專利名稱：用于分析鐵道車輛車輪的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種用于分析鐵道車輛車輪的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明關(guān)于 一種涉及用于測量這些車輪的外形的多個相機(jī)和照明的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
鐵路的鐵道車輛(例如箱式車、平板車、油罐車、底卸車、敞蓬車皮、用于半拖運(yùn)車 和/或集裝箱的馱載運(yùn)載工具、客車等)經(jīng)受磨損、疲勞等。該鐵道車輛的車輪和貨車的情 況尤其如此。因此，通常有必要或希望隨時(shí)檢查該鐵道車輛，且尤其檢查該鐵道車輛的貨車 和車輪，以確保鐵道車輛保持使用起來安全，且不可能在鐵道車輛的當(dāng)次檢查與下次檢查 之間的這段行程中經(jīng)歷故障。傳統(tǒng)上，手動執(zhí)行這些檢查。該手動檢查不僅耗時(shí)且昂貴，而且難以確保給定段的 鐵道車輛在任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間表下接受檢查。因此，如美國專利第6，911，914號、第6，909, 514號、第6，872，945號、第 6，823，242 號、第 6，768，551 號、第 5，793，492 號、第 5，677，533 號、第 5，596，203 號、第 5，448，072號、第5，247，338號、第3，253，140號和第3，206，596號中所陳述，其每一者的 教示以引用的方式并入本文中，在過去的三十年里，已開發(fā)出各種系統(tǒng)和方法來自動檢查 鐵路鐵道車輛的各種方面和參數(shù)，例如鐵路車輪和軸承溫度、熱軌道車表面、車輪外形等。 按照慣例，這些系統(tǒng)和方法已使用無源傳感器，其在鐵道車輛段經(jīng)過所述傳感器時(shí)，產(chǎn)生1 維、隨時(shí)間變化的信號。為了提供額外維度的信息，可沿鐵路軌道或垂直于鐵路軌道布置多 個傳感器。最近，已使用產(chǎn)生鐵路鐵道車輛的各種組件(例如車輪、貨車組合件、鐵道車輛 的車體等)的2維圖像的基于光學(xué)的系統(tǒng)來檢查該鐵道車輛。一些基于光學(xué)的系統(tǒng)提供基于激光的鐵道車輛車輪外形測量系統(tǒng)。這些系統(tǒng)(通 常安裝在路旁)通常通過將激光線投影到車輪的表面上，且接著用投影到車輪表面上的激 光線捕捉其圖像，而得出車輪外形測量結(jié)果。然而，這些已知系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)某些有利特征 (和/或特征組合)。舉例來說，使用這些激光系統(tǒng)獲得的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性高度取決于所述系統(tǒng)的校準(zhǔn)。設(shè)置和/或校準(zhǔn)的甚至微小變化可能無法立刻檢測，從而增加不可靠資料的風(fēng)險(xiǎn)。對 圖像中所捕捉到的對象的視覺審閱或其它手動處理是困難的，因?yàn)槭褂眠@些系統(tǒng)獲得的任 何圖像主要是針對投影在對象上的激光線，而不是所述對象本身的圖案。因此，任何這種處 理都是困難的、不可靠的且具有減少的值。舉例來說，已知系統(tǒng)通常通過假設(shè)而得出某些車 輪參數(shù)(例如車輪中空)，因?yàn)樵谶@些系統(tǒng)所捕捉的圖像中可能無法清楚地看到車輪參數(shù)。這些已知系統(tǒng)通常要求對待測量對象的正確校準(zhǔn)。如果正測量的實(shí)際對象不同于 被校準(zhǔn)的對象，那么有可能出現(xiàn)誤差。另外，鐵道車輛車輪的大小通常會改變。這些變化通常需要內(nèi)插和/或外推，這可能引入誤差。這些系統(tǒng)的設(shè)備通常經(jīng)受來自經(jīng)過的鐵道車輛的振動。較大的振動可導(dǎo)致移動，包含激光線與圖像捕捉設(shè)備的光學(xué)中心之間的相對移動。這些振動和移動可能導(dǎo)致或產(chǎn)生誤差。另外，這些已知系統(tǒng)的意在覆蓋鐵道車輛車輪的母體材料的激光線可能代替地覆 蓋不是所述車輪的一部分的外來材料(例如凸緣上來自潤滑器的潤滑脂等)。因?yàn)榈湫偷?處理算法假定激光線僅覆蓋車輪的母體材料，所以外來材料可能負(fù)面地影響從這些系統(tǒng)獲 得的任何測量值的準(zhǔn)確性和可靠性。這些已知系統(tǒng)的激光還存在潛在的安全危險(xiǎn)。雖然這些系統(tǒng)通常包含在發(fā)生系統(tǒng) 故障的情況下的保護(hù)性措施，但這些保護(hù)性措施無法消除激光暴露的風(fēng)險(xiǎn)。將需要提供一種捕捉、測量和/或分析本申請案中所揭示類型的鐵道車輛車輪參 數(shù)的系統(tǒng)、方法或類似物，其包含這些或其它有利特征中的任一者或一者以上并不實(shí)質(zhì)上 取決于待測量的系統(tǒng)或?qū)ο蟮脑敿?xì)校準(zhǔn)的系統(tǒng)和/或方法；極少受到不是原始鐵道車輛車 輪的一部分的外來材料影響的系統(tǒng)和/或方法；不利用激光且因此消除暴露于這些激光的 風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)和/或方法；以及不需要通過假設(shè)來得出車輪參數(shù)而是可準(zhǔn)確地測量包含車輪 中空在內(nèi)的完整車輪參數(shù)的系統(tǒng)和/或方法。