NO20111601A1 - System og fremgangsmate for inspeksjon av overflater ved bruk av optisk bolgelengdefiltrering - Google Patents

Description

Kryssreferanse til beslektede søknader

Denne søknaden er en del-fortsettelse av US-søknad S/N 11/172618 med tittel "System og fremgangsmåte for inspeksjon av jernbanespor", innlevert 30. juni 2005, med John Nagle, Christopher Villar og Steven Orrell som oppfinnere, som er en ikke-provisorisk søknad som krever fordel av US provisorisk søknad S/N 60/584769, også med tittel "System og fremgangsmåte for inspeksjon av jernbanespor", innlevert 30. juni 2004, med John Nagle og Steven Orrell som oppfinnere, som hver seg i sin helhet herved innlemmes som referanse.

Område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt systemer og fremgangsmåter for inspeksjon av overflater, og spesielt systemer og fremgangsmåter for inspeksjon av overflater i dagslys, så som jernbaneoverflater eller -veier, for eksempel ved anvendelse av bølgelengdefiltrering.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Jernbaner bygges generelt på et basislag av kompaktert, knust stein-materiale. Et lag med grusballast hviler på toppen av dette steinlaget. Skinneforbindere/sviller legges i og oppå dette ballastlaget, og to parallelle stål-skinner festes til skinneforbinderne med festemidler. Hoveddelen av skinneforbindere som brukes er laget av trematerialer. Forskjellige andre materialer brukes også, så som betong, stål og kompositt- eller resirkulert materiale ved fremstilling av skinneforbindere. Disse skinneforbinderne av alternative materialer utgjør en relativt liten del av alle skinneforbinderne. Skinneforbinderne opprettholder sporvidden eller det laterale mellomrommet mellom skinnene. Skinneforbinderne fordeler akselbelastningene fra tog til ballastlaget under skinneforbinderne, og bidrar i å få til en dempende effekt for hele sporkonstruksjonen. Over tid kan miljømessige årsaker forårsake at skinneforbinderne blir dårligere, inntil de må erstattes. Årlig er det opp til 2 % eller mer av alle skinneforbinderne som erstattes i Nord-Amerika. Dette utgjør flere millioner skinneforbindere.

For å håndtere logistikken i erstatning av skinneforbindere, og for å kvantifisere behovet for nye skinneforbindere, vil jernbaneinspektører med jevne mellomrom forsøke å gradere tilstanden for skinneforbinderne og festesystemet. Denne graderingen gjøres oftest med en visuell inspeksjon, for å identifisere skinneforbindere og festemidler som er råtne, brukket, splittet, eller slitt ut i den grad at deres levetid går mot slutten. Den visuelle inspeksjonsprosessen er nokså tidkrevende. I praksis utføres inspeksjon av sporet av en inspektør som går langs sporet og registrerer skinneforbindernes og/eller festesystemets tilstand, som er fordelt med omtrent 50 cm (20 tommer) mellomrom langs sporet. En særskilt Nordamerikansk jernbane har rapportert om at et mannskap på 3 eller 4 menn kun kan gradere omtrent 8 til 11 km (5 til 7 miles) med spor per dag.

Anordninger for skinneinspeksjon er kjente innen teknikken, og programvare for å analysere og organisere data som fås med slike anordninger er kjent innen teknikken. For eksempel er Tielnspect®, fra ZETA-TECH Associates, Inc. i New Jersey, et databasert inspeksjonssystem for skinneforbindere, som har en håndholdt anordning og programvare. Den håndholdte anordningen brukes av inspektører mens de går langs sporet og undersøker sporet, og programvaren brukes til å analysere og organisere dataene som fås med anordningen.

I tillegg til gradering av skinneforbindere må andre sporkomponenter med jevne mellomrom bli inspisert for slitasje og tilstandsforverring. Disse innbefatter slitasje på skinnens kjøreflate, helheten i anker- og festemidler, oppstilling av forbindingsplatene, ballasttilstanden og skinnenes sporvidde. Slik som ved gradering av skinneforbindere, kan inspeksjon av disse aspektene ved sporene også være tidkrevende. Det finnes kjente systemer for inspeksjon av skinner innen teknikken. For eksempel er OmniSurvey3D®, fra Omnicom Engineering i UK, et system for undersøkelse av infrastrukturen på jernbaner. ENSO, Inc., fra Minnesota, tilveiebringer også et Laser-sporviddemålingssystem for måling av sporvidden ved anvendelse av laser.

Et av problemene med lasermålingssystemer er at det er vanskelig å detektere lasere ved dagslys. Mens laserlys er lett å detektere om natten, når det er få andre konkurrerende lyskilder, er intervensjon nødvendig for å kunne drifte lasere i dagslys for formål av å samle inn data fra forskjellige overflater.

Den foreliggende oppfinnelsen er rettet mot å overkomme, eller i det minste redusere virkningene fra, et eller flere av de problemene som er fremsatt ovenfor, og derved tilveiebringe et system som er i stand til å inspisere flater dag og natt.

Oppsummering av oppfinnelsen

Systemer og fremgangsmåter til eksempel for inspeksjon av en overflate i dagslys, så som jernbanespor, er vist. Det viste systemet innbefatter lasere, kameraer og en prosessor. I en utførelsesform til eksempel, plasseres et sentrert og to ytre lasere tilgrensende overflaten. De to ytre laserne er skråstilt utover fra senterlaseren ved en 10-graders vinkel. Laserne emitterer en lysstråle over overflaten for en kombinert intensitet på minst 0,15 Watt pr. tomme av overflatens bredde, og kameraet fanger inn bilder av overflaten som har lysstrålen emittert derpå. Kameraet innbefatter et båndpass-filter som kun fører et bånd av lys som tilsvarer en liten forsenkning (dip) av solbestråling. Laserne velges for å tilveiebringe en utsendt lysstråle ved forsenkningens bølgelengde som er mer intens enn solbestrålingen ved den samme bølgelengden. Prosessoren formaterer bildene slik at de kan analyseres for å bestemme forskjellige målbare aspekter av overflaten. De eksempelvise systemene og fremgangsmåtene innbefatter en eller flere algoritmer for bestemmelse av disse målbare aspektene ved overflaten.

Den foregående oppsummeringen er ikke ment å oppsummere hver eneste potensielle utførelsesform, eller hvert eneste aspekt av gjenstanden i foreliggende oppfinnelse.

Kort beskrivelse av tegningene

Den foregående oppsummeringen, foretrukne utførelsesformer og andre aspekter ved den forliggende oppfinnelsen vil best kunne forstås med henvisning til en detaljert beskrivelse av de spesifikke utførelsesformene som følger, når den leses i sammenheng med de vedføyde tegningene, hvor: Figur 1 skjematisk illustrerer en utførelsesform av det viste inspeksjonssystemet. Figur 2 illustrerer en del av en utførelsesform av et system for inspeksjon av jernbanespor i samsvar med visse lærdommer i den foreliggende oppfinnelsen. Figur 3 viser en eksempelramme av en del av jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet. Figurer 4A - 4C illustrerer eksempelrammer av jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av fordelingen eller mellomrommet mellom skinneforbinderne. Figur 5 viser en eksempelramme av et jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av skinneforbindernes vinkel med hensyn til skinnen. Figurer 6A - 6C illustrerer eksempelrammer av jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av et brudd eller separasjon på skinnen. Figurer 7A - 7B illustrerer eksempelrammer av jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av slitasje på skinnen. Figur 8 viser en eksempelramme av et jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av defekter i skinneforbinderen, skinnens mellomrom, skinneforbinderens størrelse og ballasthøyde i forhold til skinneforbinderen. Figur 9 viser en eksempelramme av et jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av nagler som har hevet seg. Figur 10 viser en eksempelramme av et jernbanespor oppnådd med det viste inspeksjonssystemet for bestemmelse av en manglende underlagsplate. Figurer 11 og 12 illustrerer tre-dimensjonale kompileringer av billeddata oppnådd med det viste inspeksjonssystemet. Figurer 13 og 14 illustrerer en alternativ eksempelvis utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 15 viser en eksempelvis utførelsesform av et kamera ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Figur 16 viser en grafisk plotting av energien i solbestrålingen ved spesifikke bølgelengder ifølge en eksempelvis utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Mens det viste inspeksjonssystemet og assosierte fremgangsmåter er mottakelige for forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelsesformer av dette blitt vist ved eksempel i tegningene, og beskrives her i detalj. Figurene og den skriftlige beskrivelsen er ikke på noen måte ment å begrense omfanget av de viste oppfinneriske konseptene. Snarer legges figurene og beskrivelsen frem for å illustrere de viste oppfinneriske konseptene for en fagperson innen området, ved henvisning til særskilte utførelsesformer, slik som påkrevet i 35 U.S.C. §112.

