JP2017227624A5 - - Google Patents

Description

本開示は、広くは、アコースティックエミッションに関し、特に、物体からのアコースティックエミッションを検出することに関する。更に、より具体的には、本開示は、物体のアコースティックエミッションを解析して、これらの物体の経時的な構造健全性を評価するための、方法及び装置に関する。

例示的な一実施形態では、装置が、音響感知システム及び解析器モジュールを備える。音響感知システムは、物体に対して配置されている。音響感知システムは、アコースティックエミッションを検出し、検出されたアコースティックエミッションの音響波形データを生成する。解析器モジュールは、コンピュータシステム内に実装されている。解析器モジュールは、物体の負荷データ及び音響波形データを受信し、負荷データの複数のビン（ｂｉｎ）を生成し、音響波形データを使用して複数のビンの複数の周波数分布関数を生成し、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

別の例示的な一実施形態では、音響波を使用して物体を解析するための方法が提供される。物体の負荷データが、受信される。物体の音響波形データが、音響感知システムから受信される。音響波形データは、物体から発するアコースティックエミッションを表し、音響感知システムを使用して検出される。負荷データの複数のビンが生成される。音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される。一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

更に別の例示的な一実施形態では、航空機のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、航空機内の複合材料物を監視するための方法が提供される。複合材料物から放射されるアコースティックエミッションは、音響感知システムを使用して検出され、音響波形データを生成する。解析器モジュールが、複合材料物の音響波形データ及び負荷データを受信する。解析器モジュールは、負荷データの複数のビンを生成する。音響波形データ内の一組の波形が、複数のビンのうちの対応するビン内に入る。解析器モジュールは、音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数を生成する。一組の管理下にある学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数、音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用され、複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力を生成する。分類出力は、オペレータが、より容易に且つ素早く複合材料物の構造健全性を評価することを可能にする。

したがって、例示的な実施形態は、アコースティックエミッションを使用して物体を解析するための方法及び装置を提供する。例示的な一実施例では、音響感知システムを使用して、物体から発するアコースティックエミッションが検出され、音響波形データを生成する。音響波形データは、物体の負荷データと共に受信される。負荷データの複数のビンが生成される。音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される。一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数に適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

解析器モジュール１０９は、音響波形データと負荷データの両方を受信する。負荷データは、経時的に、物体１０２に加えられた負荷又は物体１０２によって経験された負荷の測定値を含み得る。解析器モジュール１０９は、検出されたアコースティックエミッションに基づいて、経時的な物体１０２内の構造的変化の性質及びモードを特定するために必要な、時間及びコンピュータ処理リソースの量を低減させるやり方で、音響波形データ及び負荷データを処理する。特に、解析器モジュール１０９は、オペレータがより容易に且つ素早く物体１０２の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

物体２００への負荷は、経時的に、物体２００の構造健全性に影響を与え得る。例えば、負荷は、物体２００の構造健全性を低減させる、物体２００内の特定の構造的変化をもたらし得る。これらの構造的変化は、亀裂形成、スプリッティング、亀裂伸長、スプリット伸長、繊維破断、層間剥離、何らかの他の種類の望ましくない構造的変化、又はそれらの組み合わせを含み得るが、それらに限定されるものではない。

ビン２３４の周波数分布関数２３２を生成するプロセスは、複数のビン２２４の各々に対して繰り返され、最終的に複数の周波数分布関数２２８を生成する。複数の周波数分布関数２２８は、オペレータに、物体２００の構造健全性を素早く評価する容易なやり方を提供する。

複数のクラスタ２４２内の各クラスタは、物体２００の構造健全性に影響を与える構造的変化に対応する。例示的な一実施例では、複数のクラスタ２４２内の各クラスタが、物体２００の構造健全性を低減させる構造的変化の異なるモードに対応する。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、複数の記述子２４４内の対応する記述子を有する、複数のモード２４６内の各モードのペアリングを特定する、記述子分類出力２４８を生成する。記述子分類出力２４８は、将来の使用のために、データベース２２２又は何らかの他のデータ構造若しくはデータストレージ内に記憶され得る。このやり方では、記述子分類出力２４８が、物体２００と構造的に同じである又は構造的に類似する１以上の部分の構造健全性を評価するために使用され得る、ベースラインデータを規定する。

したがって、例示的な実施形態は、物体２００の構造健全性を評価するための正確で効率的な方法を提供する。この種類の評価に基づいて得られた情報は、その後、認可、整備、修理、システムインテグレーション、何らかの他の種類の作業、又はそれらの組み合わせに関して、物体２００についての判定を行うために使用され得る。

