JP6415034B2 - 航空機構造体の遠隔検査のためのシステム及び方法 - Google Patents
航空機構造体の遠隔検査のためのシステム及び方法 Download PDFInfo
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Description
1つの実施形態では、ビデオカメラ、レーザー距離計、非破壊評価機器、及び動作制御パンチルト機構を備え、前記ビデオカメラ、前記レーザー距離計、及び前記非破壊評価機器は前記動作制御パンチルト機構によって支持されており、且つ以下の操作;
対象物に対する方向ベクトルを決定し、当該方向ベクトルと交わる対象物の表面上の領域の画像を表す画像データを取得するため、前記ビデオカメラ、前記レーザー距離計及び前記動作制御パンチルト機構を制御すること;
前記領域内に異常が存在するかどうかを判断するため前記画像を処理すること;
異常が存在する場合には、前記対象物の座標系内の前記異常の位置の座標を決定すること;及び
前記座標に対応する位置に前記非破壊評価機器を向けること
を実施するようにプログラムされたコンピュータシステムを備えるシステムが遠隔検査のために提供される。
(a)位置及び配向によって、局所位置決めシステムを対象物に対して配置すること;
(b)局所位置決めシステムの位置及び配向と、対象物の一連の基準画像、対象物の座標系内での過去の位置及び配向を収集するために前回利用された局所位置決めシステムの過去の位置及び配向との間のオフセットを決定すること;
(c)位置及び配向によって、局所位置決めシステムをステップ(b)で決定されたオフセットに従い対象物に対して再配置すること;
(d)再配置された局所位置決めシステムの位置及び配向から対象物の一連の画像を取得すること;
(e)取得した画像と対応する基準画像との間の差異を検出するため、一連の画像と一連の基準画像内の対応する画像とを比較すること;
(f)対象物の座標系内で検出された差異の位置の座標を決定すること;
(g)検出された差異の位置の前記座標を記録すること;及び
(h)前記記録された座標を用いて、検出された差異に非破壊評価機器を向けること、を含む。
対象物に関する座標系に対して、局所位置決めシステムを用いて対象物の表面上の目視検出可能な異常の位置の座標を決定すること;
前記記録された座標を用いて目視検出可能な異常に非破壊評価機器を向けること;
非破壊評価機器を用いて目視検出可能な異常の特徴を表す測定データを取得すること;及び
目視検出可能な異常の特徴に対する値を決定するため測定データを処理すること
を含む対象物の表面上の領域の非破壊評価検査の方法が提供される。
(a)対象物(14)に対して方向ベクトル(12)を決定し、方向ベクトル(12)と交わる対象物(14)の表面(15)上の領域の画像を表す画像データを取得するため、前記局所位置決めシステムハードウェアを制御すること;
(b)領域の画像が領域内に異常の存在を示す情報を含むかどうかを判断するため画像データを処理すること;
(c)操作(b)で画像データが領域内に異常の存在を示す情報を含むと判断された場合には、対象物の座標系に対する異常の位置の座標を決定すること;
(d)前記座標を有する対象物上の領域に非破壊評価機器を向けること;及び
(e)遠隔非破壊評価技術を用いて異常の第1の特徴を表す非破壊評価測定データを取得する前記非破壊評価機器を制御すること
を実行するようにプログラムされたコンピュータシステムを備えるシステムが提供される。
システムは前記コンピュータシステムに常駐する画像解析ソフトウェアをさらに備え、前記コンピュータは、
対象物の座標系に対する異常の位置を決定し、次に異常の第2の特徴を決定するために前記画像解析ソフトウェアを使用するようにプログラムされている。
(米国特許出願第12/897,408号)
発明の名称:対象物上の目視可能な差異の配置を特定するための方法及びシステム
・背景技術
(0001) 本開示の分野は対象物上の目視可能な差異の配置を特定し、例えば、大型民間航空機などの対象物上の潜在的な損傷の配置を正確に測定するための方法及びシステムに関する。
(0002) 大型の民間航空機などの対象物上で潜在的な損傷の配置を検出して正確に測定することは、多くの時間と労力を要する作業となることがある。この問題を解決するための効率的で自動化されたプロセスは、大型のビークル及び構造体の建造及び維持に携わる多くの組織によって価値のあるものとなりうる。
(0003) 2次元画像のみから、航空機の座標系で定義される航空機の配置を正確に測定することは困難である。言うまでもなく、解析担当者に大きさの基準を与えるため、(巻尺などの)大きさのわかっているアイテムが画像内に挿入される。しかし、基準となるスケールがある場合でも、所望の座標系で正確な配置を測定することは困難な場合がある。特に、一意的に特定しうる目立った特徴がほとんど存在しない領域では、正確な配置を決定することは困難である。加えて、多数の潜在的な損傷を人間が解析する場合には、エラーが発生しやすい。したがって、損傷の検出及び配置特定のプロセスは可能なかぎり自動化することが望ましい。
(0004) 損傷の局所座標測定値を決定するためには、多数の手作業による又は半自動化された選択肢が存在する。1つの一般的な方法は、損傷の配置を決定するための巻尺の使用に加えて、損傷の目視検査及び/又は人間による画像の解析である。巻尺の使用は不正確で、民間航空機などの大きな物体の上では困難で、いくぶん危険でもあり、損傷領域に到達するには、梯子、ロープ、シザース式又はスノーケル式高所作業台の使用が含まれることがある。
(0005) 巻尺の使用の欠点は、プロセスが不正確であり、長い時間を要し、人的な誤りの可能性が含まれることである。幾つかの状況では安全性も懸念事項であり、ある種の物体の測定については、測定ツールに触れることは好ましくない。
