DE19850118A1 - Profile measurement system and method for implementation - Google Patents

Profile measurement system and method for implementation

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DE19850118A1
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German (de)
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Richard Schneider
Michael Stockmann
Rainer Puschmann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Abstract

The invention relates to the use of an FMCW laser radar in conjunction with an spread beam path using a rotating mirror (10) of a focusing lens (14), which position a measurement window on an object, providing local resolution profile sections of elongated objects. Relevant parameters such as residual height (h) and mirror width (a) of a tracer wire (1) can be calculated on the basis of said data. The system has high reception dynamics and a high data rate, is independent of the form of the tracer wire (1) and enables automatic detection of the height and lateral position of the tracer wire (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Profilmeßsystem zur Messung der Profile eines Objektes entlang seiner Längserstreckung. Die Aufnahme der Profile geschieht hintereinander und liefert ortsaufgelöste Profilschnitte, beispielsweise von einem Draht. Das Profilmeßsystem bewegt sich parallel zur Längser­ streckung des Objektes.The invention relates to a profile measuring system for measuring the Profiles of an object along its length. The Profiles are recorded one after the other and delivers spatially resolved profile cuts, for example from one Wire. The profile measuring system moves parallel to the longitudinal one extension of the object.

Bei elektrischen Bahnen schleift der Stromabnehmer der Loko­ motive Material von der Unterseite des Fahrdrahtes ab. Um Be­ triebsstörungen zu vermeiden, sollte in zeitlichen Abständen von einigen Monaten die verbleibende Resthöhe und die Fahr­ drahtspiegelbreite mit einer Genauigkeit von einigen 0,1 mm gemessen werden. Die Resthöhe ist bezogen auf die ursprüngli­ che Höhe eines Fahrdrahtes und die Spiegelbreite die Breite der Unterseite eines Fahrdrahtes, an dem der Stromabnehmer entlang schleift. Entlang der Fahrstrecke ändert sich die Seitenlage des Fahrdrahtes laufend relativ zum Stromabnehmer, damit der Fahrdraht nicht lokale tief in die Schleifleisten des Stromabnehmers eingeschnittene Kerben erzeugen kann. Durch die gleichmäßige seitliche Hin- und Herbewegung des Fahrdrahtes wird eine gleich verteilte relativ geringere Ab­ nützung erzeugt. Auf einen Mastabstand von etwa 60 m bezogen wird der Fahrdraht um ca. 0,8 m versetzt aufgehängt. Das ent­ spricht bei einer Geschwindigkeit eines Stromabnehmers bzw. Schienenmeßfahrzeuges von ca. 80 km/h einer seitwärts gerich­ teten Geschwindigkeit des Drahtes von 0,3 mm/msec. Um die oben erwähnte Meßgenauigkeit zu erreichen, sollte die Ab­ tastdauer eines jeden Meßprofiles 0,5 ms nicht überschreiten.The Loko pantograph grinds on electrical trains motive material from the underside of the contact wire. To be Avoiding drive disorders should be done at regular intervals the remaining height and driving of a few months wire mirror width with an accuracy of some 0.1 mm be measured. The remaining height is based on the original height of a contact wire and the width of the mirror the width the underside of a contact wire on which the pantograph grinds along. The changes along the route Lateral position of the contact wire running relative to the pantograph, so the contact wire is not local deep in the contact strips the pantograph can cut notches. Due to the smooth lateral back and forth movement of the Contact wire becomes an evenly distributed relatively lower Ab use generates. Based on a mast spacing of around 60 m the contact wire is suspended offset by approx. 0.8 m. That ent speaks at a pantograph speed or Rail measuring vehicle of approx. 80 km / h one sideways speed of the wire of 0.3 mm / msec. To the To achieve the above-mentioned measurement accuracy, the Ab Duty cycle of each measurement profile should not exceed 0.5 ms.

Die Betrachtung bisher bekannter Systeme zur Profilmessung von Fahrdrähten an Eisenbahneinrichtungen hat folgendes er­ bracht:
Die Literaturstelle 1) R. Müller, H. Höfler, "Fahrwegüberwa­ chung mit optischer Meßtechnik" in Eisenbahn-Ingenieur Kalen­ der '97, pp. 315-332, Tetzlaff, Darmstadt (1996), ISBN 3- 87814-506-3 beschreibt ein System, das aus einem Laser-Radar zur Positionsbestimmung des Fahrdrahtes und aus zwei seitlich unterhalb des Schleifers am Stromabnehmer montierten CCD-Ka­ meras zur Messung der Resthöhe besteht. Das Laser-Radar ar­ beitet nach dem Prinzip der Phasenmessung.The consideration of previously known systems for profile measurement of contact wires on railway facilities has brought the following:
Literature 1) R. Müller, H. Höfler, "Track monitoring with optical measurement technology" in railway engineer Kalen of '97, pp. 315-332, Tetzlaff, Darmstadt (1996), ISBN 3- 87814-506-3 describes a system consisting of a laser radar for determining the position of the contact wire and two CCD cameras mounted on the side of the current collector below the grinder for measuring the Remaining height exists. The laser radar works on the principle of phase measurement.

In Literaturstelle 2) J. M. Van Gigch, C. Smorenburg, A. W. Benshop "System zur Messung der Fahrdrahtdicke (ATON) der niederländischen Eisenbahnen, "Schienen der Welt" pp. 20-31, April 1991 wird ein System dargestellt, das aus fünf vom Schienenfahrzeug aus nach oben gerichteten CCD-Zei­ lenkameras besteht, welche die Spiegelbreite messen. Um das Bild des in unterschiedlichen Höhen befindlichen Drahtes im Schärfen-Tiefe-Bereich zu halten, erfaßt eine weitere hori­ zontal orientierte CCD-Kamera den Stromabnehmer über dem Wa­ gendach und liefert mittels Bildverarbeitung ein Signal für die Fokussiereinrichtung.In reference 2) J.M. Van Gigch, C. Smorenburg, A. W. Benshop "System for measuring the contact wire thickness (ATON) of the Dutch railways, "rails of the world" pp. 20-31, April 1991, a system is shown that consists of five CCD lines pointing upwards from the rail vehicle steering cameras exist which measure the mirror width. To do that Image of the wire at different heights in the Keeping the depth-of-field area captures another hori CCD camera oriented towards the center of the pantograph above the wa roof and delivers a signal for image processing the focusing device.

Ein weiteres System entsprechend der Literaturstelle 3), der deutschen Patentschrift DE 196 13 737 C2, besteht aus seit­ lich am Schleifer des Stromabnehmers montierten CCD-Kameras, die waagerecht entlang des Schleifers auf die Fahrdrähte blicken und somit die Resthöhe erfassen. Die Geschwindigkeit eines Meßfahrzeuges, das dieses Profilmeßsystem enthält, ist dabei auf 60 km/h beschränkt, da die Kameras über den Strom­ abnehmer nach oben hinausragen und seitlich auslaufende Fahr­ drähte vorübergehend anheben.Another system according to reference 3), the German patent DE 196 13 737 C2, consists of CCD cameras mounted on the collector of the pantograph, the horizontally along the grinder on the contact wires look and thus grasp the remaining height. The speed a measuring vehicle that contains this profile measuring system limited to 60 km / h because the cameras are over the current customer protrude upwards and the side runs out temporarily lift wires.