這些捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)和方法將因?yàn)槎喾N原因而更 為有利。這些原因包含允許系統(tǒng)或利用這些系統(tǒng)的檢查站定位在有可能以合理的間隔檢查 大部分鐵道車輛的點(diǎn)，例如鐵路停車場的入口或出口，而不必顯著地在實(shí)際檢查中涉及鐵 路工作人員。此外，這些系統(tǒng)和方法經(jīng)設(shè)計(jì)以快速檢查鐵道車輛。即，所述檢查可在鐵道車 輛以其正常行進(jìn)速度移動經(jīng)過檢查站時(shí)發(fā)生。相反，手動檢查通常要求鐵道車輛停下以允 許鐵路工作人員接近各種組件以進(jìn)行測量。通過允許鐵道車輛快速移動經(jīng)過檢查站，檢查 可在不實(shí)質(zhì)上負(fù)面影響特定火車的時(shí)間表的情況下發(fā)生，從而減少檢查成本和運(yùn)輸貨物的 延遲。另外，這些系統(tǒng)和方法將避免基于激光的系統(tǒng)的若干限制和/或缺點(diǎn)，和/或本質(zhì) 上比基于激光的系統(tǒng)更安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明關(guān)于一種捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)，其包括第一凸 緣相機(jī)，其鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)而提供，其中所述第一凸緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉第一鐵軌 上方的第一車輪的至少一部分的圖像；第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，其鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)而提 供，其中第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉第一車輪的至少一部分的圖像；第一外側(cè)輪緣相 機(jī)，其鄰近第一鐵軌的場側(cè)而提供，其中所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉第一車輪的 至少一部分(包含第一車輪的內(nèi)徑的至少一部分)的圖像；至少一個閃光燈，其經(jīng)定位以有 助于照明第一車輪的至少一部分；以及至少一個背面照明板，其鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)而 提供，且經(jīng)定位以將光朝第一車輪反射。本發(fā)明關(guān)于一種捕捉、測量和分析鐵道車輛車輪參數(shù)的方法，其包括用鄰近第一 鐵軌的軌道側(cè)提供的背面照明板來將光朝第一車輪反射；用鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)提供的 第一凸緣相機(jī)來捕捉第一鐵軌上方的第一車輪的至少一部分的圖像；用鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)提供的第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉第一鐵軌上方的第一車輪的至少一部分的圖像；以及用鄰近第一鐵軌的場側(cè)提供的第一外側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉第一鐵軌上方的第一車輪的至少 一部分(包含第一車輪的內(nèi)徑的至少一部分)的圖像。本發(fā)明關(guān)于一種提供用于捕捉、測量和分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的方法，其 包括鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)而定位和定向第一凸緣相機(jī)，以捕捉第一鐵軌上方的第一車 輪的至少一部分的圖像；鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)而定位和定向第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉 第一鐵軌上方的第一車輪的至少一部分的圖像；鄰近第一鐵軌的場側(cè)而定位和定向第一外 側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉第一鐵軌上方的第一車輪的至少一部分的圖像；定位和定向至少一個 閃光燈，使得所述至少一個閃光燈有助于照明第一車輪的至少一部分；以及鄰近第一鐵軌 的軌道側(cè)而定位和定向至少一個背面照明板，以將光朝第一車輪反射。在根據(jù)本發(fā)明的各種裝置、結(jié)構(gòu)和/或方法的各種示范性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述 中描述或從中明白根據(jù)這些發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各種示范性實(shí)施例的這些和其它特征和 優(yōu)點(diǎn)。