航空機３００のライフサイクルの間の任意の段階において、音響感知システム２０４によって生成された音響波形データは、図２の解析器モジュール２１４によって収集及び解析され得る。このやり方では、航空機３００の様々な部分又は構造の構造健全性が解析され、任意の検出された望ましくない構造的変化が分類され得る。

その後、一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する（動作４０８）。その後、プロセスは終了する。図４で説明されたプロセスは、物体が同時に発生する複数のモードの構造的変化に晒されたときに、物体の構造健全性を正確に評価するために必要とされる、全体の時間、労力、及びコンピュータベースの処理リソースを低減させ得る。

複数の記述子の各記述子を複数のモードの特定のモードと対にする記述子分類出力が生成される（動作６０６）。その後、プロセスは終了する。その後、この記述子分類出力は、他の物体の構造健全性の評価を実行するために使用され得る。

その後、一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数、音響波形データ、及び以前に生成された周波数分布関数の複数のクラスタの記憶された複数の記述子に適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする分類出力を生成する（動作８０８）。分類出力は、音響波形データ内の各波形の分類結果を特定する。その後、プロセスは終了する。動作８０８において、分類結果は、特定の波形を、０、１つ、２つ、３つ、４つ、又は何らかの他の数の構造的変化のモードを表すものとして特定し得る。

更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１
物体に対して配置された音響感知システムであって、アコースティックエミッションを検出し、前記検出されたアコースティックエミッションの音響波形データを生成する、音響感知システム、並びに
前記物体の負荷データ及び前記音響波形データを受信し、前記負荷データの複数のビンを生成し、前記音響波形データを使用して前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成し、及び、一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する、コンピュータシステム内に実装された解析器モジュールを備える、装置。
条項２
前記音響感知システムが、
前記物体と接触するように配置された音響センサを備える、条項１に記載の装置。
条項３
前記一組の学習アルゴリズムが、一組の管理下にない学習アルゴリズム又は一組の管理下にある学習アルゴリズムの何れかを含む、条項１に記載の装置。
条項４
前記音響波形データが生成される際に、前記負荷データが、データベースから読み出されるか又は前記物体への負荷を測定する負荷感知システムから受信されるかの何れかである、条項１に記載の装置。
条項５
前記複数のビンが複数のビン幅を有し、前記複数のビン幅内のビン幅が時間間隔又は負荷間隔の何れかである、条項１に記載の装置。
条項６
前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数が、複数のビン幅の各ビン幅が規定された周波数間隔であるところの、前記複数のビン幅を有する、条項１に記載の装置。
条項７
前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数が複数の周波数ビンを含み、前記複数の周波数ビン内の周波数ビンが、前記周波数ビン内に入る幾つかの周波数ピークのカウント又は前記音響波形データを使用して計算された前記周波数ビンにおけるエネルギーの蓄積の何れかを含む、条項１に記載の装置。
条項８
前記出力が、前記複数の周波数分布関数の複数のクラスタを特定し、前記複数のクラスタが、
構造的変化の第１のモードを表す第１のクラスタ、
構造的変化の第２のモードを表す第２のクラスタ、
構造的変化の第３のモードを表す第３のクラスタ、及び
構造的変化の第４のモードを表す第４のクラスタを含む、条項１に記載の装置。
条項９
前記解析器モジュールが、前記一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数に適用して、複数のクラスタを規定し、及び、前記複数のクラスタの複数の記述子を特定する、条項１に記載の装置。
条項１０
前記複数のクラスタが、交互の試験データを用いて解析され、前記複数の記述子内の各記述子を構造的変化の異なるモードに関連付け、前記交互の試験データが、Ｘ線画像データ、超音波画像データ、赤外線画像データ、及びモデリングデータのうちの１つから選択される、条項９に記載の装置。
条項１１
前記解析器モジュールが、構造的変化のモードを前記複数の記述子内の前記各記述子に関連付ける、記述子分類出力を生成し、前記記述子分類出力が、部品のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に前記部品の構造健全性を評価することにおける将来の使用のために、データベース内に記憶される、条項１０に記載の装置。