Detaljert beskrivelse av illustrerende utførelsesformer

Med henvisning til Fig. 1 og 2 er det illustrert en utførelsesform til eksempel, av et system 30 for inspeksjon av jernbanespor ifølge visse lærdommer av den foreliggende oppfinnelsen. I Fig.1 er det viste inspeksjonssystemet 30 skjematisk illustrert i en perspektivbetraktning i forhold til jernbanespor.

Slik som best vist i Fig. 1, innbefatter det eksempelvise inspeksjonssystemet 30 en lysgenerator, så som en laser 40, en anordning for å ta i mot lys reflektert fra det området som skal inspiseres, så som et kamera 50, og en prosesseringsanordning 60.1 den implementeringen som er vist i Fig. 1, anvendes det viste inspeksjonssystemet 30 for å undersøke sporsjiktet for et jernbanespor. Selv om det viste inspeksjonssystemet og assosierte fremgangsmåter beskrives for bruk ved inspeksjon av jernbanespor, vil det med fordel fra den foreliggende oppfinnelsen erkjennes at det viste systemet og fremgangsmåten kan brukes på andre områder og i industrier hvor overflater eller komponenter krever inspeksjon. For eksempel kan det viste inspeksjonssystemet og fremgangsmåten brukes til å inspisere veier, elektriske ledninger, rørsystemer eller andre nettverk eller systemer.

Sporsjiktet innbefatter skinneforbindere 10, skinner 12, underlagsplater 14, nagler 16 og ballast 18. Kort sagt, laseren 40 projiserer en stråle 42 med laserlys

på sporsjiktet. Strålen 42 produserer en projisert linje L, vist i Fig. 2, på sporsjiktet som følger konturene av overflater og komponenter på sporsjiktet. Lysmottakeren, kamera 50, fanger et bilde av linjen L av laserlyset 42 som er projisert på sporsjiktet. Kamera 50 sender det fangede bildet til prosesseringsanordningen 60 for pro-sessering og analyse, slik som beskrevet i mer detalj nedenfor.

Som best vist i eksempelvis utførelsesform av Fig. 2, plasseres lasere 40 og kameraer 50 parvis over hver av skinnene 12 på sporet. Laserne 40 og kameraene 50 kan settes sammen på et stivt rammeverk 32, som kan monteres på et inspeksjonskjøretøy (ikke vist) eller en annen anordning som kan bevege seg langs sporet for således å holde inspeksjonssystemet i den riktige posisjonen. For å gjøre det enkelt, er kun en del av rammeverket 32 vist i Fig. 2. Imidlertid skal det forstås at andre kjente komponenter for rammeverket 32 vil kunne ha behov for å montere laserne 40 og kameraene på et inspeksjonskjøretøy.

Generelt kan inspeksjonskjøretøyet være et hvilket som helst kjøretøy som er egnet for kjøring langs jernbanesporet. For eksempel er det vanlig praksis innen faget å utstyre et vanlig motorkjøretøy, så som en pick-up bil, med "hi-rail"-utstyr montert på kjøretøyets ramme. "Hi-rail"-utstyr innbefatter typisk et sett med under-dimensjonerte lagerhjul for jernbane som vil kunne tillate kjøring på skinnene. I en utførelsesform kan da rammeverket 32 i det viste inspeksjonssystemet 30 monteres i sjiktet av en pick-up bil som har hi-rail"-utstyr. Alternativt kan inspeksjons-kjøretøyet være utstyr for veivedlikehold ("Maintenance of Way" - MoW) som er spesielt konstruert for arbeide langs jernbanesporet. I tillegg kan det viste inspeksjonssystemet 30 bli montert på en som taues av et kjøretøy, eller kan bli montert på et lokomotiv ellerfraktvogn.

Som best vist i Fig. 2, laserne 40 projiserer en stråle 42 av lys som har en forutbestemt vinkelspredning (3. Vinkelspredningene (3 for de to laserne 40 dekker hovedsakelig hele sporsjiktets overflate. På denne måten produserer laserne 40 en projisert linje L som er hovedsakelig rett og strekker seg hovedsakelig over sporsjiktet. Hver laser 40 produserer fortrinnsvis en stråle som har en vinkelspredning p på omtrent 60 grader og dekker omtrent halvparten av sporsjiktet. Fortrinnsvis projiserer laserne 40 strålen 42 hovedsakelig rettvinklet på sporets overflate. Alternativt kunne en enkelt laser, som plasseres slik at den danner den projiserte linjen L over sporsjiktet, anvendes.

I tillegg er lasere 40 infrarøde lasere som har en optisk utgangseffekt på 4 Watt og produserer lys ved en infrarød bølgelengde på omtrent 81 nm. Den relativt høye optiske utgangseffekten i lasere 40 hjelper til med å redusere effekter fra omgivelseslys, slik at skjerming ikke er nødvendig. En egnet laser for det viste inspeksjonssystemet 30 innbefatter en Magnum-laser laget av Stocker Yale. De parametrene som er beskrevet ovenfor for lasere 40 er foretrukket for inspeksjon av jernbanesporets overflate. Imidlertid, de med alminnelig kunnskap innen teknikken, og som har fordel av denne oppfinnelsen, vil være klar over at den foreliggende oppfinnelsen vil kunne benyttes til å inspisere et mangfold av andre overflater. Andre implementeringer av det viste inspeksjonssystemet 30 vil kunne benytte et alternativt antall av lyskilder, så vel som andre bølgelengder, optiske utganger og vinkelspredninger.

Slik som er best vist i Fig. 2, plasseres kamera 50 inntil laserne 40. Slik som er best vist i Fig. 1, monteres kameraene 50 ved en vinkel 9 med hensyn lysstrålen 42 projisert fra laserne 40.1 en utførelsesform plasseres kameraene 50 ved en vinkel 9 som er omtrent 60 grader. Etter hvert som det viste inspeksjonssystemet 30 beveger seg langs sporet, fanger kameraene 50 inn et bilde eller ramme av sporsjiktet med små, regelmessige intervaller. Fortrinnsvis er kameraene 50 i stand til å få til en vesentlig høy rammehastighet, så som 5405 rammer pr. sekund.

Hvert stillbilde eller ramme som er fanget inn av kameraene 50 blir deretter filtrert og prosessert for å isolere laserlinjen L som projiseres i kontur på sporsjiktet. Kameraene 50 er tilpasset med bånd-pass filtre 52 som kun tillater passering av en bestrålingsenergi som er ved den foretrukne infrarøde bølgelengden av laserne 40. Siden bølgelengden for laserne 40 er omtrent 810 nm, kan båndpass filtre 52 for kameraene 50 eliminere hovedsakelig alt omgivelseslys, slik at kamera 50 tar til seg et hovedsakelig klart stillbilde av lysets projiserte linje L fra laserne 40.

Hvert av de to kameraene 50 sender billeddata direkte til prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60 via overføringslinjer, som er enten ledningsbaserte eller trådløse. Fortrinnsvis innbefatter kamera 50 en prosessor 54, som er i stand til å konvertere eller formattere det fangede bildet av den projiserte linjen L inn i en dimensjonsmessig profil som sendes direkte til prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60. Kameraets 50 evne til å prosessere eller formatere det innfangede bildet på denne måten kan eliminere nødvendigheten av dyre etter-prosessorer eller fangere for høyhastighetsrammer. Et egnet kamera for det viste inspeksjonssystemet 30, som har slike prosesseringsevner, innbefatter en Ranger M50 laget av IVP Integrated Vision Products, Inc.

