BRPI1010978B1

BRPI1010978B1 - sistema e método para inspecionar uma base de rota de ferrovia

Info

Publication number: BRPI1010978B1
Application number: BRPI1010978A
Authority: BR
Inventors: Steven C. Orrell; Christopher M. Villar; Charles Wayne Aaron; John Anthony Nagle
Original assignee: Georgetown Rail Equipment Company
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2020-04-14
Also published as: JP2012526988A; AU2010248084A1; CA2761805A1; RU2011150514A; EP2430393A1; BRPI1010978A2; CN102460064A; WO2010132134A1; US20090273788A1; NO20111601A1; US8405837B2; MX2011012081A; SG176044A1

Abstract

sistema e método para inspecionar superfícies usando filtragem de comprimento de onda optica a presente invenção refere-se a um sistema e um método para inspeção diurna de uma superfície, tal como uma rota de ferrovia. o sistema descrito inclui lasers, câmeras, e um processador. os lasers são posiciona-dos adjacentes à superfície. o laser emite um feixe de luz através da super-fície em uma intensidade combinada de pelo menos 0,15 watts de intensidade por polegada de largura da superfície, e a câmera captura imagens da superfície tendo o feixe de luz emitida na mesma. a câmera inclui um filtro passa-faixas que passa apenas uma faixa de luz correspondente a uma imersão na radiação solar. o laser é selecionado para fornecer um feixe de luz emitido que é mais intenso do que a radiação solar na imersão. o processador formata as imagens de maneira que possam ser analisadas para determinar vários aspectos mensuráveis da superfície. o sistema e método incluem um ou mais algoritmos para determinar esses aspectos mensuráveis da superfície.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO PARA INSPECIONAR UMA BASE DE ROTA DE FERROVIA.

Referência Remissiva a Pedidos Relacionados [001] Este pedido é uma continuação em parte do Pedido Ns de

Série US 11/172.618, intitulado SISTEMA E MÉTODO PARA INSPECIONAR ROTA DE FERROVIA, depositado em 30 de junho de 2005 e tendo como inventores John Nagle, Christopher Villar e Steven Orrell, que é um pedido não provisório que reivindica os benefícios do Pedido de Patente Provisório N de Série US 60/584.769, também intitulado SISTEMA E MÉTODO PARA INSPECIONAR ROTA DE FERROVIA, depositado em 30 de junho de 2004 e tendo como inventores John Nagle, e Steven C. Orrell, cujas descrições encontram-se inteiramente incorporadas ao presente como referência. Campo da Invenção [002] A presente invenção refere-se em geral a sistemas e métodos para inspecionar superfícies e, mais particularmente, a sistemas e métodos para inspeção diurna de superfícies, tais como superfícies ou caminhos de ferrovia usando, por exemplo, filtragem de comprimento de onda.

Fundamentos da Invenção [003] As rodovias são geralmente construídas em uma camada de base de material de pedra britada compactada. Uma camada de lastro de cascalho repousa em cima dessa camada de pedra. São estendidos dormentes dentro e sobre essa camada de cascalho, e dois trilhos de aço paralelos são fixados nos dormentes com prendedores. A maioria dos dormentes em funcionamento é feita de madeira. São usados vários outros materiais tais como, concreto, aço, e material composto ou reciclado na fabricação de dormentes. Esses dormentes de material alternativo compõem um percentual relativa

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2/34 mente pequeno de todos os dormentes. Os dormentes mantêm o gabarito ou espaçamento lateral dos trilhos. Os dormentes distribuem as cargas de eixo dos trens para a camada de cascalho abaixo dos dormentes e contribuem para o efeito de amortecimento de toda a estrutura da rota. Com o tempo, os fatores ambientais podem deteriorar os dormentes até que os mesmos precisem ser substituídos. Anualmente, as ferrovias nos Estados Unidos da América substituem até 2% ou mais de todos os dormentes de madeira. Isso representa vários milhões de dormentes.

[004] Para gerenciar as logísticas da substituição de dormente e para quantificar a necessidade de novos dormentes, os inspetores de ferrovia tentam classificar a condição dos dormentes e do sistema de prendedor regularmente. Essa classificação é feita com mais frequência com uma inspeção visual para identificar os dormentes e os prendedores que estão podres, quebrados, rachados ou gastos até o ponto em que sua vida útil tenha terminado. O processo de inspeção visual é muito demorado. Na prática, a inspeção da rota é realizada por um inspetor que anda ao longo da rota para inspecionar e registrar as condições do dormente e/ou prendedores, que são espaçados aproximadamente a 50,8 cm (20 polegadas) ao longo da rota. Uma ferrovia específica nos Estados Unidos relata que uma equipe de 3 ou 4 homens pode classificar apenas de 8,04 a 11,26 quilômetros (5 a 7 milhas) de rota por dia.

[005] Os dispositivos para inspeção de trilho são conhecidos na técnica, e software para analisar e organizar os dados obtidos com tais dispositivos é conhecido na técnica. Por exemplo, TieInspect® por ZETA-TECH Associates, Inc. de New Jersey é um sistema de inspeção de dormente computadorizado tendo um dispositivo manual e software. O dispositivo manual é usado por inspetores ao caminhar ao longo da rota e inspecionar a rota, e o software é usado para anaPetição 870190117185, de 13/11/2019, pág. 7/52

3/34 lisar e organizar os dados obtidos com o dispositivo.

[006] Além da classificação dos dormentes, outros componentes devem ser periodicamente inspecionados quanto ao desgaste e deterioração. Os mesmos incluem desgaste na superfície de rodagem do trilho, integridade dos tirantes e prendedores, alinhamento das placas de tirante, condição do lastro, e gabarito do trilho. Assim como na classificação dos dormentes, a inspeção desses aspectos de trilho pode ser também demorada. São conhecidos na técnica sistemas para inspecionar trilhos. Por exemplo, OmniSurveyor3D® por Omnicom Engineering do Reino Unido é um sistema para inspecionar a infra-quadro em ferrovias. Ainda, ENSCO, Inc. de Minnesota fornece um Sistema de Medição de Gabarito a Laser para medir o gabarito do trilho usando lasers.

[007] Um dos problemas com os sistemas de medição a laser é que os lasers são difíceis de detectar à luz do dia. Embora a luz a laser seja fácil de detectar à noite quando há poucas outras fontes de luz competindo, é necessária intervenção para operar os lasers à luz do dia com a finalidade de coleta de dados de várias superfícies.

[008] A presente invenção pretende superar, ou pelo menos reduzir os efeitos de, um ou mais dos problemas relatados acima, fornecendo, assim, um sistema capaz de inspecionar superfícies tanto durante a noite quando durante o dia.

Sumário da Invenção [009] São descritos sistemas e métodos exemplificativos para inspeção diurna de uma superfície, tal como uma rota de ferrovia. O sistema descrito inclui lasers, câmeras, e um processador. Em uma modalidade exemplificativa, um laser central e dois lasers externos são posicionados adjacentes à superfície. Os dois lasers externos são inclinados para fora a partir do laser central em um ângulo de 10 graus. Os lasers emitem um feixe de luz através da superfície por uma inten

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4/34 sidade combinada de pelo menos 0,15 watts de intensidade por 2,54 cm (polegada) de largura da superfície, e a câmera captura as imagens da superfície tendo o feixe de luz emitido na mesma. A câmera inclui um filtro passa-faixas que passa apenas uma faixa de luz correspondente a uma imersão na radiação solar. Os lasers são selecionados para fornecerem um feixe de luz emitido no comprimento de onda da imersão que for mais intensa do que a radiação solar no mesmo comprimento de onda. O processador formata as imagens de maneira que possam ser analisadas para determinar vários aspectos mensuráveis da superfície. Os sistemas e métodos exemplificativos incluem um ou mais algoritmos para determinar esses aspectos mensuráveis da superfície.

[0010] O sumário precedente não pretende resumir cada modalidade potencial ou todo aspecto do objeto da matéria da presente descrição.

Breve Descrição dos Desenhos [0011] O sumário precedente, as modalidades preferidas, e outros aspectos do objeto da matéria da presente descrição serão melhor compreendidos com referência à descrição detalhada das modalidades específicas, que segue, ao ser lida em combinação com os desenhos que a acompanham, nos quais:

[0012] A figura 1 ilustra esquematicamente uma modalidade do sistema de inspeção descrito.

[0013] A figura 2 ilustra uma parte de uma modalidade de um sistema para inspecionar rota de ferrovia de acordo com determinados ensinamentos da presente descrição.

[0014] A figura 3 ilustra um quadro exemplar de uma parte de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito.

