ES2935467T3 - Procedimiento y programa informático para el cálculo resuelto en el tiempo de una deformación de un cuerpo - Google Patents

Abstract

Un ejemplo de un método para el cálculo con resolución temporal de una deformación de un cuerpo comprende calcular (110) un modelo del cuerpo durante la deformación. El método comprende además calcular (120) una imagen de rayos X prevista para el cuerpo para una pluralidad de puntos en el tiempo durante la deformación sobre la base del modelo. El método comprende además adquirir (130) una imagen de rayos X medida del cuerpo para cada uno de los puntos en el tiempo durante la deformación. El método comprende además modificar (140) el modelo sobre la base de las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y programa informático para el cálculo resuelto en el tiempo de una deformación de un cuerpo

Campo técnico

Los ejemplos de realización se refieren a un procedimiento para calcular una deformación de un cuerpo de una manera resuelta en el tiempo y con un programa informático correspondiente, así como a un sistema para crear una pluralidad de exposiciones a rayos X.

Antecedentes

Cuando se introducen nuevos modelos/generaciones de vehículos, se llevan a cabo varias pruebas de choque representativas (“crash” en inglés significa “colisión”) como parte del proceso de aprobación de tipo y por parte de proveedores de servicios de prueba independientes orientados a la protección del consumidor (por ejemplo, NCAP, New Car Assessment Program, “programa de evaluación de automóviles nuevos”) realizado para evaluar la seguridad pasiva de los vehículos. Las pruebas de aceptación realizadas son el requisito previo decisivo para la aprobación y el lanzamiento al mercado, así como para la aceptación de nuevos vehículos.

Estas pruebas completas de colisión de vehículos están precedidas por extensas investigaciones experimentales de todos los materiales relevantes, componentes individuales y grupos de componentes, que se llevan a cabo a lo largo de todo el proceso de desarrollo. Este proceso está significativamente respaldado por las simulaciones por computadora que lo acompañan, que permiten hacer predicciones sobre el comportamiento de un componente virtual bajo estrés mecánico. El comportamiento del vehículo durante una colisión y, en consecuencia, su evaluación se define exclusivamente por el diseño de las estructuras de absorción de energía del vehículo. En consecuencia, una comprensión precisa del comportamiento del material y los componentes en el caso de “crash” de carga extrema es la base del desarrollo del vehículo virtual. A pesar de la enorme importancia de los modelos predictivos, existen diferencias significativas entre la simulación numérica y el experimento físico en el curso del diseño integrado. La razón de ello es el acceso metrológico limitado a las estructuras críticas para la seguridad que están ocultas dentro del vehículo; en estos casos, por lo general, no es posible realizar un examen in situ dinámico de imágenes.

Para obtener la mayor cantidad de información posible sobre la deformación y el movimiento de los componentes durante cada proceso de choque individual, actualmente se utilizan cámaras ópticas de alta velocidad, sensores de aceleración y galgas extensométricas. Los medidores de tensión o los sensores de aceleración miden continuamente la carga en forma local en el sitio de aplicación. Deben cablearse laboriosamente y conectarse a dispositivos de registro de datos externos, lo que limita el número utilizable por prueba de choque. Por lo tanto, la tecnología de sensores disponible no ofrece posibilidades (ópticas) o solo selectivas (sensores locales) para observar componentes ocultos in situ en detalle. Con la ayuda de complejos procesos 3D-DIC (Digital Image Correlation), los procesos de deformación que se pueden observar desde el exterior durante un choque ya se pueden registrar y digitalizar. Sin embargo, este procedimiento de evaluación no permite un examen dinámico de imágenes in situ de las estructuras internas.

Esta forma de procedimiento de medición in situ se amplía con investigaciones a posteriori de las estructuras de vehículos deformados. Se puede obtener información valiosa sobre el estado final mediante el desmontaje mecánico, en el que, sin embargo, se pierden las tensiones residuales, o con la ayuda de la tomografía computarizada XXL, pero no es posible sacar conclusiones sobre la dinámica del proceso de deformación real con este procedimiento.

El documento DE 10 2007 047810 A1 da a conocer un procedimiento para adaptar automáticamente un modelo informático de vehículo para simulaciones de colisión.

Por lo tanto, surge la tarea de proporcionar un procedimiento de análisis que también permita un análisis de componentes internos.

Compendio

La invención se basa en el descubrimiento de que se pueden obtener varias imágenes de rayos X de cuerpos que están en proceso de deformación, por ejemplo, usando varios destellos de rayos X o usando una fuente de rayos X pulsada como, por ejemplo, un acelerador lineal. Si se generan pulsos de rayos X como resultado, se pueden registrar imágenes de rayos X de ellos utilizando un detector de superficie con una resolución espacial y temporal adecuada, por ejemplo, filmando un centelleador adecuado con una cámara de alta velocidad. Los pulsos de rayos X pueden tener una distancia suficientemente corta y/o una duración suficientemente corta para evitar la borrosidad del movimiento. Esta multitud de imágenes de rayos X ahora se puede utilizar para comprender la deformación de un cuerpo. Para este propósito, se calcula un modelo de deformación del cuerpo, es decir, un modelo que representa cómo es probable que el cuerpo se mueva y se deforme. En base a esto, se predice una representación del cuerpo en imágenes de rayos X relacionando el cuerpo, la fuente de rayos X y el centelleador entre sí en una simulación. Esta imagen de rayos X predicha se compara con una imagen de rayos X realmente tomada, las desviaciones se identifican y se utilizan para modificar el modelo. Luego, el modelo modificado se usa para predecir la siguiente imagen de rayos X que, a su vez, se compara con la siguiente imagen de rayos X realmente medida. De este modo, se comparan varias imágenes de rayos X predichas con varias imágenes de rayos X medidas en varios puntos en el tiempo, y el modelo de la deformación se adapta gradualmente a la deformación real. Una vez que se ha llevado a cabo el procedimiento, se dispone de un modelo de la deformación real del cuerpo, que se puede utilizar para identificar los puntos débiles del cuerpo.

El sistema de medición y el procedimiento de evaluación desarrollados abordan cuestiones y problemas técnicos que no son accesibles con imágenes u otros procedimientos de medición previamente disponibles. Como resultado, se puede aprovechar el potencial a través de un diseño mejorado de componentes con márgenes de seguridad reducidos con el mismo rendimiento técnico. También incluye problemas de estabilidad y ramificación en las estructuras de carga dentro del vehículo, así como el movimiento de maniquíes y sus estructuras interiores circundantes oscurecidas por múltiples bolsas de aire.

Al menos algunos ejemplos de realización de ejemplo crean una resolución espacial de menos de un mm y una resolución temporal (proyectada) de 1000 fotogramas por segundo. Para lograr suficiente profundidad de detalle y separación de materiales para estructuras complejas como los componentes instalados en los vehículos, en el sistema desarrollado, se utiliza una fuente de radiación con una energía de hasta 9 MeV. Esto requiere amplias precauciones estructurales y personales en la protección radiológica.

La idoneidad de la tecnología de imágenes de rayos X para analizar los procesos dinámicos que tienen lugar en un choque se demostró por primera vez en experimentos: Usando tecnología de flash de rayos X (a 450 keV), se obtuvieron hasta cuatro imágenes consecutivas durante una prueba de choque. El número de imágenes está limitado por la fuente de flash de rayos X disponible comercialmente que, en principio, permite un máximo de ocho imágenes desde un ángulo de visión. Alternativamente, sin embargo, se pueden usar otras fuentes de rayos X, como aceleradores lineales pulsados.

Los ejemplos de realización crean así un procedimiento para calcular una deformación de un cuerpo de una manera resuelta en el tiempo. En esta solicitud, la deformación de un cuerpo incluye cambiar la forma del cuerpo o la forma de una parte del cuerpo, por ejemplo, cambiando los contornos exterior y posiblemente interior de un cuerpo y, opcionalmente, también una traslación y/o una rotación del cuerpo con respecto a un origen y/o punto de pivote, por ejemplo, en forma de una “deformación que conserva la forma”. La deformación puede, por ejemplo, conservar el volumen. En otras palabras, en al menos algunos ejemplos de realización de ejemplo, además del cambio de forma, una “deformación que conserva la forma”, es decir, traslación y rotación, también se entiende bajo el término deformación. El procedimiento incluye calcular un modelo del cuerpo durante la deformación. El procedimiento incluye, además, calcular una imagen de rayos X predicha para el cuerpo para una pluralidad de veces durante la deformación en base al modelo. El procedimiento también incluye la obtención de una imagen de rayos X medida del cuerpo para cada uno de los tiempos durante la deformación. El procedimiento incluye, además, la modificación del modelo basándose en las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas. Esta función también se puede denominar “asimilación de datos”, es decir, el modelo se ajusta en función de las imágenes de rayos X medidas, es decir, se asimila. El objeto según la invención se logra mediante este procedimiento.