(0006) 局所位置決めシステム(LPS)は、(航空機などの)対象物又はその周囲に上ることなく測定値を提供するように使用可能である。しかしながら、本明細書に記載されている実施形態を除くと、LPSは手動制御される機器であり、多数の潜在的な損傷を検出して測定する作業は非常に長い時間を要する。
(0007) (削除)
(0008) (削除)
(0009) (削除)
(0010) (削除)
(0011) 付録−図1は航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
(0012) 付録−図2は航空機のブロック図である。
(0013) 付録−図3はデータ処理システムの略図である。
(0014) 付録−図4は対象物の2次元画像位置を取得し、対象物の局所座標系で定義される3次元位置データを生成するように動作するシステムの略図である。
(0015) 付録−図5は、対象物に対する機器の位置再調整を描いた付録−図4の自動測定システムの図解である。
(0016) 付録−図6は、対象物上の目視可能な差異の配置に関するプロセスを図解するフロー図である。
(0017) 記載されている実施形態は、局所位置決めシステム(LPS)が(航空機などの)対象物の表面上の目視可能な異常を自動的に検出することが可能で、対象物の局所座標系でこれらの異常の配置と大きさを自動的に測定するための方法及びシステムに関する。
(0018) 本明細書でさらに記載されるように、システムは、関心領域の画像内の2次元ピクセル配置を決定するため、画像変化検出ソフトウェアに加えて、局所位置決めシステム(LPS)に関連するデジタルカメラによって収集された一連の画像ペアを使用する。対象物の座標系で表されたこれらの関心領域の3次元位置を測定及び計算するようにLPSユニットに指示を与えるため、2次元データが次に利用される。上記を遂行するため、画像収集、解析、及び3次元対象物座標への変換を自動化するためLPSが修正される。このようなプロセスは本明細書に記載されており、修正及び強化により、2次元画像を処理し、必要な3次元測定結果を取得するためLPSの動作は自動化される。
(0019) 以下の文は、本明細書で使用される専門用語の定義及び説明を含む。例えば、座標系は3つの直交方向(X,Y,Z)によって定義される基準フレームである。座標系は移動物体及び静止物体の双方に付随しうる。デカルト座標は直角(直交)座標系と呼ばれる。局所座標は特定の物体に対して定義される座標系である。
(0021) 回転行列は、1つの座標系の別の座標系に対する配向を記述する3×3直交行列を記述し、変換行列は、1つの座標系の別の座標系に対する相対的な位置及び配向を記述する4×4同次行列を記述する。変換行列はしばしば、変換又は行列と呼ばれる。
(0022) 絶対運動はワールド座標系に対する運動を意味し、相対運動は1つの座標系の別の座標系に対する運動(局所運動)を意味する。
(0023) 変化の検出は、2つ以上の画像の間での差異を定義するために使用されるプロセスである。コンピュータビジョンは、マッピング、解析、又は制御で使用する画像から情報を得るアプリケーションを意味する。デジタル画像処理は、1つの画像又は一連の画像のコンピュータに基づく解析を表す。ピクセルは、2次元デジタル画像を構成する画素を意味する。セグメント化は、デジタル画像内で同様の特性を有するピクセルに標識を付けるプロセスである。
(0024) 実施形態は、潜在的な損傷が発生することがある航空機表面上の領域の配置の検出及び測定に関して記述されることがある。損傷は取得時点が前後する一連の画像ペアから決定されるもので、画像処理ソフトウェアは、第1の画像を取得した時点から第2の画像を取得した時点までに何かが変化したかどうかを判断するために利用される。潜在的な画像の差異が検出されると、航空機上の対応する3次元配置(X,Y,Z)が、格納庫又は測定装置基準フレームで定義される座標系ではなく、好ましくは航空機に関する局所座標系で決定することが必要となる。詳細な検査、補修、及び/又は航空機の損傷に関する報告書の作成を指示するため、局所航空機座標の測定値が記録又は使用される。
(0026) 製造段階では、コンポーネント及びサブアセンブリの製造106と、航空機200のシステムインテグレーション108とが行われる。その後、航空機200を運航112に供するために、認可及び納品110が行われる。顧客により運航される間に、航空機200は定期的な整備及び保守114(改造、再構成、改修なども含みうる)が予定されている。
(0027) 航空機の製造及び保守方法100の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び/又はオペレータ(例えば顧客)によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、例えば、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
(0028) 付録−図2に示されるように、航空機の製造及び保守方法100によって製造された航空機200は、複数のシステム204及び内装206を有する機体202を含みうる。システム204の例には推進システム208、電気システム210、油圧システム212、及び環境システム214のうちの一又は複数が含まれる。この例には任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。