[0015] As figuras 4A a 4C ilustram quadros exemplares de rota de ferrovia obtidas com o sistema de inspeção para determinar o espaPetição 870190117185, de 13/11/2019, pág. 9/52

5/34 çamento entre os dormentes.

[0016] A figura 5 ilustra um quadro exemplar de uma rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito para determinar o ângulo do dormente com respeito ao trilho.

[0017] As figuras 6A a 6C ilustram quadros exemplares de rota de ferrovia obtidas com o sistema de inspeção descrito para determinar uma ruptura ou separação no trilho.

[0018] As figuras 7A e 7B ilustram quadros exemplares de rota de ferrovia obtidas com o sistema de inspeção descrito para determinar desgaste do trilho.

[0019] A figura 8 ilustra um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito para determinar defeitos no dormente, espaçamento do trilho, tamanho dos dormentes, e altura do lastro com relação ao dormente.

[0020] A figura 9 ilustra um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito para determinar um grampo levantado.

[0021] A figura 10 ilustra um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito para determinar a falta de uma placa de tirante.

[0022] As figuras 11 e 12 ilustram compilações tridimensionais de dados de imagem obtidos com o sistema de inspeção descrito.

[0023] As figuras 13 e 14 ilustram uma modalidade exemplificativa alternativa da presente invenção.

[0024] A figura 15 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma câmera de acordo com a presente invenção.

[0025] A figura 16 ilustra um mapa de gráfico de energia da radiação solar do sol em comprimentos de onda específicos de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção.

[0026] Embora o sistema de inspeção descrito e os métodos as

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6/34 sociados sejam suscetíveis de várias modificações e formas alternativas, as modalidades específicas dos mesmos foram ilustradas como exemplo nos desenhos e estão descritos detalhadamente aqui. As figuras e a descrição escrita não pretendem de modo algum limitar o escopo dos conceitos inventivos descritos. Ao contrário, as figuras e a descrição escrita são fornecidas para ilustrar os conceitos inventivos descritos para alguém versado na técnica por referência às modalidades específicas, conforme exigido por 35 U.S.C. §112. Descrição Detalhada das Modalidades Ilustrativas [0027] Referindo-se às figuras 1 e 2, está ilustrada uma modalidade exemplificativa de um sistema 30 para inspecionar rota de ferrovia de acordo com determinados ensinamentos da presente descrição. Na figura 1, o sistema de inspeção descrito 30 é esquematicamente ilustrado com relação a uma rota de ferrovia. Na figura 2, é ilustrada uma parte de um sistema de inspeção descrito 30 em uma vista em perspectiva com relação à rota de ferrovia.

[0028] Conforme melhor ilustrado na figura 1, o sistema de inspeção descrito exemplificativo 30 inclui um gerador de luz tal como um laser 40, um dispositivo para receber luz refletida da área a ser inspecionada tal como uma câmera 50, e um dispositivo de processamento 60. Na implementação ilustrada na figura 1, o sistema de inspeção descrito 30 é usado para inspecionar uma base de rota de uma rota de ferrovia. Apesar do sistema de inspeção descrito e dos métodos associados serem descritos para uso na inspeção de rota de ferrovia, será apreciado que com o beneficio da presente descrição que o sistema e método descritos podem ser usados em outras áreas e nas indústrias onde as superfícies ou componentes requeiram inspeção. Por exemplo, o sistema de inspeção descrito e método podem ser usados para inspecionar estradas, linhas elétricas, tubulação, ou outras redes ou outros sistemas.

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7/34 [0029] A base de rota inclui dormentes 10, trilhos 12, placas de tirante 14, grampos de trilho 16, e lastro 18. Resumidamente, o laser 40 projeta um feixe 42 de luz laser em uma base de rota. O feixe 42 produz uma linha projetada L, ilustrada na figura 2, na base de rota que segue os contornos das superfícies e dos componentes da base de rota. O receptor de luz, a câmera 50, captura uma imagem da linha L da luz laser 42 projetada na base de rota. A câmera 50 envia a imagem capturada para o dispositivo de processamento 60 para processamento e análise conforme descrito mais detalhadamente abaixo.

[0030] Conforme melhor ilustrado na modalidade exemplificativa da figura 2, os pares de lasers 40 e das câmeras 50 são posicionados em cima de cada um dos trilhos 12 da rota. Os lasers 40 e as câmeras 50 podem ser montados em uma armação rígida 32, que pode ser montada em um veículo de inspeção (não ilustrado) ou outro dispositivo se movendo ao longo da rota para manter o sistema de inspeção 30 na posição apropriada. Apenas uma parte da armação 32 está ilustrada na figura 2 para simplificar. Contudo, é compreendido que podem ser necessários outros componentes conhecidos para a armação 32 para montar os lasers 40 e as câmeras 50 em um veículo de inspeção.

[0031] Em geral, o veículo de inspeção pode ser qualquer veículo adequando para se deslocar ao longo da rota de ferrovia. Por exemplo, uma prática comum na técnica é equipar um veículo normal de rodovia, como, por exemplo, um caminhão pick-up, com engrenagem para rodovias e ferrovias montada no quadro do veiculo. A engrenagem para rodovias e ferrovias inclui um conjunto de calotas de roda de ferrovia diminutas que permite que o veículo de rodovia se desloque ao longo dos trilhos. Em uma modalidade, então, a armação 32 do sistema de inspeção descrito 30 pode ser montada na base de um

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8/34 caminhão pick-up tendo engrenagem para rodovias e ferrovias. Alternativamente, o veículo de inspeção pode ser equipamento de manutenção de caminho (MoW) que é especificamente projetado para funcionar ao longo de rota de ferrovia. Além disso, o sistema de inspeção descrito 30 pode ser montado em um chassi que é rebocado por um veículo ou pode ser montado em uma locomotiva ou vagão de carga.

[0032] Conforme melhor ilustrado na figura 2, os lasers 40 projetam um feixe 42 de luz tendo uma predeterminada extensão angular β. As extensões angulares β dos dois lasers 40 cobrem substancialmente toda a superfície da base de rota. Dessa maneira, os lasers 40 produzem uma linha L projetada que é substancialmente reta e se estende substancialmente através da base de rota. Cada laser 40 preferivelmente produz um feixe 42 tendo uma extensão angular β em torno de 60 graus e cobre aproximadamente uma metade da base de rota. Preferivelmente, os lasers 40 projetam o feixe 42 substancialmente perpendicular à superfície da rota. Alternativamente, poderia ser usado um único laser que fosse posicionado de modo a criar a linha L projetada através da base de rota.

[0033] Além disso, os lasers 40 são preferivelmente lasers infravermelhos tendo 4 watts de saída óptica e produzindo luz em um comprimento de onda infravermelha em torno de 810 nm. A saída óptica relativamente alta dos lasers 40 ajuda a reduzir os efeitos de luz ambiente de maneira que não é necessária proteção. Um laser adequado para o sistema de inspeção descrito 30 inclui um laser Magnum fabricado por Stocker Yale. Os parâmetros acima descritos para os lasers 40 são preferidos para inspecionar a superfície de uma rota de ferrovia. Contudo, aqueles medianamente versados na técnica com a ajuda dessa descrição entendem que a presente invenção pode ser utilizada para inspecionar várias outras superfícies. Outras

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9/34 implementações do sistema de inspeção descrito 30 podem usar um número alternativo de fontes de luz bem como comprimentos de onda, saídas ópticas e extensões angulares diferentes.

[0034] Conforme melhor ilustrado na figura 2, as câmeras 50 são posicionadas adjacentes aos lasers 40. Conforme melhor ilustrado na figura 1, as câmeras 50 são montadas em um ângulo θ com respeito ao feixe 52 de luz projetado dos lasers 40. Em uma modalidade, as câmeras são posicionadas em um ângulo θ em torno de 60 graus. À medida que o sistema de inspeção descrito 30 é movido ao longo da rota, as câmeras 50 capturam uma imagem ou quadro da base de rota em pequenos incrementos regulares. Preferivelmente, as câmeras 50 são capazes de uma velocidade de quadro substancialmente alta, como, por exemplo, em torno de 5405 quadros por segundo.

[0035] Cada quadro ou imagem estática capturada pelas câmeras é então filtrado e processado para isolar a linha laser L contornada projetada na base de rota. As câmeras 50 são dotadas de filtros passa-faixas 52 para permitir apenas a passagem da energia substancialmente radiante no comprimento de onda infravermelho preferido dos lasers 40. Devido ao comprimento de onda dos lasers 40 ser em torno de 810 nm, os filtros passa-faixas 52 das câmeras 50 podem eliminar substancialmente toda luz ambiente de maneira que a câmera 50 adquira uma imagem estática substancialmente clara da linha L projetada de luz dos lasers 40.

