CN110632121A - 用于轨道车车轴的动态高速无损评估 - Google Patents

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CN110632121A CN201910470746.1A CN201910470746A CN110632121A CN 110632121 A CN110632121 A CN 110632121A CN 201910470746 A CN201910470746 A CN 201910470746A CN 110632121 A CN110632121 A CN 110632121A
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莫尔塔扎·萨法伊
泰勒·M·霍尔梅斯
斯科特·W·利
吉安妮·瓦迪
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Abstract

本申请涉及用于轨道车车轴的动态高速无损评估。一种用于检查轨道车车轴的示例性系统(100)包括闪光源(106)、红外摄像机(108)和触发传感器(110)。闪光源(106)被配置为当轨道车轮组(104)在轨道(122)上时向轨道车轮组(104)的轨道车车轴(102)的表面施加热脉冲。红外摄像机(108)被配置为捕获指示轨道车车轴(102)的表面对热脉冲的热响应的红外数据。触发传感器(110)被配置为基于轨道车轮组(104)在轨道(122)上的位置来触发闪光源(106)施加热脉冲。该示例性系统还可以包括：处理器(112)，被配置为确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴(102)的表面上的裂缝；以及视觉摄像机(120)，被配置为捕获轨道车车轴(102)的表面的图像。

Description

用于轨道车车轴的动态高速无损评估
技术领域
本公开总体上涉及热成像检查，并且更具体地，涉及使用闪光红外热成像法(IRT)检查轨道车车轴。
背景技术
闪光IRT是一种使用闪光源、红外摄像机和图像处理器来分析结构的热瞬态技术。在一种方法中，使用闪光源将一个或多个高热能短脉冲施加到结构的导热表面。然后，随着热分散到结构中且该表面恢复到其正常温度，使用红外摄像机监测和记录该表面的热瞬态。例如，红外摄像机可用于在施加脉冲之前和施加脉冲之后捕获表面的图像。
另外，然后可以使用各种图像处理技术分析图像，以便区分不同的特征和材料。在实践中，材料缺陷(诸如空隙、分层或裂缝)可通过使表面的区域相对于表面的其他区域更快或更慢地冷却而影响表面的冷却。图像处理算法可以分析一系列图像并增强表面上相对暖(或冷)的点的对比度，这可以指示材料缺陷。此外，图像处理算法还可用于帮助评估和/或表征任何异常的冷却行为。
轨道车轮组的轨道车车轴是现代轨道车的重要部件，并且被设计为经受大量应力。然而，随着时间的推移，轨道车车轴有时可因车轴疲劳而出现故障。在某些情况下，在轨道车车轴的表面上可形成裂缝，从而削弱了轨道车车轴的强度。如果裂缝未被检测到，则裂缝可导致故障，诸如车轴断裂。因此，需要识别轨道车车轴上的表面裂缝，以便在故障发生之前修理或更换轨道车车轴。
存在各种检测轨道车车轴上的表面裂缝的方法。作为一个实例，超声波检查可用于检查轨道车车轴的表面。作为另一个实例，检查员可以将液体染料施加到轨道车车轴的表面，并且观察液体染料渗透到表面中。
发明内容
在一个实例中，描述了一种用于检查轨道车车轴的系统。该系统包括闪光源、红外摄像机和触发传感器(trigger sensor)。当轨道车轮组在轨道上时，闪光源被配置为向轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲。红外摄像机被配置为捕获指示轨道车车轴的表面对热脉冲的热响应的红外数据。触发传感器被配置为基于轨道车轮组在轨道上的位置来触发闪光源施加热脉冲。
在另一个实例中，描述了一种用于检查轨道车车轴的系统。该系统包括处理器和沿轨道定位的多个闪光红外热成像(IRT)单元。多个闪光IRT单元中的每个闪光IRT单元包括闪光源和红外摄像机。多个闪光IRT单元中的每个闪光IRT单元定位在一相应位置处，并且被配置为捕获指示轨道车轮组的轨道车车轴的相应扇区的表面的红外数据。处理器被配置为确定所捕获的红外数据中的任何一个是否指示轨道车车轴的任何扇区的表面上的裂缝。
在另一个实例中，描述了一种检查轨道车车轴的方法。该方法包括当轨道车轮组在轨道上时使用闪光源向该轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲。该方法还包括使用红外摄像机捕获指示轨道车车轴的表面对热脉冲的热响应的红外数据。另外，该方法包括由处理器确定所捕获的数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝。
已讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合，其另外的细节可以参考以下描述和附图看出。
附图说明
被认为是说明性实施例的特征的新颖特征在所附权利要求中阐述。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将最佳地理解说明性实施例及其优选的使用模式、另外的目标和描述，在附图中：
图1概念性地示出根据示例性实施例的示例性系统。
图2示出根据示例性实施例的轨道车轮组的轨道车车轴的表面的示例性闪光红外热成像图像。
图3示出根据示例性实施例的多个闪光红外热成像单元的示例性布置。