Literaturstelle 4) P. Pohl "Das Streckendiagnosesystem Dr. Tokai" El-Eisenbahn-Ingenieur (49) 5/98 pp. 45-52 befaßt sich mit dem gleichen Problem und beschreibt ein nach oben gerich­ tetes, quer zur Fahrtrichtung scannendes Laserstrahlsystem, dessen an der Spiegelfläche des Drahtes erzeugte Reflexe de­ tektiert werden. Da die Laserleistung 500 mW beträgt, kann das System in vielen Ländern wegen Verletzung der Laserstrah­ lenschutzbestimmungen nicht verwendet werden. Bei Rückstän­ den, die ein aus Kohle bestehender Schleifer, beispielsweise von der Deutschen Bahn, an den Seiten des Fahrdrahtes hinter­ läßt, sind keine zuverlässigen Messungen möglich. In Japan würde dies andererseits nicht stören, da hier Schleifer aus Sintermetall eingesetzt werden.Literature 4) P. Pohl "The route diagnosis system Dr. Tokai "El Railway Engineer (49) 5/98 pp. 45-52 deals with the same problem and describes an upward court tetes laser beam system that scans across the direction of travel, whose reflections on the mirror surface of the wire de be tect. Since the laser power is 500 mW, can  the system in many countries due to laser beam injury Protection regulations are not used. With residues the one that a coal grinder, for example from Deutsche Bahn, on the sides of the contact wire behind reliable measurements are not possible. In Japan on the other hand, this would not bother, because here grinders Sintered metal can be used.

Wird die Breite des Spiegels eines Fahrdrahtes zur Bestimmung der Resthöhe herangezogen, so ist dies auf die Fälle be­ schränkt, in denen der Fahrdraht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Da letztendlich die Resthöhe das relevante Maß für den Verschleiß an einem Fahrdraht darstellt, muß zuverlässig von einem Fahrdrahtprofil auf die Resthöhe geschlossen werden können. Ist der Fahrdraht näherungsweise rechteckförmig, wie es beispielsweise in Österreich der Fall ist, so ist eine Messung der Spiegelbreite allein nicht ausreichend.Is the width of the mirror of a contact wire for determination the remaining height, this is the case restricts in which the contact wire circular cross-section having. Because ultimately the remaining height is the relevant measure for the wear on a contact wire must be reliable can be deduced from the contact wire profile to the remaining height can. Is the contact wire approximately rectangular, like for example, in Austria, one is Measurement of the mirror width alone is not sufficient.

Zur Messung der ortsaufgelösten Profilschnitte, die durch ein schrittweises Abtasten von Orten entlang einer Linie auf einer Objektoberfläche und der Abstandsbestimmung mehrerer Oberflächenorte auf dieser Linie relativ zum Profilmeßsystem ermittelt werden, wird ein FMCW-Laser-Radar eingesetzt. Ein derartiges System wird beispielsweise in den deutschen Pa­ tentanmeldungen P 44 27 352.5 (1994) und in P 195 01 875.7 (1996) beschrieben.For measuring the spatially resolved profile cuts made by a step-by-step scanning of locations along a line one object surface and the distance determination of several Surface locations on this line relative to the profile measurement system an FMCW laser radar is used. On such a system is for example in the German Pa tent applications P 44 27 352.5 (1994) and in P 195 01 875.7 (1996).

Nachteilig ist insbesondere eine Nichtlinearität der Fre­ quenzabstimmung der verwendeten Laserdioden in einem Inter­ ferometer, sowie die Empfindlichkeit des Systemes gegen Ob­ jektbewegungen. Insbesondere bei Objektbewegungen wird als Folge des Dopplereffektes die Differenzfrequenz verschoben und damit wird der zu ermittelnde Objektabstand verfälscht. Beide Effekte können jedoch durch Korrekturinterferometer ausgeglichen werden, was den Aufwand deutlich erhöht. Der Einsatz von Korrekturinterferometern wird in den beiden oben­ genannten deutschen Patentanmeldungen beschrieben. A non-linearity of Fre is particularly disadvantageous sequence tuning of the laser diodes used in an inter ferometer, and the sensitivity of the system to Ob ject movements. Especially when moving objects is considered Due to the Doppler effect, the difference frequency shifted and thus the object distance to be determined is falsified. However, both effects can be achieved by correction interferometers be balanced, which significantly increases the effort. The Use of correction interferometers is shown in the two above described German patent applications.  

In der erstgenannten Patentanmeldung beruht das Meßprinzip darauf, die Abtastung des Signales eines Probeninterferome­ ters nicht in zeitlich äquidistanten Schritten vorzunehmen, sondern die Abtastzeitpunkte durch Zeitpunkte äquidistanter Phasendifferenz im Signal des Korrekturinterferometers darzu­ stellen. Das abgetastete Signal ist dann monofrequent hin­ sichtlich der Abtastindices mit der dimensionslosen Frequenz, die in einfacher Weise mit dem Abstand zum Objekt in Verbin­ dung steht.The measuring principle is based on the first-mentioned patent application then sampling the signal of a sample interferome not to be carried out in steps that are equidistant in time, but the sampling times by times more equidistant Phase difference in the signal of the correction interferometer put. The sampled signal is then monofrequency visually the sampling indices with the dimensionless frequency, which in simple manner with the distance to the object in verbin manure stands.