(0029) 本明細書で具現化した装置及び方法は、航空機の製造及び保守方法100の一又は複数の段階で使用可能である。例えば、限定しないが、コンポーネント及びサブアセンブリの製造106に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機200の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造しうる。
(0031) 種々の有利な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提供されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の有利な実施形態は、他の有利な実施形態に照らして異なる利点を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。
(0032) 次に付録−図3を参照すると、例示的な一実施形態によるデータ処理システムが図解されている。この例示的な実施例では、データ処理システム300は通信ファブリック302を含み、この通信ファブリックは、プロセッサユニット304、メモリ306、固定記憶域308、通信ユニット310、入力/出力(I/O)ユニット312、及びディスプレイ314の間の通信を提供する。
(0033) プロセッサユニット304は、メモリ306に読み込まれるソフトウェアに対する命令を実行するよう機能する。プロセッサユニット304は、特定の実施態様に応じて、一又は複数のプロセッサの組、又はマルチプロセッサコアとすることができる。さらに、プロセッサユニット304は、単一のチップ上に一次プロセッサと二次プロセッサとが共存する一又は複数の異種プロセッサシステムを使用して実装してもよい。別の例示的な実施例として、プロセッサユニット304は同一の種類の複数のプロセッサを含む対称型マルチプロセッサシステムであってもよい。
(0034) メモリ306及び固定記憶域308は記憶装置の例である。記憶装置は、一時的及び/又は永続的に情報を保存することが可能な任意の数のハードウェアである。これらの例では、メモリ306は、例えば、限定しないが、ランダムアクセスメモリ又は他の好適な揮発性又は不揮発性の記憶装置であってもよい。固定記憶域308は具体的な実装に応じて様々な形態をとりうる。例えば、限定しないが、固定記憶域308は、一又は複数のコンポーネント又はデバイスを含みうる。例えば、固定記憶域308は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書き換え型光ディスク、書き換え型磁気テープ、又はこれらの任意の組み合わせであってもよい。固定記憶域308によって使用される媒体は着脱式であってもよい。例えば、限定しないが、着脱式ハードドライブは固定記憶域308に使用しうる。
(0036) 入出力ユニット312は、データ処理システム300に接続される他の装置とのデータの入出力を可能にする。例えば、限定しないが、入出力ユニット312は、キーボード、マウス、又は他のヒューマンインターフェース装置(ジョイスティックなど)を介して、ユーザー入力への接続を提供することができる。加えて、入出力はまた、ネットワークソケットなどの接続を使用するネットワーク装置からもたらされる。さらに、入出力ユニット312は、プリンタに出力を送信することができる。ディスプレイ314はユーザーに情報を表示する機構を提供する。
(0037) オペレーティングシステム及びアプリケーション又はプログラムに対する命令は、固定記憶域308上に配置される。これらの命令は、プロセッサユニット304で実行するためメモリ306に読み込むことができる。種々の実施形態のプロセスは、メモリ306などのメモリに配置されうる命令を実装したコンピュータを使用して、プロセッサユニット304によって実施することができる。これらの命令は、プログラムコード、コンピュータで使用可能なプログラムコード、又はコンピュータで読取可能なプログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニット304内のプロセッサによって読取及び実行することができる。種々の実施形態のプログラムコードは、メモリ306又は固定記憶域308など、種々の物理的な又は有形のコンピュータ可読媒体上に具現化しうる。
(0038) プログラムコード316は、選択的に着脱可能なコンピュータ可読媒体318上に機能的な形態で配置され、又はプロセッサユニット304による実行用にデータ処理システム300に読込み又は転送可能である。プログラムコード316及びコンピュータ可読媒体318は、これらの実施例ではコンピュータプログラム製品320を形成する。1つの実施例では、コンピュータ可読媒体318は、例えば、固定記憶域308の一部であるハードドライブなどの記憶装置に転送するための固定記憶域308の一部であるドライブまたは他の装置に挿入又は配置される光ディスク又は磁気ディスクなど、有形の形態をとりうる。有形の形態では、コンピュータ可読媒体318はまた、データ処理システム300に接続されているハードドライブ、サムドライブ、又はフラッシュメモリなどの固定記憶域の形態をとりうる。コンピュータ可読媒体318の有形形態は、コンピュータで記録可能な記憶媒体とも呼ばれる。幾つかの例では、コンピュータ可読媒体318は着脱式ではないことがある。
(0039) 別の態様では、プログラムコード316は、通信ユニット310への通信リンク及び/又は入出力ユニット312への接続を介して、コンピュータ可読媒体318からデータ処理システム300へ転送されてもよい。例示的な実施例において、通信リンク及び/又は接続は、物理的なもの又は無線によるものであってよい。また、コンピュータ可動媒体は、プログラムコード又はデータを含む通信リンク又は無線伝送などの無形媒体の形態をとってもよい。