图4示出根据示例性实施例的多个闪光红外热成像单元的另一示例性布置。
图5示出根据示例性实施例的具有多个保护室的系统。
图6示出图5的保护室中的一个保护室的详细视图。
图7A-图7D示出根据示例性实施例的可以在显示屏上显示的示例性图像。
图8示出根据示例性实施例的检查轨道车车轴的示例性方法的流程图。
图9示出根据示例性实施例的与图8所示的方法一起使用的额外操作。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述所公开的实施例，附图中示出了一些但不是所有公开的实施例。实际上，可以提供若干不同的实施例，并且不应该将其解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是全面和完整的，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
在实例中，描述了用于检查轨道车车轴的系统和方法。在一些实例中，所述系统和方法可以便于在现场检查轨道车车轴有无裂缝，换句话说，当包括轨道车车轴的轨道车轮组在轨道上时，所述系统和方法可以便于检查轨道车车轴有无裂缝。另外，当轮组在轨道上滚动时，所述系统和方法可用于检查轨道车车轴有无裂缝。
一示例性系统包括闪光源、红外摄像机和触发传感器。当轨道车轮组在轨道上时，闪光源可以被配置为向轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲。另外，红外摄像机可以被配置为捕获指示轨道车车轴的表面对热脉冲的热响应的红外数据。闪光源和红外摄像机可以定位在轨道车车轴在轨道上方旋转所处的高度下方。通过这种布置，从轨道车车轴下方，闪光源可以施加热脉冲，并且红外摄像机可以记录热响应。触发传感器可以基于轨道车轮组在轨道上的位置来触发闪光源以施加热脉冲。例如，触发传感器可以包括接近传感器，该接近传感器可以基于轨道车轮组的车轮与接近传感器的接近度而触发。
本文描述的系统还可以包括一个或多个处理器，其被配置为处理由红外摄像机捕获的红外数据，并且确定红外数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝。如果轨道车车轴的表面包括裂缝，则所捕获的红外数据可包括指示裂缝的存在的数据。例如，由于裂缝是表面上材料缺失的区域，因此裂缝在所捕获的数据中可表现为相对于表面上的周围区域更冷的区域。处理器或处理器组可以被配置为将这些较冷的区域识别为可能的裂缝。当在轨道车车轴的表面上存在污垢或其他物质时，也可以以这种方式检测表面上的裂缝。
如果识别出潜在的裂缝，则可以标记轨道车车轴或包括轨道车车轴的轨道车轮组以进行进一步检查。在一种方法中，标识符(诸如与轨道车轮组对应的射频标识符)可以与所捕获的数据或所捕获的数据的表示一起存储在存储器中。附加地或替代地，标记工具可以在确定所捕获的红外数据指示轨道车车轴的表面上的裂缝时将可见标记施加到轨道车轮组。
在一些实例中，多个闪光IRT单元可以沿轨道定位，其中每个闪光IRT单元包括闪光源和红外摄像机。闪光IRT单元可以定位在相应的位置处，并且被配置为捕获指示轨道车轮组的轨道车车轴的相应扇区的表面的红外数据。例如，当轨道车轮组在轨道上滚动时，四个IRT单元可以被配置为分别捕获指示四个九十度扇区的数据。对于每次旋转，轨道车车轴所覆盖的距离等于轨道车轮组的车轮周长。例如，具有直径为1米的车轮每转大约移动3.14米。因此，四个IRT单元可以布置在3.14米的距离内，以便捕获指示具有直径为1米的车轮的轨道车车轴的整个表面的红外数据。
本文描述的系统和方法还具有优于其他检查系统和方法的益处。由于快速测量能力以及在不与轨道车车轴物理接触的情况下运行的能力，本文描述的系统非常适合于现场轨道车车轴的动态裂缝检测。此外，本文描述的系统对于制造商和实施来说可以更具成本效益。使用超声波检查将更复杂、更慢并且成本效益更低，这是因为需要将超声波阵列定位在轨道车车轴的表面上且然后在轮组在轨道上前进之前使超声波阵列远离轨道车车轴缩回。类似地，由于将液体染料施加到表面所需的时间以及这样做的复杂性，使用包括液体染料渗透剂的方法也将更复杂和更慢。
另外，由于当轨道车轮组在轨道上时检查轨道车车轴所呈现的挑战，因此本文描述的系统和相关方法与执行其他热成像技术不同。例如，在每小时10英里的情况下，1米轨道车车轴每秒行进了约为5米的距离。挑战在于使闪光源和红外摄像机的操作与轨道车车轴的这种移动同步。基于轨道车轮组在轨道上的位置来触发闪光源和/或红外摄像机可以帮助解决该挑战。此外，闪光源和红外摄像机可以安装在轨道车车轴在轨道上方旋转所处的高度下方，使得当轨道车轮组在轨道上且轨道车车轴在系统上滚动时，该系统可以运行。这允许系统在不必从轨道移除轨道车轮组的情况下运行。此外，多个红外闪光热成像(IRT)单元可以沿轨道定位，以便捕获指示轨道车轮组的多个扇区的表面的红外数据。
在下文中还参考附图描述了上面讨论的示例性系统以及使用这些系统检查轨道车车轴的表面的方法的各种其他特征。
现在参照附图，图1是示例性系统100的概念图。根据上面的讨论，系统100可用于检查表面，诸如轨道车轮组104的轨道车车轴102的表面。如图1所示，系统100包括闪光源106、红外摄像机108、触发传感器110、处理器112、速度传感器114、RFID读取器116、标记工具118和视觉摄像机120。
当轨道车轮组104在轨道122上时，闪光源106可以被配置为向轨道车车轴102的表面施加热脉冲。闪光源106可以包括壳体、发光元件和一个或多个反射器。在一个实例中，闪光源106可以包括闪光灯或采用闪光灯的形式。闪光源106可以是线性闪光源，其被布置成平行于轨道车车轴102的纵向轴线且垂直于轨道122。闪光源106可以被配置为将储存在电容器(未示出)或电容器组中的能量转换为热脉冲。