条項１２
音響波を使用して物体を解析するための方法であって、
前記物体の負荷データを受信すること、
前記物体の音響波形データであって、前記物体から発するアコースティックエミッションを表し、音響感知システムを使用して検出される、音響波形データを前記音響感知システムから受信すること、
前記負荷データの複数のビンを生成すること、
前記音響波形データを使用して前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成すること、及び
一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成することを含む、方法。
条項１３
前記音響感知システムによって、少なくとも１つの音響センサを使用して、前記物体から放射された音響波を検出し、アコースティックエミッション信号を生成すること、及び
前記アコースティックエミッション信号を、前記音響波形データへ変換することを更に含む、条項１２に記載の方法。
条項１４
前記複数のビンを生成することが、
前記複数のビンの複数のビン幅を特定することであって、前記複数のビン幅内のビン幅が、規定された時間間隔又は規定された負荷間隔の何れかである、特定すること、及び
前記複数のビンの各ビン内に入る前記音響波形データ内の一組の波形を特定することを含む、条項１２に記載の方法。
条項１５
前記複数の周波数分布関数を生成することが、
選択された周波数範囲を、少なくとも１つの規定された周波数間隔に基づいて複数の周波数ビンへ分割することを含む、条項１４に記載の方法。
条項１６
前記複数の周波数分布関数を生成することが、
前記複数のビンから選択されたビン内に入る前記一組の波形の高速フーリエ変換を計算すること、及び
前記高速フーリエ変換に基づいて、前記ビンの周波数分布関数内の前記複数の周波数ビンを更新することを更に含む、条項１５に記載の方法。
条項１７
前記複数の周波数ビンを更新することが、
前記一組の波形内の各波形の幾つかの周波数ピークを選択すること、及び
前記幾つかの周波数ピーク内の周波数ピークが前記複数の周波数ビン内の周波数ビン内に入る周波数を有するときに、前記周波数ビンをインクリメントすることを含む、条項１６に記載の方法。
条項１８
前記一組の学習アルゴリズムを適用することが、
一組の管理下にない学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、複数のクラスタを規定すること、
前記複数のクラスタの複数の記述子を特定すること、及び
前記複数の記述子内の各記述子を、交互の試験データを使用して特定された複数のモードに基づいて構造的変化の異なるモードを表すように分類する、記述子分類出力を生成することを含む、条項１２に記載の方法。
条項１９
前記一組の学習アルゴリズムを適用することが、
一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用すること、並びに
前記複数の周波数分布関数の各周波数分布関数の分類結果を生成することを含む、条項１２に記載の方法。
条項２０
航空機のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、前記航空機内の複合材料物を監視するための方法であって、
音響感知システムを使用して前記複合材料物から放射されたアコースティックエミッションを検出して、音響波形データを生成すること、
解析器モジュールによって、前記複合材料物の前記音響波形データ及び負荷データを受信すること、
前記解析器モジュールによって、前記負荷データの複数のビンを生成することであって、前記音響波形データ内の一組の波形が前記複数のビン内の対応するビン内に入る、生成すること、
前記解析器モジュールによって、前記音響波形データを使用して、前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成すること、及び
一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用して、前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力であって、オペレータがより容易に且つ素早く前記複合材料物の構造健全性を評価することを可能にする、分類出力を生成することを含む、方法。
条項２１
前記一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び前記記憶された複数の記述子に適用して、前記分類出力を生成することが、
前記複数の周波数分布関数内の選択された周波数分布関数を前記記憶された複数の記述子の各々と比較することによって、前記選択された周波数分布関数の前記分類結果を生成することを含み、前記分類結果が、前記選択された周波数分布関数、及びそれによって前記音響波形データ内の対応する一組の波形が、ゼロ又は１以上の構造的変化のモードを表すかを特定する、条項２０に記載の方法。

