Komplettscanner aus 3D-Kamera und Spezial-Beleuchtung

Zuginspektion

3D-Bilderfassungssystem für die schienenintegrierte Zuginspektion

Dienstag, 8. November 2016

Angesichts immer komplexerer Schienennetze und immer kürzerer Taktzyklen, hat die Sicherstellung des störungsfreien Betriebs von Schienenfahrzeugen für Bahnbetreiber höchste Priorität. Der Einsatz neuer Messverfahren in Form hochpräziser 3D-Bilderfassungssysteme bietet jetzt neue Wege für zukunftsweisende Instandhaltungskonzepte. Intelligente Diagnosetechnik leistet bereits seit vielen Jahren einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Effizienz bei Kontroll- und Wartungsarbeiten an Schienenfahrzeugen. Stationäre Diagnosesysteme gehören zur Standardausstattung in bahneigenen Wartungszentren. Parallel zur Entwicklung der digitalen Informationstechnologie wurden zudem integrierte Onboard-Diagnosesysteme für die Schadenserkennung entwickelt.

3D statt 2D

Der von Chromasens entwickelte Komplettscanner aus 3D-Kamera und Spezial-Beleuchtung ergänzt die bestehenden Diagnosetechnologien um eine weitere wichtige Komponente - eine präzise, stereoskopische Sichtprüfung der Zugunterseite sowie der Zugseiten links und rechts.

Bei dem von Chromasens entwickelten Inspektionsverfahren sorgen sechs hochauflösende 3D-Zeilenkameras mit überlappender stereoskopischer Bilderfassung für eine detaillierte Darstellung der Zugunterseite und der Zugseiten.

Neben der hohen Genauigkeit der erzielbaren Darstellung zeichnet sich die Lösung durch einen entscheidenden Vorteil aus: Zur Bilderfassung muss der Zug nicht außer Dienst gestellt und in ein entsprechend ausgestattetes Wartungszentrum gefahren werden. Die digitale Abtastung kann an beliebigen Stellen des Schienennetzes geschehen, und der Zug kann die Kontrollstellen in typischer Reisegeschwindigkeit passieren.

Die hochauflösende, stereoskopische Darstellung erkennt eine Vielzahl möglicher Defekte, nicht nur an Kupplungen, Schläuchen, Druckbehältern oder Radreifen, sondern sogar lose Verschraubungen, die in einer 2D-Darstellung komplett unerkannt geblieben wären.

Scannerbox

Kernstück der Erfassungslösung ist die Chromasens 3D-Stereo-Zeilenkamera 3DPIXA. Durch die Fusion zweier hochwertiger tri-linearer Zeilenkameras mit einer Bildauflösung von bis zu 4.000 Pixel pro Zeile und modernster Grafikprozessor-Technologie ist es Chromasens gelungen, mittels stereoskopischer Erfassung nahezu beliebiger Objekte und anschließender Bildkorrelation, Höheninformationen in höchster Genauigkeit in Echtzeit zu ermitteln und darzustellen.

Die optische Konfiguration der Bilderfassung ist hochflexibel und lässt sich an die jeweilige Einsatzumgebung anpassen. Im konkreten Fall des Zuginspektionssystems lässt sich so eine optische Auflösung im Bereich von unter 1/2 Millimeter erzielen.

Die 3D-Stereo-Zeilenkamera wird dann mit einer Spezialbeleuchtung gepaart und in eine „Scannerbox“ eingebaut, die gegen Schmutz und Spritzwasser schützt. Bei der Entwicklung wurden nicht nur höchste Anforderungen an die optische Messtechnik gestellt, es galt auch verfälschende Einflüsse aufgrund von Vibrationen oder Umweltbedingungen wie Wetter, Lichtverhältnisse oder Temperaturschwankungen auszuschließen.

Die vollintegrierte Chromasens Scannerbox mit einer 3D-Zeilenkamera und einem LED-Beleuchtungssystem.

Die Systemlösung besteht aus sechs solchen Scannerboxen, die die Zugunterseite sowie die Zugseiten links und rechts überlappend aus unterschiedlichen Blickwinkeln abtasten.

Bilderfassung

Ausgelöst wird die Bilderfassung durch eine Lichtschranke, die den herannahenden Zug erkennt und seine Geschwindigkeit misst. Die Scannerboxen übertragen die erfassten Bilddaten zunächst an den Gleisrand, von wo sie über Glasfaserkabel an eine im Umkreis installierte Verarbeitungsstation weitergeleitet werden. Über schnelle Prozessoren und mittels von Chromasens entwickelten mathematischen Algorithmen werden hier die eintreffenden Daten in 3D-Darstellungen transformiert. Ein Vorgang, der analog zur Durchfahrt des Zuges - die je nach Zuglänge bis zu drei Minuten dauern kann - nahezu in Echtzeit passiert.

Inspektionsverfahren ermöglicht einen tiefen Einblick in das gesamte Fahrwerk des Zuges.

Eine komplette Bilderfassung der Zugunterseite generiert 10 bis 20 GB Daten. Anschließen werden die konsolidierten Informationen über klassische Telekommunikationskanäle an das zentrale Kontrollzentrum des Bahnbetreibers übertragen. Die Auswertung der so generierten Inspektionsdaten obliegt dem jeweiligen Betreiberunternehmen. Einer der weltweit größten Bahnnetzbetreiber hat sich mittlerweile von der Funktionalität des Systems und der damit erzielbaren Produktivitätssteigerung überzeugt und plant dessen Einführung.