In der zweitgenannten Patentanmeldung wird die simultane Mes­ sung zweier Interferenzsignale mit einer einzigen Meßanord­ nung vorgenommen. Darin wird bei der einen Messung die Fre­ quenz der ausgesandten elektromagnetischen Welle während der Messung um einen Frequenzhub verringert. Bei der zweiten si­ multanen mit derselben Meßanordnung durchgeführten Messung wird dagegen die Frequenz erhöht. Durch Multiplikation der beiden vom Objekt reflektierten und erhaltenen Empfangs­ signale entsteht ein Signal, das mit der doppelten ursprüng­ lichen Zwischenfrequenz oszilliert und die Abstandsinforma­ tion enthält, wohingegen ein anderes Frequenz verschobenes Signal herausfilterbar ist.In the second-mentioned patent application, the simultaneous measurement solution of two interference signals with a single measuring arrangement made. In the one measurement, the Fre frequency of the emitted electromagnetic wave during the Measurement reduced by one frequency swing. In the second si multanen measurement carried out with the same measuring arrangement however, the frequency is increased. By multiplying the both reception reflected and received by the object signals, a signal is generated that is double the original Lichen intermediate frequency oscillates and the distance information tion contains, whereas another frequency shifted Signal can be filtered out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Profilmeßsystem mit hoher Dynamik zur Aufnahme von Profilschnitten längs ge­ streckter Objekte bereitzustellen, wobei Profile des Objektes sukzessive bei der Bewegung des Profilmeßsystemes parallel zur Längserstreckung des Objektes aufgenommen werden. Weiter­ hin ist ein Verfahren zum Betrieb des Profilmeßsystemes zu beschreiben.The invention has for its object a profile measuring system with high dynamics to accommodate profile cuts lengthways to provide stretched objects, being profiles of the object successively parallel when moving the profile measuring system for the longitudinal extension of the object. Next There is a procedure for operating the profile measuring system describe.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmalskombina­ tion von Anspruch 1 bzw. Anspruch 10.This task is solved by the combination of features tion of claim 1 and claim 10.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Aufnahme von Profilen eines langgestreckten Objektes zu des­ sen geometrischer Kontrolle mit einem parallel zum Objekt be­ wegten Profilmeßsystem durchführen läßt, das ein Frequenz-Mo­ duliertes-Dauer-Radar (FMCW-Radar) verwendet. Ein derartiges Radar wird auch als Chirped-Laser-Radar bezeichnet. Durch ein FMCW-Laser-Radar können Profilschnitte ortsaufgelöst, d. h. in Form von aneinandergereihten Meßpunkten, aufgenommen wer­ den. Hierzu werden mittels des Radar-Systems Abstandsmessun­ gen zu ausgewählten Punkten auf der Oberfläche des Objektes vorgenommen, woraus sich jeweils ein Profilschnitt ergibt. Ein FMCW-Laser-Radar, das als Ausgangssignal eine mit dem Ab­ stand zu einem Oberflächenpunkt korrelierte Zwischen- oder Differenzfrequenz liefert, wie es in der Darlegung des Stan­ des der Technik beschrieben ist, weist eine im Vergleich zu Triangulations-, Laufzeit- oder Phasenmeßverfahren sehr hohe Empfangsdynamik auf, womit eine weitgehende Unabhängigkeit von den Streueigenschaften der Oberfläche eines Objektes ein­ hergeht. Statt wie bisher wird somit nicht nur die Spiegel­ breite eines Fahrdrahtes in Reflexion oder die Resthöhe des Fahrdrahtes als Schattenwurf gemessen, sondern aus den orts­ aufgelösten Profilschnitten oder Teilprofilschnitten eines längs gestreckten Objektes wie beispielsweise einem Fahrdraht in einer Oberleitung lassen sich die relevanten Größen wie Resthöhe und Spiegelbreite berechnen. Das System ist weitge­ hend unabhängig von der Form des längs gestreckten Objektes. Für gleichzeitig bzw. parallel vorhandene Objekte kann je Ob­ jekt ein Meßsystem eingesetzt werden. Neben der Profilmessung erfolgt die Erfassung der Höhen- und der Seitenlage eines Ob­ jektes relativ zum Meßsystem. Das Profilmeßsystem und das Verfahren können nicht nur zur Vermessung von Fahrdrähten, sondern auch von Gleisen eingesetzt werden.The invention is based on the knowledge that the Recording profiles of an elongated object to the  geometric control with a parallel to the object away profile measurement system that a frequency Mo continuous duration radar (FMCW radar) is used. Such a thing Radar is also known as chirped laser radar. Through a FMCW laser radar can make profile cuts spatially resolved, i. H. in the form of lined-up measuring points, who recorded the. For this purpose, distance measurements are carried out using the radar system to selected points on the surface of the object made, which results in a profile section. An FMCW laser radar, the one with the Ab stood at a surface point correlated intermediate or Difference frequency provides, as in the explanation of the Stan which is described in the art assigns one in comparison Triangulation, transit time or phase measurement methods are very high Reception dynamics on, with a large degree of independence of the scattering properties of the surface of an object come here. Instead of being the same as before, it is not just the mirror width of a contact wire in reflection or the remaining height of the Contact wire measured as a shadow cast, but from the location resolved profile sections or partial profile sections of a longitudinal object such as a contact wire The relevant variables such as Calculate the remaining height and mirror width. The system is wide regardless of the shape of the elongated object. For objects that exist simultaneously or in parallel, depending on whether a measuring system can be used. In addition to profile measurement the height and lateral position of an ob is recorded jektes relative to the measuring system. The profile measuring system and that Methods can not only be used to measure contact wires, but can also be used by tracks.

Da der Tiefenschärfenbereich wegen der numerischen Apertur der Sende-/Empfangsoptik auf ca. 0,002 bis etwa 0,16 m be­ grenzt ist und der Fahrdraht sich in einer Höhe von etwa 1 m über dem Dach des Meßfahrzeuges um ca. 0,8 m seitlich hin und her bewegt, wird eine optische Anordnung bereitgestellt, die die Abstandsänderung Objekt-Meßsystem soweit reduziert, daß sie kleiner als der Schärfentiefenbereich ist.Because the depth of field because of the numerical aperture the transmitting / receiving optics to be about 0.002 to about 0.16 m is limited and the contact wire is at a height of about 1 m about 0.8 m sideways over the roof of the measuring vehicle and moved forth, an optical arrangement is provided which  the distance change object measuring system is reduced so far that it is smaller than the depth of field.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, daß beispiels­ weise 32 oder 64 Laserstrahlen parallel auf das Objekt ge­ richtet werden und ein im FMCW-Laser-Radar befindlicher Foto­ sensor, beispielsweise eine Fotodiode oder eine Fotodioden­ zeile, in Form einer Zeile mit beispielsweise 32 oder 64 Ele­ menten ausgebildet ist. Hierdurch wird eine parallele Abar­ beitung eines einzigen Profilschnittes mit entsprechend 32 oder 64 Stützpunkten ermöglicht.Advantageous embodiments are that, for example as 32 or 64 parallel laser beams on the object ge and a photo in the FMCW laser radar sensor, for example a photodiode or a photodiode line, in the form of a line with, for example, 32 or 64 ele ment is formed. This will create a parallel Abar processing of a single profile cut with a corresponding 32 or 64 bases.

Nachdem das Profilmeßsystem sich parallel zu dem langge­ streckten Objekt bewegt und das Objekt zusätzlich seitwärts auswandern oder oszillieren kann, ist eine grobe Voreinstel­ lung des Meßsystemes sehr vorteilhaft. Hierzu wird mittels eines zusätzlichen Laufzeitradars die grobe Position des Ob­ jektes relativ zum Meßsystem gesucht bzw. eingestellt. Das Objekt wird somit in ein Meßfenster gelegt oder in diesem er­ faßt. Die entsprechenden Daten werden dem FMCW-Laser-Radar bzw. dessen Steuerung zur Verfügung gestellt, so daß die Auf­ nahme eines Objektprofiles innerhalb dieses Meßfensters mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird. Ohne die Anforderung an das FMCW-Laser-Radar, die ungefähre Lage des Objektes vor der eigentlichen Profilmessung zu erkennen, kann dessen Meßgenau­ igkeit optimal genutzt werden. Durch das zusätzliche Lauf­ zeitradar können Höhen- und Seitenlage eines Objektes be­ stimmt werden.After the Profilmeßsystem parallel to the langge stretched object moves and the object additionally sideways emigrate or oscillate is a rough default development of the measuring system very advantageous. To do this, use an additional runtime radar the rough position of the Ob jektes searched or set relative to the measuring system. The Object is thus placed in a measurement window or in it sums up. The corresponding data is the FMCW laser radar or its control provided so that the on taking an object profile within this measurement window high accuracy is made possible. Without the requirement the FMCW laser radar, the approximate location of the object in front of the To recognize the actual profile measurement can measure its accuracy optimally used. Through the additional run Time and radar height and lateral position of an object can be be true.