En al menos algunos ejemplos de realización, una pluralidad de imágenes de rayos X predichas y una pluralidad de imágenes de rayos X medidas desde diferentes perspectivas pueden usarse para cada punto en el tiempo de la pluralidad de puntos en el tiempo. Esto permite una adaptación más precisa del modelo, ya que los puntos destacados del modelo se pueden rastrear desde diferentes perspectivas utilizando características en las imágenes de rayos X predichas y medidas.

Por ejemplo, el modelo del cuerpo se puede calcular durante la deformación basándose en una fuerza esperada que actúa sobre el cuerpo durante la deformación. La fuerza esperada se puede utilizar como parámetro para una simulación del modelo. En una simulación FE, una fuerza es lo que deforma el cuerpo. Si el cuerpo se deforma de tal manera que los desplazamientos 3D, que se determinan en la asimilación de datos, los cumple el cuerpo deformado, el uso de fuerzas de restricción artificiales es una de las posibilidades para lograr esta deformación en forma física, al menos aproximadamente, o llevarlo a cabo de manera virtual. Al mismo tiempo, la derivación de una “energía de restricción”, es decir, esta fuerza de restricción, el camino por el cual se deforma el cuerpo, puede usarse como una medida cuantitativa para la desviación entre el experimento, es decir, las imágenes de rayos X medidas (o la forma que debe tener el cuerpo según el resultado del análisis) y la simulación, es decir, el modelo. En otras palabras, si el cuerpo o una parte del cuerpo se gira cierto ángulo (una deformación que conserva la forma), en general se requiere una fuerza relativamente pequeña para esto, la energía gastada para esto es pequeña. Cuando se comprime el cuerpo o parte del cuerpo, la fuerza requerida para hacerlo puede ser muy alta. La energía requerida para esto es muy grande en comparación. Por lo tanto, se prefiere la variante de rotación, si se puede poner de acuerdo con las imágenes medidas, porque tiene “costes” más bajos. Ambas son formas de calcular la deformación de un cuerpo mediante simulación. La fuerza aplicada es un parámetro esencial. También se pueden usar otras métricas, pero observar las fuerzas (de restricción) tiene ventajas.

En al menos algunos ejemplos de realización, se incluye una modificación del modelo basada en una imagen de rayos X de tiempo anterior o posterior en el cálculo de la imagen de rayos X predicha. El análisis se puede llevar a cabo, por ejemplo, después del final del experimento, en el que tenemos todos los pasos de tiempo de la simulación, así como imágenes de rayos X registradas en todos los momentos especificados durante el experimento. De esta manera, se puede seleccionar libremente la dirección a lo largo de la línea de tiempo en la que se realiza el análisis. En algunos ejemplos de realización, la pluralidad de puntos en el tiempo se puede pasar hacia atrás (es decir, comenzando desde el más reciente), por ejemplo, si se usa una grabación CT (grabación de tomografía computarizada) de un automóvil accidentado como valor inicial. Alternativamente, la pluralidad de puntos en el tiempo puede adelantarse (es decir, de manera cronológica). Alternativamente, todos los puntos en el tiempo se pueden ver de modo simultáneo, por ejemplo, cuando se usa un procedimiento de suavizado en la asimilación de datos.

En algunos casos, el modelo para un punto de tiempo posterior de la pluralidad de puntos de tiempo puede no calcularse hasta que se realice la modificación del modelo en base a una imagen de rayos X en el punto de tiempo anterior. Esto permite una reducción gradual de la diferencia entre la imagen de rayos X predicha y la imagen de rayos X medida.

En ejemplos de realización, el modelo puede modificarse en base a una diferencia entre las posiciones previstas de las características en las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas. Las características se pueden utilizar como puntos de referencia para la modificación.

Por ejemplo, al menos algunas de las características pueden estar formadas por marcadores de rayos X. Los marcadores de rayos X se pueden unir, por ejemplo, a componentes planos del cuerpo que no son fácilmente reconocibles en función de su contorno.

Al menos algunas de las características pueden estar formadas por contornos de componentes del cuerpo. Esto hace posible registrar la deformación del cuerpo en la medida de lo posible sin modificaciones (por ejemplo, utilizando marcadores) y, por lo tanto, aumentar la precisión del análisis.

En este caso, el procedimiento puede incluir, por ejemplo, calcular una traslación y/o rotación de al menos una parte del cuerpo provocada por la deformación del cuerpo basándose en la diferencia entre las posiciones predicha y medida de las características. La modificación del modelo puede basarse en la traslación calculada y/o la rotación calculada de al menos una parte del cuerpo. Una gran parte de la deformación ya se puede reproducir mediante traslaciones y rotaciones. Se puede determinar un total de los desplazamientos de todas las características, marcadores, etc. para reducir la diferencia con la simulación mejorando esta traslación y rotación del cuerpo 3D en el primer paso o cambiando la traslación y rotación previstas por la simulación de tal manera que se reduce la diferencia entre las ubicaciones proyectadas en la imagen de rayos X medida y predicha. Las diferencias que quedan o no se pueden resolver por traslación y rotación se pueden reducir deformando el cuerpo o una parte del cuerpo (por ejemplo, siguiendo este paso).

En algunos ejemplos de realización, el procedimiento incluye, además, el cálculo de operadores morfológicos para la deformación del cuerpo basándose en la diferencia entre las posiciones predicha y medida de las características. La modificación del modelo puede basarse en los operadores morfológicos calculados para la deformación del cuerpo. Los operadores morfológicos se pueden usar, por ejemplo, para mapear la compresión o expansión de los componentes del cuerpo.

En este caso, por ejemplo, se pueden permitir operadores morfológicos que resulten de una combinación lineal de deformaciones que fueron calculadas para momentos anteriores o posteriores a la pluralidad de momentos. Por ejemplo, se pueden permitir diferentes combinaciones lineales para diferentes características. Esto permite una limitación del espacio de búsqueda en el cálculo de los operadores morfológicos.

En ejemplos de realización, la deformación del cuerpo se puede calcular mediante una simulación numérica basada en un conocimiento a priori sobre la deformación y en base a los operadores morfológicos calculados. De este modo, el conocimiento a priori sobre la deformación y los operadores morfológicos calculados se pueden utilizar para calcular las fuerzas restrictivas que actúan sobre el cuerpo, en donde la simulación numérica se basa en las fuerzas restrictivas. De manera alternativa o adicional, el conocimiento a priori y los operadores morfológicos calculados pueden utilizarse para calcular parámetros de entrada de la simulación numérica en relación con las propiedades de un material del cuerpo, en relación con las fuerzas actuantes, en relación con la geometría del cuerpo, y/o en ajuste en relación a las velocidades. La simulación numérica permite lograr una mayor precisión del modelo.

Por ejemplo, el procedimiento puede incluir el cálculo de un vector de desplazamiento tridimensional para las características mediante retroproyección geométrica de las características. La modificación del modelo se puede basar en el vector de desplazamiento tridimensional.

Esto permite modificar el modelo, ya que las modificaciones tridimensionales se obtienen a partir de observaciones bidimensionales.

En este caso, la modificación del modelo puede estar dirigida a reducir la diferencia entre las posiciones previstas de las características en las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas sobre la pluralidad de puntos en el tiempo. Esto permite una ganancia de eficiencia en la mayoría de los puntos en el tiempo.

Por ejemplo, el modelo del cuerpo se puede calcular en una simulación de elementos finitos. La deformación del cuerpo se puede calcular utilizando el enfoque de elementos finitos.

Los ejemplos de realización también proporcionan un programa con código de programa para realizar el procedimiento cuando el código de programa se ejecuta en un ordenador, un procesador, un módulo de control o un componente de hardware programable.

En al menos algunos ejemplos de realización, el procedimiento incluye, además, crear las imágenes de rayos X medidas grabando un centelleador con una cámara óptica de alta velocidad. Las imágenes de rayos X medidas se pueden tomar basándose en la exposición del centelleador a una fuente de radiación (pulsada o constante). Esto permite que las imágenes de rayos X se creen con un intervalo de tiempo corto y sin desenfoque de movimiento. El desenfoque de movimiento se basa, entre otras cosas, en el tiempo de exposición, que puede verse influido por la duración de los pulsos de rayos X o por la duración del tiempo de exposición de la cámara de alta velocidad.