如图1所示，闪光源106可以定位在轨道车车轴102在轨道122上方旋转所处的高度下方。通过这种布置，当轨道车车轴102在轨道122上时，闪光源106可以从轨道车车轴102的下方照亮轨道车车轴102的表面的一部分。在一些实例中，闪光源106可以将热脉冲施加到轨道车车轴102的多个扇区中的一个扇区的表面。图示124示出了轨道车车轴102的六个示例性扇区。扇区的数量可以根据所期望的具体实施而变化。例如，扇区的数量可以改为三个、四个或五个。
另外，当轨道车轮组104在轨道上滚动时，闪光源106可以被配置为施加热脉冲。例如，当轨道车轮组在轨道上以大于每小时五英里(mph)的速度或以大于10mph的速度滚动时，闪光源106可以被配置为施加热脉冲。这可以包括例如在10mph至20mph之间的速度。
红外摄像机108可以被配置为捕获指示轨道车车轴102的表面对热脉冲的热响应的红外数据。例如，红外摄像机108可以被配置为捕获在施加热脉冲之前的一个或多个图像和在施加热脉冲之后的一个或多个图像。由红外摄像机108捕获的图像可以指示在短暂的时间窗口(诸如几微秒或几十微秒)期间的热响应。根据上面的讨论，如果轨道车车轴102的表面包括裂缝，则裂缝可以致使表面的一部分比表面上的周围区域更冷。红外摄像机108可以捕获反映该温度异常的红外数据。
与闪光源106一样，红外摄像机108可以定位在轨道车车轴102在轨道122上方旋转所处的高度下方。通过这种布置，当轨道车车轴102在轨道122上时，闪光源106可以从轨道车车轴102下方对轨道车车轴102的表面的一部分成像。在一些实例中，红外摄像机108可以对轨道车车轴102的多个扇区中的一个扇区成像。
另外，当轨道车轮组104在轨道上滚动时，红外摄像机108可以被配置为对轨道车车轴102的表面成像。例如，当轨道车轮组在轨道上以大于5mph的速度或以大于10mph的速度滚动时，红外摄像机可以被配置为对轨道车车轴102的表面成像。这可以包括例如在10mph至20mph之间的速度。
触发传感器110可以被配置为基于轨道车轮组104在轨道122上的位置来触发闪光源106施加热脉冲。例如，触发传感器110可以被配置为在检测到轨道车轮组104时或检测到轨道车轮组104且延迟时间到期时触发闪光源106施加热脉冲。在一个实例中，触发传感器110可以采用接近传感器的形式或包括接近传感器。接近传感器可以被配置为发射电磁场并寻找电磁场或返回信号的变化。接近传感器可以替代地包括定位在轨道的相对侧上的发射器和接收器。当轨道车轮组104在发射器和接收器之间通过时，接近传感器可以检测轨道车轮组104的存在。
在一些实例中，触发传感器110可以通过直接向闪光源106提供触发信号来触发闪光源106施加热脉冲。替代地，触发传感器110可以通过向处理器112提供触发信号或指令来触发闪光源106施加热脉冲，这致使处理器112使闪光源106施加热脉冲。
在一个实例中，触发传感器110还可以被配置为基于轨道车轮组104在轨道122上的位置来触发红外摄像机108捕获红外数据。例如，触发传感器110可以被配置为在检测到轨道车轮组104时或检测到轨道车轮组104且延迟时间到期时触发红外摄像机108捕获红外数据。触发传感器110可以通过直接向红外摄像机108提供触发信号来触发红外摄像机108捕获红外数据。替代地，触发传感器110可以通过向处理器112提供触发信号来触发红外摄像机108捕获红外数据，这致使处理器112使红外摄像机108捕获红外数据。
速度传感器114可以被配置为确定轨道车轮组104的速度。速度传感器114可以包括例如激光测距仪。
RFID读取器116可以被配置为确定与轨道车轮组104相关联的标识符。例如，RFID标签126可附接到轨道车轮组104或附接到包括轨道车轮组104的轨道车，并且RFID读取器116可以被配置为识别由RFID标签126存储的识别码。
标记工具118可以被配置为将可见标记施加到轨道车轮组104。例如，标记工具可以被配置为将可见标记喷涂到轨道车轮组104的一部分上。
视觉摄像机120可以被配置为捕获轨道车车轴102的表面的视觉图像。如果处理器112确定所捕获的红外数据指示轨道车车轴102的表面上的裂缝，则轨道车车轴102的表面的视觉图像可以存储在存储器中以供检查员随后查看。
在一些实例中，轨道车车轴102的表面的视觉图像可以与红外摄像机108所捕获的红外图像重叠或与所述红外图像相邻地示出，以帮助操作者确定损坏。举例来说，轨道车车轴102的第一扇区的表面的第一红外图像可以连同轨道车车轴102的第一扇区的表面的第一视觉图像一起(例如，同时)显示，并且轨道车车轴102的第二扇区的表面的第二红外图像可以连同轨道车车轴102的第二扇区的表面的第二视觉图像一起显示。这可以允许操作者观察跨越在第一扇区的表面和第二扇区的表面之间的裂缝。可以单独显示各个扇区的表面的视觉图像和对应的红外图像。替代地，可以同时显示多个扇区的表面的视觉图像和对应的红外图像。显示与轨道车车轴102的表面的红外图像重叠或相邻的轨道车车轴102的表面的视觉图像可以提高操作者区分轨道车车轴102的表面上的裂缝和非裂缝的能力。例如，将视觉图像和红外图像一起显示可以减少误报和/或漏报的数量。
视觉摄像机120可包括被配置为照亮轨道车车轴102的表面的一个或多个发光二极管(LED)。在一个实例中，视觉摄像机120可包括被配置为照亮轨道车车轴102的表面的蓝色LED。使用蓝色LED照亮轨道车车轴102的表面是有利的，因为当在近紫外波长下照亮时，一些污染物(诸如油和油脂)发荧光。因此，通过使用蓝光(例如，具有的波长在约380纳米至500纳米之间的光)照亮表面，表面上的污染物可以反映在视觉摄像机120所捕获的数据中，从而允许操作者更容易地区分裂缝和表面污染物。
