(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機エンジンの部品の特定相の体積密度の非侵襲測定の方法であって、方法が、
前記部品の立体（トモグラフィ）画像を作成するステップであって、前記画像はボクセルの三次元格子によって形成されており、その値は前記部品（の対応する領域）内の前記特定相の配置を示す、ステップと、
二進係数を前記立体（トモグラフィ）画像の各ボクセルに関連付け、こうして二進係数の初期三次元マトリクス表示を構築するステップであって、前記二進係数は、ボクセルに対応する前記部品の領域内の前記特定相の有無を表す、ステップと、
所定の基準体積に対応する畳み込みマトリクスカーネルを用いて前記初期マトリクス表示を畳み込むステップであって、前記畳み込みは、３つの独立した方向に３つの（連続した）一次元畳み込みの成分を生じることによって実行され、こうして結果的マトリクス表示を形成し、その各々の結果的係数は、前記基準体積の前記特定相の体積比を表す、ステップと、
を備えることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記初期マトリクス表示の畳み込みが、
第一方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記初期マトリクス表示の各行を前記第一方向に抽出し、こうして第一中間マトリクス表示を形成するステップと、
第二方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第一中間マトリクス表示の各行を前記第二方向に抽出し、こうして第二中間マトリクス表示を形成するステップと、
第三方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第二中間マトリクス表示の各行を前記第三方向に抽出し、こうして前記結果的マトリクス表示を形成するステップと、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各マトリクス表示の様々な行での抽出および畳み込み動作の並列化を備えることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
中間および結果的表示のうち現在の各マトリクス表示が、前のマトリクス表示の係数を現在の係数に置き換えることによって構築されることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
畳み込みカーネルが、各係数を同じように重み付けするアベレージングカーネルであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
畳み込みカーネルが平行六面体基準体積に対応することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
航空機エンジンの部品の特定相の体積密度の非侵襲測定のシステムであって、
前記部品（１１）の体積画像（１７）を作成するための処理手段（９）であって、前記画像はボクセルの三次元格子によって形成されており、その値は前記部品の前記特定相の配置を示す、処理手段と、
二進係数を前記体積画像の各ボクセルに関連付け、こうして二進係数の初期三次元マトリクス表示を構築するための処理手段（９）であって、前記二進係数は、ボクセルに対応する前記部品の領域内の前記特定相の有無を表す、処理手段と、
所定の基準体積に対応する畳み込みマトリクスカーネルを用いて前記初期マトリクス表示を畳み込むための処理手段（９）であって、前記畳み込みは、３つの独立した方向に３つの（連続する）一次元畳み込みの成分を生じることによって実行され、こうして結果的マトリクス表示を形成し、その各々の結果的係数は、前記基準体積の前記特定相の体積比（密度）を表す、処理手段と、
を備えることを特徴とする、システム。
【請求項８】
第一方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記初期マトリクス表示の各行を前記第一方向に抽出し、こうして第一中間マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
第二方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第一中間マトリクス表示の各行を前記第二方向に抽出し、こうして第二中間マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
第三方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第二中間マトリクス表示の各行を前記第三方向に抽出し、こうして前記結果的マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