Claims (14)

1. 物体（１０２、２００）に対して配置された音響感知システム（１０４、２０４）であって、アコースティックエミッション（２０６）を検出し、前記検出されたアコースティックエミッション（２０６）の音響波形データ（２１２）を生成する、音響感知システム（１０４、２０４）、並びに
   前記物体（１０２、２００）の負荷データ（２１８）及び前記音響波形データ（２１２）を受信し、前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成し、前記音響波形データ（２１２）を使用して前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成し、及び、一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）及び前記音響波形データ（２１２）に適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体（１０２、２００）の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する、コンピュータシステム内に実装された解析器モジュール（１０９、２１４）を備える、装置。
2. 前記複数のビン（２２４）が複数のビン幅（２２６）を有し、前記複数のビン幅（２２６）内のビン幅が時間間隔又は負荷間隔の何れかである、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の周波数分布関数（２２８）内の各周波数分布関数（２３２）が、複数のビン幅（２２６）の各ビン幅が規定された周波数間隔であるところの、前記複数のビン幅（２２６）を有する、請求項１に記載の装置。
4. 前記出力が、前記複数の周波数分布関数（２２８）の複数のクラスタ（２４２）を特定し、前記複数のクラスタ（２４２）が、
   構造的変化の第１のモードを表す第１のクラスタ、
   構造的変化の第２のモードを表す第２のクラスタ、
   構造的変化の第３のモードを表す第３のクラスタ、及び
   構造的変化の第４のモードを表す第４のクラスタを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記解析器モジュール（１０９、２１４）が、前記一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）に適用して、複数のクラスタ（２４２）を規定し、及び、重心である前記複数のクラスタ（２４２）の複数の記述子（２４４）を特定する、請求項１に記載の装置。
6. 前記複数のクラスタ（２４２）が、別の試験データ（２３６）を用いて解析され、前記複数の記述子（２４４）内の各記述子を構造的変化の異なるモードに関連付け、前記別の試験データ（２３６）が、Ｘ線画像データ、超音波画像データ、赤外線画像データ、及びモデリングデータのうちの１つから選択される、請求項５に記載の装置。
7. 前記解析器モジュール（１０９、２１４）が、構造的変化のモードを前記複数の記述子（２４４）内の前記各記述子に関連付ける、記述子分類出力（２４８）を生成し、前記記述子分類出力（２４８）が、部品のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に前記部品の構造健全性を評価することにおける将来の使用のために、データベース（２２２）内に記憶される、請求項６に記載の装置。
8. 音響波を使用して物体（１０２、２００）を解析するための方法であって、
   前記物体（１０２、２００）の負荷データ（２１８）を受信すること（４０２）、
   前記物体（１０２、２００）の音響波形データ（２１２）であって、前記物体（１０２、２００）から発するアコースティックエミッション（２０６）を表し、音響感知システム（１０４、２０４）を使用して検出される、音響波形データ（２１２）を前記音響感知システム（１０４、２０４）から受信すること（４００）、
   アコースティックエミッション（２０６）信号を、前記音響波形データ（２１２）へ変換すること、
   前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成すること（４０４）、
   前記音響波形データ（２１２）を使用して前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）、及び
   一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）及び前記音響波形データ（２１２）に適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体（１０２、２００）の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成すること（４０８）を含む、方法。
9. 前記複数のビン（２２４）を生成すること（４０４）が、
   前記複数のビン（２２４）の複数のビン幅（２２６）を特定することであって、前記複数のビン幅（２２６）内のビン幅が、規定された時間間隔又は規定された負荷間隔の何れかである、特定すること、及び
   前記複数のビン（２２４）の各ビン内に入る前記音響波形データ（２１２）内の一組の波形を特定すること（５０４）を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）が、
    選択された周波数範囲を、少なくとも１つの規定された周波数間隔に基づいて複数の周波数ビン（２３５）へ分割することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）が、
    前記複数のビン（２２４）から選択されたビン（２３４）内に入る前記一組の波形の高速フーリエ変換を計算すること（５０６）、及び
    前記高速フーリエ変換に基づいて、前記ビンの周波数分布関数内の前記複数の周波数ビン（２３５）を更新することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の周波数ビン（２３５）を更新することが、
    前記一組の波形内の各波形の幾つかの周波数ピークを選択すること（５０８）、及び
    前記幾つかの周波数ピーク内の周波数ピークが前記複数の周波数ビン（２３５）内の周波数ビン内に入る周波数を有するときに、前記周波数ビンをインクリメントすること（５１０）を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 航空機（３００）のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、前記航空機（３００）内の複合材料物（２０２）を監視するための方法であって、
    音響感知システム（１０４、２０４）を使用して前記複合材料物（２０２）から放射されたアコースティックエミッション（２０６）を検出して、音響波形データ（２１２）を生成すること（８００）、
    解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記複合材料物（２０２）の前記音響波形データ（２１２）及び負荷データ（２１８）を受信すること（８０２）、
    前記解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成することであって、前記音響波形データ（２１２）内の一組の波形が前記複数のビン（２２４）内の対応するビン内に入る、生成すること（８０４）、
    前記解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記音響波形データ（２１２）を使用して、前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（８０６）、及び
    一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数（２２８）、前記音響波形データ（２１２）、及び記憶された複数の記述子（２４４）に適用して、前記複数の周波数分布関数（２２８）内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力（２５０）であって、オペレータがより容易に且つ素早く前記複合材料物（２０２）の構造健全性を評価することを可能にし、複数のクラスタ（２４２）の前記記憶された複数の記述子（２４４）は重心である、分類出力（２５０）を生成すること（８０８）を含む、方法。
14. 前記一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数（２２８）、前記音響波形データ（２１２）、及び前記記憶された複数の記述子（２４４）に適用して、前記分類出力（２５０）を生成すること（８０８）が、
    前記複数の周波数分布関数（２２８）内の選択された周波数分布関数を前記記憶された複数の記述子（２４４）の各々と比較することによって、前記選択された周波数分布関数の前記分類結果を生成することを含み、前記分類結果が、前記選択された周波数分布関数、及びそれによって前記音響波形データ（２１２）内の対応する一組の波形が、ゼロ又は１以上の構造的変化のモードを表すかを特定する、請求項１３に記載の方法。