处理器112可以是任何类型的处理器，诸如微处理器、数字信号处理器、多核处理器等。处理器112可以被配置为确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴102的表面上的裂缝。为了作出该确定，处理器112可以从红外摄像机108接收一个或多个图像，并且分析图像以寻找表面上相对于表面的周围区域更冷的区域。例如，处理器112可以被配置为寻找例如比表面上的周围区域冷十分之一度、冷二分之一度或冷一度的区域。用于识别较冷区域的另一种技术是计算热梯度并搜索具有非零热梯度的区域。识别较冷区域可涉及对图像进行预处理以增强表面上的温度差异的对比度。
在一些实例中，处理器112可以使用机器学习技术来确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴102的表面上的裂缝。例如，可以使用包括轨道车车轴的表面(其包括裂缝)的热响应的图像的训练集来开发机器学习模型。处理器112可以使用机器学习模型来分析所捕获的红外数据并评估所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴102的表面上的裂缝。
如上所述，除了裂缝检测功能之外或代替裂缝检测功能，处理器112可以被配置为执行同步功能。例如，处理器112可以被配置为从触发传感器110接收触发信号，并且基于接收到触发信号，致使闪光源106施加热脉冲和/或致使红外摄像机108捕获红外数据。在一个实例中，处理器112可以从速度传感器114接收指示轨道车轮组104的速度的数据，并且使用轨道车轮组104的速度确定何时触发闪光源106和/或红外摄像机108。
在一些实例中，在确定所捕获的红外数据指示轨道车车轴102的表面上的裂缝时，处理器112可以将与轨道车轮组104相关联的标识符存储在存储器中。例如，处理器112可以使用RFID读取器116确定标识符，并且将该标识符存储在存储器中。附加地或替代地，在确定所捕获的红外数据指示轨道车车轴102的表面上的裂缝时，处理器112可以致使标记工具118将可见标记施加到轨道车轮组104。为了便于标记，处理器112可以从速度传感器114接收指示轨道车轮组104的速度的数据，并且使用轨道车轮组104的速度确定何时致使标记工具118施加可见标记。
处理器112可以被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读介质中的程序指令来执行本文描述的任何处理器功能。另外，处理器112可以是经由有线或无线连接而连接到网络的计算装置的一部分。以这种方式，计算装置可以将所捕获的红外数据、轨道车轮组104的标识符和/或视觉图像中继到另一计算装置。
闪光源106、红外摄像机108、触发传感器110、速度传感器114、RFID读取器116、标记工具118和视觉摄像机120可以经由一个或多个有线或无线链路128通信地耦接到处理器112。
图2示出轨道车轮组的轨道车车轴的表面的示例性闪光IRT图像200。闪光IRT图像200示出轨道车车轴的表面上的裂缝。闪光IRT图像200由红外摄像机在距轨道车车轴的表面20英寸的距离处捕获。闪光IRT图像200中最亮的区域指示轨道车车轴的表面上的最热点。由于上述异常冷却行为，沿着裂缝的长度，温度不如轨道车车轴的表面上的最热点那么热。
根据上面的讨论，在一些实例中，多个闪光IRT单元可以沿轨道定位，其中每个闪光IRT单元包括闪光源和红外摄像机。闪光IRT单元可以定位在一相应位置处，并且被配置为捕获指示轨道车轮组的轨道车车轴的相应扇区的表面的红外数据。
举例来说，图3示出多个闪光IRT单元302a-d的示例性布置300。多个闪光IRT单元302a-d中的每个闪光IRT单元可以包括闪光源(诸如图1的闪光源106)以及红外摄像机(诸如图1的红外摄像机108)。当轨道车轮组在轨道306上滚动时，多个闪光IRT单元302a-d中的每个闪光IRT单元被配置为顺序地检查轨道车轮组的轨道车车轴304的表面的相应四分之一(换句话说，九十度扇区)。例如，第一闪光IRT单元302a可以被配置为捕获指示轨道车车轴304的第一扇区的表面的红外数据，并且在第一闪光IRT单元302a捕获指示轨道车车轴304的第一扇区的表面的红外数据且轨道车车轴304旋转之后，第二闪光IRT单元302b可以被配置为捕获指示轨道车车轴304的第二扇区的表面的红外数据。
另外，当轨道车轮组在轨道上滚动时，每个闪光IRT单元302a-d可以被配置为捕获指示轨道车车轴304的相应扇区的表面的红外数据。根据一种方法，每个闪光IRT单元302a-d可以包括相应的触发传感器(诸如图1的触发传感器110)，其基于轨道车轮组在轨道306上的位置来触发闪光IRT单元检查轨道车车轴304。
此外，由多个闪光IRT单元302a-d捕获的红外数据可以单独地和/或组合地处理。例如，处理器(诸如图1的处理器112)可以被配置为处理由第一闪光IRT单元302a捕获的红外数据以确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴304的第一扇区的表面上的裂缝，并且然后被配置为处理由第二闪光IRT单元302b捕获的红外数据以确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴304的第二扇区的表面上的裂缝，等等。附加地或替代地，处理器可以创建轨道车车轴304的两个或更多个扇区的表面的合成图像，并且然后处理合成图像以确定合成图像是否指示轨道车车轴304的两个或更多个扇区的表面上的裂缝。