Blant andre vanlige komponenter innbefatter prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60 en mikroprosessor, innganger, utganger og en datalag-ringsanordning 62. Datalagringsanordningen 62 kan innbefatte en harddisk, et ikke-flyktig lagringsmedium, et blitz-minne, tape eller CD-ROM. Prosesseringsanordningen 60 kan videre innbefatte en inngang/display 68 for at en spor- inspektør skal kue legge inn og gå gjennom data, og for å drifte det viste inspeksjonssystemet 30. Prosesseringsanordningen 60 opererer med egnede programvarer for lagring og analyse av de forskjellige dataene som fås med det viste inspeksjonssystemet 30. For eksempel kan prosesseringsanordningen 60 ha en hvilken som helst egnet programvare for billedprosessering, så som Matrox MIL, Common VisionBlox, Labview, eVision, Halcon og IVP Ranger. For eksempel kan prosesseringsanordningen 60 ha billedprosesseringsverktøy som er kjent innen faget for analyse av billeddata fra kameraer 50, så som "Område av Interesse" (Region of Interest - ROI)-verktøy, filtreringsverktøy, klatteverktøy, kantsøkere, histogramverktøy og annet.

For å kunne prosessere alle data som fås med det viste inspeksjonssystemet 30, innbefatter prosesseringsanordningen 60, i en foretrukket utførelses-form, en datamaskin som har en rask prosessor, så som Intel Pentium 4, som er i stand til kjøre ved 2,8 GHz. For å kunne lagre alle data som fås med det viste inspeksjonssystemet 30, innbefatter lagringsanordningen 62 fortrinnsvis to hard-disker med høy kapasitet, som er konfigureres for å anvende både lese/skrive mekanismer samtidig i en disk, som også er kjent som et "Redundant Array of Independent Disks (RAID)-system. Den raske prosessoren i prosesseringsanordningen 60, og de dobbelte harddiskene lagringsanordningen 62 tillater vedvarende sanntidslagring av data som er fått fra dataene fra det viste inspeksjonssystemet 30.1 en foretrukket utførelsesform kan kraftforsyning for det viste inspeksjonssystemet 30 tilveiebringes av en 110 V vekselstrøm fra en beltedrevet generator som går direkte ut fra inspeksjonskjøretøyets motor.

Med strålene 42 projisert på den uregelmessige overflaten av sporet, og sett fra en vinkel vist i Fig. 2, følger den projiserte linjen L konturene av overflaten og komponentene i sporsjiktet. Et eksempelbilde eller - ramme, som viser den projiserte linjen L i sporsjiktet, er vist i Fig. 3. Billeddataene eller -rammen innbefatter en flerhet av piksler som er gitt X-Y koordinater og viser en kontur av sporsjiktet som er fanget inn av kameraene 50. På grunn av filtrering og andre billedprosesseringsteknikker kjent innen faget, innbefatter bildet to pikselverdier, hvor de mørke pikslene representerer konturen for sporsjiktet. Hver piksel fra gitte billeddata gis den samme Z-koordinaten, som representerer den særskilte posisjonen langs sporets lengde som billeddata ble fanget inn på. På denne måten vil en flerhet av innfangede bilder produsere en tredimensjonal skanning av sporsjiktet hvor hvert bilde av skanningen har X-Y koordinater som viser konturen av sporsjiktet og har en Z-koordinat som representerer den særskilte posisjonen for konturen langs skinnelengden.

Det forstås at hastigheten som bildet fanges inn ved er begrenset av bredden og høyden av det skannede området, avstanden mellom de diskrete stillbildene, oppløseligheten av stillbildene, den maksimale rammehastigheten for kameraene 50, prosesseringshastigheten i datamaskinen 60, og skrivehastigheten for datalagringsanordningen 62. For en jernbaneapplikasjon av det viste inspeksjonssystemet 30, er et foretrukket eksempel på fordeling, mellom stillbildene eller

- rammene fanget av kameraene 50, omtrent 0,1 tomme, en foretrukket hastighet for inspeksjonskjøretøyet er omtrent 50 km/t, en foretrukket høyde på det skannede området er omtrent 10 tommer, og en foretrukket bredde på det skannede området er omtrent 10 fot over sporsjiktets bredde. For å tilfredsstille disse foretrukne parametrene er det foretrukket med et kamerasystem som er i stand til å ta 5405 rammer pr. sekund og et datamaskinsystem som er i stand til å prosessere og registrere omtrent 8,3 MPS. Hver ramme eller bilde, slik som vist i

Fig. 3, vil kunne kreve omtrent 1536 bytes med lagring. Med en ramme fanget ved omtrent hver 0,1 tomme langs sjiktlengden, ville 633600 rammer bli fanget på ca. 1600 meter med spor, og vil kreve 0,973 gigabyte med lagringsplass.

I en annen utførelsesform, og som vist i Fig. 1, vil det viste inspeksjonssystemet 30 videre kunne innbefatte en Global Posisjoneringssystem (GPS)-mottaker 64 for å få geografiske steder for inspeksjonskjøretøyet når jernbanesporet skal inspiseres. GPS-mottakeren 64 kan innbefatte enhver egnet GPS-mottaker kjent innen faget for å få geografisk lokalisering. For eksempel kan GPS-mottakeren 64 være en selvstendig, kommersiell enhet montert på inspek-sjonskjøretøyet og koplet til prosesseringsanordningen 60 med en egnet kabel-forbindelse og grensesnitt for inngang/utgang. GPS-mottakeren 64 kan få en geografisk plassering ved anvendelse av et differensialt eller ikke-differensialt GPS-system. Teknikker for å få hovedsakelig nøyaktige lokaliserings- og tidsdata med en GPS-mottaker 64 er velkjent innen faget, og vil ikke bli ytterligere omtalt. De geografiske lokaliseringene sendes til prosesseringsanordningen 60 og kan kompileres sammen med billeddataene for sporsjiktet.

Når billeddataene fra kameraene 50 registreres, kan også den geografiske lokaliseringen registreres. Eliminering av en kontinuerlig strøm av geografiske lokaliseringsdata fra GPS-mottakeren 64 til datamaskinen 60 kan frigjøre proses-sortiden som er tilgjengelig for å fange inn billeddataene med prosesseringsanordningen 60. Av denne grunn vil GPS-mottakeren 64 fortrinnsvis mate data til en hjelpemodul 65. Hjelpemodulen 65 pakker disse dataene og sender dataene til prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60 når den blir forespurt. I tillegg til å få geografiske lokaliseringsdata kan GPS-mottakeren 64 brukes til å bestemme andre variable, så som hastighet for inspeksjonskjøretøyet, som kan brukes til forskjellige formål som er vist her. Således kan det viste inspeksjonssystemet 30 benytte data fra GPS-mottakeren 64 for å utløse kameraene 50 til å fange inn et stillbilde av sporsjiktet ved omtrent hver 2,5 mm (0,1 tomme) langs skinnen.

I en annen eksempelvis utførelsesform kan det viste inspeksjonssystemet 30 fange inn stillbilder av sporsjiktet ved eller i nærheten av den maksimale rammehastigheten for kameraene 50 uten å bli utløst av GPS-mottakeren 64 eller avstandsanordningen 66. For eksempel kan kameraene 50 og prosesseringsanordningen 60 operere ved eller i nærheten av den maksimale rammehastigheten samtidig med at inspeksjonskjøretøyet kjører langs sporet. Ved anvendelse av en kjent gjennomsnittlig bredde av en skinneforbinder 10 eller underlags-

plate 14, kan det viste inspeksjonssystemet 30 beregne inspeksjonskjøretøyets hastighet. Det viste systemet kan deretter slette eventuelle ekstra rammer for å redusere datalagringen, slik at de rammene som holdes tilbake vil ha en omtrentlig fordeling på 2,5 mm (0,1 tomme). Det forstås at eksakt fordeling på 2,5 mm ikke alltid vil kunne være mulig, men fordelingen vil være kjent, og vil kunne være mellom 0,05" og 0,1" (1,25 - 2,5 mm). I denne utførelsesformen må det samme

antall av rammer forkastes mellom hver tilbakeholdt ramme på en gitt forbindelse, slik at rammefordelingen blir værende ensartet. For eksempel, dersom underlags-platene er kjent for å ha 8 tommers bredde (20 cm), og 244 rammer fanges inn for en spesifikk underlagsplate, så kan to rammer forkastes mellom hver tilbakeholdt ramme. Dersom hele settet med rammer ble nummerert fra 1 til 244, så ville de tilbakeholdte rammene bli nummerert 1, 4, 7, 10, ... 241, 244. De tilbakeholdte 82 rammene ville ha en beregnet fordeling på 0,098 tomme.