(0041) データ処理システム300に例示されている種々のコンポーネントは、種々の実施形態が実装可能な方法に対して構造的な制限を与えることを意図していない。種々の例示的な実施形態は、データ処理システム300に対して図解されているコンポーネントに対して追加的又は代替的なコンポーネントを含むデータ処理システム内に実装される。付録−図3に示した他のコンポーネントは、例示的な実施例と異なることがある。
(0042) 1つの実施例では、データ処理システム300の記憶装置は、データを保存しうる任意のハードウェア装置である。メモリ306、固定記憶域308、及びコンピュータ可読媒体318は具体的な形態の記憶装置の例である。
(0043) 別の実施例では、バスシステムは、通信ファブリック302を実装するために使用することができ、システムバス又は入出力バスといった一又は複数のバスを含むことができる。言うまでもなく、バスシステムは、バスシステムに取り付けられた種々のコンポーネント又は装置の間でのデータ伝送を行う任意の好適な種類のアーキテクチャを使用して実装することができる。加えて、通信ユニットは、モデム又はネットワークアダプタといったデータの送受信に使用される一又は複数の装置を含むことができる。さらに、メモリは例えば、限定しないが、通信ファブリック302に備わっていることがあるインターフェース及びメモリ制御装置ハブにみられるような、メモリ306又はキャッシュであってもよい。
(0044) 上述のように、説明されている1つの実施形態は、(航空機などの)対象物の表面上の目視可能な変化領域(損傷など)を自動的に検出するためのプロセスに関連し、対象物の局所座標系でこれらの領域の配置を自動的に測定する。以下で説明されるシステムは、関心領域内の画像の2次元ピクセル配置を決定するため、画像変化検出ソフトウェアに加えて、局所位置決めシステム(LPS)のデジタルカメラによって収集される一連の画像ペアを使用し、次に対象物の座標系で表されるこれらの領域の3次元位置を測定及び計算するよう、LPSユニットに指示を与えるため当該データを使用する。
(0046) 1つの実施形態では、コアLPS計算・制御コンポーネント420、外部アプリケーション通信及びI/O422、及び画像処理・制御アプリケーション424は、ネットワークソケットインターフェース接続を介して相互に通信し、一又は複数の処理装置上で実行される。ソケット通信インターフェースを有する付加的なアプリケーションは、外部アプリケーション通信及びI/O422を介してメインシステム400にプラグインすることが可能で、これによりハードウェア資源の共有及び測定データを必要とする他のアプリケーションとの直接通信が可能になる。他の実施形態では、システム400はクライアントアプリケーションなしのスタンドアロン構成で動作し、測定データをファイルに書き出すこと又はディスプレイに表示することができる。
(0047) 人間オペレータ、タイマー、又は自動アプリケーションによって始動されると、システム400は、一連の画像を取得してこれらを基準画像セットと比較する。画像ペア間の差異が検出され、画像ピクセル配置が使用されて、測定機器(すなわち、LPSユニット410)を向ける方向が定義される。所望の配置が決定されると、LPSユニット410は距離測定を実施し、対象物の座標系で表面上のデカルト座標(X,Y,Z)位置を計算する。次に、この位置データは表示、保存、又はこのデータを要求したクライアントアプリケーション430に送信される。
(0048) 本明細書に記載されているプロセスのある種の実施形態に関しては、対象物及び機器は互いに固定された位置関係にあるが、ある種の使用事例では相対位置は変化することがある。このような状況では、前後の画像でカメラの位置及び配向が大きく離れていない場合には、オフセットを推定するため画像処理技術が使用される。画像ベースの配置技術として、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)で使用される技術が使用されてもよい。SLAMでは、オフセットの推定値を与えるために、両方の画像に共通する特徴の相対的な変位が使用される。これでは、登録を実施するため、画像間の実質的な重なりに加えて、比較的小さな位置及び配向の変化が要求される。加えて、既知の基準寸法は、変位の規模を決定するために要求される。
(0049) 大きな量の画像の重なりに加えて、小さな位置及び配向の変化を要求することが常に可能なわけではない。対象物と機器との間の相対的な位置再調整がより広い条件のレンジで実施可能であることを保証するためには、より一般的なプロセスが必要となる。1つの解決策は、基準画像が撮影されたときと同一の相対位置及び配向に機器を戻す方法を提供することである。上述のように、1つの選択肢は、移動式プラットフォーム412、ロボットアーム、又はクレーンなどの可動式支持台の上に機器(LPS410)を設置することである。対象物に対する現在の相対位置でLPSユニットを較正した後(どちらかは最初の基準位置と異なっていることがある)、オフセット変換行列が計算可能となる。移動式プラットフォームは次にこの量だけ機器を並進及び回転し、元の位置及び配向との位置再調整を実現する。任意の残存する小さな差異は、画像ベースの配置で使用される技術と同様の画像処理技術に基づく画像移動/回転によって補償されうる。付録−図5は、上述の対象物450に対するLPS410の機器位置再調整を図解している任意選択の移動式プラットフォーム412を有する自動測定システム400の実施例を示している。
(0051) LPS410は対象物に対して較正502され、較正行列は保存される。適切に間隔が空けられた画像配置は、対象物に関するシーン内で特定504される。画像の初期セットが取得506される。具体的には、取得506された各画像の画像中心に付随するX,Y,Z配置データと共に、一連の基準画像が取得される。