图4示出多个闪光IRT单元402a-d的另一示例性布置400。与图3的布置300一样，多个闪光IRT单元402a-d中的每个闪光IRT单元可以包括闪光源和红外摄像机，并且当轨道车轮组在轨道406上滚动时，多个闪光IRT单元402a-d中的每个闪光IRT单元可以被配置为检查轨道车轮组的轨道车车轴404的表面的相应四分之一(换句话说，九十度扇区)。然而，与图3的布置300不同，在布置400中，可以一次检查轨道车车轴404的一半表面。例如，第一闪光IRT单元402a被配置为捕获指示轨道车车轴404的第一扇区的表面的红外数据，并且当第一闪光IRT单元402a捕获指示轨道车车轴404的第一扇区的表面的红外数据时，第二闪光IRT单元402b被配置为捕获指示轨道车车轴404的第二扇区的表面的红外数据。
布置300优于布置400的一个优点在于，多个闪光IRT单元302a-d的红外摄像机可以更靠近轨道车车轴304的表面放置，从而产生更好的空间分辨率。另一方面，布置400优于布置300的一个优点在于，一对闪光IRT单元(诸如第一闪光IRT单元402a和第二闪光IRT单元402b)可以共用相同的闪光源电容器组以用于充电和放电。布置400优于布置300的另一个优点在于，一对闪光IRT单元也可以共用触发传感器。
污垢、泥浆、油脂和其他碎屑可影响由闪光IRT单元(诸如图3的多个闪光IRT单元302a-d或图4的多个闪光IRT单元402a-d中的任何一个)捕获的红外数据的质量。为了解决该问题，在一些实施例中，闪光IRT单元的闪光源和红外摄像机可设置在保护室内。图5示出具有多个保护室500a-c的示例性系统。如图5所示，多个保护室500a-c中的每个保护室布置在轨道车轮组504在其上滚动的轨道502下方，并且每个保护室包封至少一个闪光源506和至少一个红外摄像机508。
图6示出图5的保护室500b的详细视图。如图6所示，保护室500b包括红外透明窗口602，通过该红外透明窗口602，闪光源506被配置为施加热脉冲，并且红外摄像机508被配置为捕获红外数据。另外，保护室500b包括被配置为覆盖红外透明窗口602的外表面的保护膜604以及被配置为调节保护膜604的哪个区段覆盖红外透明窗口602的外表面的一对可调节辊606。
在一个实例中，保护膜604可以是玻璃纸膜。另外，该对可调节辊606可以被配置为周期性地调节保护膜604的哪个区段覆盖红外透明窗口602的外表面。例如，处理器可以致使两个电动马达顺时针旋转该对可调节辊606预定量，使得具有碎屑的旧区段从红外透明窗口602的外表面移出，并且保护膜604的没有碎屑的新区段覆盖红外透明窗口602的外表面。
在一些实例中，保护室500b也可以包封其他部件，诸如视觉摄像机620和通信模块(未示出)。通信模块可以被配置为接收用于控制保护室内的任何部件和/或该对可调节辊606的指令。另外，通信模块可以被配置为将所捕获的红外数据或视觉图像发送到计算装置。在一些实例中，保护室500b内的温度和湿度可以通过加热和空调系统622来调节。
图7A-图7D示出可以在显示屏706上显示的轨道车车轴704的示例性红外图像700a-d和视觉图像702a-d。显示屏706可以是任何类型的计算装置(诸如移动装置、膝上型计算机、台式计算机或可穿戴式计算机)的显示器。替代地，显示屏706可以是电视机。可以使用红外摄像机708a-d和闪光源712a-d来捕获红外图像700a-d，并且可以使用视觉摄像机710a-d来捕获视觉图像。红外摄像机708a-d可以类似于图1的红外摄像机108。闪光源712a-d可以类似于图1的闪光源106。视觉摄像机710a-d可以类似于图1的视觉摄像机120。
如图7A所示，在第一时间段，可以在显示屏706上显示轨道车车轴704的第一扇区的表面的第一红外图像700a和第一视觉图像702a。显示屏706还可以显示轨道车的标识符和轨道车车轴704的标识符。第一红外图像700a和第一视觉图像702a不包括第一扇区的表面上的缺陷(诸如裂缝)的任何指示。
如图7B所示，在第二时间段，除了第一红外图像700a和第一视觉图像702a之外，还可以在显示屏706上显示轨道车车轴704的第二扇区的表面的第二红外图像700b和第二视觉图像702b。第二红外图像700b和第二视觉图像702b也不包括第二扇区的表面上的缺陷(诸如裂缝)的任何指示，。
如图7C所示，在第三时间段，除了第一红外图像700a、第二红外图像700b、第一视觉图像702a和第二视觉图像702b之外，还可以在显示屏706上显示轨道车车轴704的第三扇区的表面的第三红外图像700c和第三视觉图像702c。第三红外图像700c和第三视觉图像702c两者都包括轨道车车轴704的第三扇区的表面上的可能裂缝的指示。观看第三红外图像700c和第三视觉图像702c可以允许操作者通过将第三视觉图像702c与第三红外图像700c进行比较来确认第三红外图像700c中的指示可能是裂缝。
如图7D所示，在第四时间段，除了第一红外图像700a、第二红外图像700b、第三红外图像700c、第一视觉图像702a、第二视觉图像702b和第三视觉图像702c之外，还可以在显示屏706上显示轨道车车轴704的第四扇区的表面的第四红外图像700d和第四视觉图像702d。第四红外图像700d和第四视觉图像702d两者都包括轨道车车轴704的第四扇区的表面上的可能裂缝的指示。通过观看彼此相邻的第三红外图像700c和第四红外图像700d，操作者可以观察和确定可能的裂缝跨越轨道车车轴704的第三扇区和第四扇区的表面，从而增强了第三红外图像700c中的指示是裂缝的可能性，并且还增强了第四红外图像700d中的指示也是裂缝的可能性。