Alternativt kunne det viste systemet interpolere mellom hvilke som helst to innfangede rammer for å danne en ny tredje ramme ved en hvilken som helst ønskelig lokalisering langs sporet. Noen rammer kunne da bli forkastet for å få den ønskelige eksakte rammefordelingen.

Etter at det viste inspeksjonssystemet 30 fullfører en jernbanesporunder-søkelse, utføres en analyse av billeddataene. Datamaskinanalysen kan utføres av prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60 plassert på inspeksjonskjøre-tøyet. Alternativt kan datamaskinanalysen utføres av et annet datamaskinsystem som har programvare for billedprosessering kjent innen faget. Datamaskinanalysen gransker billeddataene og bestemmer eller detekterer plasser langs sporet hvor defekter skjer eller der hvor tillatte toleranser for jernbanesporet ikke opprettholdes. For en særskilt implementering kan datamaskinanalysen brukertilpasses eller endres. De geografiske stedene for defekter eller toleranser som ikke tillates kan tilveiebringes slik at passende reparasjoner kan gjøres eller vedlikeholdsarbeid kan planlegges.

Et antall målbare aspekter ved jernbanesporet kan bestemmes eller registreres fra billeddataene fra sporsjiktet fått fra det viste inspeksjonssystemet og tilknyttede fremgangsmåter. I eksempler som følger omtales et antall av slike målbare aspekter, forskjellige teknikker for å analysere de målbare aspektene er vist. Det erkjennes at disse og andre målbare aspekter ved jernbanesporet kan bestemmes eller registreres fra billeddataene fra sporsjiktet fått fra det viste inspeksjonssystemet. I tillegg erkjennes det at andre teknikker kjent innen faget for analyse av billeddataene kan anvendes med det viste inspeksjonssystemet og tilknyttede fremgangsmåter, og at andre overflater enn jernbanekomponenter vil kunne inspiseres. Følgelig er ikke det viste inspeksjonssystemet og tilknyttede fremgangsmåter ment å være begrenset til jernbaneinspeksjon eller de målbare aspekter og særskilte teknikkene beskrevet her.

For klarhet, Fig. 11 og 12 illustrerer eksempel på kompileringer av billeddata fått med det viste inspeksjonssystemet og tilknyttede fremgangsmåter.

Fig. 11 har en flerhet av kompilerte billeddata som ser en del av en skinneforbinder, underlagsplate og skinne i perspektivbetraktning. Fig. 12 har en flerhet av kompilerte billeddata som viser en mer detaljert perspektivbetraktning. Som kan ses av Fig. 11-12, danner de kompilerte billeddataene en tre-dimensjonal representasjon (X, Y og Z) av sporsjiktets område. Representasjonen har betydelige detaljer, og forskjellige aspekter ved sporsjiktets komponenter kan måles. I figurer 11-12 er for eksempel sprekker eller skinneforbinderen 10 synlig. Dessuten er høyden på skinneforbinderen 10 med hensyn til ballastlaget 18 synlig. Orienteringen og høyden på underlagsplaten 14 og skinnen 12 er synlige. Disse og andre detaljer kan fås med det viste inspeksjonssystemet og de tilknyttede fremgangsmåtene, slik som beskrevet mer detaljert nedenfor.

I et eksempel kan fordelingen mellom skinneforbinderne bestemmes ut fra flerheten av billeddata. Med referanse til Fig. 4A-4C illustreres eksempel-rammer av sporsjiktet fått med det viste inspeksjonssystemet 30, og som kan brukes til å bestemme fordelingen mellom skinneforbinderne 10. Fig. 4A viser en sluttramme F1 som har en kontur av en første skinneforbinder 10 som er ved en posisjon Z1 langs sporet. Denne sluttrammen F1 vil kunne benevne den siste rammen som viser denne skinneforbinderen 10. Fig. 4B viseren mellomliggende ramme F2 som er fanget en viss tid etter sluttrammen F1 og ved en ytterligere posisjon Z2 langs sporet. Denne mellomliggende rammen F2 mangler en skinneforbinder fordi den benevner en plass mellom skinneforbindere av sporet. Det forstås at en flerhet slike mellomliggende rammer vil følge sluttrammen F1 i Figur 4A. Figur 4C viser en sluttramme F3 som har en annen skinneforbinder 10' som er ved en ytterligere posisjon Z3 langs sporet. Datamaskinanalyse kan bestemme fordelingen mellom skinneforbindere 10 og 10' ved for eksempel først å telle antallet slike mellomliggende rammer F2 som mangler en skinneforbinder. Dette antallet av mellomliggende rammer F2 kan deretter multipliseres med den kjente fordelingen mellom rammer (for eksempel 0,1 tomme (eller 2,5 mm)) for å beregne avstanden mellom skinneforbindere 10 og 10'. På denne måten kan man få en vesentlig nøyaktig måling mellom skinneforbindere i sporsjiktet uten at det er nødvendig at sporinspektøren fysisk inspiserer skinneforbinderne. I stedet brukes billeddataene som danner den tre-dimensjonale skanningen av sporsjiktet.

Bestemmelse om hvorvidt en ramme har en skinneforbinder eller ikke kan utføres ved avbildningsteknikker kjent innen faget, For eksempel, og som vist i

Figur 4A-4C, er konturen forventet for en skinneforbinder 10 i et område av interesse R for rammene F1-F3. Datamaskinanalyse kan, i området av interesse R for en ramme, søke etter piksler som indikerer tilstedeværelsen av en skinnefor binder. Dette kan for eksempel gjøres ved midling eller summering av piksel-verdien i området av interesse R. Siden konturen av en skinneforbinderen er satt sammen av mørke piksler, vil området av interesse R for en ramme F1 som har en skinneforbinder 10 ha et høyere gjennomsnitt eller sum enn området R i en mellomliggende ramme F2 som mangler en skinneforbinder.

I et annet eksempel kan skinneforbindernes vinkler med hensyn til skinnen bestemmes utfra billeddataene. Med henvisning til Fig. 5 illustreres det et eksempel på en ramme som er fått med det viste inspeksjonssystemet. Vinkelorienteringen av hodene på skinnene 12 kan representeres med en linje L1. Linjen L1 kan for eksempel estimeres ved beste tilpasning, eller ved kurvetilpasningsteknikker som er kjent innen faget. Tilsvarende kan vinkelorienteringen for skinneforbinderen 10 representeres med en linje L2. Linjen L2 kan for eksempel også estimeres ved beste tilpasning, eller ved kurvetilpasningsteknikker som er kjent innen faget. Disse linjene L1 og L2 kan midles fra flere av rammene langs Z-aksen i nærheten av skinneforbinderen 10. Datamaskinanalyse kan deretter bestemme vinkelrelasjonen mellom disse linjene L1-L2 for å bestemme forbindelsenes vinkler med hensyn til skinnen. Denne tilstanden ville indikere tilstanden for en utslitt skinne eller et kutt i platen på en skinneforbinder av tre.

I et annet eksempel kan et brudd i skinnen bestemmes fra billeddataene. Med henvisning til Figurer 6A-6C, illustreres eksempelrammer F1-F3 av jernbanespor fått med det viste inspeksjonssystemet, som kan brukes til å bestemme separasjonen for skinne 12. Fig. 6A viser en sluttramme F1 som har en ende av en første skinne 12 som er ved posisjon Z1 langs sporet. Denne sluttrammen F1 benevner den siste rammen som viser denne skinnen 12. Fig. 6B viseren mellomliggende ramme som er fanget inn en viss tid etter sluttrammen F1 og ved en ytterligere posisjon Z2 langs sporet. Denne mellomliggende rammen F2 mangler et spor fordi den representerer et sted mellom sporets skinner. Det forstås at en flerhet av slike mellomliggende rammer F2 vil kunne følge sluttrammen F1 i Fig. 6A. Fig. 6C viser en annen ramme sluttramme F3 som har et annet spor 12' som er ved en ytterligere posisjon Z3 langs sporet. Datamaskinanalyse kan bestemme fordelingen mellom skinnene 12 og 12', for eksempel ved først å telle antallet av mellomliggende rammer F2 som mangler en skinne. Dette antallet av mellomliggende rammer F2 kan deretter multipliseres med den kjente fordelingen mellom rammer (for eksempel 0,1 tomme) for å beregne avstanden mellom skinnene 12 og 12'.