を備えることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
処理手段が、各マトリクス表示の様々な行での抽出および畳み込み動作を並列化するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には材料を特徴付ける非破壊的方法に関し、より具体的には部品の材料における特有の相の体積密度の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全性および信頼性は、いくつかの産業分野において主要な関心事である。一例として、航空分野において、航空機エンジンの様々な部品を設計および製造する手順は、エンジンの信頼性を保証するための様々な分析および検査に頼っている。
【０００３】
材料の構造的局面に関して、これらの検査は、トモグラフィなどの光学的画像技術を備える。この技術は多くの論文の主題となっており、その原理は対象物の様々な断面の一連の画像から対象物の体積画像を構築することからなる。
【０００４】
トモグラフィ技術は、物体の材料における特定のまたは特有の相を検出してから特定するために使用されることが可能である。具体的には、この技術は、トモグラフィ画像上の各点で、事前に定義された基準体積と比較した特定相の体積比または密度を特徴付けるために、あるいは測定するために、使用される。用語「相」は、分析対称の物体の材料における欠陥、孔隙、ストランド、ガラス繊維などを指定してもよいことに、注意すべきである。
【０００５】
現在、たとえばトモグラフィ画像の体積孔隙比を計算するためのＡｖｉｓｏ  Ｆｉｒｅ（Ｒ）タイプのソフトウェアを使用することが、可能である。画像のすべてのボクセルについて、体積比の測定は、現在のボクセル上に基準体積の中心を合わせ、その後孔隙を示すボクセルを計数するようにこの基準体積に属するすべてのボクセルを通過することによって、計算される。一旦計数が終了すると、孔隙によって占有される体積と基準堆積との間の比率が出力画像に記憶される。
【０００６】
しかしながら、トモグラフィ画像および基準体積の寸法は、要件にしたがってかなり大きく、この方法を製品検査には不適切なものにしている。これは、アルゴリズムの複雑さが、画像のボクセル数Ｎに基準体積中のボクセル数Ｌを掛けた積に依存するからである。このため計算時間は、画像のサイズおよびＯ（ＮＬ）における基準体積のサイズに依存し、画像ごとに数時間を優に超える可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は結果的に、実施しやすく、作業数を削減して結果的に計算時間を加速させることが可能な、部品の特有の相の体積密度の非侵襲測定のための方法およびシステムを提供することによって、上述の不都合を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、部品の特定相の体積密度の非侵襲測定の方法によって定義され、方法は、
前記部品の体積画像を作成するステップであって、前記画像はボクセルの三次元格子によって形成されており、その値は前記部品の前記特定相の配置を示す、ステップと、
二進係数を前記体積画像の各ボクセルに関連付け、こうして二進係数の初期三次元マトリクス表示を構築するステップであって、前記二進係数は、ボクセルに対応する前記部品の領域内の前記特定相の有無を表す、ステップと、
所定の基準体積に対応する畳み込みマトリクスカーネルを用いて前記初期マトリクス表示を畳み込むステップであって、前記畳み込みは、３つの独立した方向に３つの一次元畳み込みの成分を生じることによって実行され、こうして結果的マトリクス表示を形成し、その各々の結果的係数は、前記基準体積の前記特定相の体積比（または密度）を表す、ステップと、
を備える。
【０００９】
この方法は、計算ステップの冗長性を最大限まで削減して基準体積のサイズから解放され、こうして処理時間を著しく削減することを可能にするが、これは画像の内容とも無関係である。
【００１０】
有利なことに、前記初期マトリクス表示の畳み込みは、
第一方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記初期マトリクス表示の各行を前記第一方向に抽出し、こうして第一中間マトリクス表示を形成するステップと、
第二方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第一中間マトリクス表示の各行を前記第二方向に抽出し、こうして第二中間マトリクス表示を形成するステップと、