图8是用于检查轨道车车轴的示例性方法800的流程图。图8所示的方法800呈现了一种方法的实施例，例如，该方法可以与例如图1所示的系统或本文公开的任何系统一起使用。示例性装置或系统可以用于或被配置为执行图8中呈现的逻辑功能。方法800可以包括如框802-810中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管这些框按先后顺序示出，但是这些框也可以并行执行，和/或以与本文描述的顺序不同的顺序执行。而且，可以将各种框组合成更少的框，可以将各种框划分成额外的框，和/或可以基于期望的具体实施而去除各种框。
首先，在框802处，方法800包括，当轨道车轮组在轨道上时使用闪光源向轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲。举例来说，闪光源(诸如图1的闪光源106)可以将储存在电容器或电容器组中的能量转换成热脉冲。闪光源可以定位在轨道车车轴在轨道上方旋转所处的高度下方。当轨道车轮组在轨道上滚动时，闪光源可以施加热脉冲。
在框804处，方法800包括，使用红外摄像机捕获指示轨道车车轴的表面对热脉冲的热响应的红外数据。热响应可包括轨道车车轴的表面上的温度随时间的变化。在一个实例中，红外摄像机(诸如图1的红外摄像机108)可以捕获在施加热脉冲之前的一个或多个图像和在施加热脉冲之后的一个或多个图像。捕获的图像可以指示在短暂的时间窗口(诸如几微秒或几十微秒)期间的热响应。
在框806处，方法800包括，由处理器确定所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝。在一个实例中，处理器(诸如图1的处理器112)可以分析由红外摄像机捕获的红外图像，以搜索表面上相对于表面的周围区域更冷的区域。例如，处理器可以搜索例如比表面上的周围区域冷十分之一度、冷二分之一度或冷一度的区域。识别这些区域可涉及对图像进行预处理以增强表面上的温度差异的对比度。在另一个实例中，处理器可以使用机器学习技术来确定捕获的红外数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝。例如，可以使用包括具有裂缝的轨道车车轴的表面的热响应的图像的训练集来开发机器学习模型。处理器可以使用机器学习模型来分析所捕获的红外数据并评估所捕获的红外数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝。
任选地，在框808处，方法800包括，使用RFID读取器来确定与轨道车轮组相关联的标识符。例如，RFID标签可以附接到轨道车轮组或附接到包括轨道车轮组的轨道车，并且RFID读取器(诸如图1的RFID读取器116)可以被配置为识别由RFID标签存储的识别码。
任选地，在框810处，方法800包括，在确定所捕获的数据指示轨道车车轴的表面上的裂缝时，将标识符和所捕获的红外数据的表示存储在存储器中。所捕获的红外数据的表示可以包括所捕获的红外数据本身，诸如一个或多个红外图像。附加地或替代地，所捕获的红外数据的表示可以包括所捕获的红外数据的处理版本，诸如从一系列红外图像计算出的温度导数。将所捕获的红外数据的表示存储在存储器中允许操作者随后查看数据，并且例如判定检查员是否应该对轨道车车轴进行进一步的检查以确定有无裂缝。
标识符和/或所捕获的红外数据的表示也可以呈现给操作者，并且然后操作者可以在查看标识符和/或所捕获的红外数据的表示之后决定订购更换部件。附加地或替代地，在接收到标识符之后，操作者可以安排轨道车车轴的维护操作。维护操作可以包括检查轨道车车轴(以及任选地轨道车轮组)或使轨道车车轴停止服务。
图9示出与图8所示的方法800一起使用的额外操作。图9的框902可以作为在图8的框802处确定所捕获的数据是否指示轨道车车轴的表面上的裂缝的一部分来执行。在框902处，图9包括，确定所捕获的数据是否指示轨道车车轴的表面上相对于轨道车车轴的表面上的相邻区域中的温度具有更冷的温度的区域。在一个实例中，处理器(诸如图1的处理器112)可以搜索轨道车车轴的表面上在多个红外图像中温度相对于轨道车车轴的相邻区域中的温度具有更冷的温度的区域。
另外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于检查轨道车车轴的系统，包括：
闪光源，被配置为当轨道车轮组在轨道上时向所述轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲；
红外摄像机，被配置为捕获指示所述轨道车车轴的所述表面对所述热脉冲的热响应的红外数据；以及
触发传感器，被配置为基于所述轨道车轮组在所述轨道上的位置来触发所述闪光源以施加所述热脉冲。
条款2.根据条款1所述的系统，其中，所述触发传感器还被配置为基于所述轨道车轮组在所述轨道上的位置来触发所述红外摄像机捕获所述红外数据。
条款3.根据条款1-2中任一项所述的系统，还包括处理器，所述处理器被配置为确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝。
条款4.根据条款3所述的系统，还包括标记工具，其中，所述处理器被配置为在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝时致使所述标记工具将可见标记施加到所述轨道车轮组。