Das seitliche Auswandern bzw. Oszillieren eines Objektes ist in der Regel mit einer Abstandsänderung des Objektes zum Meß­ system verbunden. Eine regelmäßige Nachfokussierung kann da­ durch entfallen, daß der von einem Drehspiegel geführte La­ serstrahl eines FMCW-Laser-Radars mittels einer Faltung des Strahlenganges derart gelenkt wird, daß über den gesamten Be­ reich der seitlichen Abweichung des Objektes relativ zum Meß­ system ein ungefähr gleicher Abstand zwischen Objekt und Meß­ system eingehalten wird.The lateral migration or oscillation of an object is usually with a change in the distance of the object to the measurement system connected. Regular refocusing can help by omitting that the La of an FMCW laser radar by means of a convolution of the Beam path is steered such that over the entire loading range of the lateral deviation of the object relative to the measurement  system an approximately equal distance between object and measurement system is observed.

Nach dem Prinzip des FMCW-Laser-Radars (Chirped-Laser-Radar) wird das Objekt mit frequenzmoduliertem Laserlicht konstanter Intensität beleuchtet. Die vom Objekt zurückgestreute Licht­ welle wird mit der ausgesandten kohärent überlagert. Dabei entsteht ein Interferenzsignal, das mit der Differenzfrequenz der beiden Lichtwellen, die ein Maß für den Abstand dar­ stellt, oszilliert. Mit Hilfe einer Fast Fourier Transforma­ tion wird die gesuchte Frequenz ermittelt. Wegen des kohären­ ten Überlagerungsempfanges wird bereits im optischen Bereich das Nutzsignal erheblich verstärkt, womit gegenüber Verfahren mit direktem Empfang wesentlich größere Dynamikbereiche und Empfindlichkeiten erreicht werden können.According to the principle of the FMCW laser radar (chirped laser radar) the object becomes more constant with frequency-modulated laser light Illuminated intensity. The light scattered back from the object wave is coherently overlaid with the emitted. Here creates an interference signal with the difference frequency of the two light waves, which is a measure of the distance poses, oscillates. With the help of a Fast Fourier Transforma tion, the frequency sought is determined. Because of the coherent overlay reception is already in the optical range the useful signal is considerably amplified, which is compared to methods with direct reception much larger dynamic ranges and Sensitivities can be achieved.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.The following are more using schematic figures Exemplary embodiments described.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines verschlissenen Fahr­ drahtes 1 einer Oberleitung mit einer Resthöhe h und einer Spiegelbreite a, wobei Laserstrahlen 4 von rechts unten kommend auf den Fahrdraht 1 auf­ treffen. Fig. 1 shows the cross section of a worn driving wire 1 of an overhead line with a residual height h and a mirror width a, laser beams 4 coming from the bottom right to meet the contact wire 1 .

Fig. 2 zeigt das Prinzip des Profilmeßsystemes auf einem Wagendach 2 eines Meßfahrzeuges, Fig. 2 shows the principle of Profilmeßsystemes on a car roof 2 of a measuring vehicle,

Fig. 3 zeigt einzelne Verfahrensschritte bei der Profil­ aufnahme, Fig. 3 shows individual process steps in the profile recording,

Fig. 4 zeigt eine Ansicht in Fahrtrichtung, wobei der Fahrdraht 1 im Querschnitt sichtbar ist und seit­ lich hin und her wandert und der Strahlengang ent­ lang der Winkelhalbierenden 11 senkrecht zum Plan­ spiegel 9 dargestellt ist, d. h. nicht in der Zei­ chenebene liegt, Fig. 4 shows a view in the direction of travel, wherein the contact wire 1 is visible in cross section and has been moving back and forth since Lich and the beam path along the bisector 11 is shown perpendicular to the plane mirror 9 , ie is not in the plane of the Zei,

Fig. 5 zeigt eine zur Fig. 4 korrespondierende Drauf­ sicht, wobei der Strahlengang relativ zu einer Mit­ telsenkrechten dargestellt ist, Fig. 5 shows a corresponding to Fig. 4 top view, with the beam path is illustrated relative to a with telsenkrechten,

Fig. 6 zeigt das Prinzip des FMCW-Laser-Radars, Fig. 6 shows the principle of the FM-CW laser radar,

Fig. 7 zeigt Verfahrensschritte nach dem Prinzip des FMCW- Laser-Radars. Fig. 7 shows method steps according to the principle of FMCW laser radar.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Prinzipskizzen des vorgeschlagenen Meßsystemes. Auf dem Dach 2 eines Meßfahrzeuges befindet sich in einem klimatisierten Gehäuse 12 ein FMCW-Radar. Ein Dreh­ spiegel 10 lenkt den Laserstrahl 4 durch ein Fenster 5 auf den Fahrdraht 1. Da der Laserstrahl 4 einen annähernd ellip­ tischen Querschnitt mit mehr als 20 mm maximaler Breite auf­ weist oder aus mehreren Einzelstrahlen besteht, kann der Fahrdraht 1 vollständig beleuchtet werden. Das zurück ge­ streute Licht gelangt in einen Fotodetektor, der in Fig. 6 als Fotodiode innerhalb des FMCW-Laser-Radars 3 dargestellt ist. Dieser Fotodetektor kann in vorteilhafter Weise in Form einer Zeile mit 32 Elementen dargestellt sein. Dabei ist an jedes Element eine Hardware angeschlossen, die in Echtzeit den Abstand des zugehörigen Ortes auf dem Fahrdraht 1 ermit­ telt. Dies kann somit parallel für 32 gleichzeitige Messungen geschehen. Nach der in Fig. 3 vermerkten Transformation von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten erhält man das dargestellte Profil 7, 7'. Aus diesem Profil kann die Spiegel­ breite a und die Resthöhe h berechnet werden. Zusätzlich wird eine Stellgröße für den Drehspiegel 10 zur automatischen Drahtverfolgung erzeugt. Zur Erhöhung der Empfangsleistung ist es äußerst vorteilhaft, statt eines großen aufgeweiteten Strahles 32 parallele Einzelstrahlen auf den Fahrdraht 1 zu lenken. Die Darstellung von 32 Einzelstrahlen kann beispiels­ weise durch ein Beugungsgitter erfolgen. Figs. 2 and 3 show schematic diagrams of the proposed measuring system. An FMCW radar is located in an air-conditioned housing 12 on the roof 2 of a measuring vehicle. A rotary mirror 10 directs the laser beam 4 through a window 5 onto the contact wire 1 . Since the laser beam 4 has an approximately elliptical cross-section with more than 20 mm maximum width or consists of several individual beams, the contact wire 1 can be fully illuminated. The back scattered light reaches a photodetector, which is shown in Fig. 6 as a photodiode within the FMCW laser radar 3 . This photodetector can advantageously be shown in the form of a line with 32 elements. Hardware is connected to each element, which detects the distance of the associated location on the contact wire 1 in real time. This can be done in parallel for 32 simultaneous measurements. After the transformation of polar coordinates into Cartesian coordinates noted in FIG. 3, the profile 7 , 7 'shown is obtained. The mirror width a and the residual height h can be calculated from this profile. In addition, a manipulated variable for the rotating mirror 10 for automatic wire tracking is generated. To increase the reception power, it is extremely advantageous to direct 32 parallel individual beams onto the contact wire 1 instead of a large expanded beam. The representation of 32 individual beams can be done, for example, by a diffraction grating.

