[发明专利]使用光学测量装置实时地测量移动主体的相对位置数据和/或几何尺寸

说明书

本发明涉及使用光学测量装置对移动主体的相对位置数据和/或几何尺寸的实时测量。一个特别有利的应用涉及监视旅行过程中铁路车辆的车轮的变化。

早在1962年，DE1159173B就提出在铁路车辆上记录旅行过程中在车架与敞车或车轮组之间的相对移动。为了记录，在每种情况下，一支笔与相对于车架相伴移动的部件相伴地移动，所述笔在相对于车架一致地移动的纸张表面上书写。

根据US3864093A，在旅行过程中已经借助于一个事实测量了铁路车辆的车轮相对于铁轨的横向偏移，即仅仅从车辆为铁轨的下部部分照明，并且从下部部分反射的光被光学传感器形式的光电二极管检测到，这些光学传感器同样被装配到车辆上。铁轨的侧边遮蔽住相对于传感器的一部分反射的光的一部分。可以根据传感器处的阴影边缘的位置来计算横向车轮偏移。举例来说，可以将激光器用作光源。

根据US4040738A，铁路车辆相对于铁轨的位置的测量方式如下：激光光束用在第一角度下以尽可能良好聚焦的方式照射铁轨的一个区域，并且通过从不同于第一角度的一个角度指向所述铁轨的相机给光点成像，所述相机是通过透镜和光电管阵列形成的。由于光点必须处在将透镜中点连接到激光光束的各个点上的多条直线所限定的平面上，可以根据光点在光电管阵列上的成像位置来计算光点相对于相机的位置。

根据FR2674809A1和JP10332323A用稍微展的方式使用本原理。可以利用或者具有直线的横截面面积形式或者具有沿着直线放置的多个点的横截面形式的激光光束，而不是利用具有理想地点状横截面面积的激光光束。激光光束在铁轨上产生的光区域的图像（所述图像被相机从限定的位置捕获）使得可以计算铁轨与相机之间的距离并且计算铁轨的横截面面积的等高线的一部分。

根据EP0707196B1，前文论述的基于激光源和光电管的检测装置是被装配在铁路车辆的敞车上。此外，优选是借助于机械传感器来检测敞车相对于铁路车辆的车架的移动。

根据EP1324005A2，通过使车轮在测量铁轨上缓慢滚动并且在这个过程中被准直的激光光束照射来测量铁路车辆的车轮的运转表面的几何形状。相机捕获到被照射的区域的图像，并且由计算机评估这个图像，包含与分别承载着车轮的测量铁轨的位置有关的数据。

根据US7715026B2，通过一个程序来测量铁路车辆的静止车轮的横截面面积的边缘线的一部分，在这个程序中，使一个正在操作的激光距离测量装置在这个部分上方枢转，并且连续地记录和评估包括激光距离测量装置的位置、方向和距离以及激光距离测量装置与被其照射的表面点之间的距离在内的数据。

根据EP2343496A1提出了一种装置，这种装置被安排在铁路车辆上并且在车轮的水平面上，并且如上文进一步论述，具有一个照明单元和一个相机，这个照明单元和这个相机从不同的角度朝铁轨定向，以便根据上文进一步论述的原理测量铁轨。该装置被一个外壳包围，压缩空气通过一根软管被引导到这个外壳中。在外壳中的必需的窗子的区域中，压缩空气从外壳流出，并且因此防止污染物从外部到达窗子。

针对作为数据处理系统的控制表面的应用，WO2010/006348A1描述了一个检测器表面，这个检测器表面检测到光脉冲入射在其上的事实和在其上的入射点的空间坐标。该检测器表面被构造成平面光波导。在彼此间隔开的多个位置处，将多个小面积的光电传感器装配到该平面光波导上，在这些传感器处，经由光波导到达的光被耦合出去并且产生电信号。一个具有光致发光特性的层与该光波导平行地在该光波导上延伸。碰撞到该层安排上的适当波谱中的光在光致发光层处被转换成具有更长波长的光，这个光在波导中传播，并且由此传递到光电传感器。随着离耦合到波导中的位置的距离增加，在波导中引导的光的强度降低。结果，通过一种三角测量法，可以根据在多个光电传感器处测量到的信号强度而推断出成因光入射的位置。用于确定光脉冲的入射点位置的这个推断可以实现的空间分辨率比各个光电传感器之间的距离的间距精细许多倍。

在得知这个现有技术的情况下，发明人解决了改善正在操作性移动的对象的位置和几何数据的连续测量的问题。本发明将能够实现每单位时间的更多次测量，而预期在测量过程中获得的数据量是可容易传输到数据处理系统的，并且预期所需要的装置既鲁棒又便宜。还预期本发明有利地适用于连续记录在操作性旅行中铁路车辆的车轮的位置和几何数据。