[0036] Cada uma das duas câmeras 50 envia dados de imagem diretamente para o dispositivo de processamento ou computador 60 por via de linhas de transmissão com ou sem fio. Preferivelmente, a câmera 50 inclui um processador 54 capaz de converter ou formatar a imagem capturada da linha L projetada para um perfil dimensional que é enviado diretamente para o dispositivo de processamento ou

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10/34 computador 60. A capacidade da câmera 50 de processar ou formatar a imagem capturada dessa maneira pode eliminar a necessidade de pós-processadores caros ou captadores de quadro de alta velocidade. Uma câmera adequada para o sistema de inspeção descrito 30 tendo tais capacidades de processamento inclui um Ranger M50 fabricado por IVP Integrated Vision Products, Inc.

[0037] Dentre outros componentes comuns, o dispositivo de processamento ou computador 60 inclui um microprocessador, entradas, saídas e dispositivo de armazenamento de dados 62. O dispositivo de armazenamento de dados 62 pode incluir um disco rígido, um meio de armazenamento não volátil, uma memória flash, fita, ou CDROM. O dispositivo de processamento 60 pode também incluir uma entrada / monitor 68 para um inspetor de rota inserir e rever dados e operar o sistema de inspeção descrito 30. O dispositivo de processamento 60 opera com programas de software adequados para armazenar e analisar os vários dados obtidos com o sistema de inspeção descrito 30. Por exemplo, o dispositivo de processamento 60 pode ter qualquer software de processamento de imagem adequado, tal como Matrox MIL, Common VisionBlox, Labview, eVision, Halcon, e IVP Ranger. Por exemplo, o dispositivo de processamento 60 pode ter ferramentas de processamento de imagem conhecidas na técnica para analisar dados de imagem das câmeras 50 tal como ferramentas de Região de Interesse (ROI), ferramentas de filtragem, ferramentas de borbulha, detectores de borda, ferramentas de histograma, e outras.

[0038] Para processar efetivamente todos os dados obtidos com o sistema de inspeção descrito 30, o dispositivo de processamento 60 em uma modalidade preferida inclui um computador dotado de um processador rápido, tal como um processador Intel Pentium 4 capaz de funcionar em 2,8 GHz. Para armazenar efetivamente todos os

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11/34 dados obtidos com o sistema de inspeção descrito 30, o dispositivo de armazenamento 62 preferivelmente inclui duas unidades rígidas de grande capacidade configuradas pra usar simultaneamente os mecanismos de leitura e escrita como uma unidade, que é também conhecida como um sistema de Arranjo Redundante de Discos Independentes (RAID). O processador rápido do dispositivo de processamento 60 e as unidades rígidas duplas do dispositivo de armazenamento 62 permitem armazenamento em tempo real sustentado dos dados obtidos com o sistema de inspeção descrito 30. Em uma modalidade preferida, a energia para o sistema de inspeção 30 descrito pode ser fornecida por energia de CA de 110 V de um gerador de acionamento de correia funcionando diretamente fora do motor do veículo de inspeção.

[0039] Com os feixes 42 projetados na superfície irregular da rota e vistos em um determinado ângulo, a linha L projetada ilustrada na figura 2 segue os contornos da superfície e dos componentes da base de rota. Uma imagem ou quadro exemplar ilustrando a linha projetada L da base de rota está ilustrada na figura 3. Os dados de imagem ou quadro incluem uma pluralidade de pixels dadas as coordenadas X-Y e ilustram um contorno da base de rota capturado pelas câmeras 50. Devido à filtragem e outras técnicas de processamento de imagem conhecidas na área, a imagem inclui dois valores de pixel, onde os pixels escuros representam o contorno da base de rota. Cada pixel de determinados dados de imagem recebe a mesma coordenada Z, que representa a posição específica ao longo da extensão da rota na qual os dados de imagem foram capturados. Dessa maneira, uma pluralidade de imagens capturadas produz uma varredura tridimensional da base de rota na qual cada imagem do exame tem coordenadas X-Y ilustrando o contorno da base de rota e tem uma coordenada Z representando a posição específica do contorno ao longo

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12/34 da extensão de trilho.

[0040] É compreendido que a velocidade na qual uma imagem é capturada é limitada pela largura e altura da área examinada, pela distância entre as imagens estáticas separadas, pela resolução das imagens estáticas, pela velocidade máxima de quadro das câmeras 50, pela velocidade de processamento do computador 60, e pela velocidade de escrita do dispositivo de armazenamento de dados 62. Para uma aplicação em ferrovia do sistema de inspeção descrito 30, um exemplo preferido é o espaçamento entre as imagens ou quadros estáticos capturados pelas câmeras 50 em torno de 0,254 cm (0,1 polegada), uma velocidade preferida do veículo de inspeção em torno de 48,25 Km/h (30 mph), uma altura preferida da área examinada de aproximadamente 25,4 cm (10 polegadas), e uma largura preferida de área examinada de aproximadamente 3,048 metros (10 pés) através da largura da base de rota. Para satisfazer esses parâmetros preferidos, é preferível um sistema de câmera capaz de cerca de 5405 quadros por segundo e um sistema de computador capaz de processar e registrar em torno de 8,3 MPS. Cada quadro ou imagem, conforme ilustrado na figura 1, poderá requerer em torno de 1.536 bytes de armazenamento. Com um quadro capturado aproximadamente a cada 0,254 cm (0,1 polegadas) ao longo da rota, em torno de 633.600 quadros poderiam ser capturados por cada 1,60 quilômetros (milha) de rota o que iria requerer 0,973 gigabytes de espaço de armazenamento.

[0041] Outra modalidade e conforme ilustrado na figura 1, o sistema de inspeção 30 pode também incluir um receptor de Sistema Posição Global (GPS) 64 para obter locais geográficos do veículo de inspeção ao inspecionar a rota de ferrovia. O receptor GPS 64 pode incluir qualquer receptor GPS adequado conhecido na técnica para obter posicionamentos geográficos. Por exemplo, o receptor GPS 64

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13/34 pode ser uma unidade comercialmente disponível, independente, montada no veículo de inspeção e conectada no dispositivo de processamento 60 com uma conexão a cabo adequada e interface de entrada/saída. O receptor GPS 64 pode obter o local geográfico usando um sistema GPS diferencial ou não diferencial. As técnicas para obter dados de local e tempo substancialmente precisos com um receptor GPS 64 são bem conhecidas na técnica e não estão adicionalmente comentadas. Os locais geográficos são enviados para o dispositivo de processamento 60 e podem ser compilados com os dados de imagem para a base de rota, [0042] Quando os dados de imagem das câmeras 50 são registrados, o local geográfico do quadro pode ser também registrado. Eliminar um fluxo contínuo de dados de local geográfico do receptor GPS 64 para o computador 60 pode liberar o tempo disponível do processador para capturar os dados de imagem com o dispositivo de processamento 60. Portanto, o receptor GPS 64 preferivelmente alimenta dados para um módulo auxiliar 65. O módulo auxiliar 65 empacota esses dados e envia os dados para o dispositivo de processamento ou computador 60 quando requerido. Além de obter os dados do local geográfico, o receptor GPS 64 pode obter dados de tempo. Além disso, os dados de local e tempo obtidos com o receptor GPS 64 podem ser usados para determinar outras variáveis, tal como a velocidade do veículo de inspeção que pode ser usado para várias finalidades descritas no contexto. Portanto, o sistema de inspeção descrito 30 pode usar dados do receptor GPS 64 para acionar as câmeras 50 para capturar uma imagem estática da base de rota aproximadamente a cada 0,254 cm (0,1 polegadas) ao longo da rodovia.

[0043] Em uma modalidade exemplificativa alternativa e conforme ilustrado na figura 1, o sistema de inspeção 30 descrito pode incluir um dispositivo de distância 66 para obter posições geográficas do

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14/34 veículo de inspeção ao inspecionar o trilho. O dispositivo de distância 66 pode ser um codificador que conte as revoluções de roda ou revoluções parciais à medida que o veículo de inspeção se move ao longo do trilho ou pode ser o sensor de velocímetro existente no veículo de inspeção. O dispositivo de distância 66 pode fornecer dados de posicionamento para o dispositivo de processamento 60. Usando o dispositivo de distância 66, o sistema de inspeção descrito 30 pode acionar as câmeras 50 para capturar uma imagem estática da base de rota a aproximadamente cada 0,254 cm (0,1 polegada) ao longo da rodovia.