(0052) 対象物、例えば航空機は、運航に供され、時間の経過とともに潜在的な損傷の事象が発生508し、対象物はLPSシステム400に対する位置で再度配置される。典型的なシナリオでは、LPS400に対する対象物の位置は、初期画像が取得506された時点での両者の間の相対位置と幾分異なることがあり、LPSの相対位置が変化510したかどうかを検討する際に、肯定的な応答となることがある。
(0053) 対象物に対するLPS410の現在の配置が決定512され、LPSの初期の配置からのオフセット変換が計算される。LPS410はオフセット変換の量だけ再配置514される。LPSの再配置後、同一の相対配置から一連の現在の画像が取得516される。同一の位置及び配置から得られた画像ペアは変化を検出518するため比較される。例えば、変化の領域はデジタル画像処理技術を用いて決定可能である。このようなプロセスの1つは、画像減算、ぼかしフィルタ、画像セグメント化ステップを含んでもよい。
(0054) 差異の配置が決定520される。各領域の重心は検出され、ピクセル座標(x,y)に変換される。LPS410に関するカメラの光学系を補償するため歪み補正が実施522され、2次元画像補正が適用されて(x’,y’)となる。この補正は、例えば、レンズ光学系、ズーム、及び焦点レベルに依存することがある。1つの実施形態では、補正は実験的に決定522され、参照テーブルを用いて実行時に呼び出される。
(0056) 配置は、例えば、対象物に関するデカルト座標で計算528される。これらの対象座標は、対象物と機器の較正行列に加えて、パン、チルト及びレンジデータから決定される。その結果得られる測定データは、ソケット接続を介して保存、表示、又は他のクライアントアプリケーションへの送信530が可能である。転送される点がさらにある場合には、プロセスは次の配置に関するパン及びチルトの計算を再度行い532、他の点がない場合にはプロセスは終了する。
(0057) 1つの初期実装では、前後の画像(基準画像と現在の画像)の各セットは、検査される対象物上の対象領域を覆うわずかに重なり合った画像のモザイクから成る。シーンを網羅するため、大きな光学ズームレンジを有する中解像度カメラが使用される。最初のシーン分割作業に関しては、特定のカメラ配向角及びズームレベルが自動的に計算され、特定の配置まで機器のパン及びチルトモーターを駆動するために使用される。これらの画像の各々までの距離が計算され(ここで使用されるLPSプロセスに関しては、距離の測定はレーザー距離計を使用して実施される)、今後使用するため保存される。
(0058) 少なくとも、モザイク内の各位置に対しては、1つの画像及び1つの3次元測定値(パン、チルト、及び距離データを使用)が必要であるが、過渡的な事象により、一時的な照明の変化又は他の一時的な遮蔽(カメラの前方での昆虫の飛翔又は雨/雪など)を除外できるように、同一の配置から複数の画像を取得することが有用な場合がある。
(0059) 基準画像の配置に適合する一連の画像が収集されると、画像処理フェーズが始まる。画像ペアが均一な照明を有している場合、全体的な画像レベルを適合するため輝度/コントラスト補正を使用することができる。画像の一部に影がかかっているような状況では、例えば、集光型フラッシュ装置などの専用の光源をLPSユニットと併用してもよい。このような光源はカメラと共に移動して、シーンにより一貫性のある照明を提供することに役立つ。
(0061) ピクセル配置を対象領域までの特定の方向ベクトルに関連付けるための数学モデルは、理想的な「ピンホール」カメラモデルを仮定している。実際のカメラはこの理想的なモデルとは異なるため、画像処理フェーズの最終段階では、領域の重心に対するx,yピクセル配置のリストは、光学系及びデジタル撮影の歪みを補償するため補正される。1つの実施形態では、この歪みは実験的に測定される。
(0062) その結果得られる補正されたピクセル値(x’,y’)は、画像の中心に対して定義されるが、機器から対象物の関心領域までのベクトルを計算するため、各々の画像配置(以前測定した)に対する3次元データ(パン、チルト、及び距離の値)と共に使用される。このベクトルは画像の中心に対するパン角及びチルト角に変換されるが、パン角及びチルト角は、LPSを検出された差異の配置に揃えるため、LPSユニットのモーターを駆動して所望の配向に向けるために使用される。LPSユニットが所望のパン角及びチルト角に到達すると、別の距離測定値が得られ、対象物の座標系で定義した、対象物上の関心領域のデカルト座標(X,Y,Z)位置を計算するために使用される。目標を定めるプロセスの精度の確認が必要な場合には、この配置で追加の画像を取得することができる。関心領域は画像の中心になる。
(0063) 最終ステップは、ネットワークソケット接続などの有効な通信チャネルを経由して、結果として得られた位置データをファイル又は別のアプリケーションに送信することである。
(0064) 上述のプロセスの変形例は、同一のインフラストラクチャにより実装可能である。1つの実施例では、システム400は、対象物上の表面の点を取得するため、画像内の差異のある領域のエッジの周囲で複数の測定を行い、3次元輪郭表示を作成するように指示され、3次元輪郭表示は保存可能で、今後輪郭を再トレースする際に使用される。結果は、領域の大きさと形状に関して2次元画像よりも正確な近似となる。
