Masterarbeit Erik Teichmann
Titel der Arbeit:
Untersuchungen zum Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras zur Messung dynamischer Deformationen an Schienen
Betreuer:
Dr.-Ing. Danilo Schneider, Dipl.-Ing. Frank Liebold, Dr.-Ing. Ellen Schwalbe
Beschreibung:
Mit einer Beobachtung der vertikalen Deformationen einer Eisenbahn- oder Straßenbahnschiene während einer Zugüberfahrt können Aussagen über die Qualität des Oberbaus gewonnen werden. Mit der Masterarbeit wurde untersucht, inwiefern ein Hochgeschwindigkeitskamerasystem in der Lage ist, diese hochfrequenten Bewegungen mit geringer Amplitude (bis etwa 10mm) auflösen zu können. Insbesondere die Möglichkeit der Messung an eingedeckten Gleisen sollte dabei untersucht werden.
Dazu wurden eine Messanordnung beschrieben (siehe Abb. 1), Möglichkeiten zur Datenauswertung vorgestellt und Fehlereinflüsse diskutiert. Vor allem die Eigenbewegung der Kamera während der Messungen wurde ausführlich betrachtet.
Abb. 1: Prinzipielle Messanordnung zur Einsenkungsmessung an einem Eisenbahngleis
Praktisch wurden für die Messung an der Schiene drei Punkte markiert, von denen zwei der Maßstabsbestimmung dienen. Ein Punkt wird über die aufgenommene Bildsequenz mittels Kreuzkorrelation und Subpixelinterpolation verfolgt. Mit dem Bildmaßstab lässt sich die Messung im Bildkoordinatensystem dann in den Objektraum transformieren.
Das Messsystem wurde in Laborversuchen und praktischen Tests untersucht um dessen Einsatzfähigkeit zu prüfen. Bei den Laborversuchen konnten mit dem Kamerasystem meist Genauigkeiten von etwa 0,02mm bezüglich einer Referenzmessung erreicht werden.
Versuche unter realen Bedingungen konnten an einem eingedeckten Straßenbahngleis in Dresden, sowie einem Eisenbahngleis durchgeführt werden. Hierbei ließen sich Messgenauigkeiten zwischen 0,1 und 0,2mm erreichen.
Abb. 2: [links] Kamerabild zur Messung an Straßenbahngleis mit drei Punkten an der Schiene (Punkte 1-3) und drei unbewegten Punkten am Bordstein (Punkte 4-6) [rechts] Einsenkungslinie eines Schienenpunktes
Es zeigt sich, dass die dynamische Einsenkung einer Eisenbahn- oder Straßenbahnschiene gut mit einem hochgeschwindigkeitskamerabasierten Messsystem beobachtet werden kann. Bezüglich räumlicher und zeitlicher Auflösung lassen sich diese Messungen bereits mit einfachen High-Speed Kameras durchführen. Insbesondere an eingedeckten Gleisen kann ein solches Kamerasystem sehr gut und einfach umgesetzt werden. Ein Problem stellt jedoch die Eigenbewegung der Kamera dar. Es muss sichergestellt werden können, dass sich die Kamera während der Messungen nicht bewegt hat, da sonst das Messergebnis stark verfälscht werden kann. Für eine Korrektion von auftretenden Kamerabewegungen reichte bei den Versuchen zu dieser Arbeit die geometrische Auflösung der verwendeten Kamera nicht aus.