Bestemmelse om hvorvidt en ramme har en skinne 12 eller ikke kan utføres ved avbildningsteknikker kjent innen faget. For eksempel, og som vist i Fig. 6A-6C, er konturen av en skinne 12 forventet i et område av interesse R for rammene F1-F3. Datamaskinanalyse kan, i området av interesse R for en ramme, søke etter piksler som indikerer tilstedeværelse av en skinnekontur. Dette kan for eksempel gjøres ved midling eller summering av pikslerverdien i området av interesse. Siden konturen av en skinnen er satt sammen av mørke piksler, vil området av interesse R for en ramme F1 som har en skinne 12 ha et høyere gjennomsnitt eller sum enn området R i en mellomliggende ramme F2 som mangler en skinneforbinder.

I et annet eksempel kan slitasje på skinnene bestemmes fra billeddataene. Med henvisning til Figurer 7A-7B, illustreres eksempelrammer F1-F2 av jernbanespor fått med det viste inspeksjonssystemet, og som kan brukes til å bestemme slitasje for skinne 12. Datamaskinanalyse kan bestemme hvorvidt skinne 12 har slitasje, for eksempel ved å bestemme hvorvidt avstanden mellom konturen på skinnen 12 og et referansepunkt i en ramme er mindre enn den samme avstanden i en tidligere ramme. Fig. 7A viser en ramme som har skinne 12 som er ved en posisjon Z1 langs sporet. Konturen av skinne 12 ligger innenfor et område av interesse og et nivå L langs Y-aksen til rammen F1. Konturen av skinne 12 er over et referansenivå L2, som vil kunne være høyden av en underlagsplate, en målbar avstand LD. Det vil være innlysende for en med alminnelig kunnskap om faget, og som har fordel av denne viste oppfinnelsen, at referanse L2 vil kunne være ved et antall av referansepunkter, så som for eksempel underlagsplater 14, nagler 16 eller skinneforbindere 10. Fig. 7B viser en annen ramme F2 ved en annen posisjon Z2 langs sporet. Ved posisjon Z2 er avstanden LD mindre mellom skinnens 12 kontur og nivå L2 enn ved posisjon Z1. Således vil ramme F2 kunne indikere slitasje av skinnen 12 ved posisjonen Z2 langs sporet. Det vil være innlysende for en med alminnelig kunnskap om faget, og som har fordel av denne viste oppfinnelsen, at skinneslitasje også vil kunne bestemmes ved sammenligning av rammer som rammer som er tatt ved forskjellige tidspunkt, men ved den samme posisjonen langs et sporsjikt.

I et annet eksempel kan defektene på skinneforbinderne 10 bestemmes fra billeddataene. Som vist i Fig. 8, er det et eksempel på en ramme av jernbanespor fått med det viste inspeksjonssystemet. Defekter D og D' er vist i skinneforbinderen 10. Datamaskinanalyse kan bestemme hvorvidt skinneforbinderen 10 haren defekt, for eksempel ved å bestemme hvorvidt deler D av skinneforbinderens kontur ligger utenfor et område av interesse, eller hvorvidt deler D' av konturen er fraværende innenfor området R. Som kjent, defekter på en skinneforbinder kan innbefatte sprekker, splittinger eller brudd i forbindelsene. Ved anvendelse av flerheten av billeddata i nærheten av en slik defekt, kan datamaskinanalyse bestemme bredde og lengde for defekten, For eksempel, og som kan ses i Fig.11-12, kan flerheten av billeddata brukes til å estimere bredde W og lengde L av sprekken vist på kanten av skinneforbinderen. I noen tilfeller kan datamaskinanalysen bestemme defektens dybde, for eksempel når orientering av defekten tillater at lys fra laseren projiseres innenfor defekten, og som kan fanges inn av kameraet. I en utførelsesform kan vinkelen mellom laseren og kameraet være relativt liten, slik at lyset som projiserer inn i den utsparte defekten fortsatt kan fanges inn av kameraet som er posisjonert tilnærmet parallelt med strålen i laserlyset.

I et annet eksempel kan fordelingen eller sporvidden for skinnen eller lengden av skinneforbinderne bestemmes fra billeddataene. I Fig. 8 kan en kantdetekteringsteknikk kjent innen faget brukes til å finne kanter på skinnekontur-ene 12 i rammen, og avstanden W1 mellom kantene kan beregnes for å estimere fordeling av skinnene 12. Tilsvarende kan en kantdetekteringsteknikk, som er kjent innen faget, brukes til å finne kanter på konturen av skinneforbinderen 10 i rammen, og avstanden W1 mellom kantene kan beregnes for å estimere bredden W2 av skinneforbinderen 10.

I et annet eksempel kan høyden på ballasten 18 i forhold til skinneforbinderen 10 bestemmes fra billeddataene. I Fig. 8 kan en linjetilpasningsteknikk bestemme nivået for ballasten 18 og nivået for skinneforbinderen 10, og forskjellen mellom disse nivåene kan estimere høyden HBfor ballasten 18 i forhold til skinneforbinderen 10.1 et annet eksempel kan skanninger av jernbanespor brukes til å bestemme steinstørrelsen i ballasten 18. Dette kan gjøres ved å analysere et område av interesse som har ballast 18, og estimere størrelser på ballaststeinen ved anvendelse av kurvaturer i konturen for ballasten 18.

I et annet eksempel kan høyden på hevede nagler bestemmes fra billeddataene. Med henvisning til Fig. 9 er det et eksempel på en ramme av jernbanespor fått med det viste inspeksjonssystemet illustrert. For å bestemme hvorvidt det er en hevet nagle, kan området av interesse R analyseres for å bestemme hvorvidt en del av konturen som representere en hevet nagle 16 finner sted innenfor området R.

I andre eksempler kan manglende underlagsplater, mistilpassede underlagsplater eller nedsunkede underlagsplater detekteres fra billeddataene. Med henvisning til Fig. 10 er en eksempelramme av jernbanespor fått med det viste inspeksjonssystemet illustrert. Den manglende eller nedsunkede underlagsplaten kan detekteres, for eksempel ved å analysere et område av interesse R og bestemme hvorvidt en del av konturen som representerer en underlagsplate oppstår eller ikke innenfor området R. En mistilpasset underlagsplate kan for eksempel bestemmes ved linjetilpasning av den delen av konturen for underlagsplaten og sammenligne orientering av den linjen mot den for skinneforbinderen.

Når det gjelder Fig. 13, beskrives nå en alternativ eksempelvis utførelses-form av inspeksjonssystem 30. I denne utførelsesformen vil inspeksjonssystemet 30 kunne bygges og driftes på samme måte som beskrevet i forhold til de tidligere utførelsesformene. Imidlertid, i denne utførelsesformen har den foreliggende oppfinnelsen blitt tilpasset for å tillate en mer effektiv drift i dagslys. Inspeksjonssystem 30 benytter tre linjegenererende lasere 40 som er montert over den overflaten som skal inspiseres. Laseren 40, i senter, er montert i sentrum av rammeverket 32, og skanner overflateområdet innenfor sin vinkelspredning p, mens de to ytre laserne 40 skanner den utvendige omkretsen av den inspiserte overflaten innenfor deres vinkelspredning (3. Dersom for eksempel et jernbanespor skulle inspiseres, kunne senterlaseren 40 skanne hele 9-fots forbindelsen, mens de ytre laserne kunne skanne skinnene.