(0066) 移動する差異領域の事例に関するプロセスは移動しない使用事例と同様であり、カメラを検出された領域の中心に再度設定するステップに加えて、この配置で新しい基準画像を取得する。新しい基準画像の取得は、新しい位置測定のたびに発生する。この使用事例に関する主要な制約条件は、移動物体が較正済みの対象物に対して移動することであり、移動物体が基準画像によって定義される領域を離れるほど速く移動しないことである。より速く移動する物体の事例を扱うため、高角の基準画像を取得することもできる。
(0067) 既存の手動による検査及び測定のプロセスと比較して、記載されている実施形態はエラーを低減し、検査時間を短縮し、測定精度を向上させ、検査官の安全性を高める。レーザー追跡装置、セオドライト、トータルステーションなど、同様な種類のハードウェアと比較して、これらには画像処理アプリケーションとの統合及び他のアプリケーションと直接通信を行う能力が不足している。
(0068) ある種の実施形態では、システム400は完全に自動化され、人的エラーを軽減し、より正確な測定をもたらす。検査のために航空機のすべての領域に整備要員が物理的に触れる必要はないため、LPS410によって使用される測定プロセスは非接触式で安全性を高め、しかも測定装置が航空機に接触することによる損傷の可能性を低減する。システム400は、幾つかの実施形態で、情報と受信したコマンドを送信するため、他の制御及び報告システムと統合されてもよく、これによって、変化する条件に適応可能な閉回路制御システムを開発することができる。
(0069) 本明細書に記載されているように、対象物の座標で3次元測定値を生成するため、システム要素は画像取得・処理機能、及び2次元画像データを使用する自動制御プロセスを含む。このような実施形態を提供するため、LPSハードウェアとソフトウェアとの統合、外部アプリケーションと通信するためのLPSソフトウェアに対する修正、測定したデータを使用する一又は複数の選択的な「クライアント」アプリケーションとの統合が提供される。記載されているように、一連の画像ペアを正しく取得することによって、対象物内の変化が検出され、LPSによって使用可能な形態に変換され、3次元対象物座標が決定される。
(0071) (削除)
A1.対象物上の目視可能な変化の領域の配置を検出して決定するための方法であって、前記方法は、
局所位置決めシステムを前記対象物に対して、位置及び配向で配置すること;
前記対象物の一連の基準画像、前記対象物の座標系内での過去の位置及び配向を収集するために、前記局所位置決めシステムの位置及び配向と、前回利用された局所位置決めシステムの過去の位置及び配向との間のオフセットを決定すること;
前記決定されたオフセットによって、前記局所位置決めシステムを前記対象物に対して、位置及び配向で再配置すること;
前記再配置された局所位置決めシステムの位置及び配向から前記対象物の一連の画像を取得すること;
前記取得した画像と前記対応する基準画像との間の差異を検出するため、前記一連の画像と前記一連の基準画像内の対応する画像とを比較すること;
前記対象物の座標系内で前記検出された差異の位置の座標を決定すること;
を含む方法。
A2.前記検出された差異の配置を決定することは、
前記局所位置決めシステムから前記検出された差異までの対象ベクトルを定義すること;
前記定義された対象ベクトルに沿って前記検出された差異までのレンジを測定すること;及び
前記対象物に関する座標の前記検出された差異の配置を定義するため、前記測定されたレンジと前記定義された対象ベクトルを使用すること
を含む、A1に記載の方法。
A3.前記局所位置決めシステムから前記検出された差異までの対象ベクトルを定義することは、前記局所位置決めシステムを指し示すための方位角と仰角を定義するため、前記検出された差異に対応するピクセル配置を使用することを含む、A2に記載の方法。
A4.オフセットを決定することは、前記一連の基準画像を収集するために、前記局所位置決めシステムに関する現在の位置及び配向から前回利用された前記局所位置決めシステムの過去の位置及び配向へのオフセット変換を計算することを含み、さらに
前記局所位置決めシステムを位置及び配向で再配置することは、前記一連の基準画像を収集するために、前記局所位置決めシステムが前回利用されたときとほぼ同一の位置及び配向に前記局所位置決めシステムを再配置するため前記オフセット変換を利用することを含む、A1に記載の方法。
A5.前記一連の画像を対応する画像と比較することは、取得した画像と前記一連の基準画像内の対応する画像の双方に共通の特徴の相対変位を決定することをさらに含む、A5に記載の方法。
A6.測定装置から対象物までの距離を較正して、装置と対象との較正行列を生成すること;及び
一連の基準画像内の各画像中心に付随するデカルト座標位置データと共に前記対象物の一連の基準画像を取得すること
をさらに含む、A1に記載の方法。
A7.差異を検出するため、前記一連の画像を前記一連の基準画像内の対応する画像と比較することは、画像減算、ぼかしフィルタ、及び画像セグメント化技術のうちの少なくとも1つを使用して関心領域を特定することを含む、A1に記載の方法。
A8.前記一連の画像を対応する基準画像と比較することは、
取得した画像の関心領域と前記対応する基準画像内の前記対応する関心領域は異なることを検証すること;
前記特定された画像内の前記関心領域の重心を決定すること;
前記重心の前記ピクセル座標を決定すること;及び
前記画像取得装置に関する光学系を補償するため前記関心領域に対する歪み補正を実施すること
を含む、A1に記載の方法。
A9.前記対象ベクトルを定義するため方位角と仰角を決定することをさらに含む、A8に記載の方法。
A10.対象物上の目視可能な変化の領域の配置を前記対象物に関する座標で検出して決定するためのシステムであって、前記システムは、
画像取得装置、レンジ測定装置、及び対象ベクトル位置調整装置を含む局所位置決めシステム;及び