条款5.根据条款3-4中任一项所述的系统，还包括射频识别读取器，所述射频识别读取器被配置为确定与所述轨道车轮组相关联的标识符，其中，所述处理器被配置为在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝时将所述标识符存储在存储器中。
条款6.根据条款1-5中任一项所述的系统，其中，所述闪光源和红外摄像机定位在所述轨道车车轴在所述轨道上方旋转所处的高度下方。
条款7.根据条款1-6中任一项所述的系统，其中，所述闪光源被配置为当所述轨道车轮组在所述轨道上滚动时施加所述热脉冲，并且其中，所述红外摄像机被配置为当所述轨道车轮组在所述轨道上滚动时捕获所述红外数据。
条款8.根据条款7所述的系统，其中，所述闪光源被配置为当所述轨道车轮组在所述轨道上滚动时施加所述热脉冲，并且其中，所述红外摄像机被配置为当所述轨道车轮组在所述轨道上以大于每小时五英里的速度滚动时捕获所述红外数据。
条款9.根据条款1-8中任一项所述的系统，其中，所述触发传感器包括接近传感器。
条款10.根据条款1-9中任一项所述的系统，还包括保护室，所述保护室包封所述闪光源和所述红外摄像机，其中，所述保护室包括红外透明窗口，通过所述红外透明窗口，所述闪光源被配置为施加所述热脉冲，并且所述红外摄像机被配置为捕获所述红外数据。
条款11.根据条款10所述的系统，其中，所述保护室还包括：
保护膜，被配置为覆盖所述红外透明窗口的外表面；以及
一对可调节辊，被配置为调节所述保护膜的哪个区段覆盖所述红外透明窗口的所述外表面。
条款12.根据条款1-11中任一项所述的系统，还包括视觉摄像机，所述视觉摄像机被配置为捕获所述轨道车车轴的所述表面的图像并将所述轨道车车轴的所述表面的所述图像存储在存储器中。
条款13.一种用于检查轨道车车轴的系统，包括：
多个闪光红外热成像(IRT)单元，沿轨道定位，所述多个闪光IRT单元中的每个闪光IRT单元包括闪光源和红外摄像机，其中，所述多个闪光IRT单元中的每个闪光IRT单元定位在一相应位置处，并且被配置为捕获指示轨道车轮组的轨道车车轴的相应扇区的表面的红外数据；以及
处理器，被配置为确定所捕获的红外数据中的任何一个是否指示所述轨道车车轴的任何扇区的表面上的裂缝。
条款14.根据条款13所述的系统，其中，所述多个闪光IRT单元包括：
第一闪光IRT单元，被配置为捕获指示所述轨道车车轴的第一扇区的表面的红外数据；以及
第二闪光IRT单元，被配置为在所述第一闪光IRT单元捕获指示所述轨道车车轴的所述第一扇区的所述表面的所述红外数据且所述轨道车车轴旋转之后捕获指示所述轨道车车轴的第二扇区的表面的红外数据。
条款15.根据条款13中任一项所述的系统，其中，所述多个闪光IRT单元包括：
第一闪光IRT单元，被配置为捕获指示所述轨道车车轴的第一扇区的表面的红外数据；以及
第二闪光IRT单元，被配置为当所述第一闪光IRT单元捕获指示所述轨道车车轴的所述第一扇区的所述表面的所述红外数据时捕获指示所述轨道车车轴的第二扇区的表面的红外数据。
条款16.根据条款13-15中任一项所述的系统，还包括至少一个触发传感器，所述至少一个触发传感器被配置为基于所述轨道车轮组在所述轨道上的位置来触发所述多个闪光IRT单元捕获指示所述轨道车车轴的扇区的表面的所述红外数据。
条款17.根据条款13-16中任一项所述的系统，其中，当所述轨道车轮组在所述轨道上滚动时，所述多个闪光IRT单元中的每个闪光IRT单元被配置为捕获指示所述轨道车车轴的相应扇区的表面的红外数据。
条款18.一种检查轨道车车轴的方法，包括：
当轨道车轮组在轨道上时，使用闪光源向所述轨道车轮组的轨道车车轴的表面施加热脉冲；
使用红外摄像机捕获指示所述轨道车车轴的所述表面对所述热脉冲的热响应的红外数据；以及
由处理器确定所述捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝。
条款19.根据条款18所述的方法，还包括：
使用射频识别读取器来确定与所述轨道车轮组相关联的标识符；以及
在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝时，将所述标识符和所捕获的红外数据的表示存储在存储器中。
条款20.根据条款18-19中任一项所述的方法，其中，所述热响应包括所述轨道车车轴的所述表面上的温度随时间的变化，并且其中，确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴的所述表面上的裂缝包括，确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴的所述表面上相对于所述轨道车车轴的所述表面上的相邻区域中的温度具有更冷的温度的区域。
已出于说明和描述的目的给出了对不同有利布置的描述，并且这些描述并非旨在穷举或限于所公开形式的实施例。许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。另外，与其他有利实施例相比，不同的有利实施例可以提供不同的优点。选择和描述所选择的一个或多个实施例是为了最好地解释实施例的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的本公开。

Claims (15)

1.一种用于检查轨道车车轴的系统(100)，包括：
闪光源(106)，被配置为当轨道车轮组(104)在轨道(122)上时向所述轨道车轮组(104)的轨道车车轴(102)的表面施加热脉冲；
红外摄像机(108)，被配置为捕获指示所述轨道车车轴(102)的所述表面对所述热脉冲的热响应的红外数据；以及
