Gleisbaumaschine und Verfahren zur Erfassung einer Gleislage

Abstract

 Eine Gleisbaumaschine (1) weist einen auf einem Gleis (4) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und eine mit diesem verstellbar verbundene und durch Spurkranzrollen (10) am Gleis verfahrbare Gleisabtasteinheit (9) auf. Der Maschinenrahmen (2) ist mit einem Satellitenempfänger (13) verbunden, der eine Antenne (14) mit einem Antennenzentrum (15) aufweist. Eine Meßvorrichtung (16) ist zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums (15) in bezug auf die Gleisabtasteinheit (9) bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung und Vertikaldistanz vorgesehen. Eine Recheneinheit (25) dient zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums (15) in Bezug auf einen Referenzpunkt (22) der Gleisabtasteinheit (9).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen und einer mit diesem verstellbar verbundenen und durch Spurkranzrollen am Gleis verfahrbaren Gleisabtasteinheit, sowie ein Verfahren zur Erfassung einer Gleislage.

[0002] Aus der EP 0 806 523 A1 ist bereits eine derartige Gleisbaumaschine bzw. ein Verfahren zur Erfassung einer Soll-Gleislage bekannt. Mit einem Lasersender wird die Lage des die Gleislage abtastenden Gleishebeaggregates in Bezug auf den Maschinenrahmen der Maschine gemessen, dessen eigene Lage wiederum anhand geodätisch vermessener, die absolute Gleislage definierender Fixpunkte bestimmt worden ist.

[0003] Gemäß DE 41 02 871 C2 ist es ebenfalls bekannt, bei einer Gleisbaumaschine die Verschiebung einer auf dem Gleis abrollenden Meßachse bzw. Gleisabtasteinheit relativ zum Maschinenrahmen der über Schienenfahrwerke auf dem Gleis gelagerten Maschine zu messen.

[0004] In EP 1 028 325 A2 ist ein Verfahren zum Aufmessen eines Gleises mit Hilfe von zwei unabhängig voneinander auf dem Gleis verfahrbaren Meßfahrzeugen beschrieben, die an den Endpunkten eines zu vermessenden Gleisabschnittes aufgestellt werden.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung einer Maschine bzw. eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art, mit dem die Lage eines Gleises rasch und zuverlässig genau erfaßbar ist.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Maschinenrahmen mit einem eine Antenne mit einem Antennenzentrum aufweisenden Satellitenempfänger verbunden ist, und daß eine Meßvorrichtung zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums in bezug auf die Gleisabtasteinheit bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung und Vertikaldistanz sowie eine Recheneinheit zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums in Bezug auf einen Referenzpunkt der Gleisabtasteinheit vorgesehen ist.

[0007] Mit diesen erfindungsgemäßen Merkmalen ist es nun möglich, trotz einer für einen optimalen Empfang vorrangigen Anordnung des Satellitenempfängers auf der Maschine eine exakte Parallelführung des Antennenzentrums in Bezug auf die Gleisachse sicherzustellen.

[0008] Weitere Vorteile und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnung.

[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

[0010] Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gleisbaumaschine mit einer Gleisabtasteinheit,

Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht der Maschine in Gleislängsrichtung gemäß Schnittlinie II in Fig. 1, und

Fig. 3, 4 und 5 jeweils diagrammatische Darstellungen von verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0011] Eine in Fig. 1 und 2 ersichtliche Gleisbaumaschine 1 weist einen Maschinenrahmen 2 auf, der über Schienenfahrwerke 3 auf einem Gleis 4 abgestützt und mit Fahr- bzw. Arbeitskabinen 5 sowie mit einer Antriebseinheit 6 versehen ist. Die Maschine 1 ist mit einem unabhängig von dieser auf dem Gleis 4 verfahrbaren Satellitenfahrzeug 7 ausgestattet und mit dessen Hilfe zum Aufmessen einer Ist-Lage des Gleises 4 in einer durch einen Pfeil 8 dargestellten Arbeitsrichtung ausgebildet. (Dies ist bereits z.B. aus EP 1 028 325 A2 bekannt, weshalb hier nicht mehr näher darauf eingegangen wird.)

