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Bestimmung der Kabelposition am Statorpaket des Transrapid mittels Lasertriangulation

Thomas Mühler, Wolfgang Schade

Das Messverfahren der Lasertriangulation wird zur Abstandsbestimmung zwischen Triangulationssensor und zu vermessendem Objekt genutzt. Somit können Oberflächenprofile mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt werden. Im Auftrag unseres Projektpartners, der Firma DRAKA, wird die Position von Langstator-windungen (LSW) im Statorpaket des Transrapids detektiert. Im Laufe der Zeit verändern sich die Eigenschaften der LSW auf Grund von Witterungseinflüssen und sie ändern ihre Position im Statorpaket. Weiter Gründe sind terroristische Akte. Auch Diebstahl der LSW sind auf Grund des hohen Buntmetallpreises keine Seltenheit. Wenn nur an einer Stelle des Fahrweges die Position der LSW am Statorpaket so verändert wird, dass der Läufer des Transrapids mit der LSW kollidiert, kommt es zum Unfall. So ein Vorfall führt nicht nur zu Schäden in Millionenhöhe, sondern auch zu einer Gefährdung der Passagiere. Um dieses zu vermeiden wird ein Lasertriangulationssystem entwickelt, welches an einem Servicefahrzeug installiert wird und die LSW-Lage im Statorpaket bestimmt. Die Auflösung soll bei einer Geschwindigkeit von v=100km/h unter einem Millimeter liegen. Dies soll bei allen Witterungsbedingungen gewährleistet werden.

Abb. 1: Versuchsaufbau mit zwei Lasertriangulationssensoren.

Der Aufbau wurde mit zwei Lasertriangulationssensoren realisiert, deren Strahlquelle jeweils ein Diodenlaser mit !=650nm ist. Die Statorpaketvermessung erfolgt von unten, wie es bei der Transrapidstrecke der Fall ist. Mit einen Bezugsabstand von 150mm und einer Verschiebung in Verfahrrichtung scannt der Laser das Oberflächenprofil des Statorpaketes ab. Die Vermessung erfolgt über zwei getriggerte Sensoren, die in Verfahrrichtung um 41mm und seitlich um 175mm zueinander versetzt sind. Dies bewirkt, dass ein Sensor immer den Abstand zur Grundoberfläche bestimmt, während der andere das Profil des Kabels vermisst (Abb. 1). Es wird die Differenz der Sensoren A und B gebildet, wobei das Vorzeichen der Differenz zu beachten ist, da die Sensoren ihre Funktion als Referenz- und Profilmesser periodisch tauschen. In der graphischen Darstellung der Messdaten in Abb. 2 ist die jeweilige Kabellage für den linken und den rechten Bereich versetzt dargestellt. Das hier gezeigte Ergebnis der Messung erfolgte unter Sonnenlichteinstrahlung mit einer Beleuchtungsstärke von 44.000lx.

Abb. 2: Lasertriangulationsmessung unter Sonnenlichteinstrahlung

Witterungseinfüsse wie Nebel, Regen und ein mit Wasser benetztes Statorpaket wurden ebenfalls untersucht und ähnliche Ergebnisse erarbeitet. Durch den Einsatz von Interferenz- und Polarisationsfiltern ist eine Bestimmung der LSW-Lage bei nahezu jeder Witterung möglich. In naher Zukunft werden die Testfahrten an der Transrapidversuchstrecke im Emsland beginnen.

 

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