle herrührt und die Meßvorrich- le N₁ (F i g. 5) tritt jedesmal ein Impuls auf, wenn die

tung trifft. Polarisationsachse einer Linse vertikal verläuft, d. h.

Wenn man also die Zeitspanne mißt, welche das 40 jede der beiden Linsen gibt bei einem Umlauf zwei

Bild benötigt, um die zwei von zwei koaxialen Blen- Impulse auf die beiden ihrer Polarisationsrichtung

denschlitzen, z. B. 12,13 oder 14, 15 der Schlitzblen- entsprechenden lichtempfindlichen Zellen,

denscheibe 8 begrenzten Bögen zu durchlaufen und Auf der Seite der beiden senkrecht zueinander po-

diese Zeitspannen vergleicht, so'ist deren Differenz larisierten LichtquellenN₂ und N₃ (Fig. 6) erzeugt

eine Funktion der Exzentrizität des Bildkreises und 45 jedesmal, wenn die Lichtquelle N₂ einen Impuls in

des damit oben definierten Winkels. Die hier verwen- der Vertikalebene hervorruft, gleichzeitig die Licht-

dete Zeitbasis ist ein hochfrequenter Impulsgenerator quelle N₃ einen Impuls in derselben Vertikalebene,

und es wird die Zeitspanne zwischen dem Auftreten aber auf der anderen Seite der Achse XX' und umge-

eines Impulses in einer Meßzelle und eines entspre- kehrt nach der nächsten halben Umdrehung,

chenden Impulses in der diametral gegenüberliegen- 50 Man kann also gleichzeitig die Winkelstellung der

den Meßzelle gemessen. beiden Lichtquellen N₂ und N₃ hinsichtlich der Achse

Offenbar ergibt sich schon aus dem Aufbau der der Meßvorrichtung in der Vertikalebene bestimmen. Meßvorrichtung, daß im Falle beiderseits zur Ach- Das gleiche giit für die Messung in der Horizontalse XX' der Vorrichtung konzentrischer Bildkreise die ebene. So lassen sich mit einer Messung in der Vertidrei von den Punktlichtquellen N₁, N₂ und dem 55 kaiebene die Höhenlage des Punktes P hinsichtlich Punkt P, an dem sich die Meßvorrichtung befindet, der die beiden Punkte N₁ und N₃ verbundenden Geeingenommenen Punkte in einer geraden Linie lie- raden und in der Horizontalebene die Lage des gleigen, wie dies F i g. 2 zeigt. In diesem Falle sind die chen Punktes P hinsichtlich des durch die drei Punkgemessenen Winkel Null. Wenn man, ohne die Lage te N₁, N₂ und N₃ definierten Kreisbogens feststellen, der drei Punkte N₁, N₂ und P zu verändern, das Ge- 60 Es ist allerdings im Falle der Verwendung zweier rät etwas kippt, also die Achse XX' um den Punkt P senkrecht zueinander polarisierter Lichtquellen auf dreht, wie F i g. 3 zeigt, erscheinen zwei gleiche Win- einer Seite der Meßvorrichtung erforderlich, einen kel N₁PX = N₂PX' und deren Differenz verschwin- Drehzahlmeßwähler 17 im Raum zwischen zwei aufdet, was also ebenfalls bedeutet, daß die drei Punk- einanderfolgenden Schlitzen vorzusehen, um die Imte JV₁, N₂ und P fluchten. 65 pulse abwechselnd auf zwei Impulsformerkreise zu

Es ist also unabhängig von der Orientierung der geben, aus welchen Meßsignale gewonnen werden,

Achse XX' der Meßvorrichtung stets möglich, das die je einer der beiden Lichtquellen entsprechen.

Fluchten der drei Punkte JV₁, N₂ und P festzustellen, Es ist also möglich, beispielsweise eine Simultan-

7 A λ

messung nach drei Basispunkten mit verschiedenen Abständen vorzunehmen, weil die Lichtquellen auf einer Seite der Meßvorrichtung sich durch ihre Polarisation unterscheiden lassen.

In der Praxis empfiehlt es sich, die Polarisationsebene der Objektivlinsen und der Lichtquellen nicht senkrecht und parallel zur Achse der Meßvorrichtung verlaufen zu lassen, sondern z. B. unter 45° zur Vertikalen. Bei der Vermessung von Gleissträngen haben nämlich sowohl die Schienen als auch die verwendeten Geräte die meisten reflektierenden Oberflächen in vertikalen und horizontalen Ebenen. Unter 45° gegen diese beiden Ebenen werden die dadurch bedingten Reflexionen, die das Meßergebnis ungünstig beeinflussen könnten, nahezu vollständig ausgeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 wenigstens drei Punktlichtquellen (N1, N2, Na), Patentansprüche: von denen zwei (N,, N3) auf derselben Seite des Winkelmeßgeräts angeordnet sind und die gleiche

1. Elektrooptische Meßvorrichtung zur Ver- Meßeinheit beleuchten, dadurch gekennzeichnet, messung des Trassenverlaufs und des Profilver- 5 daß die beiden die gleiche Meßeinheit beleuchlaufs einer Gleisstrecke bei der Nachprüfung tenden Punktlichtquellen (N₂, N₃) senkrecht zu- und/oder der Nachbesserung, die die Lage eines einander polarisiert sind, daß die Objektivträger Streckenpunktes (P) gegenüber einer geometri- dieser Meßeinheit zwei, senkrecht zueinander poschen Bezugslinie, die durch mindestens zwei wei- larisierte Objektive (10, 11) hat, von denen das tere beiderseits des vom Punkt (P) auf die Linie io eine die Polarisationsachse parallel zu einer gefällten Lotes liegende jeweils durch Punktlicht- Durchmesserlinie des Objektivträgers hat, und daß quellen gebildete Punkte (N₁, N₁,) des Gleises be- ein Drehzahlmeßwähler (17) auf einem Sektor kannten und konstanten Abständs definiert ist, zwischen zwei benachbarten Blendenschlitzen mißt und als Abweichungssignale darstellt und (13,15) der Schlitzblendenscheibe (8) angeordnet deren Abweichungssignal der Nachprüfung und/ 15 ist und jeden zweiten Impuls der lichtempfind- oder Steuerung der Gleisverlagerung am Strecken- liehen Zellen (12 a bis 15 a) des Empfängers (9) punktP auf die geometrische Bezugslinie bei der auf eine der beiden Impulsformungsschaltungen, Nachbesserung dient, dadurch gekenn- die einer der beiden Punktlichtquellen(N₁, N_x) zeichnet, daß die als Winkelmeßgerät (1) zugeordnet sind, gibt.

ausgebildete Meßvorrichtung aus der Vereini- 20
gung von zwei die Punktlichtquellen abbildenden