[0012] Bezüglich der Arbeitsrichtung vor dem vorderen Schienenfahrwerk 3 der Maschine 1 befindet sich eine Gleisabtasteinheit 9, die über Spurkranzrollen 10 auf dem Gleis 4 gelagert ist. Diese Gleisabtasteinheit 9 ist im wesentlichen als gleisverfahrbare Meßachse 11 ausgebildet, die am Maschinenrahmen 2 verschwenkbar angelenkt und mit diesem anhand von (aus Platzgründen nicht dargestellten) Antrieben höhenverstellbar verbunden ist, mittels derer die Meßachse 11 zu Einsatzbeginn der Maschine 1 auf die Schienen 12 des Gleises 4 abgesenkt bzw. eingegleist wird. Direkt oberhalb der Gleisabtasteinheit 9 ist ein Satellitenempfänger 13 am Maschinenrahmen 2 befestigt, der eine Antenne 14 mit einem Antennenzentrum 15 aufweist und zum Empfang von über Satelliten ausgestrahlten, extraterrestrischen Positionssignalen (oder GPS-Signalen) dient. Ein Laserempfänger 28 dient in Verbindung mit einem Lasersender 29 zur Erzeugung einer Meßlinie 30.

[0013] Auf der Maschine 1 ist weiters eine Meßvorrichtung 16 vorgesehen, die zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums 15 in Bezug auf die Gleisabtasteinheit 9 vorgesehen ist. Diese Meßvorrichtung 16 ist als - mit dem Maschinenrahmen 2 an dessen Unterseite 27 verbundener - Laserscanner 17 mit einer in Maschinenquerrichtung verlaufenden Abtastebene 18 ausgebildet, der einen Ursprung 19 aufweist. Der Ursprung 19 bildet ein optisches Zentrum 24 der Meßvorrichtung 16, die bezüglich der Maschinenlängsrichtung oberhalb der Gleisabtasteinheit 9 positioniert ist. Auf der senkrecht darunter befindlichen Meßachse 11 der Abtasteinheit 9 ist ein zur Abtastung durch den Laserscanner 17 vorgesehenes Abtastziel 20 angeordnet, das als mittig zwischen den Spurkranzrollen 10 befindliches und in Maschinenquerrichtung verlaufendes Lineal 21 ausgebildet ist. Dieses weist einen ebenfalls mittig zwischen den Spurkranzrollen 10 angeordneten Referenzpunkt 22 auf, der die Form eines vom Lineal 21 in vertikaler Richtung abstehenden Stiftes 23 hat.

[0014] Wie nun auch anhand der Figuren 3, 4 und 5 näher erläutert wird, erfolgt die Erfassung der Lage des Antennenzentrums 15 relativ zur Gleisabtasteinheit 9 unter Bezugnahme auf die folgenden Parameter: Gleisquerneigung β, normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung d und Vertikaldistanz a. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung einer Gleislage durch Abtasten des Gleises 4 erfolgt - unter Einbeziehung der genannten Parameter - eine rechnerische Verlagerung des Antennenzentrums 15 in Bezug auf den Referenzpunkt 22 der Gleisabtasteinheit 9 durch eine auf der Maschine 1 vorgesehene Recheneinheit 25. In anderen Worten, es wird die Position des auf dem Maschinenrahmen 2 der Maschine 1 befindlichen Antennenzentrums 15 des Satellitenempfängers 13 relativ zum Referenzpunkt 22 der auf dem Gleis 4 abrollbaren und mit der Maschine 1 verbundenen Gleisabtasteinheit 9 ermittelt, womit - über die Bestimmung der Koordinatenposition des Antennenzentrums 15 mit Hilfe der Positionssignale (GPS-Signale) - automatisch auch die absoluten Gleislagekoordinaten im Bereich der Gleisabtasteinheit 9 registriert werden.

