光学轮评估的制作方法

相关申请的引用

当前的申请要求于2017年9月15日提交的共同未决的美国临时申请no.62/559,029的权益，该申请通过引用并入本文。

本公开一般而言涉及轮的评估，并且更具体而言，涉及用于光学地测量轮的解决方案。

背景技术：

当前的轮测量解决方案，诸如在两者均通过引用由此并入本文的标题为“methodandsystemforcontactlessmeasurementofrailroadwheelcharacteristics”的美国专利no.5,636,026和标题为“contactlesswheelmeasurementsystemandmethod”的美国专利no.6,768,551中描述的解决方案，有效地测量轮的各种属性。例如，当测量导轨轮时，可以测量属性(诸如轮辋厚度、轮缘厚度、轮缘高度、参考轮槽直径(当可用时)、轮直径和轮攻角)，以确保轮的继续操作保持安全。

这些解决方案的实施例可能没有提供用于测量可以被用于确定可能影响轮的可操作状况的其它缺陷的其它轮属性(诸如胎面表面的表面形貌)的有效解决方案。例如，对于继续操作，包括平坦点或充分不圆(例如，椭圆形)或包括一个或多个沟、裂纹、去壳(shelled)区域等的轮可能是不期望的。通过引用并入本文而且标题为“opticalwheelevaluation”的美国专利no.7,564,569描述了实现所述目的的若干方法。

技术实现要素：

鉴于以上所述，发明人认识到对于改进的光学评估解决方案存在需要，该改进的光学评估解决方案可以准确地测量一个或多个轮属性，对于该一个或多个轮属性，当前的解决方案可能不会提供足够和/或足够准确的测量结果。技术的进步，具体而言是超高速智能相机的可用性，已使得以更高的速度、以改进的分辨率以及以改进的轮缺陷覆盖范围对轮瑕疵进行光学测量的新方法成为可能。发明人发现了组合多个技术以优化地解决所有感兴趣的轮缺陷是有利的。

本发明的方面提供了一种用于沿着轮的至少一个周长光学地评估轮的解决方案。但是，理解的是，在某些应用中，诸如在其中在短时间帧中频繁检查同一车辆的通行(transit)火车交通的情况下，在不偏离本文描述的本发明的说明性实施例的情况下，通过捕获和拼接(stitch)在任何给定行程期间由车辆通过系统获取的部分周长数据，可以获得值整个周长的数据。该评估利用通过反射离开旋转轮的一个或多个区域的辐射而获取的信息。成像设备可以获取图像数据，该图像数据被处理以评估轮。辐射可以包括漫射和/或相干辐射。在评估中可以使用轮的基本上整个周长的图像数据。

在一实施例中，在轮沿着具有该轮的至少一个周长的长度的路径移动时获得图像数据。而且，本领域技术人员将认识到的是，在不偏离本发明后的意图的情况下，该路径可以是就地(inplace)的线性行进或圆形行进。路径和/或轮可以被照明以增强所得的图像数据。基于图像数据来测量轮的一个或多个属性。然后属性可以被用于检测轮中的一个或多个缺陷。在一个实施例中，轮是铁路轮，轮被照明，并且被照明的轮由一个或多个相机成像。但是，理解的是，在不偏离本发明后的意图的情况下，也可以测量其它类型的轮、轮胎、圆形支撑构件、圆筒(cylinder)等。

本发明的第一方面提供了一种评估轮的方法，该方法包括：对轮的路径进行照明，其中该路径的长度包括轮的至少一个周长；随着轮沿着路径移动时获得该轮的图像数据；以及基于图像数据测量轮的至少一个属性。通过路径理解的是，轮可以作为车辆的一部分沿着路径滚动、被安装在车辆上以检查车辆上的轮或者在测量机器中就地旋转。可以想象许多其它路径，它们是上述简单路径的明显变体。

本发明的第二方面提供了一种用于评估轮的系统，该系统包括：用于对轮的路径进行照明的装置，其中该路径的范围包括轮的至少一个周长；用于随着轮沿着路径移动时获得该轮的图像数据的装置；以及用于基于图像数据测量轮的至少一个属性的装置。而且，在不偏离本发明的情况下，可以由安装在火车车辆上、或者安装在轨道侧或者安装在轮维修店中的系统来测量轮。

本发明的第三方面提供了一种生成用于评估轮的系统的方法，该方法包括：获得计算机基础设施；以及对计算机基础设施部署用于执行本文所述的步骤中的一个或多个的装置。

本发明的第四方面提供了一种评估轮的方法，该方法包括：对轮正在其中旋转的区域进行照明，其中，照明包括至少一个光片(sheetoflight)，其中，每个光片被配置为与轮的侧表面相交，从而在该侧表面上形成弦，并与轮的位于弦的至少一侧上的胎面表面相交，其中满足以下中的至少一个：随着轮在该区域中旋转时弦被定位在距轮的中心基本上恒定的距离，或者随着轮在该区域中旋转时弦在轮的侧表面上形成具有基本上恒定的高度的段；随着轮在该区域中旋转时获得轮的图像数据，其中，图像数据包括当轮被定位在该区域内时在不同时间获取的多个图像，其中，该多个图像包括包含轮的胎面表面的与光线(lineoflight)集合中的至少一条相交的区域的多个图像；以及基于图像数据评估轮的胎面表面。