前記画像取得装置、前記レンジ測定装置、及び前記対象ベクトル位置調整装置に通信可能に結合された処理装置であって、
前記対象物に対して前記局所位置決めシステムの位置(及び配向)を決定し、
前記局所位置決めシステムの位置(及び配置)から、前記対象物に関する一連の基準画像を取得するために利用された局所位置決めシステムの位置(及び配向)である基準位置(及び配向)までのオフセット変換を計算し、
前記基準位置と実質的に同一の位置及び配向に前記局所位置決めシステムを再配置(及び再配向)することに関連した命令を生成するために前記オフセット変換を利用し、
前記対象物の一連の画像を取得するため前記画像取得装置を操作し、
前記取得した画像と前記対応する基準画像との間の差異を検出するため、前記一連の画像と前記一連の基準画像内の対応する画像を比較し、さらに
前記対象物に関する座標で前記検出された差異の配置を決定する
ようにプログラムされた処理装置
を備えるシステム。
A11.前記検出された差異の配置を決定するため、前記処理装置は、
前記局所位置決めシステムから前記検出された差異までの対象ベクトルを定義するため前記対象ベクトル位置調整装置を操作し;
前記定義された対象ベクトルに沿って前記検出された差異までのレンジを前記レンジ測定装置に測定させ;さらに
前記対象物に関する座標で前記検出された差異の配置を定義するため、前記測定されたレンジと前記定義された対象ベクトルを使用する
ようにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A12.少なくとも前記局所位置決めシステムを据え付けられた移動式プラットフォームにさらに含み、前記移動式プラットフォームは、前記移動式プラットフォームの位置決めに関して前記局所位置決めシステムの再配置及び再配向に関連する命令を利用するように動作可能である、A10に記載のシステム。
A13.前記処理装置は、距離測定装置の向きを決定するための方位角及び仰角を定義するため、前記検出された差異に対応するピクセル配置を利用するようにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A14.前記処理装置は、取得した画像と前記一連の基準画像内の対応する画像の双方に共通の特徴の相対変位を決定するようにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A15.前記処理装置は、画像減算、ぼかしフィルタ、画像セグメント化技術のうちの少なくとも1つを使用して前記取得した画像内の関心領域内の差異を検出するようにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A16.前記一連の画像を対応する画像と比較するため、前記処理装置は、
前記取得した画像と対応する基準画像が一致しない場合に、前記取得した画像内のセグメント化された領域に対して重心を決定し、
前記重心のピクセル座標を決定し、さらに
前記画像取得装置に関する光学系を補償するため歪み補正を実施する
ようにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A17.対象ベクトルを定義するため、前記処理装置は、前記対象ベクトルに沿って前記画像取得装置と前記レンジ測定装置を位置調整するため、方位角及び仰角を決定するようにさらにプログラムされている、A10に記載のシステム。
A18.対象物の表面上の目視で検出可能な変化に関する配置であって、前記対象物に関する座標で提供される配置を提供するための方法で、前記方法は、
前記対象物の少なくとも一部の基準画像と比較して、前記対象物の少なくとも一部の取得した画像内の検出可能な変化の2次元ピクセル配置を決定すること;
局所位置決めシステムを前記検出可能な変化に向けるため前記2次元ピクセル配置を利用すること;
前記局所位置決めシステムで前記検出可能な変化を測定すること;及び
前記局所位置決めシステムの測定値から、前記検出可能な変化の前記3次元位置を前記対象物に関する座標で計算すること
を含む方法。
A19.取得した画像内の検出可能な変化の2次元ピクセル配置を決定することは、
前記対象物に対する前記画像取得装置に関する位置を決定すること;
前記画像取得装置に関する前記位置から、前記基準画像を取得するために利用される画像取得装置の基準位置までのオフセット変換を計算すること;
前記基準位置とほぼ同一の配置に前記画像取得装置を再配置するため前記オフセット変換を利用すること;及び
前記画像取得装置によって前記対象物の画像を取得すること
を含む、A18に記載の方法。
A20.前記局所位置決めシステム測定値から、前記対象物に関する座標の前記検出可能な変化の3次元位置を計算することは、
前記局所位置決めシステムを前記検出可能な変化に向けること;
新しい基準画像を取得すること;
一定時間経過後、前記局所位置決めシステムによって画像を取得すること;
前記新しい基準画像とその後取得した画像との間の検出可能な変化の位置で変化を決定すること;及び
前記対象物に沿って移動する物体の3次元経路を追跡するため、一連の画像を提供するため、検出、取得及び決定のステップを反復すること
を含む、A18に記載の方法。
2 ビデオカメラ
3 パンチルト機構
4 三脚
6 照準線生成器
8 コンピュータ
10 ビデオ/コントロールケーブル
12 方向ベクトル
14 対象物
15 較正点
16 損傷/補修箇所
17 光学画像フィールド
18 照準線
20 方位角(パン)軸
21 仰角(チルト)軸
22 ロール軸
24 カメラ座標系
26 レーザーポインタ
27 局所座標系
30 局所位置決めシステム
32 NDE機器
34 誘電体上部
36 航空機主翼
38 パンチルト機構
40 三脚
42 コントローラ