Die beschriebene Verfolgung des Fahrdrahtes 1 setzt voraus, daß sich ein Fahrdraht im Gesichtsfeld eines FMCW-Laser-Ra­ dars befindet. Da die Länge eines einzelnen Fahrdrahtes auf etwa 2 km begrenzt ist, treten an seinen Enden Überlappungen mit dem vorhergehenden bzw. nachfolgenden Draht auf. In den Überlappungsbereichen verlaufen zwei Fahrdrähte 1 über eine Strecke von bis zu 60 m Länge in fast gleicher Höhe bei einem horizontalen Abstand von einigen Zentimetern nebeneinander her. Die Höhendifferenz zwischen auf- und absteigendem Draht beträgt 0 bis ca. 15 cm. Außerhalb des beschriebenen Berei­ ches werden die Drähte seitwärts nach oben zu ihrer jeweili­ gen Endverankerung fortgeführt. Da sich an den Überlappungs­ bereichen die Steifigkeit des Fahrleitungssystemes im Ver­ gleich zur übrigen Strecke ändert, kann sich der Verschleiß der Fahrdrähte 1 hier erhöhen. Um sicher zu stellen, daß diese kritischen Strecken vollständig erfaßt werden, wird für je einen Fahrdraht je ein Radarsystem bereitgestellt.The described tracing of the contact wire 1 assumes that there is a contact wire in the field of view of an FMCW laser Ra dars. Since the length of a single contact wire is limited to approximately 2 km, overlaps with the preceding or following wire occur at its ends. In the overlapping areas, two contact wires 1 run side by side over a distance of up to 60 m in length at almost the same height with a horizontal distance of a few centimeters. The height difference between ascending and descending wire is 0 to approx. 15 cm. Outside the area described, the wires are continued sideways upwards to their respective end anchoring. Since the stiffness of the catenary system changes compared to the rest of the route at the overlap areas, the wear of the contact wires 1 can increase here. In order to ensure that these critical distances are completely covered, a radar system is provided for each contact wire.

Um ein schnelles Auffinden des von oben und seitwärts neu hinzukommenden Fahrdrahtes 1 zu ermöglichen, wird ein schnel­ les Laufzeit-Radar installiert. Dessen nach oben gerichteter Laserstrahl schwingt fortwährend quer zur Fahrtrichtung bzw. zur Längserstreckung des Objektes und erfaßt somit die Höhen- und Seitenlage aller Fahrdrähte. Diese Erfassung ist bei­ spielsweise mit einer Meßunsicherheit von etwa 1 cm verbun­ den.In order to quickly find the contact wire 1 newly added from above and sideways, a fast transit time radar is installed. Its laser beam, which is directed upwards, continuously oscillates transversely to the direction of travel or the longitudinal extent of the object and thus detects the height and lateral position of all contact wires. This detection is for example with a measurement uncertainty of about 1 cm.

Fig. 6 stellt das Prinzip des FMCW-Laser-Radars (Chirped-La­ ser-Radar) dar. Das Objekt wird mit frequenzmoduliertem La­ serlicht konstanter Intensität beleuchtet. Die vom Objekt zu­ rück gestreute Lichtwelle wird mit der ausgesandten kohärent überlagert. Dabei entsteht ein Interferenzsignal, das mit der Zwischenfrequenz der beiden Lichtwellen, die ein Maß für den Abstand darstellt, oszilliert. Mit Hilfe einer Fast Fourier Transformation wird die gesuchte Frequenz ermittelt. Wegen des kohärenten Überlagerungsempfanges wird bereits im opti­ schen Bereich das Nutzsignal erheblich verstärkt, womit ge­ genüber Verfahren mit direktem Empfang wesentlich größere Dy­ namikbereiche und Empfindlichkeiten erreicht werden können. Fig. 6 shows the principle of the FMCW laser radar (chirped laser radar). The object is illuminated with frequency-modulated laser light of constant intensity. The light wave scattered back from the object is coherently overlaid with the emitted one. This creates an interference signal that oscillates at the intermediate frequency of the two light waves, which is a measure of the distance. The searched frequency is determined using a Fast Fourier Transformation. Because of the coherent overlay reception, the useful signal is already considerably amplified in the optical range, which means that significantly larger dynamic ranges and sensitivities can be achieved compared to methods with direct reception.

Nachteilige Nichtlinearitäten bei der Frequenzabstimmung von verwendeten Laserdioden in Radarsystemen, sowie die Empfind­ lichkeit gegen Objektbewegungen spielen bei einem in Zusam­ menhang mit der Erfindung eingesetzten FMCW-Laser-Radar keine Rolle. Dabei kann auch die Verschiebung der Zwischenfrequenz als Folge des Dopplereffektes die Ermittlung des Abstandes nicht verfälschen. Beide Effekte können beispielsweise durch Korrekturinterferometer ausgeglichen werden.Adverse non-linearities in the frequency tuning of used laser diodes in radar systems, as well as the sensitivity play against object movements with one another Menhang with the invention used FMCW laser radar none Role. This can also shift the intermediate frequency as a result of the Doppler effect, the determination of the distance do not falsify. For example, both effects can be caused by Correction interferometer can be compensated.