本发明的第五方面提供了一种用于评估轮的系统，该系统包括：照明设备的集合，被配置为对轮正在其中旋转的区域进行照明，其中，照明设备的集合发射至少一个光片，该至少一个光片被配置为与轮的侧表面相交，从而在该侧表面上形成弦，并与轮的位于弦的至少一侧上的胎面表面相交，其中满足以下中的至少一个：随着轮在该区域中旋转时弦被定位在距轮的中心基本上恒定的距离，或者随着轮在该区域中旋转时弦在轮的侧表面上形成具有基本上恒定的高度的段；成像设备的集合，被配置为当轮在该区域中旋转时获取轮的图像数据，其中，该图像数据包括当轮被定位在该区域内时在不同时间获取的多个图像，其中，该多个图像包括包含轮的胎面表面的与光线集合中的至少一条相交的区域的多个图像；以及用于基于图像数据评估轮的胎面表面的装置。

本发明的第六方面提供了一种用于评估轮的系统，该系统包括：照明设备的集合，被配置为用漫射辐射对轮的至少胎面表面进行照明；成像设备的集合，被配置为随着轮在该区域中旋转时获取轮的图像数据，其中，该图像数据包括当轮位于该区域内时在不同时间获取的多个图像，其中，该成像设备的集合获取包括胎面表面的由漫射辐射掠射的部分的图像数据；以及用于基于图像数据评估轮的胎面表面的装置。

本发明的其它方面提供了方法、系统、程序产品以及使用和生成它们每个的方法，其包括和/或实现本文描述的动作的一些或全部。本发明的说明性方面被设计为解决本文所述的一个或多个问题和/或本领域技术人员可以发现的未讨论的一个或多个其它问题。

在当前描述中不再重复在标题为“opticalwheelevaluation”的美国专利7,564,569中教导的发明的其它方面。

附图说明

从结合描述本发明的各个方面的附图对本发明的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其它特征。

图1示出了根据本发明的实施例的用于评估轮的说明性环境的示意图。

图2示出了说明性导轨轮的部分截面视图。

图3a-图3c示出了导轨轮的各种缺陷。

图4a和图4b分别示出了根据实施例的用于评估导轨轮的说明性环境的透视图和侧视图。

图5示出了根据替代实施例的说明性环境，该说明性环境包括用于获得导轨轮和导轨的图像数据的替代照明配置。

图6示出了根据实施例的说明性环境，该说明性环境包括用于获得导轨轮和导轨的图像数据的另一个替代照明配置。

图7示出了在根据实施例的说明性环境中由成像设备获取的图像中的轮的检测。

图8a-图8c示出了根据实施例的轮的图像中的特征的检测。

图9示出了替代实施例，该替代实施例示出在轮维修店中部署的系统。

注意到的是，附图可能未按比例绘制。附图旨在描绘仅本发明的典型方面，并且因此不应当被视为限制本发明的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间的相似要素。

具体实施方式

如上面所指示的，本发明的方面提供用于沿着轮的至少一个周长光学地评估轮的解决方案。在说明性实施例中，当轮沿着具有轮的至少一个周长的范围的路径移动时获得图像数据。轮可以被照明，以增强所得的图像数据。基于图像数据测量轮的一个或多个属性。属性然后可以被用于检测轮中的一个或多个缺陷。在一个实施例中，轮是铁路轮，并且随着轮表面沿着路径移动，轮段被照明。

转到附图，图1示出了根据本发明的实施例的用于评估轮的说明性环境10的示意图。就此而言，环境10包括可以执行本文所述的用于光学地评估轮的各种处理步骤的计算机基础设施12。尤其是，计算机基础设施12被示为包括用于基于轮捕获轮数据50的捕获系统30和包括处理程序40的计算设备14，该处理程序40使得计算设备14能够通过执行本发明的处理步骤来测量轮。

一般而言，捕获系统30被示为包括检测模块32、照明模块34、成像模块36和传送模块38，其中每个模块包括用于执行对应功能的一个或多个设备。例如，检测模块32可以包括用于检测轮的存在和/或轮的一个或多个属性(诸如速度、亮度、负载等)的一个或多个设备。照明模块34可以包括用于对轮的路径和/或轮的一部分进行照明的一个或多个设备，诸如激光线发生器、生成轮的受热部分的热加热器、多频谱照明器、x射线源照明器、基于超声能量的照明器、可见光源等。成像模块36可以包括用于感测返回到成像模块36的照明的能量(例如从轮获得的反射)并基于感测到的反射生成图像数据的一个或多个设备，诸如相机。传送模块38可以包括用于将图像数据和/或关于轮的其它数据传送到计算设备14的一个或多个设备，以存储为轮数据50和/或在执行处理程序40时由计算设备14处理。

计算设备14被示为包括处理器20、存储器22a、输入/输出(i/o)接口24和总线26。另外，计算设备14被示为与外部i/o设备/资源28和存储系统22b通信。如本领域中已知的，一般而言，处理器20执行存储在存储器22a和/或存储系统22b中的计算机程序代码，诸如处理程序40。在执行计算机程序代码时，处理器20可以从存储器22a、存储系统22b和/或i/o接口24读取和/或向存储器22a、存储系统22b和/或i/o接口24写入数据，诸如轮数据50。总线26在计算设备14中的每个组件之间提供通信链路。i/o设备28可以包括使得用户16(例如，人类用户或系统用户)能够与计算设备14交互的任何设备和/或使得计算设备14能够与包括在计算机基础设施12中的一个或多个其它计算设备(诸如传送模块38)通信的任何设备。

在任何情况下，计算设备14可以包括能够执行安装在其上的计算机程序代码的任何通用计算制品(例如，个人计算机、服务器、手持式设备等)。另外，计算设备14可以包括专门设计的加固设备、嵌入式数字信号处理设备等。但是，应该理解的是，计算设备14和处理程序40仅仅是可以执行本文所述的各种处理步骤的各种可能的等效计算设备的代表。就此而言，在其它实施例中，计算设备14可以包括包含用于执行具体功能的硬件(具有或不具有计算机程序代码)的任何专用计算制品、包含专用和通用硬件/软件的组合的任何计算制品等。在每种情况下，程序代码(当被包括时)和硬件可以分别使用标准编程和/或工程技术来创建。