Por ejemplo, la fuente de radiación pulsada puede ser un acelerador lineal. Dicha fuente se puede utilizar para generar un mayor número de pulsos de rayos X que una fuente de destellos de rayos X.

Breve descripción de las Figuras

Algunos ejemplos de dispositivos y/o procedimientos se explican con más detalle a continuación con referencia a las Figuras adjuntas, simplemente a modo de ejemplo. En ellas:

Fig. 1a y 1b muestran ejemplos de realización de un procedimiento para el cálculo con resolución temporal de una deformación de un cuerpo;

Fig. 2 muestra una descripción general de un procedimiento de medición y evaluación según un ejemplo de realización;

Fig. 3 muestra una realización de una estructura de un sistema para crear una pluralidad de exposiciones a rayos X; y

Figura 4 muestra una ilustración de la asimilación de datos para modificar el modelo.

Descripción

A continuación, se describirán varios ejemplos con más detalle con referencia a las Figuras adjuntas, en las que se ilustran algunos ejemplos. En las Figuras, los grosores de las líneas, capas y/o áreas pueden estar exagerados para mayor claridad.

En consecuencia, mientras que otros ejemplos son capaces de diversas modificaciones y formas alternativas, algunos ejemplos específicos de los mismos se muestran en las Figuras y se describen en detalle a continuación. Sin embargo, esta descripción detallada no limita otros ejemplos a las formas específicas descritas. Otros ejemplos pueden cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que entran dentro del alcance de la divulgación. Números de referencia iguales o similares se refieren a elementos iguales o similares a lo largo de la descripción de las Figuras, que, cuando se comparan entre sí, pueden implementarse en forma idéntica o modificada mientras cumplen la misma función o una similar.

Debe entenderse que, cuando se hace referencia a un elemento como “conectado” o “acoplado” a otro elemento, los elementos pueden estar conectados o acoplados directamente, o a través de uno o más elementos intermedios. Cuando dos elementos A y B se combinan usando un “o”, debe entenderse que se describen todas las combinaciones posibles, es decir, solo A, solo B y A y B, a menos que se defina explícita o implícitamente lo contrario. La redacción alternativa para las mismas combinaciones es “al menos uno de A y B” o “A y/o B”. Lo mismo se aplica, mutatis mutandis, a las combinaciones de más de dos elementos.

La terminología utilizada aquí para describir ejemplos particulares no pretende ser limitante de otros ejemplos. Si se usa una forma singular, por ejemplo, “un”, “una”, “el” y “la”, y el uso de un solo elemento no se define explícita o implícitamente como obligatorio, otros ejemplos también pueden emplear elementos plurales para implementar la misma función. Cuando una función se describe a continuación como implementada usando múltiples elementos, otros ejemplos pueden implementar la misma función usando un solo elemento o entidad de procesamiento. Se entiende, además, que los términos “comprende”, “que comprende”, “presenta” y/o “que presenta” cuando se usan significan la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, procesos, elementos, componentes y/o un grupo de los mismos especifica, pero no excluye, la presencia o adición de cualquier otra característica, número entero, etapa, operación, proceso, elemento, componente y/o grupo de los mismos.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) se utilizan aquí con sus significados habituales en el campo al que pertenecen los ejemplos.

La presente divulgación describe un procedimiento integral de medición y evaluación que, además de examinar procesos periódicos, ofrece la posibilidad de registrar continuamente procesos dinámicos (deformación) transitorios de estructuras ocultas a través de diagnósticos de rayos X de alta velocidad in situ. Basado en imágenes de rayos X 2D de alta velocidad e incluyendo simulaciones 3D FE (elementos finitos), o generalmente un modelo de un cuerpo durante la deformación, el procedimiento puede habilitar, al menos en algunos ejemplos de realización, la reflexión inversa cuantitativa de la información experimental en el entorno de desarrollo estándar digital.

El procedimiento de medición de imágenes se basa, por ejemplo, en el uso de rayos X pulsados de hasta 9 MeV para crear imágenes individuales en combinación con un detector resistente a la radiación. En comparación con las aplicaciones de rayos X industriales típicas y normales con frecuencias de cuadro bajas, se puede utilizar una frecuencia de cuadro alta (extremadamente para las aplicaciones de rayos X típicas) de hasta 1000 cuadros por segundo en la prueba de choque para mostrar los procesos de deformación relevantes en el accidente con suficiente resolución temporal. Para reducir el desenfoque de movimiento en la imagen de movimientos rápidos, los tiempos de exposición se pueden reducir a un intervalo de microsegundos además de una alta velocidad de fotogramas. En la aplicación prevista, el tiempo de exposición puede realizarse mediante la fuente de rayos X pulsada (por ejemplo, con una longitud de pulso de aproximadamente 4 js).

El detector de área utilizado en el proceso de medición incluye (o consiste en) una superficie de centelleo ubicada en el haz primario, que se adapta a las altas energías y tiempos de exposición cortos del acelerador lineal en términos de sus propiedades de absorción (radiación), tiempo de decaimiento, espesor del material y propiedades. La superficie del centelleador convierte la radiación en luz visible, que es reflejada y registrada indirectamente por una cámara de alta velocidad (el llamado detector de conversión indirecta digital). La óptica de formación de imágenes se selecciona de tal manera que se minimiza la exposición a la radiación de la cámara de alta velocidad. Para obtener imágenes dinámicas de objetos más grandes (por ejemplo, componentes estructurales de un vehículo), la superficie activa del detector se puede ampliar mediante una estructura modular, por ejemplo, que consta de módulos individuales en cascada en tres lados.

El resultado del procedimiento de medición son datos experimentales resueltos en el tiempo de un proceso dinámico (deformación) en forma de “vídeo de rayos X” basado en imágenes individuales en tiempos definidos con precisión que, junto con datos de simulación 3D-FE del proceso observado o partes del proceso observado, forman la base para el proceso de evaluación. El vídeo de rayos X puede incluir, por ejemplo, una pluralidad de imágenes de rayos X sobre una pluralidad de puntos en el tiempo.

Las Fig. 1a y 1b muestran ejemplos de realización de un procedimiento para calcular una deformación de un cuerpo de una manera resuelta en el tiempo. El procedimiento incluye calcular 110 un modelo del cuerpo durante la deformación, por ejemplo, en base a una fuerza esperada que actúa sobre el cuerpo durante la deformación. Por ejemplo, la carrocería puede estar incrustada en una gran cantidad de otras carrocerías o en un modelo complejo, por ejemplo, el de un vehículo completo que consta de una gran cantidad de carrocerías. El modelo del cuerpo se puede calcular 110 en una simulación de elementos finitos (3D). El procedimiento incluye, además, calcular 120 una imagen de rayos X predicha para el cuerpo para una pluralidad de veces durante la deformación en base al modelo, tal como en base a una geometría de mapeo predefinida (“ángulo de visión”). En este caso, la deformación es, por ejemplo, un proceso que incluye la pluralidad (aproximadamente todos) de puntos en el tiempo, es decir, un proceso de deformación del cuerpo sobre la pluralidad de puntos en el tiempo. La deformación puede incluir la traslación y rotación del objeto observado (cuerpo). Cuando se traslada o rota, la ubicación relativa de las características (o puntos de características) dentro del objeto permanece igual, pero las posiciones de las características cambian con respecto a un sistema de coordenadas externo. En ejemplos de realización, la deformación también incluye una deformación (en el sentido clásico), es decir, la posición relativa de (algunas) características cambia entre sí. El procedimiento incluye, además, obtener 130 una imagen de rayos X medida del cuerpo para cada uno de los puntos en el tiempo (la pluralidad de puntos en el tiempo) durante la deformación. En este caso, una pluralidad de imágenes de rayos X predichas y una pluralidad de imágenes de rayos X medidas desde diferentes perspectivas se pueden usar para cada punto en el tiempo de la pluralidad de puntos en el tiempo. El procedimiento incluye, además, la modificación 140 del modelo basándose en las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas. Como se muestra en la Fig. 1b, el procedimiento también puede incluir la creación 170 de las imágenes de rayos X medidas grabando un centelleador con una cámara óptica de alta velocidad, por ejemplo, para obtener las imágenes de rayos X medidas. Las imágenes de rayos X medidas se pueden registrar basándose en la exposición del centelleador a una fuente de radiación pulsada.