I denne eksempelvise utførelsesformen er hver av de ytre laserne 40 skråstilt utover og vekk fra senterlaseren med en omtrentlig vinkel y på 10 grader. De to ytre laserne 40 skråstilles i denne utførelsesformen for å tillate at inspeksjonssystemet 30 stues vekk i bunnen av en vogn, for eksempel mens man fortsatt er i stand til å skanne en 9-fots forbindelse av sporsjiktet i jernbanesporet. Ved å skråstille lasere 40 utover, får den foreliggende oppfinnelsen den nødvendige skanningsbredden med hensyn til forbindelsene, og fortsatt fysisk tilpasning innenfor vognens begrensninger. Imidlertid, siden den foreliggende oppfinnelsen også kan brukes til å inspisere andre overflater, vil de to ytre laserne muligens ikke under noen omstendighet kunne skråstilles, avhengig av de praktiske kravene for den anvendelsen.

Med videre henvisning til den eksempelvise utførelsesformen i Fig. 13, be-står lasere 40 av lasere med 7 Watt, som hver har en 45-graders vinkelspredning p. Imidlertid vil en vinkelspredning p kunne være større eller mindre, avhengig av avstanden mellom lasere 40 og den inspiserte overflaten, slik som vil forstås av fagfolk innen området som har fordel av denne oppfinnelsen. Intensiteten av laserlinjen L (dvs. laserstråle L) projisert av lasere 40 på den inspiserte overflaten er minst 0,15 Watt per tomme av bredden på laserlinjen L projisert på overflaten. Antall benyttede lasere 40 vil kunne være større eller mindre enn tre, så lenge det tallet som benyttes kan tilveiebringe den nødvendige effekten per tomme av laser-linje L. De med alminnelig kunnskap i faget, som har fordel av denne oppfinnelsen, vil følgelig erkjenne at det finnes et mangfold av laserkombinasjoner som vil kunne tilveiebringe denne minimumseffekten.

Med videre henvisning til den eksempelvise utførelsesformen av Fig. 13, den kombinerte anvendelsen av de tre laserne 40 tilveiebringer en høyere lys-intensitet, og produserer derved en linje med lys ved en spesifikk bølgelengde som er mer intens enn solbestrålingen ved den samme bølgelengden. I denne eksempelvise utførelsesformen er lasere 40 hver seg lasere med bølgelengde 808 nm +/-2 nm, slik som forstått innen faget. Dette valget av laser-bølgelengde tilsvarer en senkning i solspektret ved omtrent 808 nm forårsaket av det sollyset som trenger gjennom jordatmosfæren, slik som illustrert i grafen av Fig. 16. Her er solspektrumet vist ved havnivå, som spenner fra omtrentlig 400 nm til over 2400 nm, som innbefatter UV-, synlige og infrarøde bølgelengder. Ved omtrent 808 nm er det en skarp senkning i solens solenergi. Således ble de 808 nm laserne som ble benyttet i den foreliggende oppfinnelsen spesifikt valgt fordi deres bølgelengder ved omtrent 808 nm er mer intense enn solbestrålingen ved den samme bølgelengden, og tillater derved at deres bestrålte lys blir registrert i sollys via kameraene 50. De med alminnelig kunnskap i faget, som har fordel av denne oppfinnelsen, erkjenner at andre bølgelengder vil kunne benyttes for å dra fordel av andre senkninger i solbestråling, i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Med henvisning til Fig. 14 og 15 vil nå en eksempelvis utførelsesform av kameraer 50 ifølge den foreliggende oppfinnelsen bli beskrevet. Som tidligere omtalt, kameraer 50 monteres på rammeverk 32 og sender billeddata av den inspiserte overflaten (i dette tilfellet et jernbanespor) til prosesseringsanordningen eller datamaskinen 60 via overføringslinjer, som er ledningsbaserte eller trådløse. Imidlertid, i denne eksempelvise utførelsesformen, innbefatter kameraer 50 hver seg et hus 70 som har en linse 72. Innenfor huset 70 er en ladningskoplet anordning 74, eller CCD, som er et analogt skiftregister som gjør det mulig med over-føring av analoge signaler gjennom etterfølgende trinn regulert med et klokke-signal. CCD 74 kan brukes som en form for minne eller for forsinkelse av analoge signaler, slik som forstått innen faget. Imidlertid, i det alternativet vil en CMOS-sensor, slik som forstått innen faget, kunne benyttes til å fange inn bilder også. De med alminnelig kunnskap i faget, som har fordel av denne oppfinnelsen, erkjenner at det er et mangfold av kameraer som vil kunne benyttes med den foreliggende oppfinnelsen.

Som illustrert i Fig. 15, plasseres CCD 74 tilgrensende et optisk båndpass-filter 76.1 denne eksempelvise utførelsesformen ble båndpassfilteret 76 valgt for å føre et bånd av bølgelengde -2 nm og +1 nm fra laser 40, mens filtrering av minst OD4 for resten av responsområdet fra 300 nm til 1100 nm for kamera 50, som ute-lukker områder med rampe-opp og rampe-ned som finnes i nærheten av bånd-pass området, slik som det forstås av de med alminnelig kunnskap om faget som har fordel av denne oppfinnelsen. Således, ved å benytte 808 nm lasere, fører båndpassfilter 76 en bølgelengde på omtrent 806- 810 nm, mens resten av solbestrålingen filtreres. Siden det er en senkning av solens bestråling ved denne bølgelengden, er linjen generert av lasere 40 lett registrerbar i sollyset.

For å redusere blåforskyvningen knyttet til lys som går gjennom et filter ved en vinkel, monteres et båndpassf ilter 76 mellom linse 72 og CCD 74. Typisk, når lys går gjennom et filter ved ekstreme vinkler, må man ha et filter med et bredt båndpass for å få den samme bølgelengden med lys ved mange forskjellige vinkler. Dersom et filter ble plassert på det utvendige av linsen, er lyset mye mer parallelt og blåforskyvningseffekten reduseres dramatisk. Denne reduksjonen i blåforskyvningen fører til et mye tettere filter-båndpass, som er nødvendig for å filtrere ut mest mulig solbestråling. Følgelig monteres båndpassfilter bak linse 72. Et avstandsstykke 78 plasseres på den andre siden av båndpassfilteret 76 motsatt til CCD 74. Avstandsstykke 76 omfatter en åpning 80 som tillater billeddata å bli samlet inn fra linse 72.1 denne utførelsesformen sikter båndpassfilteret 76 ut mest mulig av ikke-laser generert lys, som derved gjør det mulig med inspeksjon i dagslys. Dessuten fører denne utførelsesformen til enn svak økning i brennvidden på grunn av lyset som går gjennom filteret 76. Dette fenomenet blir kompensert for ved å montere CCD 74 noe lengre vekk fra linse 72 via anvendelsen av avstands-anordning 78 plassert mellom linse 72 og kamerahus 70. Avstandsstykke 78 endrer orienteringen av linsen 72 i forhold til CCD 74. Avstandsstykke 78 vil for eksempel kunne være en presisjons-glansvasker (engelsk: "shim washer"). Imidlertid, i det alternativet ville ikke avstandsstykke 78 være nødvendig i utførelses-former som benytter en kameralinse som har et tilstrekkelig bredt fokuserings-område. Personer med alminnelig kunnskap om faget, som har fordel av denne beskrivelsen, erkjenner følgelig at det er et mangfold av fordelere som kunne benyttes med den foreliggende oppfinnelsen, og at behovet for avstandsstykke 78 vil kunne benektes gjennom linsevalg.

Ifølge en eksempelvis utførelsesform, innbefatter den foreliggende oppfinnelsen et system for inspeksjon av en overflate, systemet omfatter minst en lysgenerator plassert tilgrensende overflaten, lysgeneratoren tilpasset for å projisere en lysstråle over overflaten, lysstrålen har en intensitet på minst 0,15 Watt per tomme av en bredde av lysstrålen; minst ett kamera plassert tilgrensende overflaten for å ta i mot minst en del av lyset reflektert fra overflaten og for å generere minst ett bilde som er representativ for en profil av minst en del av overflaten, kameraet omfattende et båndpassfilter tilpasset for å la passere et bånd av lysstrålen projisert av lysgeneratoren, båndet tilsvarer en senkning i solbestråling, og minst en prosessor som tilpasses for å analysere det minst ene bildet og bestemme en eller flere fysiske karakteristikker om den delen av overflaten. I en eksempelvis utførelsesform er vinkelspredningen for lysstrålen projisert av generatoren 45 grader.