將參考以下各圖而詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各種示范性實(shí)施例，其 中圖1是鐵軌上的車輪頭部的一部分的截面圖。圖2是定位于鐵軌上的鐵道車輛車輪的車輪外形的局部截面圖。圖3是捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的俯視圖。圖4說明了可由捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例 的凸緣相機(jī)產(chǎn)生的圖像。圖5說明了可由捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的一個示范性實(shí) 施例的內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)產(chǎn)生的圖像。圖6說明了可由捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例 的外側(cè)輪緣相機(jī)產(chǎn)生的圖像。圖7是定位在鐵軌和車輪頭部附近的背面照明部件和標(biāo)記的局部截面圖。圖8是由捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的凸緣 相機(jī)產(chǎn)生的照片。圖9是由捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的凸緣 相機(jī)產(chǎn)生的照片，所述系統(tǒng)包含背面照明部件。應(yīng)理解，圖式不一定是按比例繪制的。在某些情況下，可能已經(jīng)省略了對理解本發(fā) 明來說不必要或使得難以理解其它細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)。當(dāng)然，應(yīng)理解，本發(fā)明不一定局限于本文所 說明的特定實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式一條鐵路可能擁有數(shù)萬或更多段鐵道車輛。此類鐵道車輛包含火車和貨車和/或 客車。通常，鐵路擁有數(shù)十種不同類型的貨車，例如箱式車、油罐車、敞蓬車皮、底卸車、平板 車箱、馱載式平板車、集裝箱運(yùn)載車、牲畜車等。如果鐵路提供乘客服務(wù)，那么鐵道車輛可含有客車、行李車、郵車、臥鋪車、餐車、觀察車等。檢查鐵道車輛通常是成問題的(例如由于 其移動本質(zhì))。因此，如上文所并入的美國專利中所述，在鐵道車輛經(jīng)過檢查站時(shí)自動檢查 鐵道車輛可能比手動檢查鐵道車輛更有效率。如上文所述，雖然手動檢查鐵道車輛可提供對與鐵道車輛相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)的非 常精確且準(zhǔn)確的測量，但這些手動測量是耗時(shí)且昂貴的。手動檢查不僅需要訓(xùn)練有素的工 作人員，而且手動檢查還要求使含有鐵道車輛的火車停一段時(shí)間。因?yàn)殍F路通過將貨物從 一個地方移到另一個地方來賺取利潤，所以檢查鐵道車輛的延遲可負(fù)面地影響鐵路(例 如，直接減少通過鐵路所賺取的利潤)。在各種實(shí)施例中，由于激光線技術(shù)和系統(tǒng)的已知缺點(diǎn)，利用包含缺乏任何激光線 的機(jī)器視覺的系統(tǒng)?；诩す獾南到y(tǒng)不必要地使車輪外形測量變得復(fù)雜，且增加錯誤測量 的風(fēng)險(xiǎn)。另外，包含激光的系統(tǒng)還存在潛在的安全危險(xiǎn)(在任一保護(hù)性系統(tǒng)發(fā)生故障的情 況下的激光暴露的風(fēng)險(xiǎn))。在各種實(shí)施例中，與本發(fā)明有關(guān)的系統(tǒng)利用閃光燈和高速相機(jī)(不具有激光)來 捕捉鐵道車輛車輪的參數(shù)。在各種實(shí)施例中，所述系統(tǒng)提供對車輪的完整外形和車輪頭部 的準(zhǔn)確測量，包含車輪中空測量。所述系統(tǒng)不需要假設(shè)來得出車輪參數(shù)，而是使用從圖像捕 捉到的參數(shù)，從而通過向鐵路操作員提供可靠且容易維護(hù)的車輪外形和車輪參數(shù)測量系統(tǒng) 來改進(jìn)鐵路的維護(hù)實(shí)務(wù)，且增加鐵路操作的安全性。另外，所述系統(tǒng)能夠測量以正常速度 (例如，以每小時(shí)至少60英里)行進(jìn)的各種鐵道車輛的所有車輪。圖1說明在鐵軌110頂部的鐵道車輛車輪頭部100的截面圖。車輪頭部100通常 包含輪緣120和凸緣130。車輛頭部100還通常包含運(yùn)行表面140，其通常包含輪緣120與 鐵軌110接觸的部分。因?yàn)橐阎囕喯鄬τ阼F軌而移動，所以車輪的運(yùn)行表面140可能比 鐵軌寬，且可隨著時(shí)間的過去和/或在使用期間改變。圖2說明鐵軌上方的鐵道車輛車輪的車輪外形150。如果車輪外形150是準(zhǔn)確已 知或可測量的，那么可確定多種車輪參數(shù)，例如輪緣的厚度、凸緣130的高度和寬度以及車 輪中空。車輪中空通常被視為輪緣的實(shí)質(zhì)上在車輪頭部的運(yùn)行表面140附近的厚度的減 小。圖2中所說明的車輪外形150展現(xiàn)車輪中空。