Para evaluar los datos obtenidos, se crea una simulación de rayos X a partir de los datos de simulación existentes (3D-FE), el modelo del cuerpo durante la deformación. Basándose en la simulación de rayos X, se pueden calcular las imágenes de rayos X predichas. La simulación de rayos X es parte de la evaluación y asimilación de datos integrada. Por medio de la simulación de rayos X (que se puede utilizar para calcular las imágenes de rayos X predichas) y las propiedades de absorción basadas en los datos del material, la posición espacial (teórica) de las estructuras relevantes se puede mostrar en cada paso de tiempo. En otras palabras, la respectiva imagen de rayos X pronosticada se puede calcular en función de la posición de los componentes del cuerpo, en función de las propiedades de absorción de los componentes del cuerpo y en función de un ángulo de visión previsto, de modo que, para cada punto en el tiempo de la pluralidad de puntos en el tiempo, se muestre una posición proyectada de los componentes o de características en la respectiva imagen de rayos X predicha. La respectiva imagen de rayos X predicha puede, por ejemplo, representar (exclusivamente) la posición proyectada de las características, por ejemplo, sin mostrar el sombreado o los contornos de los componentes. Una imagen de rayos X pronosticada para un punto en el tiempo (en) de la pluralidad de puntos en el tiempo solo puede calcularse en algunos ejemplos de realización si el modelo, que se basa en un punto en el tiempo anterior de la pluralidad de puntos en el tiempo, ha sido modificado, es decir, basado en el modelo modificado. Con la ayuda de algoritmos de detección y seguimiento de características adaptados (una identificación y seguimiento de características, por ejemplo, usando puntos discretos en un componente), la deformación de estructuras relevantes se puede rastrear en función de la información del paso de tiempo anterior. En otras palabras, el modelo puede modificarse 140 basándose en una diferencia entre las posiciones previstas de las características en las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas. Las características pueden identificarse manual y/o automáticamente en las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas. Por ejemplo, al menos algunas de las características pueden estar formadas por marcadores de rayos X. Estos marcadores de rayos X se pueden unir al cuerpo e integrar en el modelo. Debido a su posición previamente conocida en el cuerpo, estas características pueden identificarse de manera automática (o manual). Adicional o alternativamente, al menos algunas de las características pueden estar formadas por contornos de componentes del cuerpo. Los contornos se pueden identificar automática o manualmente en las imágenes de rayos X previstas y en las imágenes de rayos X medidas, por ejemplo, basándose en las propiedades del material de los componentes correspondientes. La fusión de los datos experimentales y de simulación numérica, luego de la asimilación de datos, tiene como objetivo una mejora gradual de un modelo autónomo, resuelto en el tiempo, con capacidad predictiva.

Por un lado, hay una simulación FE resuelta en el tiempo (3D) de un accidente de vehículo (el modelo del cuerpo), posiblemente con errores, por otro lado, hay datos experimentales resueltos en el tiempo (la radiografía medida imágenes) que, sin embargo, están subdeterminadas informativamente (rayos X 2D o datos del sensor). La comparación del experimento y el modelo por medio de la asimilación de datos retroalimenta la información de corrección al modelo FE (determinado en su totalidad por la información) y, por lo tanto, permite la digitalización del experimento de choque real.

En este caso, el modelo puede ser un modelo de elementos finitos en particular. El modelo contiene la “verdad completa” (espacio de fase) del proceso o del cuerpo y su evolución en el tiempo. Incluye o consiste en la geometría del cuerpo (morfología) y parámetros físicos tales como materiales y propiedades de los materiales, condiciones de contorno (velocidades, fuerzas, etc.), propiedades internas (energía interna, tensiones, deformaciones, daño, etc. ). El modelo, en cada punto de tiempo t de la pluralidad de puntos de tiempo, representa una descripción casi correcta del experimento (es decir, la deformación) hasta el punto de tiempo t-1 considerado con anterioridad. El modelo puede verse como una representación de elementos finitos de la deformación (es decir, el experimento) en el tiempo t. En el tiempo t, el modelo puede (casi) coincidir con el experimento usando el proceso de asimilación de datos (aquí también se entiende todo el espacio de fase). La Fig. 4 muestra una ilustración de la asimilación de datos para modificar el modelo. Allí se muestra cómo se realizan varias mediciones de la forma del cuerpo (a través de imágenes de rayos X medidas) en la pluralidad de puntos en el tiempo hasta el punto en el tiempo t, modificándose el modelo hasta el punto en el tiempo t-1 de tal manera que corresponda al experimento (es decir, la deformación real del cuerpo) es igual. Por lo tanto, el conocimiento a priori incluye el modelo modificado hasta el tiempo t-1 y la predicción de la deformación hasta el tiempo t. En el momento t, la medición de la forma diverge del conocimiento a priori, es decir, la predicción de la deformación. Al asimilar los datos, el modelo puede modificarse en base a la información a priori para que el modelo posteriormente se asemeje a la forma medida del cuerpo.

Un resultado de la asimilación de datos es la reconstrucción tridimensional cuantitativa y resuelta en el tiempo del movimiento (traslación, es decir, movimiento del centro de gravedad y rotación) y la deformación de objetos (en lo sucesivo denominados “componentes”), posiblemente incrustados en un sistema global que consta de varios componentes.

Esta reconstrucción cinemática tridimensional se basa en el conocimiento del modelo (información a priori) y datos de medición (imágenes de rayos X 2D). Las imágenes de rayos X 2D se pueden obtener de acuerdo con la estructura fuente-detector descrita en la solución.

El resultado de una simulación numérica (por ejemplo, simulación FEM), que describe el comportamiento del componente por examinar (así como el comportamiento de los componentes circundantes o el sistema general que consta de varios componentes), se puede utilizar como información a priori, por ejemplo, el modelo del cuerpo durante la deformación. En otras palabras, el modelo de tiempo anterior (es decir, el modelo ajustado en función de la simulación de rayos X de tiempo anterior) corresponde a, o es al menos una parte de, a priori. En otras palabras, la información a priori incluye, por ejemplo, el modelo antiguo original (FE) o el modelo corregido hasta el momento t-1 y la predicción del estado en el momento t por el modelo actual en el momento t-1. En este contexto, “durante la deformación” no significa que el modelo se calcula (solo) durante la deformación, sino que el modelo del cuerpo representa la deformación del cuerpo en la pluralidad de puntos en el tiempo. Este resultado, que se utiliza para la asimilación de datos como información a priori, se denomina en adelante “modelo 3D resuelto en el tiempo” o “modelo (del cuerpo)”, para abreviar. Si a continuación se hace referencia a la simulación numérica o al modelo físico de los componentes y sus materiales en los que se basa la simulación, entonces se denomina “modelo físico” o, en su totalidad, “simulación numérica”. En ejemplos de realización, el cálculo del modelo del cuerpo durante la deformación incluye o se basa en una simulación numérica. La simulación numérica se basa en un modelo físico del cuerpo, como los modelos físicos de los componentes del cuerpo.

La reconstrucción 3D de la cinemática o asimilación de datos incluye al menos algunos de las siguientes etapas:

1) Generación de proyecciones de rayos X simuladas (es decir, las imágenes de rayos X predichas) basadas en el modelo y usando la geometría de proyección presente en el experimento para cada punto en el tiempo en el que se generó una imagen en el experimento y el componente a ser reconstruido fue fotografiado (es decir, para la mayoría de los puntos en el tiempo). En otras palabras, el procedimiento incluye calcular 120 una imagen de rayos X predicha para el cuerpo para la pluralidad de puntos en el tiempo durante la deformación en base al modelo (tal como en base a la geometría de proyección, un ángulo de visión esperado en la grabación de la correspondiente imagen de rayos X).

2) Uso de las proyecciones de rayos X simuladas para localizar el componente que se va a reconstruir cinemáticamente (simultánea o secuencialmente) en tantos puntos correspondientes en el tiempo como sea posible en la imagen real de rayos X en la que se obtuvo la imagen, y/o uso de las proyecciones de rayos X simuladas en los puntos correspondientes en el tiempo para identificar puntos de localización destacados (características) del componente que se va a reconstruir en tantas imágenes de rayos X reales como sea posible en las que se tomaron imágenes. Por ejemplo, (solo) la morfología (o parte de la morfología) en los tiempos de medición ti es accesible para la medición (de rayos X).

3) En otras palabras, el procedimiento puede incluir identificar y/o ubicar las características en las imágenes de rayos X medidas en base a las posiciones de las características en las imágenes de rayos X previstas.