捕获系统30通过通信链路18与计算设备14通信。通信链路18可以包括各种类型的有线和/或无线通信链路的任何组合。就此而言，通信链路18可以包括一种或多种类型的网络(例如，互联网、广域网、局域网、虚拟专用网等)的任何组合。在一个实施例中，捕获系统30使用诸如通用串行总线(usb)之类的一对一有线连接、以太网等与计算设备14通信。无论如何，捕获系统30与计算设备14之间的通信可以利用各种类型的传输技术和/或通信协议的任何组合。

如先前提及和在本文中进一步讨论的，处理程序40当在计算设备14上执行时使得计算基础设施12能够基于从捕获系统30接收的轮数据50来评估轮。就此而言，处理程序40被示为包括用于校准捕获系统30的一个或多个属性的校准模块41、用于调整图像数据的一个或多个属性的调整模块42以及用于计算轮的一个或多个测量结果的测量模块44。另外，处理程序40被示为包括确定轮中是否存在一个或多个缺陷的缺陷模块46以及确定轮对于继续使用是否安全的状况模块48。捕获系统30和处理程序40以及它们对应的模块中的每一个的操作在本文中进一步讨论。但是，应该理解的是，图1中所示的各种模块中的一些可以针对包括在计算机基础设施12中的一个或多个单独的计算设备而被独立地实现、组合和/或存储在存储器中。另外，应该理解的是，模块和/或功能中的一些可能未被实现，或者附加模块和/或功能可能作为环境10的一部分被包括。

无论如何，在说明性实施例中，本发明的实施例提供了用于通过使用电磁能(诸如光能)来评估轮的解决方案。应该理解的是，虽然本发明的说明性实施例被示出并描述为使用基于可见光生成的图像数据来执行光学评估，但是本发明的实施例可以使用基于电磁辐射生成的图像数据，该电磁辐射包括在电磁频谱的一个或多个部分中的波长。就此而言，本发明的替代实施例可以基于使用在电磁频谱的(一个或多个)可见部分、红外部分、近红外部分、紫外部分、x射线部分等中的一个或多个中的电磁辐射照明的轮的反射来生成图像数据。另外，可以基于其它基于非电磁辐射的照明解决方案(诸如声信号、声纳信号、磁场干扰等)来生成图像数据。在本发明的实施例中，照明模块34可以不被包括为环境10的一部分。

在一个实施例中，环境10被用于测量导轨轮的各种特性。例如，图2示出了说明性导轨轮60的部分截面视图。一般而言，导轨轮60可以用在机车、铁路车辆和/或骑在一个或多个导轨62上的任何其它车辆上。应该理解的是，导轨轮60仅仅是各种类型的导轨轮和非导轨轮的说明。可以通过本文所描述的计算基础设施12(图1)的实施例来测量导轨轮60的各种属性/特性。例如，可以测量导轨轮60的属性，诸如直径/半径、轮缘高度、参考轮槽圆半径、轮辋厚度等。此外，可以测量轮中的缺陷，诸如热裂纹、平坦点、不圆等。类似地，可以使用本发明的实施例来测量非导轨轮的任何期望属性。就此而言，本发明的方面不限于针对特定的导轨/非导轨轮60测量任何类型的一个或多个属性。

在任何情况下，导轨轮60被示为由导轨62支撑，并且包括场(field)侧64和轨距(gauge)侧66。通常，场侧64从一对导轨62面向外，而轨距侧66从一对导轨62面向内。与导轨62相邻，导轨轮60包括场侧轮辋面68、胎面表面70、轮缘72和轨距侧轮辋面74。在正常操作期间，导轨轮60沿着胎面表面70接触导轨62，并且绕中心线76旋转，而轮缘72防止轮由于在正常操作期间存在的向外的力而离开导轨62。因此，导轨轮60和导轨62之间的相互作用导致胎面表面70和轮缘72的磨损。

导轨轮60和导轨62之间的不均匀相互作用会在导轨轮60中产生一个或多个缺陷。例如，图3a示出了说明性导轨轮60a，其中胎面表面70a包括平坦点80。平坦点80例如可以由制动系统的持续锁定造成。另外，图3b示出了说明性导轨轮60b，其包括由于胎面表面70b和/或轮缘72b的椭圆(例如，卵形)形状而引起的不圆(oor)缺陷，这可以是被由于轮60b的不恰当安装和/或导轨轮60b的中心孔的不恰当位置(例如，偏离真实中心)而引起的不均匀相互作用造成的。更进一步，碎屑、热量、制造缺陷等会产生平坦点80、不圆的导轨轮60b和/或一个或多个附加缺陷，诸如裂纹(例如，热裂纹)、沟、去壳区域等。就此而言，图3c示出了说明性导轨轮60c，其中轨距侧轮辋面74c包括窄沟82和较宽的缺陷(诸如热裂纹84)。应该理解的是，图3a-图3c中所示的各种缺陷仅是可以使用本发明检测的导轨轮60a-60c的各种可能缺陷的说明。另外，理解的是，为清楚起见以夸张的方式示出了各种缺陷。在实践中，本发明可以被用于检测小得多但原理上完全相同的导轨轮60a-60c的缺陷。