[0044] Em outra modalidade exemplificativa, o sistema de inspeção descrito 30 pode capturar imagens estáticas da base de rota na ou próximo da velocidade máxima de quadro das câmeras 50 sem ser acionado pelo receptor GPS 64 ou pelo dispositivo de distância 66. Por exemplo, as câmeras 50 e o dispositivo de processamento 60 podem operar na ou próximo da velocidade máxima de quadro enquanto o veículo de inspeção se desloca ao longo da rota. Usando a largura média conhecida de um dormente 10 ou da placa de tirante 14, o sistema de inspeção descrito 30 pode calcular a velocidade do veículo de inspeção. O sistema descrito pode então eliminar quaisquer quadros extras para reduzir o armazenamento de dados de maneira que os quadros retidos possam ter um espaçamento de aproximadamente 0,254 cm (0,1 polegada). Compreende-se que o espaçamento exato de 0,254 cm (0,1 polegada) nem sempre é possível, mas o espaçamento será conhecido e pode ser entre 0,127 cm e 0,254 cm (0,05 e 0,1). Nesta modalidade, tem de ser descartado o mesmo número de quadros entre cada quadro retido em um determinado tirante de maneira que o espaçamento entre os quadros permaneça uniforme. Por exemplo, caso se saiba que as placas de tirante têm 20,828 cm (8,2 polegadas) de largura e forem capturados 244

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15/34 quadros para uma placa de tirante específica, então podem ser descartados dois quadros entre cada quadro retido. Se todo o conjunto de quadros fosse numerado de 1 a 244, então os quadros retidos seriam aqueles numerados: 1,4, 7, 10,... 241,244. Os 82 quadros retidos teriam um espaçamento calculado de 0,24892 cm (0,098 polegada).

[0045] Alternativamente, o sistema descrito poderia interpolar entre quaisquer dois quadros capturados para criar um novo terceiro quadro em qualquer local desejado ao longo da rota. Alguns quadros poderiam então ser descartados para alcançar o espaçamento exato de quadro desejado.

[0046] Após o sistema de inspeção 30 descrito completar uma pesquisa da rota de ferrovia, é realizada a análise por computador dos dados de imagem. A análise por computador pode ser realizada pelo dispositivo de processamento ou computador 60 situado no veículo de inspeção. Alternativamente, a análise por computador pode ser realizada por outro sistema de computador tendo um software de processamento de imagem conhecido na técnica. A análise por computador pesquisa os dados de imagem e determina ou detecta locais ao longo da rota onde ocorram os defeitos ou onde as tolerâncias permitidas da rota de ferrovia não são mantidas. Para uma implementação específica, a análise por computador pode ser customizada ou alterada. Podem ser fornecidos os locais geográficos dos defeitos ou tolerâncias não permitidas de maneira que possam ser feitos os reparos apropriados ou ser programado o trabalho de manutenção.

[0047] Uma série de aspectos mensuráveis da rota de ferrovia pode ser determinada ou detectada a partir dos dados de imagem da base de rota obtidos com o sistema de inspeção descrito e métodos associados. Nos exemplos que se seguem, são comentados alguns

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16/34 desses aspectos mensuráveis, e são descritas várias técnicas para analisar os aspectos mensuráveis. Será apreciado que esses e outros aspectos mensuráveis da rota de ferrovia podem ser determinados ou detectados dos dados de imagem da base de rota obtidos com o sistema de inspeção descrito. Além disso, será apreciado que podem ser usadas outras técnicas conhecidas na arte para analisar os dados de imagem com o sistema de inspeção descrito e métodos associados, e que superfícies diferentes de componentes de ferrovia podem ser inspecionadas. Portanto, o sistema de inspeção descrito e os métodos associados não pretendem se limitar à inspeção de ferrovia ou aos aspectos mensuráveis e técnicas especificas descritos no contexto.

[0048] Para fins de clareza, as figuras 11 e 12 ilustram compilações exemplares de dados de imagem obtidos com o sistema de inspeção descrito e métodos associados. A figura 11 tem uma pluralidade de dados de imagem compilados ilustrando uma parte de um dormente, placa de tirante, e trilho em uma vista em perspectiva. A figura 12 tem uma pluralidade de dados de imagem compilados ilustrando uma vista em perspectiva mais detalhada. Como pode ser visto nas figuras 11 e 12, os dados de imagem compilados formam uma representação tridimensional (X, Y e Z) da área da base de rota. A representação tem detalhe substancial, e podem ser medidos vários aspectos dos componentes da base de rota. Nas figuras 11 - 12, por exemplo, as rupturas ou fendas no dormente 10 são visíveis. Além disso, a altura do dormente 10 com respeito à camada de lastro 18 é visível. A orientação e as alturas da placa de tirante 14 e trilho 12 são visíveis. Esses e outros detalhes podem ser obtidos com o sistema de inspeção descrito e métodos associados conforme descrito mais detalhadamente abaixo.

[0049] Em um exemplo, o espaçamento entre os dormentes pode

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17/34 ser determinado a partir da pluralidade de dados de imagem. Referindo-se às figuras 4A a 4C, estão ilustrados quadros exemplares da base de rota obtidas com o sistema de inspeção descrito 30 que podem ser usadas para determinar o espaçamento entre os dormentes

10. A figura 4A ilustra um quadro final F1 tendo um contorno de um primeiro dormente 10 que está na posição Z1 ao longo da rota. Esse quadro final F1 pode designar o último quadro ilustrando esse dormente 10. A figura 4B ilustra um quadro intermediário F2 capturada algum tempo após o quadro final F1 e em uma posição mais à frente Z2 ao longo da rota. Falta um dormente no quadro intermediário F2 porque o mesmo designa um local entre os dormentes da rota. Compreende-se que uma pluralidade de tais quadros intermediários seguirá o quadro final F1 da figura 4A. A figura 4C ilustra um quadro final F3 tendo outro dormente 10' que está posicionado mais à frente Z3 ao longo da rota. A análise de computador pode determinar o espaçamento entre os dormentes 10 e 10', por exemplo, primeiro contando o número de quadros intermediários F2 sem um dormente. O número de quadros intermediários F2 pode ser então multiplicado pelo espaçamento conhecido entre os quadros (por exemplo, 2,54 cm (0,1 polegada)) para calcular a distância entre os dormentes 10 e 10'. Dessa maneira, pode ser obtida medição substancialmente precisa entre os dormentes da base de rota sem a necessidade de um inspetor de rota para inspecionar fisicamente os dormentes. Em vez disso, são usados os dados de imagem que formam a varredura tridimensional da base de rota.

[0050] A determinação da existência ou não de um quadro em um dormente pode ser realizada pelas técnicas imagéticas conhecidas na técnica. Por exemplo, e conforme ilustrado nas figuras 4A a 4C, o contorno de um dormente 10 é esperado em uma região de interesse R dos quadros F1 a F3. A análise por computador pode pesquisar a

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18/34 região de interesse R de um quadro quanto a pixels indicando a presença de um dormente. Isso pode ser feito, por exemplo, pela média dos ou somando o valor dos pixels nas regiões de interesse R. Como o contorno do dormente é composto de pixels escuros, a região de interesse R em um quadro F1 tendo um dormente 10 terá uma média ou soma maior do que a região R em um quadro intermediário F2 sem um dormente.

[0051] Em outro exemplo, os ângulos dos dormentes com respeito ao trilho podem ser determinados a partir dos dados de imagem. Referindo-se à figura 5, é ilustrado um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito. A orientação angular das cabeças dos trilhos 12 pode ser representada por uma linha L1. A linha L1 pode ser avaliada, por exemplo, pelas melhores técnicas de ajuste ou ajuste de curva conhecidas na técnica. Similarmente, a orientação angular do dormente 10 pode ser representada por uma linha L2. A linha L2 pode ser também avaliada, por exemplo, por melhores técnicas de ajuste ou ajuste de curva conhecidas na técnica. Essas linhas L1 e L2 podem ser uma média de várias dos quadros ao longo do eixo geométrico Z próximo ao dormente 10. A análise de computador pode então determinar a relação angular entre essas linhas L1 e L2 para determinar os ângulos dos tirantes com respeito ao trilho. Essa condição indicaria trilho gasto ou uma condição de corte de placa em um dormente de madeira.

