Automatisches optisches Inspektionssystem (AOI) auf Schienen

Zur lückenlosen vorausschauender Wartung von Gleissystemen werden Schienenfahrzeuge für Messaufgaben mit aktueller Messtechnik ausgestattet. Saubere Ergebnisse sind hierbei ebenso wichtig wie eine akzeptable Geschwindigkeit, um die Messungen wirtschaftlich durchführen zu können und ohne den Fracht- und Personentransport während des regulären Betriebes der Gleisstrecke allzu sehr zu beeinträchtigen.

Zwei Kamerasets, bestückt mit je zwei Kameras für Innen und Außen und eine zusätzlich erhöht angebrachte Kamera für den Fahrweg und die Schienenlauffläche liefern also fünf Streams mit hochauflösenden Bildern des Gleisprofils und der Strecke. Vermittels eines GPS-Signalgebers werden die Einzelbilder von je 25 cm Schienenabschnitt alle 30 cm mit exakten GEO-Daten getagged. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 70 km/h, was etwa 20m/sec entspricht entstehen so 80 Bilder pro Sekunde pro Kamera. Hochgerechnet auf die Full-HD-Auflösung und einer 8bit Farbtiefe je Stream ergibt dies eine Datenrate von 4 Gbit/sec pro Videokanal. In einem solchen Fall kommen Kameras mit einem PCI-Express Anschluss in Frage, die sich bereits in der Prozessindustrie in der Produktionsüberwachung bewährt haben.

Für die Verarbeitung der Aufnahmen gelten auch für das Rechnersystem besondere Ansprüche, da in einem Schienenfahrzeug besondere Anforderungen bezüglich der mechanischen Belastbarkeit, der Stromversorgung, der Ausfallsicherheit, Wartungsfreundlichkeit und der Langzeitverfügbarkeit des Systems und der Ersatzteile gestellt werden. CompactPCI-Serial-Industriecomputer im 19“ Zoll Format kommen hier ebenso in Frage wie DIN-Rail Rechner.
Eine CPU wäre für solch eine umfangreiche Aufgabenstellung nicht ausreichend, daher werden die Kameramodule in separate Subsysteme aufgegliedert. Die zwei Kamerasubsysteme koordinieren, neben weiteren Aufgaben, die Live-Bilder der angefertigten Aufnahmen, steuern die LED-Blitzlichter und versehen die Bilder mit GEO-Daten während die zentrale Prüfkontrolleinheit (PKE) diese mit einem einheitlichen Zeitstempel versehenen Daten mit den Daten der 5. Übersichtskamera zusammenfügt, um eine präzise Verortung und Zuordnung zu ermöglichen.

Um die Daten vibrations- und stoßsicher abzuspeichern kommt ein SATA-RAID Subsystem mit einem 4TB großen auf vier SSDs in einem separaten Wechselrahmensystem zum Einsatz, um so Prüfstrecken von bis zu 30km abzuspeichern. Prinzipiell wäre für die Kommunikation eine 10-Gbit Ethernetleitung geeignet, jedoch sprechen die Latenzzeiten bei einem maximalen Datendurchsatz von 20 Gbit/sec bei Full-Duplex-Kommunikation der Systeme eher für eine optische Übertragungslösung, die neben der galvanischen Trennung auch eine bessere Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen aufweist.

Diese Lösung beschreibt ein mobiles, automatischen, optisches Schieneninspektionssystem, dass neben den hohen Ansprüchen an das System aufgrund von Umwelteinflüssen wie Schmutz, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Vibrationen und Stößen auch hinsichtlich der zu realisierenden Datenraten an der Grenze des derzeit technologisch zuverlässig Machbaren ist.