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的檢查站200 (如捕捉、測量和/或分析鐵道車輛車輪參數(shù) 的系統(tǒng))的示范性實(shí)施例。如圖3所示，在一個示范性實(shí)施例中，檢查站200包括定位有多 種圖像捕捉裝置，包含第一凸緣相機(jī)220、第二凸緣相機(jī)221、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)222、第二 內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)223、第一外側(cè)輪緣相機(jī)224和第二外側(cè)輪緣相機(jī)225，的軌道的區(qū)段210。在 各種示范性實(shí)施例中，檢查站200還包含閃光燈160以及與一個或多個相機(jī)和/或閃光燈 160通信的一個或多個觸發(fā)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還可包含與所述相機(jī)中的至少一者通信的一個 或多個數(shù)據(jù)處理單元和/或一個或多個通信鏈路。還如圖3所示，在一個實(shí)施例中，軌道的區(qū)段210包含提供于一個或多個枕木214 上的第一鐵軌212和第二鐵軌213的多個部分。枕木214可嵌在一堆道渣216中?？墒褂?任何已知或以后開發(fā)出的技術(shù)和/或裝置將鐵軌212、213連接到枕木214。如圖3中所示， 圖像捕捉裝置可位于鐵軌212、213中的一者或兩者外部(即，定位在一個或兩個鐵軌212、 213的場側(cè))和/或鐵軌212、213之間(S卩，定位于鐵軌212、213的軌道側(cè))。在各種示范性實(shí)施例中，所述系統(tǒng)中所利用的各種圖像捕捉裝置(例如圖3中所示的相機(jī)220到225)經(jīng)定位和/或定角度以捕捉一個或多個車輪組中的車輪的車輪頭部的至少多個部分。在各種示范性實(shí)施例中，所述系統(tǒng)中所利用的各種圖像捕捉裝置還可經(jīng) 定位和/或坐落以有助于放大一個或多個所捕捉到的對象。更具體地說，在各種示范性實(shí)施例中，第一凸緣相機(jī)220和第二凸緣相機(jī)221分別 鄰近第一鐵軌212和第二鐵軌213的軌道側(cè)而提供(例如坐落且定位)，且實(shí)質(zhì)上分別指向 車輪組中的第一車輪的凸緣和第二車輪的凸緣，且經(jīng)坐落且定位以使得車輪組可在不接觸 相機(jī)220、221的情況下經(jīng)過。同樣，在各種示范性實(shí)施例中，第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)222提供于第一鐵軌212與第二 鐵軌213之間(例如，鄰近第二鐵軌213的軌道側(cè))，且經(jīng)定向(例如，以稍微垂直的角度和 水平角度)以允許第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)222捕捉第一車輪的輪緣的至少一部分的圖像，而第 二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)223提供于第一鐵軌212與第二鐵軌213之間(例如，鄰近第一鐵軌212的 軌道側(cè))，且經(jīng)定向(例如，以稍微垂直的角度和水平角度)以允許第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)223 捕捉第二車輪的輪緣的至少一部分的圖像。同時(shí)，在各種示范性實(shí)施例中，第一外側(cè)輪緣相機(jī)224和第二外側(cè)輪緣相機(jī)225分 別提供于第一鐵軌212和第二鐵軌213的場側(cè)，且經(jīng)定向(例如，以稍微垂直的角度和水平 角度)以允許第一外側(cè)輪緣相機(jī)224和第二外側(cè)輪緣相機(jī)225分別捕捉第一車輪的輪緣的 至少一部分和第二車輪的輪緣的至少一部分的圖像。應(yīng)了解，圖像捕捉裝置可以任何數(shù)目的方式定位、定向和對準(zhǔn)。然而，在各種示范 性實(shí)施例中，圖像捕捉裝置經(jīng)定位、對準(zhǔn)和定向以有助于允許圖像捕捉裝置精確地捕捉所 關(guān)注的區(qū)域，例如車輪外形的大部分。還應(yīng)了解，可通過將一個或多個物理上不同的成像系統(tǒng)(例如完整的數(shù)碼相機(jī)) 并入圖像捕捉裝置主體中，來實(shí)施各種圖像捕捉裝置(例如相機(jī)220到225)。在一個實(shí)施 例中，可將各種圖像捕捉裝置實(shí)施為多個物理上獨(dú)立的圖像捕捉系統(tǒng)，例如完整的數(shù)碼相 機(jī)。在一個實(shí)施例中，各種圖像捕捉裝置可使用物理上不同的透鏡組合件和圖像捕捉電子 裝置(其具有常見的資料存儲、輸入/輸出控制和其它電子裝置)來實(shí)施一個或多個成像 系統(tǒng)。應(yīng)了解，可使用任何已知或以后開發(fā)類型的圖像捕捉系統(tǒng)來實(shí)施包含相機(jī)220和225 在內(nèi)的各種圖像捕捉裝置中的任一者或多者。圖4到圖6說明可由所述系統(tǒng)的意在捕捉實(shí)質(zhì)上定位于(例如)第二鐵軌上方的 一個或多個車輪的圖像的三個相機(jī)(例如第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪 緣相機(jī))捕捉的各種圖像。