第三方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第二中間マトリクス表示の各行を前記第三方向に抽出し、こうして前記結果的マトリクス表示を形成するステップと、
を備える。
【００１１】
３つの１Ｄ畳み込みへの３Ｄ畳み込みの分解は、実施を簡素化し、計算動作の数をかなり削減する。
【００１２】
有利なことに、方法は、各マトリクス表示の様々な行での抽出および畳み込み動作の並列化を備える。
【００１３】
処理の並列化は、処理手段の能力を最大活用できるようにする。
【００１４】
有利なことに、中間および結果的表示のうち現在の各マトリクス表示は、前のマトリクス表示の係数を現在の係数に置き換えることによって、構築される。
【００１５】
これは計算時間をさらに加速させる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、畳み込みカーネルは、各係数を同じように重み付けするアベレージングカーネルである。畳み込みカーネルは、平行六面体基準体積に対応する。
【００１７】
有利なことに、前記部品は航空機エンジンの部品である。
【００１８】
本発明はまた、部品の特定相の体積密度の非侵襲測定のシステムに関し、システムは、
前記部品の体積画像を作成するための処理手段であって、前記画像はボクセルの三次元格子によって形成されており、その値は前記部品の前記特定相の配置を示す、処理手段と、
二進係数を前記体積画像の各ボクセルに関連付け、こうして二進係数の初期三次元マトリクス表示を構築するための処理手段であって、前記二進係数はボクセルに対応する前記部品の領域内の前記特定相の有無を表す、処理手段と、
所定の基準体積に対応する畳み込みマトリクスカーネルを用いて前記初期マトリクス表示を畳み込むための処理手段であって、前記畳み込みは、３つの独立した方向に３つの一次元畳み込みの成分を生じることによって実行され、こうして結果的マトリクス表示を形成し、その各々の結果的係数は、前記基準体積の前記特定相の体積比（または密度）を表す、処理手段と、
を備える。
【００１９】
有利なことに、システムは、
第一方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記初期マトリクス表示の各行を前記第一方向に抽出し、こうして第一中間マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
第二方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第一中間マトリクス表示の各行を前記第二方向に抽出し、こうして第二中間マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
第三方向に前記畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように前記第二中間マトリクス表示の各行を前記第三方向に抽出し、こうして前記結果的マトリクス表示を形成するための、処理手段と、
を備える。
【００２０】
有利なことに、処理手段は、各マトリクス表示の様々な行での抽出および畳み込み動作を並列化するように、構成されている。
【００２１】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して行われる本発明の好適な実施形態を読むことで、明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法を実施するために使用可能なトモグラフィシステム１の一例を概略的に示す図である。
【図２】本発明による、部品の特定相の体積密度を測定する方法を概略的に示す機能図である。
【図３】本発明の好適な実施形態による畳み込みステップを概略的に示す機能図である。
【図４】本発明による畳み込み原理を説明する二次元画像に関する例である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の原理は、この測定の計算の間に生じるデータ冗長性を最大限まで削減しながら特定相の体積密度をその上で測定するために、体積画像上のすべての点を通過することからなる。
【００２４】
図１は、本発明を実施するために使用可能なトモグラフィシステム１の一例を、非常に概略的に示す。
【００２５】
その他のトモグラフィシステム（ヘリカルトモグラフィなど）もまた、本発明を実施するために使用されてよいことに、注意すべきである。
【００２６】
図１のトモグラフィシステムは、非侵襲性であり、光線５を放射するための源３、検出器７、および検出器７に連結された処理手段９（たとえばコンピュータまたは情報処理装置）を備える。
【００２７】