[0052] Em outro exemplo, uma ruptura no trilho pode ser determinada pelos dados de imagem. Referindo-se às figuras 6A a 6C, estão ilustrados os quadros exemplares F1 a F3 de rota de ferrovia obtidas com o sistema de inspeção descrito que podem ser usadas para determinar a separação de trilho 12. A figura 6A ilustra um quadro final F1 tendo uma extremidade de um primeiro trilho 12 que está na posição Z1 ao longo da rota. Esso quadro final F1 designa a último qua

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19/34 dro ilustrando esse trilho 12. A figura 6B ilustra um quadro intermediário F2 capturada algum tempo após o quadro final F1 e em uma posição mais à frente Z2 ao longo da rota. Esso quadro intermediário F2 está sem um trilho porque a mesma representa um local entre trilhos da rota. Entende-se que uma pluralidade de tais quadros intermediários F2 pode seguir o quadro final F1 da figura 6A. A figura 6C ilustra outro quadro final F3 tendo outro trilho 12' que está em posição mais à frente Z3 ao longo da rota. A análise de computador pode determinar o espaçamento entre os trilhos 12 e 12', por exemplo, primeiramente fazendo uma contagem do número de quadros intermediários F2 sem um trilho. Esse número de quadros intermediários F2 pode ser então multiplicado pelo espaçamento conhecido entre os quadros (por exemplo, 2,54 cm (0,1 polegada)) para calcular a distância entre os trilhos 12 e 12'.

[0053] A determinação quanto a um quadro ter ou não um trilho pode ser realizada pelas técnicas imagéticas conhecidas na técnica. Por exemplo, e conforme ilustrado nas figuras 6A a 6C, o contorno de um trilho 12 é esperado em uma região de interesse R dos quadros F1 a F3. A análise de computador pode pesquisar a região de interesse R de um quadro quanto a pixels indicando a presença de um contorno de trilho. Isso pode ser feito pela média ou soma do valor dos pixels na região de interesse, por exemplo. Como o contorno do trilho é composto de pixels escuros, a região de interesse R em um quadro F1 tendo um trilho 12 terá uma média ou soma maior do que a região R em um quadro F2 sem um dormente.

[0054] Em outro exemplo, o desgaste dos trilhos pode ser determinado a partir de dados imagéticos. Referindo-se às figuras 7A e 7B, estão ilustrados os quadros exemplares F1 e F2 de rota de ferrovia, obtidos com o sistema de inspeção descrito, e podem ser usados para determinar o desgaste do trilho 12. A análise de computador

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20/34 pode determinar se um trilho 12 se desgastou, por exemplo, determinando se a distância entre o contorno do trilho 12 e um ponto de referência em um quadro é menor do que a mesma distância em um quadro anterior. A figura 7A ilustra um quadro F1 tendo o trilho 12 que está em uma posição Z1 ao longo da rota. O contorno do trilho12 se está dentro de uma região de interesse R e em um nível L ao longo do eixo geométrico Y do quadro F1. O contorno do trilho 12 está acima de um nível de referência L2, que pode ser a altura de uma placa de tirante, uma distância LD que pode ser medida. Como seria claro para aquele medianamente versado na técnica com a ajuda dessa descrição, a referência L2 pode estar situada em uma série de pontos de referência como, por exemplo, as placas de tirante 14, os grampos de trilho 16 ou dormentes 10. A figura 7B ilustra outro quadro F2 em outra posição Z2 ao longo da rota. Na posição Z2, a distância LD é menor entre o contorno do trilho 12 e o nível L2 do que na posição Z1. Portanto, o quadro F2 pode indicar desgaste do trilho 12 na posição Z2 ao longo da rota. Como seria evidente para aquele versado na técnica com a ajuda dessa descrição, o desgaste de trilho poderia também ser determinado comparando os quadros tomados em momentos diferentes, mas na mesma posição ao longo da base de rota.

[0055] Em outro exemplo, os defeitos nos dormentes 10 podem ser determinados dos dados de imagem. Conforme ilustrado na figura 8, está ilustrado um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito. Os defeitos D e D' estão ilustrados no dormente 10. A análise de computador pode detectar se o dormente 10 tem um defeito, por exemplo, determinando se as partes D do contorno do tirante transversal se encontram fora de uma região de interesse R ou se as partes D' do contorno estão ausentes na região R. Conforme é sabido, os defeitos em um dormente podem in

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21/34 cluir rachaduras, fendas, ou rupturas nos tirantes. Usando a pluralidade de dados de imagem próxima a tal defeito, a análise de computador pode determinar a largura e extensão do defeito. Por exemplo, e conforme visto mas figuras 11 - 12, a pluralidade de dados de imagem pode ser usada para avaliar a largura W e a extensão L da rachadura mostrada na borda do dormente. Em alguns casos, a análise de computador pode determinar a profundidade do defeito, por exemplo, quando a orientação do defeito permite que a luz do laser seja projetada dentro do defeito e seja capturada pela câmera. Em uma modalidade, o ângulo entre o laser e a câmera pode ser relativamente pequeno de maneira que a luz que se projeta em um defeito em algum recesso possa ainda ser capturada pela câmera posicionada quase em paralelo ao feixe de luz laser.

[0056] Em outro exemplo, o espaçamento ou gabarito do trilho ou extensão dos dormentes pode ser determinado dos dados de imagem. Na figura 8, pode ser usada uma técnica de detecção de borda conhecida na técnica para encontrar bordas de contornos de trilho 12 no quadro, e pode ser calculada a distância W1 entre as bordas para avaliar o espaçamento dos trilhos 12. Similarmente, pode ser usada uma técnica de detecção de borda conhecida na técnica para encontrar bordas de contorno de dormente 10 no quadro, e pode ser calculada a distância W1 entre as bordas para avaliar a largura W2 do dormente 10.

[0057] Em outro exemplo, a altura do lastro 18 com relação ao dormente 10 pode ser determinada dos dados de imagem. Na figura 8, uma técnica de ajuste de linha pode determinar o nível do lastro 18 e o nível do dormente 10, e a diferença entre esses níveis pode avaliar a altura HB do lastro 18 com relação ao dormente 10. Em outro exemplo, as varreduras da rota de ferrovia podem ser usadas para determinar o tamanho das pedras no lastro 18. Isso pode ser feito

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22/34 pela análise de uma região de interesse tendo lastro 18 e avaliando os tamanhos da pedra de lastro usando curvaturas no contorno do lastro 18.

[0058] Em outro exemplo, os grampos de trilho levantados podem ser detectados dos dados de imagem. Referindo-se à figura 9, está ilustrado um quadro exemplar da rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito. Para determinar se há um grampo de trilho levantado, uma região de interesse R pode ser analisada para determinar se uma parte do contorno representando um grampo de trilho levantado 16 ocorre dentro da região R.

[0059] Em outros exemplos, placas de tirante ausentes, placas de tirante desalinhadas, ou placas de tirante afundadas podem ser detectadas dos dados de imagem. Referindo-se à figura 10, está ilustrado um quadro exemplar de rota de ferrovia obtida com o sistema de inspeção descrito. A placa de tirante afundada ou ausente pode ser detectada, por exemplo, pela análise de uma região de interesse R e determinando se uma parte do contorno representando uma placa de tirante ocorre ou não dentro da região R. Uma placa de tirante desalinhada pode ser determinada pelo ajuste de linha da parte do contorno da placa de tirante e comparando-se a orientação da linha àquela do dormente, por exemplo.

[0060] Com relação à figura 13, será agora descrita uma modalidade exemplificativa alternativa do sistema de inspeção 30. Nessa modalidade, o sistema de inspeção 30 pode ser construído e operado da mesma maneira como descrito com relação às modalidades anteriores. Contudo, nessa modalidade, a presente invenção foi adaptada para permitir operação diurna mais eficiente. O sistema de inspeção 30 utiliza três lasers de geração de linha 40 montados sobre a superfície a ser inspecionada. O laser central 40 é montado no centro da armação 32 e examina a área de superfície dentro de sua ex

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23/34 tensão angular β, enquanto os dois lasers externos 40 examinam a periferia externa da superfície inspecionada dentro de sua extensão angular β. Se, por exemplo, uma rota de ferrovia estivesse sendo inspecionada, o laser central 40 poderia examinar todo o tirante de 2,74 metros (9 pés), enquanto os lasers externos poderiam examinar os trilhos.

[0061] Nessa modalidade exemplar, os dois lasers externos 40 são inclinados para fora afastados do laser central em um ângulo aproximado Υ de 10 graus. Os dois lasers externos 40 são inclinados nessa modalidade para permitir que o sistema de inspeção 30 seja acondicionado, por exemplo, em uma boléia de caminhão, sendo ao mesmo tempo capaz de examinar um tirante de 2,74 metros (9 pés) de uma base de rota de ferrovia. Inclinando os lasers 40 para fora, a presente invenção alcança a largura de varredura requerida para inspecionar os tirantes, enquanto ainda se ajusta fisicamente dentro do limite dos caminhos. Contudo, uma vez que a presente invenção pode também ser usada para inspecionar outras superfícies, os dois lasers externos 40 podem não ser inclinados quaisquer que sejam as exigências práticas da aplicação.