舉例來說，如圖4到圖6中所示，車輪250的外形的大部分可為 利用第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)產(chǎn)生的圖像而看得見和/或可 測量的。更具體地說，如圖6中所描繪，車輪250的內(nèi)徑的至少一部分應(yīng)為可從外側(cè)輪緣相 機(jī)(例如第二外側(cè)輪緣相機(jī))的位置看得見。因?yàn)檐囕?50定位于第二鐵軌213上，所以第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第 二外側(cè)輪緣相機(jī)可能無法捕捉車輪250的完整運(yùn)行表面的任何圖像。然而，車輪250的運(yùn)行 表面的在圖像中未捕捉到的任何部分應(yīng)實(shí)質(zhì)上與第二鐵軌213接觸。更明確地說，車輪250 的運(yùn)行表面的所述部分應(yīng)與第二鐵軌213的外形接觸。第二鐵軌213的外形可在安裝所述 系統(tǒng)之前和之后準(zhǔn)確地測量且以規(guī)則間隔再次測量。舉例來說，鐵軌通常較慢地磨損，甚至 在非常繁重的交通條件和使用下，對鐵軌外形的一年一次的測量通常被認(rèn)為是足夠的。因?yàn)榈诙F軌213的外形是已知的或至少可測量的，所以通過使第二鐵軌213的外形與來自 由第二凸緣相機(jī)221、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)223和第二外側(cè)輪緣相機(jī)225捕捉的圖像的數(shù)據(jù)組 合，可構(gòu)造或確定車輪250的運(yùn)行表面的完整或大體上完整的“圖像”?？深愃频卮_定在任一鐵軌上行進(jìn)的其它車輪的運(yùn)行表面的完整“圖像”。在各種實(shí) 施例中，可使用第一鐵軌的鐵軌外形和由第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第一外側(cè)輪 緣相機(jī)捕捉到的圖像來確定在第一鐵軌上方的車輪頭部的運(yùn)行表面。另外，根據(jù)所述圖像和已知的鐵軌外形，可對車輪參數(shù)(包含車輪中空)進(jìn)行準(zhǔn)確 測量。此外，可準(zhǔn)確地確定車輪外形，因?yàn)閷?shí)質(zhì)上所有車輪頭部都在集合圖像上看得見。車 輪頭部的所有必要參考都是看得見的，且使用圖像處理的自動算法，可確定車輪外形和車 輪頭部，且準(zhǔn)確地測量所有車輪外形參數(shù)，包含車輪中空。一旦處理算法已確定車輪頭部的 參數(shù)，最終處理算法將包含車輪的與鐵軌接觸的部分，且因此允許車輪外形和整個車輪頭 部的確定。如圖3到圖9所示，所述系統(tǒng)還可包含提供于第一和/或第二鐵軌附近的一個或 多個標(biāo)記260，例如第PCT/US07/63499號PCT專利申請案中所揭示的那些標(biāo)記，所述申請案 以全文引用的方式并入本文中。因?yàn)檫@些標(biāo)記260可包含于所述系統(tǒng)所捕捉的一個或多個 圖像中，所以可更容易確定圖像的正確相互關(guān)系，且因此可獲得車輪參數(shù)和車輪外形的準(zhǔn) 確測量。更具體地說，標(biāo)記260可位于圖像中將捕捉的區(qū)域中，以允許參考鐵軌的頂部或 參考圖像中的每一者。這可確保對車輪參數(shù)(包含車輪中空)和車輪外形的更準(zhǔn)確測量。如圖3和圖6所示，本發(fā)明的系統(tǒng)還可包含一個或多個傳感器270，例如申請案號 為60/588，910的第7，278，305號美國專利中所揭示的傳感器，所述專利以全文引用的方式 并入本文中?？墒褂眠@些傳感器270來確定火車上的每一車輪組的任何速度變化的存在。 另外，可使用這些傳感器270來改進(jìn)相機(jī)的時(shí)序，且有助于確保所有圖像都及時(shí)被捕捉到。 另外，在從相機(jī)到被捕捉對象的距離已知的情況下，可針對被捕捉對象的任何攻角或蹤跡 來校正所有測量值。如圖7和圖9中所示，所述系統(tǒng)還可包含一個或多個背面照明板280，其提供于第 一鐵軌212與第二鐵軌213之間(例如，鄰近第一鐵軌212和/或第二鐵軌213的軌道側(cè))， 且經(jīng)定向以將光朝沿第一鐵軌212和/或第二鐵軌213行進(jìn)的一個或多個車輪的凸緣和/ 或輪緣反射。舉例來說，背面照明板280可垂直安裝且以相對于鐵軌的一般縱向方向10度 到15度的角度朝相機(jī)定向。在各種實(shí)施例中，提供背面照明板280以避免與任何車輪接觸。 另外，在各種實(shí)施例中，可柔性安裝(例如彈簧安裝)背面照明板280，使得如果其由鐵道 車輛的車輪或任何組件或設(shè)備接觸，那么背面照明板280可彎曲和/或讓路并大體上返回 到其原始和/或最佳位置。每一背面照明板280可由任何類型的材料構(gòu)造。在各種實(shí)施例 中，背面照明板280將由至少一種具有反射特性的表面材料構(gòu)造。圖8是利用不包含背面照明板的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的第一鐵軌212、車輪和標(biāo) 記260的照片。圖9是由包含背面照明板280的系統(tǒng)的示范性實(shí)施例捕捉到的第一鐵軌 212、車輪和標(biāo)記260的照片。如圖8和9所示，在各種示范性實(shí)施例中，背面照明板280有 助于照明圖像中所捕捉的車輪的背面的至少一部分，以增強(qiáng)所捕捉圖像的品質(zhì)和清晰度。 在各種實(shí)施例中，利用背面照明板280還可有助于照明所利用的任何標(biāo)記。