Ein verwendetes FMCW-Laser-Radar basiert darauf, daß auf dem Wechselstromanteil des Fotostromes basierende Signale des Re­ ferenzinterferometers in einfacher Weise auswertbar sind, wenn die Abtastzeitpunkte nicht zeitlich äquidistant sind, sondern proportional zur zeitlichen Veränderung der optischen Frequenz der Laserdiode positioniert werden. Hierzu wird auf der Basis des Wechselstromanteiles des Fotostromes entspre­ chend dem Signal des Referenzinterferometers jeweils zu glei­ chen Phasenlagen, d. h. mit äquidistanten Phasendifferenzen, zu dadurch bestimmten Abtastzeitpunkten das Signal abgeta­ stet. Die Abtastzeitpunkte sind somit nicht zeitabhängig, sondern phasenabhängig. Die Zwischenfrequenz des Probeninter­ ferometers verhält sich dabei zur Zwischenfrequenz des Refe­ renzinterferometers wie die Weglängendifferenz des Probenin­ terferometers zur Weglängendifferenz des Referenzinterferome­ ters. Die mit der Phasendifferenz im Referenzinterferometer gekoppelten Abtastzeitpunkte ermöglichen die Erzeugung eines monofrequenten Signales, das in einem analog/digitalen-Wand­ ler digitalisiert und aufgezeichnet wird. Die Frequenz dieses Signales ist dimensionslos und direkt proportional zur zu messenden Weglängendifferenz.An FMCW laser radar used is based on the fact that AC component of the photocurrent based signals of Re can be evaluated in a simple manner, if the sampling times are not equidistant in time, but proportional to the temporal change in the optical Frequency of the laser diode can be positioned. To do this, click on correspond to the basis of the AC component of the photocurrent according to the signal of the reference interferometer Chen phase positions, d. H. with equidistant phase differences, the signal is sampled at sampling times determined thereby continuous The sampling times are therefore not time-dependent, but phase-dependent. The intermediate frequency of the sample inter ferometers is related to the intermediate frequency of the Refe reference interferometers such as the path length difference of the sample terferometer for path length difference of the reference interferome ters. The one with the phase difference in the reference interferometer coupled sampling times enable the generation of a monofrequency signals in an analog / digital wall digitized and recorded. The frequency of this Signal is dimensionless and directly proportional to the measuring path length difference.

Mit einer simultanen Messung zweier Interferenzsignale mit derselben bzw. einer identischen Meßanordnung können Störsi­ gnale im Nutzsignal beseitigt werden. Bei der Messung für das eine Signal wird die Frequenz der ausgesandten elektromagne­ tischen Welle während der Messung um einen bestimmten Fre­ quenzhub verändert. Bei der Messung bezüglich des zweiten Si­ gnales mit derselben Meßanordnung unterscheidet sich die Steigung der Frequenzveränderung bzw. des Frequenzhubes we­ sentlich von der beim ersten Signal. Durch Mischen, d. h. Multiplikation, der beiden so erhaltenen Signale (Empfangs­ signale) entsteht ein Signal, das sich in der mathematischen Beschreibung aus zwei Amplituden modulierten Signalen zusam­ mensetzt. Eines dieser beiden Amplituden modulierten Signale oszilliert mit der Summe der Zwischenfrequenzen und enthält die Abstandsinformation. Das andere enthält die durch die Ob­ jektbewegung hervorgerufene Störung und kann, da es Frequenz verschoben ist, durch geeignete Filter leicht eliminiert werden. Variationen in der Oberflächenreflektivität des Ob­ jektes sind ebenso beherrschbar. Besteht die Möglichkeit, die Ausgangssignale zweier Sender gleichzeitig in eine Meßanord­ nung einzuspeisen, die zur Überlagerung eines Ausgangssigna­ les und eines von einem Objekt rückreflektierten Signales dient, so werden über zwei Detektoren zwei Empfangssignale aufgenommen. Diese werden multipliziert und ergeben ein mit der Zwischenfrequenz oszillierendes elektrisches Empfangs­ signal. Die somit umrissene Funktionsweise eines FMCW-Laser­ radars ist verbunden mit der schaltungstechnischen Darstel­ lung in Fig. 6. In dem auch als Chirped-Laser-Radar be­ zeichneten System wird eine Laserdiode mit einer Rampe fre­ quenzmoduliert angesteuert. Die Interferometeranordnung weist einen Arm mit einem Referenzspiegel auf, der zu einem Refe­ renzinterferometer gehört und einen Arm mit einer Fotodiode, der zum Proben- bzw. Meßinterferometer gehört. Die Überlage­ rungen der ausgesendeten und empfangenen Strahlen geschieht in der oben beschriebenen Weise. Gemessen wird der Abstand des Meßsystemes zu einer Objektoberfläche.With a simultaneous measurement of two interference signals with the same or an identical measuring arrangement, interference signals in the useful signal can be eliminated. When measuring for one signal, the frequency of the emitted electromagnetic wave is changed during the measurement by a certain frequency stroke. When measuring with respect to the second signal with the same measuring arrangement, the slope of the frequency change or the frequency deviation differs considerably from that of the first signal. Mixing, ie multiplication, of the two signals thus obtained (received signals) produces a signal which, in the mathematical description, is composed of two amplitude-modulated signals. One of these two amplitude-modulated signals oscillates with the sum of the intermediate frequencies and contains the distance information. The other contains the interference caused by the object movement and, since it is frequency-shifted, can be easily eliminated by suitable filters. Variations in the surface reflectivity of the object are also manageable. If there is the possibility of simultaneously feeding the output signals of two transmitters into a measuring arrangement which serves to superimpose an output signal and a signal which is reflected back by an object, then two received signals are recorded via two detectors. These are multiplied and give an oscillating electrical reception signal with the intermediate frequency. The thus outlined functioning of an FMCW laser radar is connected to the circuit diagram in Fig. 6. In the system also referred to as chirped laser radar, a laser diode is frequency-modulated with a ramp. The interferometer arrangement has an arm with a reference mirror which belongs to a reference interferometer and an arm with a photodiode which belongs to the sample or measuring interferometer. The emitted and received beams are superimposed in the manner described above. The distance of the measuring system to an object surface is measured.

Fig. 7 stellt korrespondierend zu der Anordnung in Fig. 6 das Prinzip des Chirped-Laser-Radars dar. Auf einer Zeitachse ist im oberen Diagramm die Frequenzveränderung an der Laser­ diode dargestellt. Der Referenzstrahl (reference beam) ist zeitversetzt zu einem vom Objekt eingehenden Objektstrahl (object beam). Dazwischenliegend tritt die Zwischenfre­ quenz/Differenzfrequenz (intermediate frequency) auf, die hier beispielsweise 1 MHz beträgt. FIG. 7 corresponds to the arrangement in FIG. 6 and represents the principle of the chirped laser radar. The frequency change at the laser diode is shown on a time axis in the upper diagram. The reference beam is delayed in relation to an object beam arriving from the object. Intermediate occurs the intermediate frequency / difference frequency (intermediate frequency), which here is, for example, 1 MHz.

Im unteren Diagramm der Fig. 8 ist über eine Zeitachse die Intensität an der Fotodiode dargestellt. Eine Periode der dargestellten Schwingung entspricht dem Kehrwert der Zwi­ schenfrequenz.The lower diagram in FIG. 8 shows the intensity at the photodiode over a time axis. A period of the oscillation shown corresponds to the reciprocal of the inter mediate frequency.