44、46 電気ケーブル
50 ラップトップPC
52 ビデオカメラ
54 レーザーポインタ
56 レーザービーム
58 電気ケーブル
60 一体型ユニット
82 締結具
84 外板
86 パッチ
88 塗装
610 関心点
612 表面
614 対象物
618 機器
620 照準点軸
624、626、628 較正点
630 コンピュータメモリ
632 コンピュータ
638 レーザー距離計
644 ビデオカメラ
652 パンチルトユニット
653 三脚
654 ジョイスティック入力装置
656 モニタ
658 照準点軸の表示
Claims (15)
- 支持体、
前記支持体に据え付けられたパンチルト機構、
前記パンチルト機構に据え付けられたアセンブリであって、互いに結合されるカメラ及び非破壊評価機器を含むアセンブリ、並びにコンピュータシステムを備えるシステムであって、該コンピュータシステムは以下の操作:
(a)対象物(14)に対して方向ベクトル(12)を決定するために前記パンチルト機構を制御すること、
(b)該方向ベクトル(12)と交わる前記対象物(14)の表面(15)上の領域の画像を表す画像データを取得するため、前記カメラを制御すること、
(c)前記領域の画像が前記領域内に異常の存在を示す情報を含むかどうかを判断するため前記画像データを処理すること、
(d)操作(c)で前記画像データが前記領域内に異常の存在を示す情報を含むと判断された場合には、前記画像データに基づき、前記対象物の座標系に対する前記異常の位置の座標を決定すること、
(e)前記座標を有する前記対象物上の領域に非破壊評価機器を向けるために前記パンチルト機構を制御すること、及び
(f)遠隔非破壊評価技術を用いて、前記座標を有する前記対象物上の領域から非破壊評価測定データを取得する前記非破壊評価機器を制御すること
を実行するようにプログラムされているシステム。 - 前記コンピュータシステムは、異常の第1の特徴に対する値を決定するため、前記非破壊評価測定データを処理するようにさらにプログラムされている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コンピュータシステムは、前記異常の第2の特徴に対する値を決定するため、前記画像データを処理するようにさらにプログラムされている、請求項2に記載のシステム。
- 前記異常はひび割れで、前記第1の特徴はひび割れの深さであり、前記第2の特徴はひび割れの長さである、請求項3に記載のシステム。
- 遠隔検査のための方法であって、
(a)互いに結合されるカメラ及び非破壊評価機器を含むアセンブリを有するパンチルト機構を用いて、対象物の座標系に対して前記対象物の表面上の領域の位置を表す位置測定データを取得すること、
(b)前記領域を表す画像データを取得するため、前記カメラを制御すること、
(c)前記画像データが前記領域内の異常の存在を示す情報を含むかどうかを判断するため前記画像データを処理すること;
(d)ステップ(c)で前記画像データが前記領域内の異常の存在を示す情報を含むと判断された場合には、前記画像データに基づき、前記対象物の座標系に対する前記異常の位置の座標を決定すること、
(e)前記異常の位置の前記座標を記録すること、
(f)前記非破壊評価機器を前記記録された座標を有する前記対象物上の領域に向けるために前記パンチルト機構を制御すること、
(g)遠隔非破壊評価技術を用いて、前記座標を有する前記対象物上の領域から非破壊評価測定データを取得するために前記非破壊評価機器を制御すること、
を含む方法。 - 異常の第1の特徴に対する値を決定するため、前記非破壊評価測定データを処理することをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記異常の第2の特徴に対する値を決定するため、前記画像データを処理することをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記異常はひび割れで、前記第1の特徴はひび割れの深さであり、前記第2の特徴はひび割れの長さである、請求項7に記載の方法。
- 前記対象物の前記座標系に対する前記異常の位置を決定し、次に前記異常の前記第2の特徴を決定するために画像解析ソフトウェアを使用することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記対象物は航空機であり、前記異常は前記航空機に対する損傷である、請求項5に記載の方法。
- 前記領域は前記航空機の主翼上の誘電体上部の配置に対応する、請求項10に記載の方法。
- 前記対象物の座標系に対するビデオカメラの位置及び配向を決定するために、3次元配置ソフトウェアを使用することをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記遠隔非破壊評価技術は、以下の群:近赤外分光法、テラヘルツイメージング、遠隔赤外線サーモグラフィ、レーザーシアログラフィ、レーザー超音波探傷法及びレーザー振動測定法、から選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記記録された座標を有する前記対象物上の前記領域にレーザービームを向けることをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 特徴位置の3次元データベースから前記対象物の表面上の特徴の座標位置を受け取ること、次に前記表面を横切って走査するようにビデオカメラを制御すること、前記特徴の前記座標位置の各々で停止して画像データを取得することをさらに含む、請求項5に記載の方法。
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