图4a和图4b分别示出了根据实施例的用于测量导轨轮60的说明性环境10a的透视图和侧视图。一般而言，随着导轨轮60行进经过环境10a，导轨轮60可以在由导轨62支撑的同时在任一方向中移动。环境10a可以包括一个或多个检测模块32，其可以以检测从一个或任一方向接近外壳90a、90b的导轨轮60的存在的方式被定位和操作。每个外壳90a、90b可以包括任何类型的加固的不受天气影响的外壳，并且可以使用任何解决方案固定到压载物(ballast)、铁路轨枕(railroadties)、导轨和/或混凝土。取决于应用的要求，外壳90a、90b可以位于导轨的场侧、轨距侧或两侧。无论如何，每个外壳90a、90b可以被配置为保护环境10a的一个或多个组件免于有害地暴露于其中部署了组件的周围环境(例如，天气、撞击(impact)等)。应该理解的是，对于可以在其中利用环境10a的所有应用而言，例如对于诸如环境10a在受控环境(诸如工厂、维修店等)中的使用而言，外壳90a、90b不一定是必需的。

一般而言，照明模块34(图1)包括一个或多个照明设备，而成像模块36(图1)包括一个或多个成像设备。就此而言，外壳90a、90b被示为包括多个照明设备/成像设备对，诸如照明设备94和成像设备96，它们中的每一个可以使用任何解决方案被附接到外壳90a、90b。同样有利地，在成像由外壳90b中的相机96执行的情况下，照明器94可以被附接到导轨、铁路轨枕等。

在操作中，检测模块32感测(一个或多个)导轨轮60的存在并生成信号，该信号被发送到照明设备94和成像设备96。响应于该信号，每个照明设备94/成像设备96操作以获得导轨轮60和导轨62的图像数据。检测模块32还可以感测导轨轮60正在以其行进的速度。在这种情况下，可以基于速度来调整照明设备94和/或成像设备96的操作。例如，环境10a可以被配置为取决于特定照明设备94和成像设备96处理以高达大约每小时五十英里(每小时八十公里)的速度移动的导轨轮60。基于导轨轮60的实际速度，可以调整照明设备94对导轨轮60将行进通过的区域进行照明的时间量，以及/或者可以调整可以由成像设备96捕获的每秒的图像数量，以获得期望的分辨率，从而针对较慢移动的导轨轮60节省系统资源(例如，存储器)。另外，当导轨轮60被检测为移动得比最大速度快时，照明设备94和/或成像设备96可以在导轨轮60通过时保持空闲。在这种情况下，可以由检测模块32生成错误代码等。附加地，检测模块32可以感测导轨轮60的亮度，并且照明设备94和/或成像设备96的操作可以基于亮度以已知的方式调整。

应该理解的是，可以实现各种解决方案来调整在对导轨轮60进行成像时每个照明设备94和/或成像设备96操作的时间量。在一个实施例中，检测模块32向导轨轮60将通过的第一照明设备94和/或第一成像设备96发信号。作为响应，第一成像设备96可以被激活并且开始对导轨轮60进行成像。使用图像数据，成像模块36(图1)可以确定导轨轮60何时已到达第一成像设备96的视场中的特定点(例如，跨过百分之七十)。一旦达到该点，成像模块36就可以激活开始对导轨轮60进行成像的下一个照明设备94和/或成像设备96。随后，当成像模块36确定导轨轮60已经离开其视场时和/或当成像模块36确定导轨轮60已到达下一个成像设备96的视场中的特定点时，可以关闭先前的成像设备96。在任一种情况下，在任何一个时间仅两个成像设备96将在操作，从而减少了在任何一个时间对系统的功率需求。

如图4a和图4b中所示，环境10a可以包括位于导轨62的内侧上的多个照明设备94和成像设备96对。例如，外壳90a被示为包括用于获取每个导轨轮60的图像数据的八对照明设备94和成像设备96。尤其是，随着每个导轨轮60穿过环境10a时，可以由高达四个成像设备96对每个导轨轮60进行成像。虽然每个外壳90a、90b被示为包括四个照明设备94和成像设备96对，但是应该理解的是，可以利用位于导轨内侧和/或外侧的任何数量的对。此外，照明设备94和成像设备96对中的仅子集可以被操作以随着导轨轮60移动通过环境10a时对该导轨轮60进行成像。

在一实施例中，随着导轨轮60沿着导轨62移动时，位于导轨之间的照明设备94将电磁辐射(诸如一条或多条激光线)投射到导轨62和导轨轮60的轨距侧66(图2)上。当导轨轮60处于对应的视场内时，位于导轨之间的成像设备96基于电磁辐射的反射来捕获导轨轮60和导轨62的图像数据，诸如一个或多个图像。随后，图像数据被传达到计算设备14(图1)，以由处理系统40(图1)进行处理。在标题为“opticalwheelevaluation”的美国专利7,564,569的教导中，更充分地描述了其中外壳90a被布置在导轨之间的实施例，并且本文中不进一步详细描述。

理解的是，环境10a仅是各种可能的替代环境的说明。例如，虽然仅示出了单个检测模块32，但是第二检测模块可以位于外壳90a、90b的另一侧上以感测从相反方向接近的导轨轮60。此外，如所图示的外壳90a、90b和检测模块32的相对位置仅是说明性的，并且可以根据需要改变。在任何情况下，理解的是，检测模块32必须被定位为与外壳90a、90b相距足够的距离，以提供足够的时间来准备(一个或多个)照明设备94和/或(一个或多个)成像设备96。这种距离将基于例如导轨轮60可以以其行进通过环境10a的期望的最大速度而变化。