[0062] Ainda com referência à modalidade exemplificativa da figura 13, os lasers 40 são lasers de 7 watts, cada laser sendo dotado de uma expansão angular β de 45 graus. Contudo, a expansão angular β poderia ser maior ou menor dependendo da distância entre os lasers 40 e da superfície inspecionada, conforme compreendido por aqueles versados na técnica com a ajuda dessa descrição. A intensidade da linha laser L (isto é, o feixe de laser L) projetado pelos lasers 40 na superfície inspecionada é de pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) da largura da linha laser L projetada na superfície. Na modalidade mais preferida, a intensidade é de 0,18 watts por 2,54 cm (polegada) da largura da linha laser L projetada na superfície. O número

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24/34 de lasers 40 utilizado pode ser maior ou menor do que três, desde que o número utilizado possa fornecer a voltagem necessária por 2,54 cm (polegada) de linha laser L. Portanto, aqueles versados na técnica com a ajuda desta descrição compreendem que há várias combinações de laser que fornecem essa voltagem mínima.

[0063] Ainda com referência à modalidade exemplificativa da figura 13, o uso combinado dos três lasers 40 fornece uma intensidade de luz mais alta, produzindo, assim, uma linha de luz em um comprimento de onda específico que é mais intensa do que a radiação solar no mesmo comprimento de onda. Nessa modalidade exemplificativa, cada laser 40 tem um comprimento de onda de 808nm +/- 2nm, conforme compreendido na técnica. A escolha do comprimento de onda corresponde a uma imersão no espectro solar em aproximadamente 808nm ocasionado pela penetração da luz solar na atmosfera terrestre, conforme ilustrado no gráfico da figura 16. Aqui, o espectro solar é ilustrado no nível do mar variando aproximadamente de 400nm a acima de 2400nm, que inclui comprimentos de onda UV, visível e infravermelho. Aproximadamente em 808nm, há uma imersão aguda na energia solar. Portanto, lasers de 808nm utilizados na presente invenção foram especificamente escolhidos porque seus comprimentos de onda em aproximadamente em 808nm são mais intensos do que a radiação solar no mesmo comprimento de onda, permitindo, desse modo, que sua luz radiada seja detectada mesmo na luz solar por via das câmeras 50. Aqueles versados na técnica tendo a ajuda dessa descrição compreendem que podem ser utilizados outros comprimentos de onda laser para aproveitar outras imersões na radiação solar, de acordo com a presente invenção.

[0064] Referindo-se às figuras 14 e 15, é agora descrita uma modalidade alternativa exemplificativa das câmeras 50 da presente invenção. Conforme anteriormente comentado, as câmeras 50 são

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25/34 montadas nas armações 32 e enviam dados de imagem da superfície inspecionada (nesse exemplo, uma rota de ferrovia) para o dispositivo de processamento ou computador 60 por via de linhas de transmissão com ou sem fio. Contudo, nessa modalidade exemplificativa, cada câmera 50 inclui um alojamento 70 tendo uma lente 72. Dentro do alojamento 72 está um dispositivo de carga acoplado 74, ou CDD, que é um registrador de mudança analógica que possibilita a transmissão de sinais analógicos através de sucessivos estágios controlados por um sinal do cronômetro. O CDD 74 pode ser usado como uma forma de memória ou para amostras de retardo dos sinais analógicos, conforme compreendido na técnica. Na alternativa, contudo, pode também ser utilizado um sensor CMOS conforme compreendido na técnica para capturar imagens. Aqueles versados na técnica tendo a ajuda dessa descrição compreendem que há várias câmeras que podem ser utilizadas com a presente invenção.

[0065] Conforme ilustrado na figura 15, o CDD 74 é colocado adjacente a um filtro passa-faixas ótico 76. Nessa modalidade exemplificativa, o filtro passa-faixas 76 foi escolhido para passar uma faixa do comprimento de onda de -2nm e +1nm do laser 40, ao mesmo tempo em que filtra pelo menos OD4 para o remanescente da faixa de resposta da câmera 50 entre 300nm a 1100nm, excluindo as áreas de aclive e declive que existem próximo à região passa-faixas conforme compreendido por aqueles versados na técnica tendo a ajuda desta descrição. Portanto, utilizando os lasers de 808nm, o filtro passa-faixas 76 passa um comprimento de onda de aproximadamente 806 - 810nm, enquanto filtra a radiação solar remanescente. Como há uma imersão na radiação solar nesse comprimento de onda, a linha gerada pelos lasers 40 é prontamente detectável na luz solar.

[0066] Para reduzir a alteração azul associada à passagem de luz

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26/34 através de um filtro em um ângulo, o filtro passa-faixas 76 é montado entre as lentes 72 e o CDD 74. Tipicamente, quando a luz passa através de um filtro em ângulos extremos, para obter o mesmo comprimento de onda de luz em muitos ângulos diferentes, é preciso ter um filtro com uma faixa de passagem ampla. Se um filtro fosse colocado fora das lentes, a luz entraria em um ângulo extremo. Contudo, movendo o filtro para trás das lentes, a luz é muito mais paralela e o efeito da alteração azul diminui substancialmente. Essa redução da alteração azul resulta em uma faixa de passagem de filtro mais hermética, que é necessária para filtrar tanta radiação solar quanto possível. Portanto, o filtro passa-faixas 76 é montado atrás das lentes 72.

[0067] Um espaçador 78 é posicionado no outro lado do filtro passa-faixas 76 oposto ao CCD 74. O espaçador 78 compreende uma abertura 80 que permite que os dados de imagem sejam coletados das lentes 72. Nessa modalidade, o filtro passa-faixas 76 peneira a maior quantidade possível de luz não laser gerada, possibilitando, desse modo, inspeção durante o dia. Ainda, essa modalidade resulta em um ligeiro aumento na extensão focal devido à passagem de luz através do filtro 76. Esse fenômeno é compensado pela montagem do CCD 74 ligeiramente mais à frente das lentes 72 por via do uso do espaçador 78 situado entre as lentes 72 e o alojamento de câmera

70. O espaçador 78 muda a orientação das lentes 72 com relação ao CCD 74. O espaçador 78 pode ser, por exemplo, uma arruela de aperto de precisão. Na alternativa, contudo, o espaçador 78 não seria necessário nas modalidades utilizando uma lente de câmera que tenha uma variação de foco suficientemente ampla. Portanto, aqueles versados na técnica tendo a ajuda dessa descrição compreendem que há uma variedade de espaçadores que poderiam ser utilizados com a presente invenção, e que a necessidade de um espaçador 78

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27/34 pode ser negada através da escolha das lentes.

[0068] De acordo com uma modalidade exemplificativa, a presente invenção inclui um sistema para inspecionar uma superfície, o sistema compreendendo pelo menos um gerador de luz posicionado adjacente à superfície, o gerador de luz adaptado para projetar um feixe de luz através da superfície, o feixe de luz totalizando pelo menos 0,15 watts de intensidade por 2,54 cm (polegada) de uma largura do feixe de luz; pelo menos uma câmera posicionada adjacente à superfície para receber pelo menos uma parte da luz refletida da superfície e para gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da superfície, a câmera compreendendo um filtro passa-faixas adaptado para passar uma faixa do feixe de luz projetado pelo gerador de luz, a faixa correspondendo a uma imersão na radiação solar; e pelo menos um processador adaptado para analisar a imagem mínima e determinar uma ou mais características físicas da parte da superfície. Em uma modalidade exemplificativa, a extensão angular do feixe de luz projetado pelo gerador é de 45 graus.

[0069] Em uma modalidade alternativa desse sistema, o gerador de luz compreende um laser central; e dois lasers externos situados em lados opostos do laser central, cada um dos dois lasers externos sendo inclinados para fora do laser central em um ângulo de 10 graus. Na alternativa, o gerador de luz é um laser de 808nm. Em ainda outra modalidade, a câmera compreende uma lente; um espaçador posicionado adjacente à lente; e um dispositivo de carga acoplado, o filtro passa-faixas sendo acoplado entre o dispositivo de carga acoplado e o espaçador. O filtro passa-faixas é posicionado atrás de uma lente da câmera.

[0070] Em ainda outra modalidade desse sistema, a superfície é uma base de rota de ferrovia e o processador compreende um algo

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28/34 ritmo para determinar uma distância entre os dormentes da base de rota de ferrovia, o algoritmo compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final de pelo menos uma imagem, a primeira e o último quadros compreendendo dormentes enquanto faltam dormentes no quadro ou quadros intermediários;

(b) determinar um número do quadro ou quadros intermediários com falta de dormentes;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros; e (d) determinar a distância entre os dormentes do primeiro e último quadros com base no número do quadro ou quadros intermediários com falta de dormentes e o espaçamento conhecido entre os quadros.