4) Comparación cuantitativa de la posición de los contornos del componente general y/o la posición de las características en la imagen de rayos X simulada (vector de desplazamiento 2D) y de esta derivación de un vector de desplazamiento tridimensional en el espacio por retroproyección geométrica para cada contorno característico o punto de característica (es decir, para cada característica) y para cada punto en el tiempo en el que se haya adquirido una imagen en el experimento y se haya obtenido una imagen del componente por reconstruir. En otras palabras, el procedimiento puede incluir calcular 145 un vector de desplazamiento tridimensional para las características mediante retroproyección geométrica de las características, como para cada característica sobre la pluralidad de puntos en el tiempo. La modificación del modelo se puede basar en el vector de desplazamiento tridimensional.

5) Reducción de las diferencias cuantificadas en 3) y cuantificación de la diferencia restante (enunciado de una medida de calidad) para todos los pasos de tiempo y todas las características registradas (en el modelo). Esto corresponde a modificar 140 el modelo basándose en las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas. En otras palabras, la modificación 140 del modelo puede tener como objetivo reducir la diferencia entre las posiciones previstas de las características en las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas sobre la pluralidad de puntos en el tiempo.

En este caso, la reducción de las diferencias se puede lograr por varios medios.

Por ejemplo, la reducción se puede lograr cambiando el movimiento del centro de gravedad (traslación) y la rotación (cuerpo rígido) alrededor del centro de gravedad del componente (el cuerpo) por reconstruir. Se puede utilizar el modelo (3D) (es decir, el resultado parcial de la simulación numérica del componente). En otras palabras, el procedimiento puede incluir calcular 150 una traslación y/o rotación de al menos una parte del cuerpo provocada por la deformación del cuerpo en base a la diferencia entre las posiciones predicha y medida de las características. La modificación del modelo puede basarse en la traslación calculada y/o la rotación calculada de al menos una parte del cuerpo. Por ejemplo, se puede ajustar una traslación y/o rotación de la parte del cuerpo asumida en el modelo en función de la traslación y/o rotación provocada por la deformación del cuerpo, o la traslación y/o rotación provocada por la deformación del cuerpo se puede agregar al modelo. El cálculo 150 de la traslación y/o rotación provocada por la deformación del cuerpo puede calcular la traslación y/o la rotación de tal manera que haya una diferencia entre las posiciones previstas de las características en las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas se reducen (a imágenes de rayos X predichas recalculadas correspondientemente).

Además, el objeto/cuerpo se puede deformar mediante operadores morfológicos. En este caso, un operador morfológico es una operación informática que convierte la forma (morfología) de la información a priori (es decir, el modelo) en el momento t en la morfología de la medida en el momento t o la alinea con ella. En otras palabras, el operador morfológico es una operación aritmética para adaptar el modelo a la realidad representada en la respectiva imagen de rayos X medida, por ejemplo, adaptando el modelo de tal manera que las posiciones predichas de las características correspondan a las posiciones medidas de las características correspondientes. En el caso más simple, este es el uso de vectores de desplazamiento (no físicos). En al menos algunos ejemplos de realización (en el caso complejo), esta es una prescripción basada en parámetros físicos, como se presentará a continuación. El procedimiento puede incluir, además, el cálculo 160 de operadores morfológicos para la deformación del cuerpo basándose en la diferencia entre las posiciones predicha y medida de las características. La modificación del modelo puede basarse en los operadores morfológicos calculados para la deformación del cuerpo. Por ejemplo, los operadores morfológicos asumidos en el modelo se pueden ajustar en función de los operadores morfológicos calculados, o los operadores morfológicos calculados se pueden agregar al modelo. Por lo tanto, el cálculo 160 de los operadores morfológicos puede calcular los operadores morfológicos de manera que se reduzca la diferencia entre las posiciones predichas de las características en las imágenes de rayos X predichas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas (en imágenes de rayos X predichas recalculadas).

Los operadores morfológicos pueden basarse en un desplazamiento de puntos salientes del cuerpo en el modelo, en donde los puntos salientes corresponden a características en las imágenes de rayos X predichas y medidas. En algunos ejemplos de realización, los operadores morfológicos se pueden calcular moviendo los puntos sobresalientes en el modelo en función de la diferencia entre las posiciones predichas y medidas de las características y los componentes/elementos adyacentes del cuerpo proporcionalmente y/o en función de una función matemática para los puntos destacados desplazados se pueden ajustar. Alternativamente, los operadores morfológicos se pueden calcular insertando fuerzas de restricción (no) físicas en el modelo en función de la diferencia entre las posiciones predichas y medidas de las características y modificando el cuerpo en función de las fuerzas de restricción (no) físicas, de modo que se reduce una diferencia entre las ubicaciones de características predichas y medidas. En una tercera variante, los operadores morfológicos se pueden calcular desplazando los puntos salientes del modelo en función de la diferencia entre las posiciones previstas y medidas de las características, en donde los desplazamientos resultan de combinaciones lineales de desplazamientos calculados para puntos temporales precedentes y/o sucesivos de la pluralidad de puntos temporales. Se supone que el modelo es generalmente correcto y que solo se ajusta un punto en el tiempo/fase o una amplitud de los cambios.

Como ya se explicó, los operadores morfológicos para la deformación pueden restringirse permitiendo solo las deformaciones que resultan de la combinación lineal de la deformación de los modelos 3D (normalizados con respecto a la rotación y la traslación) en relación con otros puntos en el tiempo de la simulación numérica. En otras palabras, se pueden admitir (solo/exclusivamente) operadores morfológicos, que resultan de una combinación lineal de deformaciones calculadas para puntos anteriores o posteriores (futuros) en el tiempo de la pluralidad de puntos en el tiempo (en la simulación numérica) (por ejemplo, en la modificación del modelo para uno o más momentos anteriores). Por ejemplo, (toda) la información sobre la deformación del cuerpo predicha por la simulación FE puede estar disponible en cualquier momento de la simulación (también en momentos posteriores al que se acaba de considerar). Por esta razón, es posible que este enfoque explique las deformaciones o las aplique a la parte bajo consideración, para considerar también la deformación prevista en momentos posteriores. Esto se puede utilizar, por ejemplo, en los casos en que la simulación en principio muestra la deformación correcta de un componente del cuerpo, pero en un momento posterior al que ocurre en la realidad. Entonces, la deformación en el paso de tiempo actual se puede explicar o mapear “prefiriendo” la deformación de un paso de tiempo posterior.

En al menos algunos ejemplos de realización, también se pueden permitir diferentes combinaciones lineales (es decir, diferente ponderación de la deformación relativa para los mismos puntos en el tiempo) para diferentes características para el mismo componente. Se pueden permitir diferentes combinaciones lineales para distintas características. Como tal, el cuerpo puede incluir uno o más componentes, y cada componente puede (a su vez) incluir una o más de las características. Se pueden permitir diferentes combinaciones lineales para cada una de las características (también del mismo componente).

En al menos algunos ejemplos de realización, la deformación del componente se puede determinar mediante una simulación numérica que incluye tanto información física a priori (por ejemplo, modelos materiales del cuerpo, fuerzas que actúan sobre el cuerpo y velocidades (por ejemplo, en un escenario de choque) del paso de tiempo anterior) tomado en cuenta, así como el resultado de los cálculos previos (operadores morfológicos, traslación, rotación, es decir, vectores de desplazamiento 3D) como condiciones de contorno para, por ejemplo, una deformación cuasiestática o dinámica (por ejemplo, debido a fuerzas restrictivas no físicas). El cálculo del modelo puede, por ejemplo, incluir la simulación numérica o basarse en la simulación numérica. El conocimiento a priori de la deformación y los operadores morfológicos calculados (y la traslación/rotación de los componentes del cuerpo) se pueden utilizar para calcular las fuerzas restrictivas que actúan sobre el cuerpo. La simulación numérica puede basarse en las fuerzas de restricción. Los operadores morfológicos y la traslación y/o rotación de los componentes del cuerpo se pueden resumir bajo el término vectores de desplazamiento 3D. En otras palabras, la deformación del cuerpo se puede calcular mediante una simulación numérica basada en un conocimiento a priori sobre la deformación y en base a los operadores morfológicos calculados (en el cálculo del modelo del cuerpo). Alternativamente, la deformación del componente puede ser modificada no por vectores de deformación no físicos, fuerzas restrictivas u otras condiciones de contorno, sino cambiando los parámetros de entrada (por ejemplo, pero no limitado a fuerzas, velocidades y parámetros de material) de la simulación numérica en el paso de tiempo anterior y ejecutando el paso de tiempo o múltiples pasos de tiempo (sobre la pluralidad de puntos de tiempo) de la simulación numérica. En otras palabras, el conocimiento a priori y los operadores morfológicos calculados pueden utilizarse para calcular parámetros de entrada de la simulación numérica en relación con las propiedades de un material del cuerpo, en relación con las fuerzas actuantes, en relación con una geometría (de entrada) dl cuerpo y/o ajustar en términos de velocidades.