[0015] Fig. 3 zeigt das Messen der Neigung des Maschinenrahmens 2 relativ zur Meßachse 11. In der Regel wird der Maschinenrahmen 2 auf Grund der Federung der Schienenfahrwerke 3 eine andere Querneigung haben als die Meßachse 11, die ja der Gleisquerneigung β entspricht. Diese unterschiedliche Querneigung wird mit dem Laserscanner 17 ermittelt, indem ein XY-Koordinatensystem aufgespannt wird, das seinen Nullpunkt im Ursprung 19 der Abtastebene 18 des Laserscanners 17 hat. Die Koordinaten x1,y1 und x2,y2 der beiden in Maschinenquerrichtung äußeren, auf das Lineal 21 auftreffenden Laserstrahlen bzw. deren Zielpunkte können nun in dem Koordinatensystem berechnet werden. Daraus wird (ebenfalls rechnerisch) die Rahmenneigung α eruiert. Da dieses Winkelmaß α nur den relativen Winkel zwischen Maschinenrahmen 2 und Meßachse 11 angibt, ist es erforderlich, die absolute Rahmenneigung (bezogen auf die Horizontale) zu ermitteln. Dazu wird die der Gleisquerneigung β entsprechende Querneigung der Meßachse 11 durch ein auf dieser angebrachtes Inklinometer 26 gemessen. Von diesem Wert β wird nun die Rahmenneigung α subtrahiert, um die absolute Rahmenneigung zu erhalten.

[0016] Anhand der Fig. 4 wird das Berechnen des Abstandes und der Höhe zwischen der Meßachse 11 und dem Maschinenrahmen 2 erläutert. Der Laserscanner 17, dessen Winkelauflösung ca. 0,05° beträgt, liefert zu jedem Schritt ein Maß für den Winkel und den Abstand zum abgetasteten Lineal 21. Damit kann der den Referenzpunkt 22 bildende, in der Mitte des Lineals 21 abstehende Stift 23 durch den Laserscanner 17 eindeutig identifiziert bzw. kann dessen horizontale und vertikale Lage relativ zum Ursprung 19 bestimmt werden. In der Folge kann daraus sowohl der horizontale als auch der vertikale Abstand zwischen Maschinenrahmen 2 und Meßachse 11 ermittelt werden. Um den Referenzpunkt 22 zu finden, wird aus den Distanzmessungen des Laserscanners 17 jener Scan gewählt, der die minimale Distanz im Mittenbereich aufweist. Dieser Scan ist gekennzeichnet durch den Abstand a und den Winkel δ in einem XY-Koordinatensystem, in dem der Maschinenrahmen die X-Achse bildet und der Nullpunkt im Ursprung 19 des Laserscanners 17 liegt. Damit wird nun der Referenzpunkt 22 anhand dieser Werte a und δ koordinatenmäßig festgelegt.

[0017] Da das genannte Koordinatensystem vorerst um die Rahmenneigung aus der Horizontalen gedreht ist, muß - zur Berechnung der vertikalen Höhe und des horizontalen Abstandes zum Nullpunkt - das ganze Koordinatensystem noch rechnerisch um die Rahmenneigung in die Horizontale gedreht werden.

[0018] Aus der schematischen Darstellung in Fig. 5 sind die wesentlichen Parameter des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ersichtlich. Bei Inbetriebnahme der Maschine 1 bzw. vor Einsatzbeginn werden folgende Konstanten ermittelt:

h =

vertikaler Abstand des Antennenzentrums 15 des Satellitenempfängers 13 über dem Ursprung 19 des Laserscanners 17,

d =

horizontaler Abstand zwischen der Antenne 14 bzw. dem Antennenzentrum 15 und dem Ursprung 19 des Laserscanners 17,

b =

Abstand zwischen der Innenkante der Schiene 12 und dem Referenzpunkt 22 auf dem Lineal 21, und

c =

vertikaler Abstand des Lineals 21 bzw. des Referenzpunktes 22 über der Schienenoberkante der Schiene 12.