重要的是要注意，如優(yōu)選和其它示范性實(shí)施例中所展示并描述的系統(tǒng)的組件的構(gòu) 造和布置只是說明性的。盡管本揭示案中已詳細(xì)描述本發(fā)明的僅幾個實(shí)施例，但審閱本揭 示案的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，在沒有實(shí)質(zhì)上脫離所陳述的標(biāo)的物的新穎教示和 優(yōu)點(diǎn)的情況下，許多修改都是可能的(例如，各種組件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參 數(shù)的值、安裝布置、材料使用、色彩、定向等的變化)。舉例來說，展示為整體形成的組件可 由多個零件或組件構(gòu)造，和/或展示為多個零件的組件可整體形成，接口的操作可顛倒或 以其它方式改變，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或部件或連接或其它組件的長度和/或?qū)挾瓤筛淖?，提?于組件之間的調(diào)整位置的性質(zhì)或數(shù)目可改變，組件的位置可顛倒或以其它方式改變，且離 散組件或位置的性質(zhì)或數(shù)目可更改或改變。應(yīng)注意，所述系統(tǒng)的組件和/或組合件可由提 供足夠強(qiáng)度或耐久性、呈多種色彩、紋理和組合中的任一者的多種材料中的任一者構(gòu)造。因 此，所有這些修改意在包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，對優(yōu)選 和其它示范性實(shí)施例的設(shè)計(jì)、操作條件和布置作出其它替代、修改、改變和省略。
權(quán)利要求
一種捕捉、測量和分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)，其包括第一凸緣相機(jī)，其鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)提供，其中所述第一凸緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉所述第一鐵軌上方的第一車輪的至少一部分的圖像；第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，其鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)提供，其中所述第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉所述第一車輪的至少一部分的圖像；第一外側(cè)輪緣相機(jī)，其鄰近所述第一鐵軌的場側(cè)提供，其中所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)經(jīng)定位以捕捉所述第一車輪的至少一部分的圖像，所述第一車輪的至少一部分包含所述第一車輪的內(nèi)徑的至少一部分；至少一個閃光燈，其經(jīng)定位以有助于照明所述第一車輪的至少一部分；以及至少一個背面照明板，其鄰近所述第一鐵軌的所述軌道側(cè)提供，且經(jīng)定位以將光朝所述第一車輪反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個傳感器，其與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中 的至少一者通信；以及至少一個標(biāo)記，其經(jīng)定位以至少部分地包含在由所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相 機(jī)和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者所捕捉到的圖像中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī) 和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信的數(shù)據(jù)處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二凸緣相機(jī)，其鄰近所述第二鐵軌的軌道側(cè)提供，其中所述第二凸緣相機(jī)經(jīng)定位以 捕捉所述第二鐵軌上方的第二車輪的至少一部分的圖像；第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，其鄰近所述第一鐵軌的軌道側(cè)提供，其中所述第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī) 經(jīng)定位以捕捉所述第二車輪的至少一部分的圖像；第二外側(cè)輪緣相機(jī)，其鄰近所述第二鐵軌的場側(cè)提供，其中所述第二外側(cè)輪緣相機(jī)經(jīng) 定位以捕捉所述第二車輪的至少一部分的圖像，所述第二車輪的至少一部分包含所述第二 車輪的內(nèi)徑的至少一部分；至少一個閃光燈，其經(jīng)定位以有助于照明所述第二車輪的至少一部分；以及 