La reducción de las diferencias se puede realizar de tal manera que la desviación entre la posición proyectada y la forma del componente (o las características por las que se define el componente) en las imágenes de rayos X obtenidas en el experimento y las basadas en el modelo modificado por los medios anteriores.

6) En al menos algunos ejemplos de realización, los pasos 1 a 4 pueden repetirse (para cada imagen de rayos X predicha/medida), el modelo modificado en el último paso o el resultado de la simulación FEM modificada en el último paso se usa como el modelo. En otras palabras, al calcular 120 la imagen de rayos X predicha, se puede incluir una modificación del modelo basada en una imagen de rayos X anterior o en una iteración anterior de los pasos. Por ejemplo, el modelo solo se puede calcular 110 para un momento posterior de la pluralidad de momentos cuando se ha realizado la modificación del modelo, que se basa en una imagen de rayos X del momento anterior.

Esto permite la inclusión de las modificaciones del modelo previamente calculadas.

7) El procedimiento se puede abortar/terminar cuando no se pueden lograr más mejoras en el paso 4, es decir, el procedimiento iterativo ha alcanzado las soluciones con la desviación reducida (aproximadamente mínima).

Dependiendo de la realización, el resultado incluye una representación 3D con resolución temporal (modelo) del experimento realizado (por ejemplo, el modelo del cuerpo durante la deformación, en la mayoría de los puntos en el tiempo), con la posición y orientación de uno o más componentes en el espacio en cada punto en el tiempo, para lo cual se generó una imagen en el experimento y se mapeó la componente, se corrigió en el modelo para que corresponda a la posición y orientación en el experimento, teniendo en cuenta los errores de experimento y simulación. Dependiendo del ejemplo de realización, se pueden deformar uno o más componentes del cuerpo, por ejemplo, si se han calculado los operadores morfológicos.

La Fig. 2 muestra una vista general de un procedimiento de medición y evaluación de acuerdo con un ejemplo de realización. En la Fig. 2, se lleva a cabo una comparación de estructuras 210 externas basada en un experimento 220 y una simulación FE 230. Para acomodar el experimento, la tecnología de rayos X se desarrolla y utiliza 222 para medir y obtener imágenes de rayos X 2D desde una perspectiva 224. Una simulación 232 de rayos X se deriva de la simulación FE 230 y se usa para calcular imágenes 234 de rayos X previstas en una pluralidad de puntos en el tiempo. Sobre la base de las imágenes de rayos X medidas y pronosticadas, se realiza una localización 240 de objetos para identificar las características de un cuerpo por examinar y se lleva a cabo la asimilación 250 de datos (por ejemplo, modificando el modelo en función de las imágenes de rayos X medidas y pronosticadas). Sobre la base de la asimilación de datos, se genera una representación FE (por ejemplo, el modelo del cuerpo durante la deformación) del experimento 260 real. En otras palabras, el procedimiento de medición y evaluación implementa una comparación cuantitativa resuelta en el tiempo de estructuras ocultas, que se incorpora en la representación FE del experimento 260 real y en la simulación FE 230.

Además de las investigaciones de procesos periódicos, el sistema de medición desarrollado para diagnósticos de rayos X de alta velocidad in situ ofrece por primera vez la posibilidad de registrar y evaluar continuamente procesos dinámicos transitorios de estructuras ocultas. Con respecto al choque automovilístico, la visualización de procesos de deformación altamente dinámicos durante una prueba de colisión proporciona información y respuestas a preguntas fundamentales en el proceso de desarrollo que antes no estaban disponibles, ya que la observación de componentes instalados en el interior del vehículo durante el choque en el escenario de prueba real es posible por primera vez.

Los diagnósticos de rayos X in situ que antes eran inalcanzables se hicieron posibles gracias a la integración de experimentos de rayos X de imágenes en 2D con datos estructurales en 3D de la simulación numérica. En función de la velocidad de fotogramas de hasta 1000 fotogramas por segundo, también se pueden crear vídeos de rayos X de procesos dinámicos. Además, el procedimiento de análisis recientemente desarrollado abre posibilidades para la integración de análisis experimentales y basados en ordenadores. Los resultados experimentales se pueden utilizar para la comparación directa con los pronósticos numéricos y contribuir a mejorar significativamente la calidad del pronóstico de los cálculos de simulación.

Los ejemplos de realización pueden utilizarse, por ejemplo, para hacer visibles los mecanismos de bloqueo de puertas en el caso de un impacto lateral durante el choque. Como en muchas otras aplicaciones concebibles, en este caso, la motivación para usar rayos X en el accidente es visualizar deformaciones estructurales que, de otro modo, serían imperceptibles. Para mantener seguros a los ocupantes del vehículo en caso de accidente, es imperativo que las puertas no se abran en caso de colisión. Si en una etapa de desarrollo resulta evidente que la puerta se abriría en caso de un impacto lateral, es una práctica común aplicar tecnología de medición compleja en muchos puntos dentro de la cerradura. Al examinar los mecanismos con tecnología de rayos X, se puede ver una gran área interna con solo un análisis adicional, para registrar las causas en detalle y de manera integral. El trabajo de desarrollo posterior se puede iniciar inmediatamente en el lugar correcto. Esto se puede utilizar para respaldar los principales cambios actualmente pendientes en los conceptos de vehículos, desde la electromovilidad hasta la conducción autónoma. Los procedimientos de análisis, como la tecnología de rayos X, pueden considerarse como pioneros de conceptos innovadores con un alto nivel de seguridad frente a colisiones.

Aquí son posibles varias combinaciones divergentes de fuente de radiación/estructura o propiedades del detector para el procedimiento de medición. Con respecto al procedimiento de evaluación, son concebibles otros pasos del proceso para alimentar la información de corrección en el modelo virtual (FE) a partir de la comparación del experimento y el modelo por medio de la asimilación de datos.

Los ejemplos de realización crean un análisis de deformación dinámica de estructuras (ocultas) utilizando rayos X. Los ejemplos de realización proporcionan, además, una comparación de datos experimentales con un modelo 3D (virtual) resuelto en el tiempo. Los ejemplos de realización también proporcionan retroalimentación de información de corrección usando el proceso descrito.

El uso de diagnósticos dinámicos de rayos X en las pruebas de choque de automóviles solo puede verse como una aplicación de ejemplo. Los ejemplos de realización se pueden usar, por ejemplo, para abordar problemas seleccionados en pruebas de choque individuales. La implementación e instrumentación de una prueba de choque se puede mejorar de antemano mediante simulación de rayos X y, si es necesario, también se puede equipar con tecnología de rayos X dinámicos. Los rayos X, por ejemplo, se pueden usar de manera flexible y eficiente en operaciones de prueba como una herramienta estándar en puntos relevantes del proceso de desarrollo, desde un estudio de concepto inicial hasta la aprobación o certificación. Para lograr tiempos de desarrollo más cortos con una mayor complejidad, los nuevos diagnósticos se pueden conectar directamente al entorno de desarrollo digital. Además de otras aplicaciones obvias en el análisis de deformación dinámica fuera de la industria automotriz, por ejemplo, para la aviación o la industria del embalaje, los procesos periódicos también se pueden examinar y comprender mucho mejor, por ejemplo, en el contexto de las consideraciones de vida útil. Dado que tanto el sistema general como los componentes individuales del sistema, desde la fuente hasta el detector y la metodología de evaluación, van mucho más allá de otros enfoques, existen más aplicaciones de la tecnología y una amplia gama de nuevas posibilidades en el análisis de cuerpos, como deformaciones de cuerpos:

• control de implantes in situ

Se pueden usar al menos algunos ejemplos de realización cuando se usan rayos X dinámicos para observar los componentes del implante durante el proceso de masticación. Las microdeformaciones en los puntos de conexión de los componentes del implante pueden provocar la penetración no deseada de gérmenes o el fallo de la estructura del implante. El diagnóstico dinámico de rayos X hace visibles estas deformaciones y las áreas estructurales críticas, lo que permite diseños de implantes alternativos y más confiables.