[0019] Die anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Messungen und Berechnungen ergeben folgende Werte:

α =

(relative) Querneigung des Maschinenrahmens 2,

β =

Querneigung des Gleises 4, die der Querneigung der Meßachse 11 entspricht,

δ =

Winkel, bei dem der Laserscanner 17 den Stift 23 bzw. Referenzpunkt 22 erkennt, und

a =

vom Laserscanner 17 gemessene Distanz zwischen Ursprung 19 des Scanners und dem Referenzpunkt 22 auf dem Lineal 21.

[0020] Aus der Gesamtheit dieser Daten wird sodann rechnerisch der vertikale Abstand und die horizontale Distanz zwischen der GPS-Antenne 14 und dem Berührungspunkt der Gleisabtasteinheit 9 mit der Schiene 12 bestimmt.

Ansprüche

1. Gleisbaumaschine (1) mit einem durch Schienenfahrwerke (3) auf einem Gleis (4) verfahrbaren Maschinenrahmen (2) und einer mit diesem verstellbar verbundenen und durch Spurkranzrollen (10) am Gleis (4) verfahrbaren Gleisabtasteinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenrahmen (2) mit einem eine Antenne (14) mit einem Antennenzentrum (15) aufweisenden Satellitenempfänger (13) verbunden ist, und daß eine Meßvorrichtung (16) zur Erfassung der relativen Lage des Antennenzentrums (15) in bezug auf die Gleisabtasteinheit (9) bezüglich der Parameter: Gleisquerneigung (β), normal zur Maschinenlängsrichtung verlaufende Querverschiebung (d) und Vertikaldistanz (a) sowie eine Recheneinheit (25) zur rechnerischen Verlagerung des Antennenzentrums (15) in Bezug auf einen Referenzpunkt (22) der Gleisabtasteinheit (9) vorgesehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (16) als mit dem Maschinenrahmen (2) verbundener Laserscanner (17) mit einer in Maschinenquerrichtung verlaufenden, einen Ursprung (19) aufweisenden Abtastebene (18) ausgebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gleisabtasteinheit (9) mittig zwischen den Spurkranzrollen (10) ein in Maschinenquerrichtung verlaufendes, zur Abtastung durch den Laserscanner (17) vorgesehenes Abtastziel (20) mit dem ebenfalls mittig zwischen den Spurkranzrollen (10) positionierten Referenzpunkt (22) angeordnet ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastziel (20) als Lineal (21) und der Referenzpunkt (22) als vom Lineal (21) abstehender Stift (23) ausgebildet ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Zentrum (24) der Meßvorrichtung (16) bezüglich der Maschinenlängsrichtung oberhalb der Gleisabtasteinheit (9) an einer Unterseite (27) des Maschinenrahmens (2) angeordnet ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleisabtasteinheit (9) als mit einem Laserempfänger (28) zur Erzeugung einer Meßlinie (30) verbundene Meßachse (11) ausgebildet ist, die bezüglich der Arbeitsrichtung der Maschine (1) vor dem vorderen Schienenfahrwerk (3) verschwenkbar am Maschinenrahmen (2) angelenkt ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (14) des Satellitenempfängers (13) oberhalb der Gleisabtasteinheit (9) mit dem Maschinenrahmen (2) verbunden ist.

8. Verfahren zur Erfassung einer Gleislage durch Abtasten eines Gleises (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Position eines auf einer Maschine (1) befindlichen Antennenzentrums (15) eines zum Empfang von extraterrestrischen Positionssignalen vorgesehenen Satellitenempfängers (13) relativ zu einem Referenzpunkt (22) einer auf dem Gleis (4) abrollbaren, mit der Maschine (1) verbundenen Gleisabtasteinheit (9) ermittelt wird und somit über die Bestimmung der Koordinatenposition des Antennenzentrums (15) mit Hilfe der Positionssignale automatisch auch die absoluten Gleislagekoordinaten im Bereich der Gleisabtasteinheit (9) registriert werden.

Zeichnung