至少一個背面照明板，其鄰近所述第二鐵軌的軌道側(cè)提供，且經(jīng)定位以將光朝所述第 二車輪反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個傳感器，其與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第 二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信；以及至少一個標(biāo)記，其經(jīng)定位以至少部分地包含在由所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相 機(jī)、第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一 者所捕捉到的圖像中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、 第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者 通信的數(shù)據(jù)處理單元。
7.一種捕捉、測量和分析鐵道車輛車輪參數(shù)的方法，其包括用鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)提供的背面照明板將光朝第一車輪反射；用鄰近所述第一鐵軌的軌道側(cè)提供的第一凸緣相機(jī)來捕捉所述第一鐵軌上方的所述 第一車輪的至少一部分的圖像；用鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)提供的第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉所述第一鐵軌上方的所述 第一車輪的至少一部分的圖像；以及用鄰近第一鐵軌的場側(cè)提供的第一外側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉所述第一鐵軌上方的所述第 一車輪的至少一部分的圖像，所述第一車輪的至少一部分包含所述第一車輪的內(nèi)徑的至少 一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括用與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信的 傳感器來感測所述第一鐵軌上方的所述第一車輪的存在；以及將至少一個標(biāo)記定位成至少部分地包含于由所述第一凸緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述 第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像和由所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像中的至少一者 中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括將由所述第一凸緣相機(jī)捕捉到的圖像、由 所述第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像和由所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像中的至少 一者傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括用鄰近所述第二鐵軌的軌道側(cè)提供的背面照明板將光朝第二車輪反射；用鄰近所述第 二鐵軌的軌道側(cè)提供的第二凸緣相機(jī)來捕捉所述第二鐵軌上方的所述第二車輪的至少一 部分的圖像；用鄰近所述第一鐵軌的軌道側(cè)提供的第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉所述第二鐵軌上方的 所述第二車輪的至少一部分的圖像；以及用鄰近所述第二鐵軌的場側(cè)提供的第二外側(cè)輪緣相機(jī)來捕捉所述第二鐵軌上方的所 述第二車輪的至少一部分的圖像，所述第二車輪的至少一部分包含所述第二車輪的內(nèi)徑的 至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括用與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二 內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信的傳感器來感測所述第一鐵軌上方 的所述第一車輪和所述第二鐵軌上方的所述第二車輪中的至少一者的存在；以及將至少一個標(biāo)記定位成至少部分地包含于由所述第一凸緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述 第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述第二凸 緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像和由所述第二外側(cè)輪緣相機(jī) 捕捉到的圖像中的至少一者中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將由所述第一凸緣相機(jī)捕捉到的圖像、 由所述第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述第一外側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述 第二凸緣相機(jī)捕捉到的圖像、由所述第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)捕捉到的圖像和由所述第二外側(cè)輪 緣相機(jī)捕捉到的圖像中的至少一者傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。
