Zwei Millionen Messungen pro Sekunde 19.08.2014, 11:39 Uhr

Für mehr Sicherheit: Laserscanner misst Bahngleise in 3D

Ein neuartiges optisches Sensorsystem erfasst in Windeseile auch kleinste Unregelmäßigkeiten im Schienenbett. Der Laserscanner, den Fraunhofer-Forscher entwickelt haben, ist so groß wie ein Schuhkarton und kann auf alle Schienenfahrzeuge montiert werden. 

Das Schienenbett muss regelmäßig überprüft werden. Fraunhofer Forscher haben jetzt einen schuhkartongroßen Scanner entwickelt, der auf jedes beliebige Schienenfahrzeug montiert werden kann, um Schäden aufzuspüren. 

Das Schienenbett muss regelmäßig überprüft werden. Fraunhofer Forscher haben jetzt einen schuhkartongroßen Scanner entwickelt, der auf jedes beliebige Schienenfahrzeug montiert werden kann, um Schäden aufzuspüren. 

Foto: Deutsche Bahn

Für die Sicherheit im Bahnverkehr ist die regelmäßige Überprüfung von Schienen, Schienenkopf, Schwellen und Schienenbett enorm wichtig. Weil die Schienen unter großer Spannung stehen, können auch kleine Schäden große Auswirkungen haben. Im schlimmsten Fall bricht eine Schiene auf und löst dadurch eine Art Kettenreaktion aus. Dann reißen nachfolgende Schienen und Bahnschwellen über weite Strecken.

Der neue Laserscanner könnte kamerabasierte Systeme ablösen

Heute wird der Zustand der Schieneninfrastruktur meist mit kamerabasierten Systemen überprüft, was aber einige Nachteile mit sich bringt. Sie sind abhängig von den Lichtverhältnissen, die Messbilder brauchen viel Speicherplatz und müssen aufwendig ausgewertet werden. Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg hat jetzt einen Laserscanner entwickelt, der äußerst präzise die Schienen und deren Umgebung vermisst und daraus ein detailreiches dreidimensionales Bild errechnet. Auf der Fachmesse für Verkehrstechnik, die vom 23.-26. September in Berlin stattfindet, werden die Wissenschaftler ihren kompakten „Rail Track Scanner“ vorstellen.

3D-Bild aufgenommen mit dem von Fraunhofer IPM entwickelten Rail Track Scanner RTS: Das Gerät erfasst die Schienen und ihre Umgebung mit zwei Millionen Messungen pro Sekunde. Daraus liefert das System ein detailreiches dreidimensionales Abbild mit geringer Messunsicherheit. 

3D-Bild aufgenommen mit dem von Fraunhofer IPM entwickelten Rail Track Scanner RTS: Das Gerät erfasst die Schienen und ihre Umgebung mit zwei Millionen Messungen pro Sekunde. Daraus liefert das System ein detailreiches dreidimensionales Abbild mit geringer Messunsicherheit. 

Foto: iNovitas AG

Wie ein Laserscanner funktioniert, erklärt Heinrich Höfler vom Fraunhofer IPM: „Wir schicken einen Laserstrahl los und warten, bis er wieder zurückkommt. Die Zeit dazwischen messen wir und wissen dadurch, wie weit ein Gegenstand entfernt ist.“ Den zurückkommenden Strahl zu erfassen ist schwierig. Denn zum einen kommt oft nur sehr wenig Licht zurück und zum anderen ist der ausgesendete Lichtstrahl in extrem kurzer Zeit wieder da. Die Lösung ist eine Art Zeitlupe. Der Laserstrahl wird sehr schnell ein- und ausgeschaltet – sprich moduliert. Die zeitliche Verschiebung dieser Modulationswelle lässt sich einfacher und präziser bestimmen als die Laufzeit eines einzelnen Laserpulses.

Der kompakte Scanner kann auf jedes Schienenfahrzeug montiert werden

Der neue Rail Track Scanner scannt die Gleise quer zur Vorwärtsbewegung des Messfahrzeuges über eine Breite von ungefähr 1,70 Metern. Montiert wird das Gerät in einem Abstand von 1,20 Metern über dem Gleisbett. Mit bis zu 800 Profilen und zwei Millionen Messungen pro Sekunde entsteht ein detailreiches dreidimensionales Abbild der Schienen und der damit unmittelbar verknüpften Infrastruktur. Die Scanfrequenz kann aber auch flexibel an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden. Die erfassten Parameter wie Abstand, Höhe und Neigung der Schiene oder die Geometrie des Schienenkopfes werden mit Soll-Profilen verglichen, um Unregelmäßigkeiten zu entdecken. Die Messunsicherheit ist kleiner als ein Millimeter.

Der schuhkartongroße, robuste Scanner kann auf ein beliebiges Schienenfahrzeug montiert werden. Das spart Kosten, denn der Scanner benötigt kein spezielles Messfahrzeug für seine Arbeit. Weil er mit einem augensicheren Infrarot-Laser arbeitet, kann er ohne Einschränkungen im öffentlichen Raum verwendet werden. Seinen ersten Einsatz wird der Rail Track Scanner in der Schweiz haben. Dort will ihn das Unternehmen iNovitas, die mobile Mapping-Dienste anbieten, für die Beurteilung von Schmalspurstrecken einsetzen.

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