Die seitliche Bewegung des Fahrdrahtes 1 würde einen Meßbe­ reich von 1 m erfordern. Wegen der begrenzten Schärfentiefe muß der Meßbereich auf einige 10 cm reduziert werden. Hierzu dient der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Strahlengang der abtastenden Laserstrahlen. Der Abstand vom Drehspiegel 10 zum Fahrdraht 1 beträgt ca. 2,5 m. Somit beschreibt der Fokus des Abtaststrahles einen Kreisbogen, der nur um höchstens +5 bzw. -5 cm von der Geraden, deren Endpunkte bzw. Meßorte 13 und 13' sich an den Orten maximaler und minimaler Entfernung des Objektes vom FMCW-Laser-Radar befinden, abweicht. Daher bleibt bei der dargestellten Anordnung (Fig. 5) auch bei einer Verschiebung des Fahrdrahtes 1 in seitlicher Richtung von 1 m der Meßabstand zwischen Profilmeßsystem und Objekt bis auf 10 cm nahezu konstant.The lateral movement of the contact wire 1 would require a measuring range of 1 m. Due to the limited depth of field, the measuring range must be reduced to a few 10 cm. The beam path of the scanning laser beams shown in FIGS. 4 and 5 is used for this purpose. The distance from the rotating mirror 10 to the contact wire 1 is approximately 2.5 m. The focus of the scanning beam thus describes an arc that is only at a maximum of +5 or -5 cm from the straight line, whose end points or measuring locations 13 and 13 'are located at the locations of the maximum and minimum distance of the object from the FMCW laser radar , deviates. Therefore, in the arrangement shown ( FIG. 5), even when the contact wire 1 is shifted in the lateral direction by 1 m, the measuring distance between the profile measuring system and the object remains almost constant down to 10 cm.

Die spezielle optische Anordnung der Strahlengänge entspre­ chend der Fig. 5, die den Meßbereich auf 0,16 m begrenzt, ermöglicht eine numerische Apertur des Objektives von 0,002. Bei einem z. B. zweifach größeren Meßbereich müßte die Aper­ tur um den Faktor 21/2 = 1,4 kleiner sein, was zu einer um den Faktor 1,42 = 2 geringeren empfangenen Signalleistung führt, da die Sendeleistung jedes einzelnen der z. B. 32 Laserstrahlen nur ca. 0,1 mW beträgt. Ferner ermöglicht die Begrenzung des Meßbereiches eine Begrenzung der Bandbreite der Zwischenfre­ quenz auf etwa 1-2 MHz. Somit kann die Frequenzmessung durch Berechnung mittels einer FFT(Fast Fourier Transformation) mit nur noch 1024 Stützstellen geschehen und die Meßzeit von 0,5 ms eingehalten werden. Beim schrittweisen Abtasten des Objektprofiles mit einem einzelnen Strahl würden zur Aufnahme eines Profilschnittes mit 32 Meßpunkten etwa 32 × 0,5 ms = 16 ms benötigt. Dies begrenzt die relative Bewegung zwischen längs gestrecktem Objekt (Fahrdraht 1) und dem auf einem Meß­ wagen befindlichen in Längsrichtung des Objektes bewegten Profilmeßsystem. Durch Parallelisierung der Abtastung kann die erforderliche Meßgeschwindigkeit von 0,5 ms erreicht wer­ den.The special optical arrangement of the beam paths accordingly FIG. 5, which limits the measuring range to 0.16 m, allows a numerical aperture of the objective of 0.002. With a z. B. twice larger measuring range, the aperture would have to be smaller by a factor of 2 1/2 = 1.4, which leads to a received signal power lower by a factor of 1.4 2 = 2, since the transmission power of each of the z. B. 32 laser beams is only about 0.1 mW. Furthermore, the limitation of the measuring range enables the bandwidth of the intermediate frequency to be limited to approximately 1-2 MHz. The frequency measurement can thus be carried out by calculation using an FFT (Fast Fourier Transformation) with only 1024 reference points and the measurement time of 0.5 ms can be observed. When scanning the object profile step by step with a single beam, about 32 × 0.5 ms = 16 ms would be required to record a profile section with 32 measuring points. This limits the relative movement between the longitudinally stretched object (contact wire 1 ) and the profile measuring system located on a measuring carriage moving in the longitudinal direction of the object. By parallelizing the scanning, the required measuring speed of 0.5 ms can be achieved.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Fahrdrahtes 1 mit Profil 7, von Laserstrahlen beleuchtet. Fig. 1 shows a cross section of the contact wire 1 with profile 7 , illuminated by laser beams.

In Fig. 3 sind die Abb. 7' und 8' des Profiles 7 und des Fahrdrahtspiegels 8 in Draufsicht dargestellt.In Fig. 3, the Fig. 7 'and 8' of the profile 7 and the contact wire mirror 8 are shown in plan view.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht in Fahrtrichtung mit Darstellung der ungefähren Positionierung des Daches 2 eines Wagens, des Radars 3, des Drehspiegels 10, der Winkelhalbierenden 11, des/der Laserstrahlen 4 und des Fahrdrahtes 1 mit seiner seitlichen Bewegungsrichtung 6. Fig. 4 shows a view in the direction of travel, showing the approximate positioning of the roof 2 of a vehicle, the radar 3, the rotary mirror 10, the bisector 11 of the / of the laser beams 4 and the trolley wire 1 with its lateral movement direction 6.

In Fig. 5 ist zusätzlich der Planspiegel 9 zur Faltung des Strahlenganges eingezeichnet. In diesem Fall beträgt der Win­ kel 14 zwischen Objektoberfläche und Laserstrahl 4 +/-45°. Mit den Meßorten 13 und 13' sind Extrempositionen bei jeweils maximal seitlich versetztem Fahrdraht 1 bezeichnet.In FIG. 5, the plane mirror is additionally located 9 for folding the beam path. In this case, the angle 14 between the object surface and the laser beam is 4 +/- 45 °. The measuring locations 13 and 13 'designate extreme positions with the contact wire 1 being offset laterally to the maximum.