13.一種提供用于捕捉、測量和分析鐵道車輛車輪參數(shù)的系統(tǒng)的方法，其包括鄰近第一鐵軌的軌道側(cè)定位和定向第一凸緣相機(jī)，以捕捉所述第一鐵軌上方的第一車 輪的至少一部分的圖像；鄰近第二鐵軌的軌道側(cè)定位和定向第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉所述第一鐵軌上方的所 述第一車輪的至少一部分的圖像；鄰近所述第一鐵軌的場側(cè)定位和定向第一外側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉所述第一鐵軌上方的 所述第一車輪的至少一部分的圖像；定位和定向至少一個閃光燈，使得所述至少一個閃光燈有助于照明所述第一車輪的至 少一部分；以及鄰近所述第一鐵軌的所述軌道側(cè)定位和定向至少一個背面照明板，以將光朝所述第一 車輪反射。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括提供至少一個傳感器，其與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第一外測輪緣相 機(jī)中的至少一者通信；以及定位至少一個標(biāo)記，使得所述至少一個標(biāo)記至少部分地在由所述第一凸緣相機(jī)、第一 內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者所捕捉到的圖像中看得見。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括提供與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪 緣相機(jī)和第一外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信的數(shù)據(jù)處理單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括鄰近所述第二鐵軌的軌道側(cè)定位和定向第二凸緣相機(jī)，以捕捉所述第二鐵軌上方的第 二車輪的至少一部分的圖像；鄰近所述第一鐵軌的所述軌道側(cè)定位和定向第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉所述第二鐵軌 上方的所述第二車輪的至少一部分的圖像；鄰近所述第二鐵軌的場側(cè)定位和定向第二外側(cè)輪緣相機(jī)，以捕捉所述第二鐵軌上方的 所述第二車輪的至少一部分的圖像；定位和定向至少一個閃光燈，使得所述至少一個閃光燈有助于照明所述第二車輪的至 少一部分；以及鄰近所述第二鐵軌的所述軌道側(cè)定位和定向至少一個背面照明板，以將光朝所述第二 車輪反射。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括提供至少一個傳感器，其與所述第一凸緣相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、第一外側(cè)輪緣相 機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信；以及提供至少一個標(biāo)記，使得所述至少一個標(biāo)記至少部分地在由所述第一凸緣相機(jī)、第一 內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外側(cè)輪緣相機(jī) 中的至少一者所捕捉到的圖像中看得見。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括提供數(shù)據(jù)處理單元，其與所述第一凸緣 相機(jī)、第一內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)、第一外側(cè)輪緣相機(jī)、第二凸緣相機(jī)、第二內(nèi)側(cè)輪緣相機(jī)和第二外 側(cè)輪緣相機(jī)中的至少一者通信。
全文摘要
一種分析鐵道車輛車輪的示范性系統(tǒng)和方法有助于允許快速分析車輪，從而減少對手動檢查或其它有關(guān)延遲的任何需要。示范性系統(tǒng)可包含一個或多個閃光燈以及一個或多個高速相機(jī)，以快速捕捉所述鐵道車輛車輪的圖像。所述圖像可包含一個或多個標(biāo)記以輔助分析所述鐵道車輛車輪的各種參數(shù)。所述示范性系統(tǒng)可包含一個或多個背面照明板，以輔助照明所述鐵道車輛車輪和/或所述一個或多個標(biāo)記。
文檔編號E01B29/04GK101802308SQ200880105893
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者克瑞斯多夫·奇萊恩, 史都華·黑洱, 弗拉狄密爾·瑪蘇爾 申請人:倫斯雷爾公司