此外，虽然示出了多个照明设备94/成像设备96对，但是理解的是，可以使用成对或不成对的任何数量(例如，一个或多个)的照明设备94和/或成像设备96。例如，可以提供单个照明设备94，随着导轨轮60沿着导轨62经过，该单个照明设备94将辐射引导到该导轨轮60处并且由多于一个的成像设备96对该导轨轮60进行成像。另外，仅单个导轨62上的导轨轮60可以被成像，以及/或者(一个或多个)导轨轮60可以从场侧64(图2)和轨距侧66(图2)两者被成像。就此而言，虽然环境10a被示为包括被配置为对导轨轮60中的一个导轨轮60的场侧64进行成像的单个外壳90b，但是理解的是，本文所描述的环境可以包括位于导轨62的相对侧上的用于对另一个导轨轮60的场侧进行成像的第二外壳。此外，取决于导轨轮60的期望被获取和分析的图像数据的类型，位于导轨62外侧的(一个或多个)成像设备96可以被配置为获取位于相对导轨62上的导轨轮60的轨距侧的图像数据，以及/或者可以在没有外壳90a、90b中的一个或多个的情况下实现环境。

在一实施例中，行进通过环境10a的导轨轮60由(一个或多个)成像设备96在包括导轨轮60的至少一整圈(revolution)的距离上进行成像。就此而言，(一个或多个)照明设备94和/或(一个或多个)成像设备96可以被配置为对沿着导轨62的至少是要被成像的最大轮的周长的距离进行照明和/或成像。被照明和/或成像的实际距离可以保持恒定(在这种情况下，对较小的导轨轮60在多于一圈上进行成像)，或基于导轨轮60的实际尺寸进行调整。无论如何，应该理解的是，多个轮(诸如导轨轮60)可能需要同时成像，例如，两个相邻的导轨轮60可以间隔开小于每个轮的周长的距离。就此而言，(一个或多个)照明设备94和/或(一个或多个)成像设备96可以能够同时对多个轮进行照明和/或成像。

但是，理解的是，不必是这种情况。例如，在重复的铁路交通正常的情况下，例如，同一车辆一天或一周多次经过环境，那么将很可能出现以下情况：即使在任何单次仅检查了一部分周长，也将随时间检查到整个周长。就此而言，在其中在短时间帧中频繁地检查同一车辆的通行火车交通的情况下，本文所述的环境的实施例可以通过捕获和拼接在通过环境的任何给定行程期间获取的部分周长数据来在相对短的持续时间内获得值整个周长的数据。部分周长图像捕获方法可以例如为较小的通行提供显著的成本节省，这些较小的通行在例如在一整天内捕获整个周长以及分析值部分周长或值整个周长的图像方面同样是令人满意的。

图5示出了根据实施例的说明性环境10b，其包括用于获得导轨轮60和导轨62的图像数据的替代照明配置。在这种情况下，照明设备94和成像设备96位于导轨62的场侧。在一实施例中，参考图4a-图5，一个或多个照明设备94生成多个光片，该多个光片被布置为使得每个片相对于水平面处于有利的角度，诸如图5中所示的沿着导轨轮60的路径的光片100。例如，当导轨62基本上水平时，可以将照明器94的投射轴设置为基本上水平，使得随着轮60沿着导轨在方向d中移动时光片在相对于导轨62具有固定高度的固定位置处与轮相交。多个光片100在大于或等于导轨轮60的一整圈(即，导轨轮60的至少一个周长)的总距离c上被投射在轮60上。

在光片100与轮60相交的地方，沿着轮60的场侧和胎面表面形成光线102。随着轮60沿着导轨62在方向d中移动时，光片100的水平轴将始终在轮62上方的相同高度处与轮60相交，从而产生由成像设备96成像的线102。就此而言，每个光片100可以在导轨轮60的场侧上形成弦，该弦在导轨轮的场侧上形成具有基本上恒定的高度的段，该高度与导轨62上方光片100的高度大致对应。在导轨轮60的场侧上形成的弦可以被处理以识别在胎面表面上形成的光线102的末端位置，以及/或者被处理以确定轮的一个或多个属性(例如，轮的直径、扁平点的存在、场侧上(一个或多个)缺陷的存在等)。虽然为清楚起见仅示出单个光片100和对应的光线102，但是理解的是，可以在轮60上同时产生多条平行的光线102。

可以基于轮60的速度来调整成像设备96的成像速度，以随着轮60沿着路径d移动时在轮60的表面上产生期望的空间分辨率。例如，在连续图像中，光线102可以沿着旋转轮60的胎面表面间隔开大约八分之一英寸(例如，三毫米)或更小，以提供用于识别铁路工业中通常期望的缺陷的分辨率。理解的是，通过分别以更高或更低的速度操作成像设备可以获得更高或更低的分辨率。

对于在导轨轮60上形成的每条光线102，光线102的对应图像数据将是不同的，因为图像是从轮60上的不同位置获得的。相继的光线102之间的距离可以由成像设备96的速度和轮60沿着导轨62的速度确定。

理解的是，使用光片100的基本上水平的投影仅仅是用于对导轨轮60进行照明的一种基于激光的解决方案。例如，如美国专利no.7,564,569中所教导的，基本上垂直的光线可以从导轨的轨距侧和导轨顶部下方的照明器投射到轮60上，并由也位于导轨62的轨距侧的成像设备进行成像，如图4b中所示。在一实施例中，电磁辐射以诸如莫尔图案(moirepattern)之类的图案投射到导轨轮60上。在这种情况下，图案的一个或多个变形可以揭示出在导轨轮60中的应力和/或其它瑕疵的状态。另外，另一种解决方案可以利用穿过导轨62的一系列激光测微计来检测高度的变化。