[0071] Em uma modalidade alternativa desse sistema, a superfície é uma base de rota de ferrovia e o processador compreende um algoritmo para detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da rota de ferrovia, o algoritmo compreendendo as etapas de:

(a) analisar um quadro na imagem mínima, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(b) determinar se a região de interesse contém uma placa de tirante;

(c) se a placa estiver presente, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

(d) comparar uma orientação do contorno de dormente e uma orientação do contorno de placa de tirante; e (e) determinar se a placa de tirante está desalinhada ou afundada com base na comparação.

[0072] Em ainda outra modalidade alternativa desse sistema, a superfície é uma base de rota de ferrovia e o processador compreende

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29/34 um algoritmo para identificar uma ruptura em um trilho da base de rota de ferrovia, o algoritmo compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da imagem mínima, o primeiro e o último quadros compreendendo trilhos enquanto o quadro ou quadros intermediários mostram ausência de trilhos;

(b) determinar um número do quadro ou quadros intermediários com falta de trilhos;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre quadros; e (d) identificar a ruptura no trilho com base no número de um ou mais quadros intermediários com falta de trilhos e do espaçamento conhecido entre quadros. Em ainda outra modalidade, a superfície compreende uma ou mais de uma estrada, instalação, fundação de construção, ponte ou calçada de automóvel.

[0073] Um método exemplificativo da presente invenção compreende as etapas de:

(a) iluminar uma luz através de vão da superfície, a luz totalizando uma intensidade combinada de pelo menos 0,15 watts de intensidade por 2,54 cm (polegada) de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da superfície usando uma ou mais câmeras, a câmera ou câmeras compreendendo um filtro passa-faixas adaptado para passar apenas uma faixa da luz refletida, a faixa correspondendo a uma imersão na radiação solar;

(c) gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da superfície;

(d) analisar a imagem mínima;

(e) determinar uma ou mais características físicas da parte da superfície; e (f) transferir as características físicas determinadas da parte

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30/34 da superfície. Em ainda outro método exemplificative, a etapa (a) compreende a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz iluminada através da superfície, cada um dos feixes da pluralidade de feixes de luz tendo uma extensão angular de 45 graus. [0074] Em um método alternativo, a pluralidade de feixes de luz compreende um feixe central e dois feixes externos em lados opostos do feixe central, a etapa (a) compreendendo adicionalmente a etapa de projetar os dois feixes externos do feixe central em um ângulo de 10 graus. Em outro método, a luz iluminada através do vão da superfície é criada usando lasers de 808nm.

[0075] Em ainda outro método exemplificativo, a superfície pode ser uma base de rota de ferrovia, o método também compreendendo a etapa de determinar uma distância entre os dormentes da base de rota de ferrovia, a etapa de determinar a distância compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final de pelo menos uma imagem, o primeiro e o último quadros compreendendo dormentes enquanto o quadro ou quadros intermediários ausência de dormentes;

(b) determinar um número de quadro ou quadros intermediários com falta de dormentes;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros; e (d) determinar a distância entre os dormentes do primeiro e último quadros com base no número de um ou mais quadros intermediários com falta de dormentes e o espaçamento conhecido entre os quadros.

[0076] Em ainda outro método, a superfície é uma base de rota de ferrovia, o método também compreende a etapa de identificar uma ruptura em um trilho da base de rota de ferrovia, a etapa de identificaPetição 870190117185, de 13/11/2019, pág. 35/52

31/34 ção compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da imagem mínima; o primeiro e último quadros compreendendo trilhos enquanto o quadro ou quadros intermediários com falta de trilhos;

(b) determinar um número de um ou mais quadros intermediários com falta de trilhos;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros, e (d) identificar a ruptura no trilho com base no número de um ou mais quadros intermediários com falta de trilhos e do espaçamento conhecido entre os quadros.

[0077] Nesse método exemplificativo, a superfície pode ser uma base de rota de ferrovia, o método também compreendendo a etapa de detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da base de rota de ferrovia, a etapa de detecção compreendendo as etapas de:

(a) analisar um quadro da imagem mínima, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(b) determinar se a região de interesse contém uma placa de tirante;

(c) se tiver uma placa de tirante, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

[0078] Ainda outro método da presente invenção compreende as etapas de:

(a) projetar uma luz na superfície, a luz tendo uma intensidade de pelo menos 0,15 watts de intensidade por 2,54 cm (polegada)

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32/34 de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da superfície para um receptor;

(c) utilizar um filtro passa-faixas do receptor para passar uma faixa da luz refletida que corresponde a uma imersão na radiação solar, em que a luz refletida é adaptada para ser mais intensa do que a radiação solar na imersão;

(d) utilizar a faixa passada da luz refletida para gerar uma ou mais imagens representativas de um perfil de pelo menos uma parte da superfície;

(e) determinar uma ou mais características da parte da superfície; e (f) transferir as determinadas características da parte da superfície. Em um método alternativo, a etapa (a) compreende também a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz projetada na superfície, cada um da pluralidade de feixes de luz tendo uma extensão angular de 45 graus. Em ainda outro método exemplificativo, a pluralidade de feixes de luz compreende um feixe central e dois feixes externos em lados opostos do feixe central, a etapa (a) compreendendo adicionalmente a etapa de projetar os dois feixes externos para fora do feixe central em um ângulo de 10 graus. [0079] Alternativamente, a superfície pode ser uma base de rota de ferrovia, o método também compreendendo a etapa de determinar uma distância entre dormentes de uma base de rota de ferrovia, a etapa de determinar a distância compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da imagem ou imagens, o primeiro e o último quadros compreendendo dormentes enquanto as duas ou mais quadros intermediários falta de dormentes;

(b) determinar um número de um ou mais quadros interme-

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33/34 diários com falta de dormentes;

[0080] Em ainda outro método alternativo, a superfície pode ser uma base de rota de ferrovia, o método compreendendo adicionalmente a etapa de identificar uma ruptura em um trilho de base de rota de ferrovia, a etapa de identificação compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um último quadro da imagem ou imagens, o primeiro e último quadros compreendendo trilhos enquanto o quadro ou quadros intermediários falta de trilhos;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros; e (d) identificar a ruptura no trilho com base no número do quadro ou quadros intermediários com falta de trilhos e o espaçamento conhecido entre os quadros.

[0081] Em ainda outro método alternativo, a superfície pode ser uma base de rota de ferrovia, o método também compreendendo a etapa de detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da base de rota de ferrovia, a etapa de detectar compreendendo as etapas de:

(a) analisar um quadro de uma ou mais imagens, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(b) determinar se a região de interesse contém uma placa

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34/34 de tirante;

(c) se houver a presença de uma placa de tirante, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

(d) comparar uma orientação do contorno de dormente e uma orientação de contorno de placa de tirante; e determinar se a placa de tirante está desalinhada ou afundada com base na comparação. [0082] Apesar de terem sido ilustradas e descritas várias modalidades, a invenção não se limita às mesmas e deve ser compreendido que a mesma inclui todas as modificações e variações conforme seria claro para alguém versado na técnica. Por exemplo, apesar das modalidades aqui descritas terem sido aplicadas a bases de rotas de ferrovia, a presente invenção pode ser também utilizada para inspecionar várias outras superfícies, tais como rodovias, calçadas, árvore/florestas, lavouras, pontes, fundações de edifícios, carros se movendo em autoestrada abaixo de um sistema de inspeção, ou qualquer variedade de formas 3-D que se deseja inspecionar e/ou medir. Portanto, a invenção não deve ser restrita exceto à luz das reivindicações em anexo e suas equivalências.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para inspecionar uma base de rota de ferrovia, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende:

pelo menos um gerador de luz posicionado adjacente à base de rota de ferrovia, o gerador de luz adaptado para projetar um feixe de luz através da base de rota de ferrovia, o feixe de luz possuindo uma intensidade totalizando pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura do feixe de luz;

pelo menos uma câmera (50) posicionada adjacente à base de rota de ferrovia para receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia e para gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da base de rota de ferrovia, a câmera (50) compreendendo um filtro passa-faixas (76) adaptado para passar uma faixa do feixe de luz projetado pelo gerador de luz, a faixa correspondendo somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo; e pelo menos um processador adaptado para analisar a pelo menos uma imagem e determinar uma ou mais características físicas da parte da base de rota de ferrovia, o processador compreendendo um algoritmo configurado para determinar uma distância entre os dormentes da base de rota de ferrovia, o algoritmo compreendendo as etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da pelo menos uma imagem, o primeiro e o último quadros compreendendo dormentes, enquanto o um ou mais quadros intermediários faltam dormentes;

(b) determinar um número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros; e