I en alternativ utførelsesform av dette systemet omfatter lysgeneratoren en senterlaser; og to ytre lasere plassert på motsatte sider av senterlaseren, de to ytre laserne er hver seg skråstilt utover fra senterlaseren med en 10-graders vinkel. I alternativet er lysgeneratoren en 808 nm laser. I enda en utførelsesform omfatter kameraet en linse; en fordeler plassert tilgrensende linsen; og en ladningskoplet anordning, båndpassfilteret plasseres bak en linse av kameraet.

I enda en alternativ utførelsesform av dette systemet er overflaten et jernbanesporsjikt, og prosessoren omfatter en algoritme for bestemmelse av en avstand mellom skinneforbindere avjernbanesporsjiktet, algoritmen omfatter trinnene av å (a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens den ene eller flere mellomliggende rammene mangler skinneforbindere; (b) bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) bestemme avstanden mellom skinneforbinderne av første ramme og sluttramme, basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere og den kjente fordelingen mellom rammene.

I en alternativ utførelsesform av dette systemet er overflaten et jernbanesporsjikt og prosessoren omfatter en algoritme for registrering av en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate for jernbanesporsjiktet, hvor algoritmen omfatter trinnene av: (a) å analysere en ramme av det minst ene bildet, rammen omfatter et område av interesse; (b) å bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; (c) dersom en underlagsplate er til stede, å bestemme en skinneforbindelseskontur og en underlagsplatekontur; (d) sammenligne en orientering av skinneforbindelseskontur og en orientering av underlagsplatekontur; og (e) å bestemme, ved sammenligning, hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket.

I enda en alternativ utførelsesform av dette systemet er overflaten et jernbanesporsjikt og prosessoren omfatter en algoritme for å identifisere et brudd i en skinne av jernbanesporsjiktet, hvor algoritmen omfatter trinnene av: (a) å analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, den første rammen og sluttrammen omfatter skinner mens det ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; (b) å bestemme et antall av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; (c) å bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) å identifisere bruddet i skinnen basert på antallet av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene. I enda en utførelses-form, omfatter overflaten en eller flere av følgende: en vei, et anlegg, bygnings-fundamentering, en bro for biler eller et fortau.

En fremgangsmåte til eksempel for den foreliggende oppfinnelsen omfatter trinnene av: (a) å illuminere et lys over spennet av overflaten, lyset får en total kombinert intensitet på minst 0,15 Watt per tomme av lysets bredde; (b) å ta i mot minst en del av lyset reflektert fra overflaten ved anvendelse av en eller flere kameraer, det ene eller flere kameraene omfatter et båndpassfilter som er tilpasset for å la passere kun et bånd av det reflekterte lyset, båndet tilsvarer en senkning i solbestrålingen; (c) å generere minst et bilde som er representativ for en profil av minst en del av overflaten; (d) å analysere det minst ene bildet; (e) å bestemme en eller flere fysiske karakteristikker av den delen av overflaten; og (f) gi utgang for de bestemte fysiske karakteristikkene av den delen av overflaten. I enda en fremgangsmåte til eksempel omfatter trinn (a) trinnet av å projisere en flerhet av lysstråler for å danne lyset som illuminerer over overflaten, flerheten av lysstråler har hver seg en vinkelspredning på 45 grader.

I enda en fremgangsmåte til eksempel vil overflaten kunne være et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å bestemme en avstand mellom skinneforbindere av jernbanesporsjiktet, trinnet av å bestemme avstanden omfatter trinnene av: (a) å analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens det ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinneforbindere; (b) å bestemme et antall av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere; (c) å bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) å bestemme en avstand mellom skinneforbind-elsene av den første rammen og sluttrammen basert på antallet av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere og den kjente fordelingen mellom rammene.

I enda en fremgangsmåte er overflaten et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å identifisere et brudd på en skinne av jernbanesporsjiktet, trinnet av å identifisere omfatter trinnene av: (a) å analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, den første rammen og sluttrammen omfatter skinner mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; (b) å bestemme et antall av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; (c) å bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) å identifisere bruddet på skinnen basert på antallet av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene.

I denne fremgangsmåten til eksempel vil overflaten kunne være et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å registrere en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate av jernbanesporsjiktet, trinnet av å registrere omfatter trinnene av: (a) å analysere en ramme av det minst ene bildet, rammen omfatter et område av interesse; (b) å bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; (c) dersom en underlagsplate er til stede, å bestemme en skinneforbindelseskontur og en underlagsplatekontur; (d) sammenligne en orientering av kryssforbindelskonturen og en orientering av underlagsplatekonturen; og (e) bestemme hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket basert på sammenligningen.

Enda en alternativ fremgangsmåte av den foreliggende oppfinnelsen omfatter trinnene av: (a) å projisere et lys på overflaten, lyset har en intensitet på minst 0,15 Watt per tomme av lysbredden; (b) å ta i mot minst en del av lyset som reflekteres fra overflaten til og inn i en mottaker; (c) benytte et båndpassfilter av mottakeren for å la passere et bånd av det reflekterte lyset som tilsvarer en senking av solbestrålingen, hvor det reflekterte lyset tilpasses til å være mer intens enn solbestrålingen ved senkingen; (d) benytte det passerte båndet av det reflekterte lyset for å generere et eller flere bilder som er representative for en profil av minst en del av overflaten; og (f) gi utgang for de bestemte karakteristikkene av den delen av overflaten. I en alternativ fremgangsmåte omfatter trinn (a) videre trinnet av å projisere en flerhet av lysstråler for å danne lyset projisert på overflaten, den flerheten av lysstråler har hver seg en vinkelspredning på 45 grader. I enda en fremgangsmåte til eksempel omfatter flerheten av lysstråler en senterstråle og to ytre stråler på motsatte sider av senterstrålen, trinn (a) omfatter videre trinnet av å projisere de to ytre strålene utover fra senterstrålen ved en 10-graders vinkel.

I det alternativet vil overflaten kunne være et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å bestemme en avstand mellom skinneforbindere av jernbanesporsjiktet, trinnet av å bestemme avstanden, omfattende trinnene av: (a) å analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det ene eller flere bilder, den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinneforbindere; (b) å bestemme et antall av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere; (c) bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) bestemme avstanden mellom skinneforbinderne av den første rammen og sluttrammen basert på antallet av en eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere og den kjente fordeling mellom rammene.

I enda en alternativ fremgangsmåte vil overflaten kunne være et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å identifisere et brudd på en skinne i jernbanesporsjiktet, trinnet av å identifisere omfatter trinnene av: (a) å analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det ene eller flere bilder, den første rammen og sluttrammen omfatter skinner mens det ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; (b) å bestemme et antall av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; (c) å bestemme en kjent fordeling mellom rammene; og (d) å identifisere bruddet på skinnen basert på antallet av det ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene.

I enda en alternativ fremgangsmåte vil overflaten kunne være et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet av å registrere en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate av jernbanesporsjiktet, trinnet av å registrere omfatter trinnene av (a) å analysere en ramme av en eller flere bilder, rammen omfatter et område av interesse; (b) å bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; (c) dersom en underlagsplate er til stede, å bestemme en skinneforbinderkontur og en underlagsplatekontur; (d) sammenligne en orientering av skinneforbinderkonturen og en orientering av underlagsplatekonturen; og (e) bestemme hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket basert på sammenligningen.

Selv om forskjellige utførelsesformer har blitt vist og beskrevet, er ikke oppfinnelsen begrenset således, og skal forstås å innbefatte alle modifikasjoner og varianter som ville være innlysende for en fagperson. For eksempel selv om de utførelsesformene som er vist her har blitt brukt på jernbanesporsjikt, vil den foreliggende oppfinnelsen også kunne benyttes for å inspisere et mangfold av andre overflater, så som veier, fortau, trær/skog, avlinger, broer, bygningsfundamenter, biler som beveger seg nedover veien på undersiden av et inspeksjonssystem, eller en hvilken som helst variasjon av 3D-former man måtte ønske å inspisere og/eller måle. Følgelig skal ikke oppfinnelsen være begrenset, unntatt i lys av de vedføyde krav og deres ekvivalenter.