Claims (17)

1. Profilmeßsystem zur Messung von Profilen langgestreckter Objekte, wobei sich das Meßsystem in Richtung der Längser­ streckung des Objektes bewegt, und folgendes aufweist:
  • 1. mindestens ein FMCW-Laser-Radar (3) zur Abtastung des zu vermessenden Profiles der Objektoberfläche mit mindestens einem Laserstrahl (4),
  • 2. einen Drehspiegel (10), der ein Meßfenster am Objekt posi­ tioniert,
  • 3. mindestens einen eindimensional auflösenden Photodetektor und
  • 4. eine Auswerteeinheit zur Berechnung von ortsaufgelösten Profilschnitten des Objektes.
1. Profile measuring system for measuring profiles of elongated objects, the measuring system moving in the direction of the longitudinal extension of the object, and comprising:
  • 1. at least one FMCW laser radar ( 3 ) for scanning the profile of the object surface to be measured with at least one laser beam ( 4 ),
  • 2. a rotating mirror ( 10 ) which positions a measuring window on the object,
  • 3. at least one one-dimensional resolving photodetector and
  • 4. an evaluation unit for calculating spatially resolved profile sections of the object.
2. Profilmeßsystem nach Anspruch 1, wobei der Strahlengang von Laserstrahlen (4), die von einem FMCW-Laser-Radar (3) ausgehen, durch den Drehspiegel (10) im zeitlichen Mittel un­ ter etwa 45° auf das Objekt geführt wird, um einen geringen Schärfentiefenbereich und eine möglichst hohe numerische Apertur zu erhalten.2. Profile measuring system according to claim 1, wherein the beam path of laser beams ( 4 ) emanating from an FMCW laser radar ( 3 ) is guided through the rotating mirror ( 10 ) on average over approximately 45 ° to the object to obtain a small depth of field and the highest possible numerical aperture. 3. Profilmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand vom Drehspiegel (10) zum Objekt so gewählt ist, daß das vom Brennfleck der Laserstrahlen (4) beschrie­ bene Kreissegment von einer Geraden, deren Endpunkte (13, 13') sich an den Orten maximaler und minimaler Entfernung des Ob­ jektes vom FMCW-Laser-Radar befinden, um höchstens den halben Schärfentiefebereich der Brennflecken der Laserstrahlen (4) abweicht.3. Profile measuring system according to one of the preceding claims, wherein the distance from the rotating mirror ( 10 ) to the object is selected so that the circle segment described by the focal spot of the laser beams ( 4 ) from a straight line, the end points ( 13 , 13 ') of which Locations of maximum and minimum distance of the object from the FMCW laser radar are located to deviate by at most half the depth of field of the focal spots of the laser beams ( 4 ). 4. Profilmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlengang der Laserstrahlen (4) mittels minde­ stens eines Planspiegels (9) gefaltet wird, um die Baugröße des Meßsystemes zu verringern. 4. Profile measuring system according to one of the preceding claims, wherein the beam path of the laser beams ( 4 ) is folded by means of at least one plane mirror ( 9 ) in order to reduce the size of the measuring system. 5. Profilmeßsystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photodetektor eine Photodiodenzeile mit mindestens 10 Elementen aufweist.5. Profile measuring system, according to one of the preceding claims, wherein the photodetector has a photodiode array with at least Has 10 elements. 6. Profilmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gleichzeitig mit mehr als einem Laserstrahl (4) gemes­ sen wird, wobei die Anzahl der Laserstrahlen (4) der Zahl der Elemente des Photodetektors entspricht.6. Profile measuring system according to one of the preceding claims, wherein at the same time with more than one laser beam ( 4 ) is measured, the number of laser beams ( 4 ) corresponding to the number of elements of the photodetector. 7. Profilmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für mehrere gleichzeitig zu vermessende Objekte jeweils ein FMCW-Laser-Radar (3) vorhanden ist.7. Profile measuring system according to one of the preceding claims, wherein an FMCW laser radar ( 3 ) is provided for several objects to be measured simultaneously. 8. Profilmeßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu dem mindestens einen FMCW-Laser-Radar ein Laufzeitradar zur groben Positionsbestimmung eines oder meh­ rerer Objekte vorhanden ist.8. Profile measuring system according to one of the preceding claims, being in addition to the at least one FMCW laser radar Runtime radar for roughly determining the position of one or more objects are present. 9. Profilmeßsystem nach Anspruch 6, wobei mittels des Lauf­ zeitradars die Höhen und die Seitenlage eines Objektes be­ stimmbar ist.9. Profile measuring system according to claim 6, wherein by means of the barrel time radar be the heights and the lateral position of an object is tunable. 10. Verfahren zur Durchführung einer Profilmessung mit einem Profilmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
  • 1. mit einem FMCW-Laser-Radar ein aufzunehmendes Profil (7, 7') eines längsgestreckten Objektes mit Laserstrahlen (4) be­ leuchtet wird,
  • 2. das vom Objekt zurückgestreute Licht zur Ermittlung des Ab­ standes des zugehörigen Ortes auf der Objektoberfläche von dem FMCW-Laser-Radar von einem darin enthaltenen Photode­ tektor empfangen wird,
  • 3. mittels eines Drehspiegels (10) eine Profilabtastung vorge­ nommen wird, und
  • 4. ortsaufgelöst Profilschnitte eines langsgestreckten Objek­ tes berechnet werden.
10. A method for performing a profile measurement with a profile measuring system according to one of claims 1 to 9, wherein
  • 1. with an FMCW laser radar, a profile to be recorded ( 7 , 7 ') of an elongated object is illuminated with laser beams ( 4 ),
  • 2. the light scattered back from the object for determining the position of the associated location on the object surface is received by the FMCW laser radar from a photodetector contained therein,
  • 3. by means of a rotating mirror ( 10 ) a profile scan is taken, and
  • 4. spatially resolved profile sections of an elongated object are calculated.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zur Beleuchtung des Ob­ jektes 32 parallele Einzelstrahlen vorgesehen sind, durch die ein Profil des Objektes gleichzeitig beleuchtet wird und emp­ fangsseitig durch einen aus einer Zeile mit 32 Einzelelemen­ ten bestehenden Photodetektor eine parallele Auswertung ge­ schieht.11. The method according to claim 10, wherein for illuminating the Ob jektes 32 parallel individual beams are provided through which a profile of the object is simultaneously illuminated and emp on the start side by one from a line with 32 individual elements existing photodetector a parallel evaluation looks. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die ungefähre Höhen- und Seitenlage eines langgestreckten Objek­ tes relativ zum bewegten Profilmeßsystem ermittelt wird, in­ dem ein Laufzeitradar fortwährend quer zur Bewegungsrichtung schwingt.12. The method according to any one of claims 10 or 11, wherein the approximate height and lateral position of an elongated object tes is determined relative to the moving profile measuring system, in which a time-of-flight radar continuously across the direction of movement swings. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Stellgröße zur Nachführung eines Meßfensters mittels des Drehspiegels (10) auf das Objekt entweder von dem Laufzeitra­ dar oder von dem FMCW-Laser-Radar (3) generiert wird.13. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein a manipulated variable for tracking a measurement window by means of the rotating mirror ( 10 ) on the object either from the transit time or from the FMCW laser radar ( 3 ) is generated. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Meßfenster ellip­ tisch ausgebildet und ungefähr 20 mm lang ist.14. The method according to claim 13, wherein the measurement window is elliptical formed table and is about 20 mm long. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei vor­ gegebene wesentliche Teilprofile eines Objektes vermessen werden.15. The method according to any one of claims 10 to 14, wherein before measure given essential partial profiles of an object become. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 wobei das Profil von Fahrdrähten elektrischer Bahnen vermessen wird.16. The method according to any one of claims 10 to 14, wherein the Profile of contact wires of electrical railways is measured. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Profil von Gleisen vermessen wird.17. The method according to any one of claims 10 to 15, wherein the Profile of tracks is measured.
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