この例によれば、放射源は、放射源と揃って回転プレートまたは支持体１３に固定された部品１１上にＸ線を放射し、こうして部品を放射線に曝すように、意図される。Ｘ線を放射する源３、回転支持体１３、および検出器７は、処理手段９によって制御される。部品１１を通過してこれと相互作用するＸ線は、Ｘ線にこの流れの減衰を測定する検出器７によって捕捉される。Ｘ線の様々な発射は回転支持体１３の様々な位置で実行され、検出器７が部品１１の一連の投影に対応する一連の放射線画像１５を形成できるようにする。
【００２８】
一連の投影は、処理手段９が画面１９上に表示された部品１１の立体（またはトモグラフィ）画像１７を再構築できるようにする。これは、処理手段９が、体積画像１７の再構築を行うよう意図されるトモグラフィ再構築アルゴリズムを備えるからである。トモグラフィ再構築アルゴリズムは、たとえば最大尤度などの確率論的基準を用いる、分析型または代数型のものであってもよい。
【００２９】
再構築された体積画像１７はボクセルの三次元格子によって形成されており、その値は材料の密度に比例する。ボクセルとは最小体積単位を表す三次元画素であることに、注意すべきである。このためボクセルの値は、部品の対応する領域のいずれかの特定相の配置を示す。
【００３０】
図２は、本発明による部品の特定相の体積密度を測定する方法を概略的に示す機能図である。
【００３１】
この方法の入力は、体積画像１７および所定の基準体積２１を備える。後者は平行六面体の形状であり、特定相の密度を定義するための基準として使用されるように意図される。
【００３２】
この方法の出力は、入力体積画像と同じサイズの体積密度マップ２３を備える。言い換えると、体積画像のボクセルは、マップ２３上の点との全単射関係を形成する。
【００３３】
このため、本発明によれば、処理手段９は、マップ２３上の各点において、基準体積２１のサイズとは無関係でありながらこれに対する特定相の密度を定義することによって、検査対象の部品１１の特定相を特徴付けるように構成されている。
【００３４】
より具体的には、処理手段９は、体積画像１７の各ボクセルと二進係数を関連付けるように構成されており、こうして二進係数の初期三次元マトリクス表示を構築する。これらの二進係数は、ボクセルに対応する部品の領域内の検査対象特定相の有無を表す。
【００３５】
さらに、処理手段９は、所定の基準体積２１に対応する畳み込みマトリクスカーネルを用いて初期マトリクス表示を畳み込むように構成されている。このため、マトリクスの各係数について、畳み込みカーネルによって重み付けされた隣接係数の値の総和を計算することが可能である。畳み込みは、３つの独立した方向に３つの連続する一次元畳み込みの成分を生じることによって実行され、こうして結果的マトリクス表示を形成し、その各々の結果的係数は、基準体積２１の特定相の体積比（密度）を表す。３つの独立した方向への畳み込みの分解は、冗長性を最小化して基準体積２１のサイズから解放され、さらに体積画像１７の内容から独立することも、可能にする。このため本発明による計算ステップの数はＯ（Ｎ）であり、したがって従来技術と比較して非常に減少しており、そのアルゴリズムの複雑さはＯ（ＮＬ）にあり、Ｎは体積画像のボクセルの数、Ｌは基準体積のボクセルの数である。
【００３６】
処理手段９は、本発明による特定方法を実施するのに適したコード命令を備える、コンピュータプログラムを備える。なお、体積画像を再構築する処理手段９および特定相を特定する処理手段は、第一の変形例によれば同じ処理ユニットに対応し、第二の変形例によれば２つの異なるユニットに対応する。
【００３７】
図３は、本発明の好適な実施形態による畳み込みステップを概略的に示す。
【００３８】
ステップＥ１において、処理手段は、第一方向（たとえばＸ軸）の初期マトリクス表示の各行を抽出するように構成されている。このため、各行Ｌ０について、この第一方向に畳み込みカーネルＮ０を用いて畳み込まれることになる一次元信号が得られる。すべての線上の畳み込みの結果はこうして第一中間マトリクス表示Ｍ１を形成する。有利なことに、畳み込みの間、各行の信号のサポートは修正されない。
【００３９】
さらに、アベレージングカーネルによる行の畳み込みは一回で計算され、これはカーネルに入るボクセルが追加され、カーネルから出るものは、カーネルの各位置において、このカーネルによって網羅されるすべてのボクセルの総和を有するために減じられるという事実のため、カーネルのサイズとは無関係である。
【００４０】
先のステップで得られた結果より、別の独立した方向に同じ動作が実行される。これは、ステップＥ２において、処理手段が第二方向（たとえばｙ軸）に畳み込みカーネルＮ１を用いてこれを畳み込むように第一中間マトリクス表示Ｍ１の各行Ｌ１をこの第二方向に抽出するように構成されているからであり、こうして第二中間マトリクス表示Ｍ２を形成する。
【００４１】