• Aplicación en control de carga

En tecnología de seguridad, las técnicas de rayos X de imágenes se utilizan a menudo para controles de equipaje o carga en aeropuertos, puertos o fronteras para detectar mercancías ilegales, armas o drogas. Los dispositivos basados en detectores de línea actualmente no ofrecen el rendimiento requerido debido a los largos tiempos de escaneo y evaluación. Esto se aplica en particular al transporte aéreo y marítimo. Los detectores de área de alta energía, rápidos y de área grande, como los desarrollados en el sistema de diagnóstico dinámico por rayos X, parecen ser particularmente adecuados para el control eficiente del transporte aéreo mediante CT (tomografía computarizada). Las tecnologías desarrolladas en este proyecto permiten así la perspectiva de establecer CT como el estándar en el control de carga aérea en el futuro.

• Ampliación de diagnósticos para la investigación de materiales

Dos tendencias en la investigación de materiales son la investigación a escala cruzada de materiales desde el nivel atomístico hasta el macroscópico y la integración de experimentación y simulación numérica. Ambos sirven para comprender mejor el comportamiento del material observado, y ambas áreas se benefician directamente del uso de diagnósticos dinámicos de rayos X. Los algoritmos de análisis de deformación digital desarrollados en los procedimientos de evaluación abren la posibilidad de analizar muestras complejas de múltiples materiales con un rendimiento de información significativamente mayor que con los procedimientos disponibles con anterioridad. Se pueden utilizar tanto en el caso dinámico como en el cuasiestático. Esto permite una caracterización detallada del comportamiento del material en varias escalas de longitud y tiempo. Este desarrollo es de suma importancia para los ingenieros de diseño, así como para los expertos en simulación.

• Uso en ingeniería de procesos y transportadores

El análisis de imágenes de procesos dinámicos ofrece posibilidades de aplicación prometedoras en la ingeniería de procesos. En el sector alimentario, por ejemplo, se pueden procesar juntas sustancias en diferentes fases (líquidolíquido, sólido-líquido, sólido-sólido). Una comprensión precisa de los procesos de mezcla subyacentes puede proporcionar un valor añadido decisivo, especialmente para la calidad y la vida útil de los alimentos. Además, se pueden abordar temas actuales sobre los mecanismos de transporte de sustancias granulares.

Se mencionan más detalles y aspectos del procedimiento en relación con el concepto o los ejemplos descritos con anterioridad (por ejemplo, las Fig. 1a y 1b). El procedimiento puede incluir una o más características opcionales adicionales correspondientes a uno o más aspectos del concepto propuesto o los ejemplos descritos como se describió con anterioridad o se describe más adelante.

La Fig. 3 muestra un ejemplo de realización de una estructura de un sistema 300 para crear una pluralidad de exposiciones de rayos X medidas. En algunos ejemplos de realización, el sistema puede ser adecuado, además, para calcular la deformación de un cuerpo de una manera resuelta en el tiempo. El sistema comprende al menos una cámara 310 óptica de alta velocidad, un centelleador 320 y una fuente 330 de radiación. La fuente de radiación puede diseñarse, por ejemplo, para exponer una superficie de centelleo del centelleador con radiación de rayos X pulsada. Alternativamente, la fuente de radiación puede ser una fuente de radiación que emita radiación constantemente en la dirección del centelleador. Un cuerpo 340, como el cuerpo descrito en relación con las Fig. 1a a 2, se introduce entre la fuente 330 de radiación y el centelleador 320. El centelleador 320 está diseñado para emitir la radiación emitida por la fuente de radiación en forma de luz. En este caso, la superficie del centelleador puede diseñarse para convertir la radiación de la fuente de radiación en luz visible, que puede ser reflejada y registrada indirectamente por la cámara de alta velocidad (es decir, lo que se conoce como detector de conversión indirecta digital). La cámara 330 óptica de alta velocidad está diseñada para registrar la luz emitida/convertida por el centelleador 320. La óptica de formación de imágenes de la cámara de alta velocidad se puede seleccionar de tal manera que se reduzca la exposición a la radiación de la cámara de alta velocidad. Por ejemplo, el sistema puede diseñarse para crear 170 las imágenes de rayos X medidas. La fuente de radiación pulsada puede ser un acelerador lineal (pulsado). Por ejemplo, la fuente 330 de radiación puede diseñarse para emitir radiación de rayos X con una longitud de pulso adecuadamente corta para evitar la borrosidad del movimiento. Alternativamente, como ya se indicó con anterioridad, se puede usar una fuente de radiación constante y se puede ajustar el tiempo de exposición de la cámara de alta velocidad para evitar el desenfoque de movimiento. El desenfoque de movimiento en la imagen de rayos X es una función de la resolución de la imagen de rayos X, la escala de la imagen y la velocidad del objeto durante el tiempo de exposición. En general, al usar una fuente de radiación pulsada, el tiempo de exposición se puede ajustar a través de la duración de los pulsos emitidos y/o por un tiempo de exposición (que está relacionado con la velocidad de fotogramas de la cámara) de la cámara óptica de alta velocidad (por ejemplo, en el caso de una fuente de radiación constante). La grabación de las imágenes de rayos X es una función del ancho de pulso de los pulsos de rayos X (en el caso de una fuente de radiación pulsada), la velocidad de cuadro/tiempo de exposición de la cámara de alta velocidad y la energía de la fuente de rayos X. La radiación de rayos X se puede seleccionar lo suficientemente alta como para poder penetrar los componentes de los que se van a formar imágenes (con el tiempo de exposición seleccionado).

La cámara óptica de alta velocidad se puede diseñar para registrar luz en el intervalo de longitud de onda visible. Por ejemplo, la cámara óptica de alta velocidad se puede diseñar para grabar una frecuencia de actualización de imagen de al menos 100 (rayos X) imágenes/s (o al menos 200 imágenes/s, al menos 500 imágenes/s, al menos 800 imágenes/s). Con respecto a sus propiedades de absorción (de radiación), tiempo de decaimiento, espesor del material y propiedades, la superficie del centelleador está adaptada a las altas energías y tiempos de exposición cortos de la radiación de rayos X pulsados.

Para obtener una imagen dinámica de objetos más grandes (por ejemplo, componentes estructurales de un vehículo), la superficie activa del detector se puede ampliar mediante una estructura modular, por ejemplo, que consta de módulos individuales en cascada en tres lados. Por ejemplo, el centelleador puede incluir una pluralidad de módulos centelleadores, y el sistema puede incluir una pluralidad de cámaras de alta velocidad para capturar la luz emitida/convertida de la pluralidad de módulos centelleadores. En este caso, la pluralidad de módulos de centelleo puede disponerse, por ejemplo, en una configuración matricial, por ejemplo, en una configuración matricial de 1xn, 2xn o mxn. Por ejemplo, cada módulo de centelleo puede ser adyacente a hasta otros tres módulos de centelleo (y, por lo tanto, triple cascada), hasta otros cuatro módulos de centelleo (cuádruple cascada, digamos en una matriz mxn), o hasta otros seis módulos de centelleo (en una matriz de nido de abeja basada en hexágono).

En algunos ejemplos de realización, el sistema 300 incluye además un módulo 350 informático configurado para realizar el procedimiento de las Fig. 1a y/o 1b.

Se mencionan más detalles y aspectos del sistema en relación con el concepto o los ejemplos descritos con anterioridad (por ejemplo, las Fig. 1a a 2). El sistema puede incluir una o más características opcionales adicionales correspondientes a uno o más aspectos del concepto propuesto o ejemplos descritos como se describe con anterioridad o más adelante.

Los aspectos y características descritos junto con uno o más de los ejemplos y figuras detallados con anterioridad también se pueden combinar con uno o más de los otros ejemplos para reemplazar una misma característica del otro ejemplo o para agregar la característica al otro ejemplo para introducir

Los ejemplos pueden incluir, además, o estar relacionados con un programa informático que tiene un código de programa para realizar uno o más de los procedimientos anteriores cuando el programa informático se ejecuta en un ordenador o procesador. Los pasos, operaciones o procesos de varios procedimientos descritos con anterioridad pueden ser realizados por ordenadores o procesadores programados. Los ejemplos también pueden incluir dispositivos de almacenamiento de programas, por ejemplo, medios de almacenamiento de datos digitales que son legibles por máquina, procesador u ordenador y que codifican programas de instrucciones ejecutables por máquina, procesador u ordenador. Las instrucciones realizan o hacen que se realicen algunos o todos los pasos de los procedimientos descritos con anterioridad. Los dispositivos de almacenamiento de programas pueden incluir o ser, por ejemplo, almacenamiento digital, medios de almacenamiento magnético como discos magnéticos y cintas magnéticas, discos duros o medios de almacenamiento de datos digitales de lectura óptica. Otros ejemplos también pueden incluir ordenadores, procesadores o controladores programados para realizar los pasos de los procedimientos descritos con anterioridad, o conjuntos lógicos programables (en campo) ((F)PLA) = (Field) Programmable Logic Arrays) o conjuntos de puertas programables (en campo) ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays) programados para realizar los pasos de los procedimientos descritos con anterioridad.