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2/9 (d) determinar a distância entre os dormentes do primeiro e último quadros com base no número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes e o espaçamento conhecido entre os quadros.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma extensão angular do feixe de luz projetado pelo gerador é de 45 graus.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de luz compreende:

um laser central; e dois lasers externos situados em lados opostos do laser central, os dois lasers externos sendo inclinados para fora do laser central em um ângulo de 10 graus.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de luz é um laser de 808nm.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmera (50) ainda compreende:

uma lente (72);

um espaçador (78) posicionado adjacente à lente (72); e um dispositivo de carga acoplado (74), o filtro passa-faixas (76) estando acoplado entre o dispositivo de carga acoplado (74) e o espaçador (78).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro passa-faixas (76) está situado atrás de uma lente (72) da câmera (50).
7. Sistema para inspecionar uma base de rota de ferrovia, caracterizado pelo fato de que compreende:

pelo menos um gerador de luz posicionado adjacente à base de rota de ferrovia, o gerador de luz adaptado para projetar um feixe de luz através da base de rota de ferrovia, o feixe de luz possuindo

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3/9 uma intensidade totalizando pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura do feixe de luz;

pelo menos uma câmera (50) posicionada adjacente à base de rota de ferrovia para receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia e para gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da base de rota de ferrovia, a câmera (50) compreendendo um filtro passa-faixas (76) adaptado para passar uma faixa do feixe de luz projetado pelo gerador de luz, a faixa correspondendo somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo; e pelo menos um processador adaptado para analisar a pelo menos uma imagem e determinar uma ou mais características físicas da parte da base de rota de ferrovia, o processador compreendendo um algoritmo para detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da base de rota de ferrovia, o algoritmo compreendendo as etapas de:

(a) analisar um quadro da pelo menos uma imagem, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(b) determinar se há uma placa de tirante na região de interesse;

(c) se houver uma placa de tirante, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

(d) comparar uma orientação do contorno de dormente e uma orientação do contorno da placa de tirante; e (e) determinar se a placa de tirante está desalinhada ou afundada com base na comparação.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o gerador de luz compreende uma pluralidade de lasers (40).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado

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4/9 pelo fato de que o gerador de luz é um laser de 808nm.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a câmera (50) ainda compreende:

uma lente (72);

um espaçador (78) posicionado adjacente à lente (72); e um dispositivo de carga acoplado (74), o filtro passa-faixas (76) estando acoplado entre o dispositivo de carga acoplado (74) e o espaçador (78).
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o filtro passa-faixas (76) está situado atrás de uma lente (72) da câmera (50).
12. Método para inspecionar uma base de rota de ferrovia, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

(a) iluminar uma luz através do vão da base de rota de ferrovia, a luz totalizando uma intensidade combinada de pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia usando uma ou mais câmeras (50), a uma ou mais câmeras (50) compreendendo um filtro passa-faixas (76) adaptado para passar apenas uma faixa de luz refletida, a faixa correspondendo somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo;

(c) gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da base de rota de ferrovia;

(d) analisar a pelo menos uma imagem;

(e) determinar uma ou mais características físicas da parte da base de rota de ferrovia;

(f) transferir as determinadas características físicas da parte da base de rota de ferrovia

g) determinar uma distância entre dormentes da base de roPetição 870190117185, de 13/11/2019, pág. 43/52

5/9 ta de ferrovia pelas etapas de:

h) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da pelo menos uma imagem, o primeiro e o último quadros compreendendo dormentes enquanto o um ou mais quadros intermediários faltam dormentes;

(i) determinar um número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes;

(j) determinar um espaçamento conhecido entre os quadros; e (k) determinar a distância entre os dormentes do primeiro e último quadros com base no número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes e o espaçamento conhecido entre os quadros.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreende a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz iluminada através da base de rota de ferrovia, a pluralidade de feixes de luz possuindo uma extensão angular de 45 graus.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de feixes de luz compreende um feixe central e dois feixes externos em lados opostos do feixe central, a etapa (a) ainda compreende a etapa de projetar os dois feixes externos para fora a partir do feixe central em um ângulo de 10 graus.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a luz iluminada através do vão da base de rota de ferrovia é criada usando lasers de 808nm.
16. Método para inspecionar uma base de rota de ferrovia, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

(a) iluminar uma luz através do vão da base de rota de ferrovia, a luz totalizando uma intensidade combinada de pelo menos

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6/9

0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia usando uma ou mais câmeras (50), a uma ou mais câmeras (50) compreendendo um filtro passa-faixas (76) adaptado para passar apenas uma faixa de luz refletida, a faixa correspondendo somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo;

(c) gerar pelo menos uma imagem representativa de um perfil de pelo menos uma parte da base de rota de ferrovia;

(d) analisar a pelo menos uma imagem;

(e) determinar uma ou mais características físicas da parte da base de rota de ferrovia;

(f) detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da base de rota de ferrovia, a etapa de detectar compreendendo as etapas de:

(g) analisar um quadro da pelo menos uma imagem, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(h) determinar se há uma placa de tirante na região de interesse;

(i) se houver uma placa de tirante, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

(j) comparar uma orientação do contorno de dormente e uma orientação do contorno da placa de tirante; e (k) determinar se a placa de tirante está desalinhada ou afundada com base na comparação.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) compreende a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz iluminada através da base de rota de ferrovia.
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracteri

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7/9 zado pelo fato de que a luz iluminada através do vão da base de rota de ferrovia é criada usando lasers de 808nm.
19. Método para inspecionar uma base de rota de ferrovia, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

(a) projetar uma luz na base de rota de ferrovia, a luz possuindo uma intensidade de pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia em um receptor;

(c) utilizar um filtro passa-faixas (76) do receptor para passar uma faixa da luz refletida que corresponda somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo, em que a luz refletida é adaptada para ser mais intensa do que a radiação solar na imersão;

(d) utilizar a faixa passada da luz refletida para gerar uma ou mais imagens representativas de um perfil de pelo menos uma parte da base de rota de ferrovia;

(e) determinar uma ou mais características da parte da base de rota de ferrovia; e (f) transferir as características determinadas da parte da base de rota de ferrovia;

g) determinar uma distância entre dormentes da base de rota de ferrovia pelas etapas de:

(a) analisar um primeiro quadro, um ou mais quadros intermediários e um quadro final da pelo menos uma imagem, o primeiro e o último quadros compreendendo dormentes enquanto o um ou mais quadros intermediários faltam dormentes;

(b) determinar um número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes;

(c) determinar um espaçamento conhecido entre os qua-

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8/9 dros; e (d) determinar a distância entre os dormentes do primeiro e último quadros com base no número do um ou mais quadros intermediários em que faltam dormentes e o espaçamento conhecido entre os quadros.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) ainda compreende a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz projetada na base de rota de ferrovia, cada um da pluralidade de feixes de luz possuindo uma extensão angular de 45 graus.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de feixes de luz compreende um feixe central e dois feixes externos em lados opostos do feixe central, a etapa (a) ainda compreende a etapa de projetar os dois feixes externos para fora a partir do feixe central em um ângulo de 10 graus.
22. Método para inspecionar uma base de rota de ferrovia, o método caracterizado pelo fato de que compreendendo as etapas de:

(a) projetar uma luz na base de rota de ferrovia, a luz possuindo uma intensidade de pelo menos 0,15 watts por 2,54 cm (polegada) de uma largura da luz;

(b) receber pelo menos uma parte da luz refletida da base de rota de ferrovia em um receptor;

(c) utilizar um filtro passa-faixas (76) do receptor para passar uma faixa da luz refletida que corresponda somente a uma imersão de intensidade natural em um espectro de radiação solar no nível do solo, em que a luz refletida é adaptada para ser mais intensa do que a radiação solar na imersão;

(d) utilizar a faixa passada da luz refletida para gerar uma ou mais imagens representativas de um perfil de pelo menos uma par-

Petição 870190117185, de 13/11/2019, pág. 47/52

9/9 te da base de rota de ferrovia;

(e) determinar uma ou mais características da parte da base de rota de ferrovia; e (f) transferir as características determinadas da parte da base de rota de ferrovia;

g) detectar uma placa de tirante desalinhada ou afundada da base de rota de ferrovia, a etapa de detecção compreendendo as etapas de:

(h) analisar um quadro de uma ou mais imagens, o quadro compreendendo uma região de interesse;

(i) determinar se há uma placa de tirante na região de interesse;

(j) se houver uma placa de tirante, determinar um contorno de dormente e um contorno de placa de tirante;

(k) comparar uma orientação do contorno de dormente e uma orientação do contorno de placa de tirante; e (i) determinar se a placa de tirante está desalinhada ou afundada com base na comparação.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) ainda compreende a etapa de projetar uma pluralidade de feixes de luz para formar a luz projetada através da base de rota de ferrovia.