另外，本发明的实施例可以结合基于非激光的照明。例如，一个或多个明亮的发光二极管(led)和/或卤素灯可以以频闪或连续的方式从导轨62的场侧对导轨轮60进行照明。在一实施例中，掠射照明(诸如漫射掠射照明)被用于增强导轨轮60的一个或多个属性。就此而言，图6示出了根据本发明实施例的说明性环境10c，其包括用于获得导轨轮60的图像数据的替代照明配置。在这种情况下，照明源94是漫射的并且沿着距离c基本上恒定。照明源94可以被配置为发射指向上的漫射辐射。随着导轨轮60移动通过环境10c时，漫射光将对导轨轮60的胎面表面和场侧的一部分进行照明，其中被照明的部分的端点仅被(例如，从锐角(sharpangle)撞击的)漫射辐射掠射。如本文所使用的，当表面与辐射之间的角度为30度或更小时，该表面被该辐射掠射。

通过将照明源94定位成靠近导轨62并且将漫射光投射到轮60上，缺陷倾向于通过机器视觉领域中已知的技术如来自阴影的形状被突出显示。这些阴影可以在胎面表面的由漫射辐射掠射的区域中尤其明显。一个或多个成像设备96被布置在导轨的场侧上，以随着轮60移动通过至少一个周长的路径c时对轮60进行成像。由此获得的图像将通过将非常细微的缺陷(诸如细微裂纹)置于阴影中来倾向于突出显示这些缺陷。

返回图4a-图4b，每个成像设备96可以包括已知的成像电子器件、光学器件(例如，一个或多个透镜)和相机底座的任何组合。光学器件可以包括适合于特定环境10a的任何配置。在任何情况下，每个成像设备96可以包括使用通用串行总线(usb)、以太网等连接到计算设备14和/或传送模块38(图1)的标准数码相机或高速剖析(profiling)相机。替代地，(一个或多个)成像设备96可以包括线扫描相机、模拟相机和/或另一类型的相机，其包括用以获取适于特定应用中的分析的图像数据的足够的分辨率和速度。在一个实施例中，导轨轮60可以以高达大约每小时三十英里(例如，每小时五十公里)的速度移动。轮60沿着导轨62的最大速度将确定所使用的类型的成像设备所需的性能。此外，理解的是，每个成像设备96包括用于机器视觉应用的其它功能要求，诸如曝光控制、逐行扫描(progressivescan)、抗晕(anti-blooming)等。

成像电子器件可以包括支持电子器件和图像传感器，诸如ccd芯片，它们的感测区域通常为正方形或大致为矩形。但是，如图5中可以看到的，图像数据中的感兴趣区域(例如，导轨轮60的与光线100相交的区域)在水平方向上比在垂直方向上更长。就此而言，可以选择具有大得多的水平与垂直的纵横比(例如2比1)的成像器芯片，以强调系统的水平分辨率。为了最小化随着最大轮60行进通过至少一个周长长的路径时对该最大轮60的整个周长进行成像所需的成像设备96的数量，非标准透镜到成像设备的安装方法(诸如折箱(bellows)或沙氏(scheimpflug)适配器)可以增加相机的有效视场，而没有仅仅使用更宽角度透镜会导致的降低图像分辨率。

理解的是，许多其它光学布置(诸如菲涅耳透镜或柱面透镜)可能产生有利的成像特点，如本领域技术人员将认识到的。

返回图4a和图4b，虽然每个成像设备96可以基于可见光生成彩色图像和/或单色图像，但是理解的是，一个或多个成像设备96可以基于电磁频谱的可见、近红外、红外、紫外、x射线和/或其它部分中的电磁辐射生成图像。

就此而言，每个照明设备94可以使用一种或多种基于电磁辐射的照明解决方案的任何配置来对导轨轮60进行照明，该配置随后可以被对应的基于电磁辐射的成像设备96用于获得图像数据。其它类型的不可见照明的使用可以使得成像设备96能够获得图像数据，该图像数据可以被用于测量未被可见光揭示的导轨轮60的各种属性。例如，基于红外光获得的图像数据的使用可以被用于检测各种表面之间的温度差，该温度差可以指示由于一个或多个缺陷(例如，平坦点)而引起的过热。类似地，基于红外或x射线辐射的图像数据可以被用于测量导轨轮60的一个或多个内部属性，该一个或多个内部属性转而可以被用于确定导轨轮60的对可见光隐藏的一个或多个亚表面(sub-surface)缺陷。

另外，可以从多频谱图像数据中提取关于导轨轮60的附加数据。尤其是，一个或多个照明设备94可以用电磁频谱的不同部分中的电磁辐射以及/或者用基于电磁辐射和基于非电磁辐射的照明来对导轨轮60进行照明，而一个或多个成像设备96获得针对每种照明解决方案的图像数据。测量模块44(图1)可以使用任何已知的图像融合技术来组合图像数据，并分析所得的多频谱图像数据。例如，测量模块44可以在平坦点的检测中使用可见光和3d激光影像的组合。通过识别导轨轮60的高度差(例如，高度差会导致长度不同的弦)和/或由于缺陷而可能存在的阴影图案二者，可以使细微裂纹和其它胎面缺陷的检测更加可靠、鲁棒和/或准确。理解的是，该示例仅仅是本领域技术人员将认识到的许多潜在的多频谱应用的说明。就此而言，可以以基于电磁辐射的照明解决方案的任何组合为基础来生成图像数据。

在任何情况下，返回图1，传送模块38将由成像模块36捕获的图像数据传送到计算设备14以供存储和/或由处理系统40处理。另外，传送模块38可以将关于每个轮60(图2)的附加数据传送到计算设备14。例如，传送模块38可以包括图像数据的时间戳、一系列轮中的轮60的数量、轮60所在的轨道62对(图2)的侧、获取数据的(一个或多个)特定成像设备96(图4)的标识符等。就此而言，传送模块38可以包括放置在外壳90a、90b之内或附近并与成像设备96通信的计算设备。替代地，每个照明设备94(图4)和/或成像设备96可以与计算设备14直接通信和/或由计算设备14控制。在这种情况下，传送模块38可以被实现为计算设备14的一部分，例如，被实现为处理程序40中的模块。无论如何，处理程序40可以接收图像数据和/或附加数据，以及处理图像数据和/或附加数据，以及/或者将图像数据和/或附加数据存储为轮数据50。