La descripción y los dibujos representan solo los principios de la divulgación. Además, todos los ejemplos proporcionados en este documento generalmente tienen la intención expresa de ser solo para fines ilustrativos para ayudar al lector a comprender los principios de la divulgación y los conceptos aportados por los inventores para avanzar en la técnica. Todas las declaraciones contenidas en el presente sobre principios, aspectos y ejemplos de divulgación, y ejemplos específicos de los mismos, incluyen sus equivalentes.

Un bloque funcional denominado “medio para...” realizar una función concreta puede referirse a un circuito diseñado para realizar una función concreta. Así, un "medio para algo" puede implementarse como un "medio diseñado para o adecuado para algo", por ejemplo, un componente o circuito diseñado para o adecuado para la tarea en cuestión.

Las funciones de varios elementos que se muestran en las Figuras, incluido cada bloque funcional etiquetado como “medios”, “medios para proporcionar una señal”, “medios para generar una señal”, etc., pueden adoptar la forma de hardware dedicado, por ejemplo, “un proveedor de señales”, “una unidad de procesamiento de señales”, “un procesador”, “un controlador”, etc., así como hardware capaz de ejecutar software junto con el software asociado. Cuando las proporciona un procesador, las funciones pueden ser proporcionadas por un solo procesador dedicado, por un solo procesador compartido o por una pluralidad de procesadores individuales, algunos de los cuales o todos pueden ser compartidos. Sin embargo, el término “procesador” o “controlador” está lejos de limitarse al hardware capaz de ejecutar solo software, sino que puede incluir hardware de procesador de señal digital (DSP), procesador de red, circuito integrado de aplicación específica (ASIC, circuito integrado específico), Field Programmable Gate Array (FPGA), memoria de solo lectura (ROM) para almacenar software, memoria de acceso aleatorio (RAM) y dispositivos de memoria no volátil (almacenamiento). También se puede incluir otro hardware, convencional y/o personalizado.

Por ejemplo, un diagrama de bloques puede representar un diagrama de circuito de alto nivel que implementa los principios de la divulgación. De manera similar, un diagrama de flujo, un diagrama de transición de estado, un pseudocódigo y similares pueden representar varios procesos, operaciones o pasos, incorporados, por ejemplo, sustancialmente en un medio legible por ordenador y así ejecutados por un ordenador o procesador, sea o no un ordenador o procesador se muestra explícitamente. Los procedimientos descritos en la especificación o las reivindicaciones pueden implementarse mediante un dispositivo que tenga medios para realizar cada uno de los pasos respectivos de esos procedimientos.

Debe entenderse que la divulgación de una pluralidad de pasos, procesos, operaciones o funciones divulgadas en la memoria descriptiva o las reivindicaciones no debe interpretarse como si estuviera en el orden particular a menos que se indique lo contrario de manera expresa o implícita, por ejemplo, por razones técnicas. Por lo tanto, la divulgación de múltiples pasos o funciones no se limita a un orden específico, a menos que esos pasos o funciones no sean intercambiables por razones técnicas. Además, en algunos ejemplos, un solo paso, función, proceso u operación puede incluir y/o dividirse en múltiples subpasos, funciones, procesos u operaciones. Dichos subpasos pueden incluirse y formar parte de la divulgación de ese subpaso a menos que se excluyan explícitamente.

Además, las siguientes reivindicaciones se incorporan por la presente a la descripción detallada, donde cada reivindicación puede valer por sí misma como un ejemplo separado. Si bien cada reivindicación puede valerse por sí sola como un ejemplo separado, debe tenerse en cuenta que, aunque una reivindicación dependiente en las reivindicaciones puede relacionarse con una combinación particular con una o más reivindicaciones, otros ejemplos también incluyen una combinación de acuerdo con la reivindicación dependiente y el objeto de cada reivindicación dependiente o independiente. Dichas combinaciones se sugieren explícitamente en este documento a menos que se indique que no se pretende una combinación particular. Además, las características de una reivindicación también están destinadas a incluirse en cualquier otra reivindicación independiente, incluso si dicha reivindicación no depende directamente de acuerdo con la reivindicación independiente.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de cálculo de resolución temporal de una deformación de un cuerpo, en donde el procedimiento comprende:

calcular (110) un modelo del cuerpo durante la deformación, en donde el modelo del cuerpo se calcula (110) durante la deformación basándose en una fuerza esperada que actúa sobre el cuerpo durante la deformación, realizándose la deformación del cuerpo mediante una simulación numérica basada en un conocimiento a priori sobre la deformación y basado en operadores morfológicos calculados;

calcular (120) una imagen de rayos X predicha para el cuerpo para una pluralidad de puntos en el tiempo durante la deformación en base al modelo;

obtener (130) una imagen de rayos X medida del cuerpo para cada punto en el tiempo durante la deformación; modificar (140) el modelo basado en las imágenes de rayos X predichas y las imágenes de rayos X medidas, en donde el modelo se modifica (140) en función de una diferencia entre las posiciones predichas de las características en las imágenes de rayos X predichas y las posiciones medidas de las características correspondientes en las imágenes de rayos X medidas, en donde la modificación (140) del modelo se dirige a reducir la diferencia entre las posiciones previstas de las características de las imágenes de rayos X previstas y las posiciones medidas de las características correspondientes de las imágenes de rayos X medidas sobre la pluralidad de puntos en el tiempo; y calcular (160) los operadores morfológicos para la deformación del cuerpo basándose en la diferencia entre las posiciones predicha y medida de las características, basándose la modificación del modelo en los operadores morfológicos calculados para la deformación del cuerpo,

en donde el conocimiento a priori y los operadores morfológicos calculados se utilizan para adaptar los parámetros de entrada de la simulación numérica con respecto a las propiedades de un material del cuerpo, con respecto a las fuerzas actuantes, con respecto a la geometría del cuerpo y/o con respecto a velocidades.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cálculo (120) de la imagen de rayos X predicha comprende una modificación del modelo basado en una imagen de rayos X en un punto en el tiempo anterior o posterior.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el modelo para un punto en el tiempo posterior de la pluralidad de puntos en el tiempo no se calcula (110) hasta que se realiza la modificación del modelo basado en una imagen de rayos X del punto en el tiempo anterior.

4. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde al menos una parte de las características se forman mediante marcadores de rayos X.

5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde al menos una parte de las características están formadas por contornos de componentes del cuerpo.

6. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende, además, calcular (150) una traslación y/o rotación de al menos una parte del cuerpo provocada por la deformación del cuerpo en función de la diferencia entre las posiciones prevista y medida de las características, en donde la modificación del modelo se basa en la traslación calculada y/o la rotación calculada de al menos una parte del cuerpo.

7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde se permiten operadores morfológicos que resultan de una combinación lineal de deformaciones que se calcularon para puntos en el tiempo anteriores o posteriores de la pluralidad de puntos en el tiempo.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en donde se permiten diferentes combinaciones lineales para distintas características.

9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el conocimiento a priori de la deformación y los operadores morfológicos calculados se utilizan para calcular las fuerzas de restricción que actúan sobre el cuerpo, basándose la simulación numérica en las fuerzas de restricción.

10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el procedimiento comprende calcular (145) un vector de desplazamiento tridimensional para las características por retroproyección geométrica de las características, basándose la modificación del modelo en el vector de desplazamiento tridimensional.

11. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde se utilizan una pluralidad de imágenes de rayos X predichas y una pluralidad de imágenes de rayos X medidas desde diferentes perspectivas para cada punto en el tiempo de la pluralidad de puntos en el tiempo.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende, además, crear(170) las imágenes de rayos X medidas al capturar un centelleador con una cámara óptica de alta velocidad, siendo capturadas las imágenes de rayos X medidas en base a la exposición del centelleador a una fuente de radiación pulsada.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la fuente de radiación pulsada es un acelerador lineal.

14. Programa con un código de programa para realizar el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, cuando el código de programa se ejecuta en un ordenador, un procesador, un módulo de control o un componente de hardware programable.