Claims (23)

1. System for inspeksjon av en overflate, hvor systemet omfatter: minst en lysgenerator plassert tilgrensende overflaten, lysgeneratoren er tilpasset for å: projisere en lysstråle over overflaten, lysstrålen har totalt minst 0,15 Watt intensitet per tomme av lysstrålens bredde; minst et kamera plassert tilgrensende overflaten for å motta minst en del av det lyset som blir reflektert fra overflaten og for generering av minst et bilde som er representativt for en profil av minst en del av overflaten, kameraet omfatter et båndpassfilter som er tilpasset for å la passere et bånd av lysstrålen som er projisert av lysgeneratoren, båndet tilsvarer en senking i solbestrålingen; og minst en prosessor som er tilpasset for å analysere det minst ene bildet og bestemme en eller flere fysiske karakteristikker av den delen av overflaten.

2. System ifølge krav 1, hvor en vinkelspredning av lysstrålen projisert av generatoren er 45 grader.

3. System ifølge krav 1, hvor lysgeneratoren omfatter: en senterlaser; og to ytre lasere plassert på motsatte sider av senterlaseren, de to ytre laserne er hver seg skråstilt utover fra senterlaseren med en 10-graders vinkel.

4. System ifølge krav 1, hvor lysgeneratoren er en 808 nm laser.

5. System ifølge krav 1, hvor kameraet videre omfatter: en linse; et avstandsstykke plassert tilgrensende linsen; og en ladningskoplet anordning, der båndpassfilteret er koplet mellom den ladningskoplete anordningen og fordeleren.

6. System ifølge krav 1, hvor båndpassfilteret plasseres bak en linse av kameraet.

7. System ifølge krav 1, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt og prosessoren omfatter en algoritme for å bestemme en avstand mellom skinneforbindere av jernbanesporsjiktet, der algoritmen omfatter trinnene av å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, der den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinneforbindere; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) bestemme avstanden mellom skinneforbinderne av den første rammen og sluttrammen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere og den kjente fordelingen mellom rammene.

8. System ifølge krav 1, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt og prosessoren omfatter en algoritme for å bestemme en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate av jernbanesporsjiktet, algoritmen omfatter trinnene av å: a) analysere en ramme av det minst ene bildet, rammen omfatter et område av interesse; b) bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; c) dersom en underlagsplate er til stede, bestemme en skinneforbinderkontur og en underlagsplatekontur; d) sammenligne en orientering av skinneforbinderkonturen og en orientering av underlagsplatekonturen; og e) bestemme hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket basert på sammenligningen.

9. System ifølge krav 1, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt og prosessoren omfatter en algoritme for å bestemme et brudd på skinnen av jernbanesporsjiktet, der algoritmen omfatter trinnene av å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, der den første rammen og sluttrammen omfatter skinner mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) identifisere bruddet på skinnen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene.

10. System ifølge krav 1, hvor overflaten omfatter en eller flere av: vei, anlegg, bygningsfundament, bilbro eller fortau.

11. Fremgangsmåte for inspeksjon av en overflate, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene av å: a) illuminere et lys over spennet av overflaten, lyset har totalt minst 0,15 Watt intensitet per tomme av lysstrålens bredde; b) ta i mot minst en del av lyset reflektert fra overflaten ved anvendelse av ett eller flere kameraer, der det ene eller flere kamera omfatter et båndpassfilter tilpasset for å la passere kun et bånd av det reflekterte lyset, der båndet tilsvarer en senking av solbestråling; c) generere minst ett bilde som er representativt for en profil av minst en del av overflaten; d) analysere det minst ene bildet; e) bestemme en eller flere fysiske karakteristikker av den delen av overflaten; og f) utmating av de bestemte fysiske karakteristikkene av den delen av overflaten.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor trinn (a) omfatter trinnet å projisere en flerhet av lysstråler for å danne det lyset som er illuminert over overflaten, der flerheten av lysstråler har hver seg en vinkelspredning på 45 grader.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor flerheten av lysstråler omfatter en senterstråle og to ytre stråler på motsatte sider av senterstrålen, der trinn (a) videre omfatter trinnet å projisere de to ytre strålene utover fra senterstrålen ved en 10-graders vinkel.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor det lyset som er illuminert over spennet av overflaten dannes ved å anvende 8 nm lasere.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, der fremgangsmåten videre omfatter trinnet å bestemme en avstand mellom skinneforbinderne til jernbanesporsjiktet, der trinnet å bestemme avstanden omfatter trinnene å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, der den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinneforbindere; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) bestemme avstanden mellom skinneforbinderne av den første rammen og sluttrammen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbinder og den kjente fordelingen mellom rammene.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, der fremgangsmåten omfatter videre trinnet å identifisere et brudd i skinnen av jernbanesporsjiktet, og der trinnet å identifisere omfatter trinnene å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, der den første rammen og slutt rammen omfatter skinner mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) identifisere bruddet på skinnen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet å registrere en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate av jernbanesporsjiktet, der trinnet å registrere omfatter trinnene å: a) analysere en ramme av det minst ene bildet, der rammen omfatter et område av interesse; b) bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; c) dersom en underlagsplate er til stede, bestemme en skinneforbinderkontur og en underlagsplatekontur; d) sammenligne en orientering av skinneforbinderkonturen og en orientering av underlagsplatekonturen; og e) bestemme hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket basert på sammenligningen.

18. Fremgangsmåte for å inspisere en overflate, der fremgangsmåten omfatter trinnene å: a) projisere et lys på overflaten, der lyset har totalt minst 0,15 Watt intensitet per tomme av lysstrålens bredde; b) motta minst en del av lyset reflektert fra overflaten til en mottaker; c) benytte et båndpassfilter av mottakeren for å la passere et bånd av det reflekterte lyset som tilsvarer en senking av solbestråling, hvor det reflekterte lyset tilpasses til å være mer intenst enn solbestrålingen ved nedsenkingen; d) benytte det passerte båndet med reflektert lys til å generere ett eller flere bilder som er representativt for en profil av minst en del av overflaten; e) bestemme en eller flere fysiske karakteristikker av den delen av overflaten; og f) utmating av de bestemte fysiske karakteristikkene av den delen av overflaten.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor trinn (a) omfatter trinnet å projisere en flerhet av lysstråler for å danne det lyset som er projisert på overflaten, der flere-heten av lysstråler har hver seg en vinkelspredning på 45 grader.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor flerheten av lysstråler omfatter en senterstråle og to ytre stråler på motsatte sider av senterstrålen, trinn (a) videre omfatter trinnet å projisere de to ytre strålene utover fra senterstrålen ved en 10-graders vinkel.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, og fremgangsmåten omfatter videre trinnet å bestemme en avstand mellom skinneforbinderne til jernbanesporsjiktet, der trinnet å bestemme avstanden omfatter trinnene å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av det minst ene bildet, der den første rammen og sluttrammen omfatter skinneforbindere mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinneforbindere; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) bestemme avstanden mellom skinneforbinderne av den første rammen og sluttrammen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinneforbindere og den kjente fordelingen mellom rammene.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, fremgangsmåten omfatter videre trinnet å identifisere et brudd i skinnen av jernbanesporsjiktet, der trinnet å identifisere omfatter trinnene å: a) analysere en første ramme, en eller flere mellomliggende rammer og en sluttramme av en eller flere bilder, der den første rammen og sluttrammen omfatter skinner mens den ene eller flere mellomliggende rammer mangler skinner; b) bestemme et antall av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner; c) bestemme en kjent fordeling mellom rammer; og d) identifisere bruddet på skinnen basert på antallet av den ene eller flere mellomliggende rammer som mangler skinner og den kjente fordelingen mellom rammene.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor overflaten er et jernbanesporsjikt, og fremgangsmåten omfatter videre trinnet å registrere en mistilpasset eller nedsunket underlagsplate av jernbanesporsjiktet, der trinnet å registrere omfatter trinnene å: a) analysere en ramme av ett eller flere bilder, der rammen omfatter et område av interesse; b) bestemme hvorvidt området av interesse inneholder en underlagsplate; c) dersom en underlagsplate er til stede, bestemme en skinneforbinderkontur og en underlagsplatekontur; d) sammenligne en orientering av skinneforbinderkonturen og en orientering av underlagsplatekonturen; og e) bestemme hvorvidt underlagsplaten er mistilpasset eller nedsunket basert på sammenligningen.