最後に、ステップＥ３において、処理手段は、第三方向（ｚ軸）に畳み込みカーネルＮ２を用いてこれを畳み込むように第二中間マトリクス表示Ｍ２の各行Ｌ２をまだ処理されていないこの第三方向に抽出するように構成されており、こうして結果的マトリクス表示Ｍ３を形成する。
【００４２】
有利なことに、畳み込みカーネルは、各係数を同じように重み付けするアベレージングカーネルである。このため畳み込みカーネルは、ｎ×ｎｍ×ｐ個のボクセルの平行六面体基準体積に対応してもよく、ｎ、ｍ、ｐはたとえば数個単位から数十個単位の整数である。
【００４３】
さらに、本発明の有利な態様によれば、現在の各マトリクス表示（すなわち、第一表示Ｍ１、第二表示Ｍ２、および結果的表示Ｍ３）は、前のマトリクス表示の係数を現在の係数に置き換えることによって構築される。この場合、各方向の一次元畳み込みを計算するように、バッファ行が使用される。
【００４４】
また、各マトリクス表示Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２の様々な行での抽出および畳み込み動作は、有利に並列化される。これは、独立した方向への畳み込みの分解が、各表示の様々な行での同時計算を実行すること、および結果的に処理手段９の様々な計算ユニットの能力を最大限に活用することを、可能にするからである。なお、各ステップの最後にのみこれらの計算ユニットのすべてを同期させれば十分なので、計算ユニット間の同期は非常に離散的かつノンブロッキングであることに、注意すべきである。
【００４５】
図４は、本発明による畳み込み原理を説明する二次元画像に関する例である。
【００４６】
簡素化のため、この例は表面画像に関するが、原理は体積画像についても同じままである。
【００４７】
最初に、行の数をｉ、列の数をｊとする二進係数ａｉｊを有する初期マトリクスＭ１０が画像に関連付けられる。係数の値「１」は、その体積密度を測定することが望まれる相に対応し、対照的に値「０」はこの相の不存在に対応する。
【００４８】
第一ステップは、ｘ軸に沿った所定の基準表面に対応する畳み込みカーネルを用いてこれを畳み込むように、この軸に沿って初期マトリクスの各行を抽出することからなる。この例によれば、畳み込みカーネルＮ１１は、９画素の基準正方形に対応する３×３正方マトリクスである。畳み込みカーネルＮ１１はその１つ目の隣との各係数の平均を取ることができるようにする、アベレージングカーネルである。ｘ軸に沿ったすべての行での畳み込みの結果は、中間マトリクスを形成する。
【００４９】
たとえば、初期マトリクスＭ１０の２行目で、係数ａ２４の値は０（ａ２４＝０）であり、同じ行の隣接係数は値０および１（ａ２３＝０およびａ２５＝１）を有する。すると３つの係数ａ２３、ａ２４、およびａ２５の平均は０．３３となる。同様に、３つの係数ａ２４、ａ２５、およびａ２６の平均は０．６６となる。このように、中間マトリクスＭ１１を形成するため、新たな現在の値はマトリクスの係数に起因する。たとえば、係数ａ２４およびａ２５の初期値０および１は、中間値０．３３および０．６６に置き換えられる（ａ２４＝０．３３およびａ２５＝０．６６）。
【００５０】
先に取得された中間マトリクスＭ１１より、ｙ軸に沿って（すなわちマトリクスの列に沿って）同じ動作が、同じ畳み込みカーネルＮ１１を用いて実行される。たとえば、中間マトリクスの４列目において、係数ａ２４の値は０．３３であり（（ａ２４＝０．３３）、同じ列の隣接係数は値０および０を有する（ａ１４＝０およびａ３４＝０）。すると３つの係数ａ１４、ａ２４、およびａ３４の平均は０．１１となる。結果的マトリクスＭ１２において、係数ａ２４の中間値０．３３はたとえば結果値０．１１（ａ２４＝０．１１）に置き換えられる。すると結果的マトリクスＭ１２の係数の値は、特徴付けたいと望まれる相の密度に対応する。
【００５１】
本発明の方法は、従来技術と比較して、固体媒体中の相の体積比を計算するのにかかる時間を数桁（最大４桁）削減できるようにする。
【００５２】
これは、８２７×２０２４×１８００ボクセルのサイズの体積画像および４１×４１×４１ボクセルの基準体積について、本発明の方法による計算時間はたったの４０秒であるのに対して、市販ソフトウェアによって提供される方法は５時間２０分（１９，２００秒）の計算時間を要するからである。このように、従来技術と比較して、計算時間は４５０分の一に減少している。
【００５３】
本発明の方法は、航空分野の製品検査、具体的には航空機エンジンの部品の特定相の体積密度の測定に、有利に使用されることが可能である。
【図１】
0006559676.tif 000002
【図２】
0006559676.tif 000003
【図３】
0006559676.tif 000004
【図４】
0006559676.tif 000005