触发传感器(110)，被配置为基于所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上的位置来触发所述闪光源(106)施加所述热脉冲。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述触发传感器(110)还被配置为基于所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上的位置来触发所述红外摄像机(108)捕获所述红外数据。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，还包括处理器(112)，所述处理器(112)被配置为确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括标记工具(118)，其中，所述处理器(112)被配置为在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝时致使所述标记工具(118)将可见标记施加到所述轨道车轮组(104)。
5.根据权利要求3所述的系统，还包括射频识别读取器(116)，所述射频识别读取器(116)被配置为确定与所述轨道车轮组(104)相关联的标识符，其中，所述处理器(112)被配置为在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝时将所述标识符存储在存储器中。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述闪光源(106)和所述红外摄像机(108)定位在所述轨道车车轴(102)在所述轨道(122)上方旋转所处的高度下方。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述闪光源(106)被配置为当所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上滚动时施加所述热脉冲，并且其中，所述红外摄像机(108)被配置为当所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上滚动时捕获所述红外数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述闪光源(106)被配置为当所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上滚动时施加所述热脉冲，并且其中，所述红外摄像机(108)被配置为当所述轨道车轮组(104)在所述轨道(122)上以大于每小时五英里的速度滚动时捕获所述红外数据。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述触发传感器(110)包括接近传感器。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，还包括保护室(500b)，所述保护室(500b)包封所述闪光源(106)和所述红外摄像机(108)，其中，所述保护室(500b)包括红外透明窗口(602)，通过所述红外透明窗口(602)，所述闪光源(106)被配置为施加所述热脉冲，并且所述红外摄像机(108)被配置为捕获所述红外数据。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述保护室(500b)还包括：
保护膜(604)，被配置为覆盖所述红外透明窗口(602)的外表面；以及
一对能调节辊(606)，被配置为调节所述保护膜(604)的哪个区段覆盖所述红外透明窗口(602)的所述外表面。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，还包括视觉摄像机(120)，所述视觉摄像机(120)被配置为捕获所述轨道车车轴(102)的所述表面的图像并将所述轨道车车轴(102)的所述表面的所述图像存储在存储器中。
13.一种检查轨道车车轴的方法(800)，包括：
步骤(802)，当轨道车轮组(104)在轨道(122)上时，使用闪光源(106)向所述轨道车轮组(104)的轨道车车轴(102)的表面施加热脉冲；
步骤(804)，使用红外摄像机(108)捕获指示所述轨道车车轴(102)的所述表面对所述热脉冲的热响应的红外数据；以及
步骤(806)，由处理器(112)确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
步骤(808)，使用射频识别读取器(116)确定与所述轨道车轮组(104)相关联的标识符；以及
步骤(810)，在确定所捕获的红外数据指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝时，将所述标识符和所捕获的红外数据的表示存储在存储器中。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中，所述热响应包括所述轨道车车轴(102)的所述表面上的温度随时间的变化，并且其中，确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上的裂缝包括：步骤(902)，确定所捕获的红外数据是否指示所述轨道车车轴(102)的所述表面上相对于所述轨道车车轴(102)的所述表面上的相邻区域中的温度具有更冷的温度的区域。
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