在安装之后，校准模块41可以校准捕获系统30。就此而言，校准模块41可以执行一系列校准操作，这些操作可以在有和/或没有用户16的帮助的情况下执行。例如，校准模块41可以获得代替在实际测量期间存在的轮60放置在导轨上的已知校准目标的基线图像的集合。基线图像的集合由校准模块41处理，以确定在捕获系统30中对于每个成像设备96和/或照明设备94在整个测量量(volume)上将测量图像变换成笛卡尔坐标数据的映射。就此而言，校准模块41可以解释成像设备96(图4)之间的视场中的任何变化。

另外，校准模块41可以获得一个或多个“已知良好的”导轨轮60的图像数据。可以如本文所述地分析和处理该图像数据，以确定环境10中的所有模块/系统是否在适当地起作用并且产生正确的结果。当检测到一个或多个错误时，可以对对应的模块/系统进行调整，并可以重新获取图像数据，直到所有模块/系统生成正确的结果为止。当基于一个或多个条件(诸如照明、速度等)调整一个或多个模块/系统的操作时，校准模块41可以针对每个条件的多种变化获得导轨轮60的图像数据，以便以已知方式确认/调整环境10中所有模块/系统的正确操作。

在操作中，调整模块42可以对图像数据执行一个或多个调整。例如，调整模块42可以执行第二矩质心定位(secondmomentcentroiding)或其它估计算法，以针对激光照射的情况找到激光线的中心的子像素位置的最佳估计。另外，调整模块42可以增强/操纵图像数据的对比度和/或亮度，以去除噪声或补偿低照度、眩光、轮60的表面状况等。就此而言，调整模块42可以实现如特定应用所期望的已知算法的任何组合。随后，调整模块42可以将经调整的图像数据存储为轮数据50。

在任何情况下，测量模块44可以从图像数据中提取各种测量结果，这些测量结果随后被存储为轮数据50。在一个实施例中，测量模块44最初确定特定图像中导轨轮60(图2)的位置。例如，在一个实施例中，随着轮60沿着导轨62移动时，该轮可能看起来跨图像视场对角地移动。测量模块44可以针对已知特征(诸如边缘、光线102(图5)的变化和/或在视场中指示导轨轮60的位置的其它特征)检查图像的特定区域。而且，随着轮60移动通过成像设备96的视场，导轨62的顶部边缘将在每个图像中位于固定且唯一的位置，所以导轨62(图2)的边缘可以被用作用于检测导轨轮60的基线。

当导轨轮60(图2)存在时，测量模块44可以从导轨轮60的多个图像中的每个图像提取轮60的一部分。例如，图7示出了根据一实施例的在说明性环境10d中由成像设备96获取的图像120a-120d中的轮60的检测。在图7中，图像120a-120d示出了各种说明性位置，导轨轮60可以在这些说明性位置处由成像设备96成像。如所图示的，成像设备96可以被定向为相对于导轨轮60的行进的路径以相对小的角度获取图像数据。在一实施例中，该角度小于四十五度。使用校准数据，测量模块44可以定位每个图像120a-120d中存在的轮60的部分的边界。使用标准图像处理技术，对于每个导轨轮图像120a-120d，测量模块44可以从图像数据提取轮部分60中的特征。

对于图8a-图8c，图示了由此使用本领域技术人员已知的图像处理操作来从轮数据50剔出轮60中的期望特征的处理。更尤其是，图8a描绘了具有期望被测量的缺陷的轮60的图像130。图8b示出了图像134，该图像134是根据实施例由成像设备对轮60进行3d扫描的结果。在图像134的区域的分解图中示出的各个扫描136可以与结合图5示出和描述的光线102的集合对应，该光线102的集合可以随着轮60沿着导轨62移动时在轮60上生成。由照明器94投射到轮60上的线102中包含的针对轮60上的每个点开发的3d信息可以被用于进一步的图像处理。图8c示出了经处理的图像138，其描绘了通过本领域技术人员已知的3d图像处理操作从图像130和/或图像134的3d数据提取的特征。经处理的图像138可以被存储为轮60的轮数据40。返回图1，缺陷模块46可以基于轮数据50和/或测得的特征来确定轮中是否存在一个或多个缺陷。

对于图9，示出了替代实施例的环境10e，其中，随着轮60沿着导轨62移动时该轮60未被成像，而是在静止位置中保持并旋转时被成像。图9图示了在轮店铺中可以看到的这种实施例。支撑结构160安置外壳90c、90d，外壳90c、90d中的每一个可以在运行通过轮店铺的导轨62的集合上方的适当位置处包含本文所述的照明器和相机。沿着导轨62通过的轮60将由机构162抓住和提起，并由千斤顶和支撑结构164辅助。

机构162包括向轮60施加力以便使其旋转的能力。这种旋转允许使用如本文所述的照明设备94和相机96来对轮60的整个表面进行成像。例如，当一条或多条光线指向轮以在轮的侧表面上形成弦时，该弦将定位为距轮的中心基本上恒定的距离。弦的高度的改变可以指示轮中的一个或多个缺陷。当用漫射辐射进行照明时，照明设备94和相机96可以被定向成获取与轮的被照明的部分的边缘对应的图像数据，这些边缘仅被辐射掠射，从而产生增强的阴影数据。

千斤顶和支撑结构164既有助于提起又有助于提供防止非常重的轮从机构162的抓握掉落的安全性。可以通过外壳166中的适当系统来引导外壳90中的系统、机构162以及千斤顶和支撑结构164的操作并为其供电。

如本文所讨论的，从轮60收集的数据可以被提供给计算设备14以供存储和/或进一步处理。在检查之后，轮60返回到导轨62，并且可以被路由到汽车以供使用，或被路由到修整站以供维修/重整，或者如果发现致命故障则可以被路由到废弃(disposal)区域。在这个环境10e中，轮缺陷和轮测量结果二者可能在将损坏的轮恢复到操作状态的处理中的各个时间均被需要。照明器和成像设备可以在先前在图4a-图7中所示的任何配置中相对于轮60布置。

理解的是，可以有利地组合所描述的各种实施例和对本领域技术人员而言明显的其它变体，以开发出对导轨轮60中的缺陷的更全面的识别和测量。例如，可以以任何组合采用水平和垂直线激光照明和漫射照明。其它的诸如在图4a中描述的水平线的投射之类的变化可以被更改，以相对于水平面以某个角度投射线，以改善一些应用中所需的细微细节的检测。

无论如何，当缺陷模块46(图1)检测到导轨轮60中一个或多个缺陷的存在时，状况模块48(图1)可以确定导轨轮60的操作状况，例如，导轨轮60对于继续操作是否安全。就此而言，状况模块48可以确定缺陷的大小/严重度，并将该大小/严重度与对于导轨轮60的继续操作可接受的水平进行比较。当缺陷超过可接受水平时，状况模块48可以指示导轨轮60对于继续操作是不安全的。另外，当缺陷在可接受但是高的范围内时，状况模块48可以生成关于导轨轮60的使用的警告，并且可以进行手动的(例如，视觉的)或计算机辅助的附加的检查，以确保导轨轮60对于继续操作仍然是安全的。

理解的是，关于图4a-图7描述的实施例可以有利地以任何组合来进行组合，以实现特定应用的目的。

虽然在本文中示出和描述为用于测量轮的方法和系统，但是理解的是，本发明还提供了各种替代实施例。例如，在一个实施例中，本发明提供了一种包括计算机程序代码以使得计算机基础设施能够评估轮的计算机可读介质。就此而言，该计算机可读介质包括实现本发明的各种处理步骤中的每一个的程序代码，诸如处理程序40(图1)。理解的是，术语“计算机可读介质”包括程序代码的任何类型的物理实施例中的一个或多个。尤其是，计算机可读介质可以包括在一个或多个便携式存储制品(例如，光盘、磁盘、磁带等)上、在计算设备的一个或多个数据存储部分(诸如存储器22a(图1)和/或存储系统22b(图1)(例如，固定盘、只读存储器、随机存取存储器、高速缓存存储器等)等)等等上实施的程序代码。

在另一个实施例中，本发明提供了一种生成用于评估轮的系统的方法。在这种情况下，可以获得(例如，创建、维护、已经可供使用等)诸如计算机基础设施12(图1)之类的计算机基础设施，并且可以获得(例如，创建、购买、使用、修改等)用于执行本发明的处理步骤的一个或多个系统并将其部署到计算机基础设施。就此而言，每个系统的部署可以包括以下中的一项或多项：(1)从计算机可读介质在计算设备上安装程序代码，诸如在计算设备14(图1)上安装处理程序40(图1)；(2)将一个或多个计算设备添加到计算机基础设施，诸如捕获系统30(图1)中的设备中的一个或多个；以及(3)结合和/或修改计算机基础设施的一个或多个现有系统，以使得计算机基础设施能够执行本发明实施例的处理步骤。

在又一个实施例中，本发明提供了一种业务方法，其基于订阅、广告和/或费用执行本发明的处理步骤。即，服务提供商可以提供如上所述的对轮评估。在这种情况下，服务提供商可以管理(例如，创建、维护、支持等)为一个或多个客户执行本发明的处理步骤的计算机基础设施，诸如计算机基础设施12(图1)。作为回报，服务提供商可以根据订阅和/或费用协议从(一个或多个)客户接收付款，以及/或者服务提供商可以从广告空间向一个或多个第三方的出售接收付款。

如本文所使用的，理解的是，术语“程序代码”和“计算机程序代码”是同义词，并且意味着旨在使计算设备具有或者直接或者在以下各项的任何组合之后执行特定功能的信息处理能力的指令集的以任何语言、代码或符号的任何表述：(a)转换成另一语言、代码或符号；(b)以不同的物质形式复制；和/或(c)解压缩。就此而言，程序代码可以被实施为一种或多种类型的程序产品，诸如应用/软件程序、组件软件/功能库、操作系统、用于特定的计算和/或i/o设备的基本i/o系统/驱动器等。

如本文所使用的，除非另有说明，否则术语“集合”意味着一个或多个(即，至少一个)，并且短语“任何解决方案”意味着任何现在已知或以后开发的解决方案。除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一(a/an)”和“该”也包括复数形式。此外，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”以及各自的相关形式指定所述特征的存在，但不排除一个或多个其它特征和/或其组的存在或附加。更进一步，术语“基本上”是指在由实施方式的物理限制所限定的误差范围内。在一实施例中，“基本上”意味着在+/-百分之一以内。

出于说明和描述的目的，已经给出了本发明各种方面的前述描述。其并不旨在是详尽的或将本发明限制到所公开的精确形式，并且显然，许多修改和变化是可能的。对于本领域技术人员而言可能清楚的这种修改和变化被包括在由所附权利要求限定的本发明的范围内。